מדוע יש צורך באנרגיה תרמו גרעינית?
כדי למנוע מהטמפרטורות העולמיות לעלות ביותר מ-1.5
מה אם היה פיתרון אנרגיה אחד שיכול לפתור את כל הבעיות הדחופות הללו? זה אמנם נשמע פנטסטי, אבל זה קיים.
אחת מצורות האנרגיה החזקות ביותר שאנחנואנו משתמשים כיום היא אנרגיה גרעינית. למרות שכוח גרעיני מודרני יעיל ביותר ומייצר אפס פליטת פחמן, יש לו חסרונות רבים והם חמורים: נמס גרעיני פוטנציאלי ופסולת רדיואקטיבית שנותרים מסוכנים במשך אלפי שנים.
אבל יש דרך טובה יותר.
מהו היתוך תרמו גרעיני וכיצד ניתן ליישמו על כדור הארץ?
כל הכורים הגרעיניים הנוכחיים פועלים עםבאמצעות ביקוע גרעיני, תהליך פיצול האטומים לייצור אנרגיה. במשך שנים תהו מדענים כיצד נוכל להשתמש בתהליך ההפוך - היתוך גרעיני, אשר "מעצים" את השמש על ידי הצמדת אטומים יחד - כדי לענות על צרכי האנרגיה ההולכים וגדלים על כדור הארץ. היתוך התרמו-גרעיני עצמו הוא תהליך חזק במיוחד, חזק פי כמה מביקוע, ואינו מוביל ליצירת פסולת גרעינית, מכיוון שהדלק שלה אינו אורניום או פלוטוניום, אלא מימן. למעשה, אם פיתוח כור תרמו-גרעיני יצליח, המדענים ייצרו "מיני שמש" על כדור הארץ.
"השגת תגובות תרמו גרעיניות מבוקרות,אשר צורכים יותר אנרגיה ממה שנדרש לייצורם ונתפסים מסחרית כתגובה פוטנציאלית לשינויי אקלים ", מסביר כתב המדע נתנאל גרונוולד מ- Scientific American. "אנרגיית היתוך תבטל את הצורך בדלקים מאובנים ותפתור את נושאי אי-המשכיות ואמינות הטמונים במתחדשים. הכוח ייוצר ללא כמות הקרינה המסוכנת שמעוררת חשש לאנרגיית ביקוע גרעינית. "
פקידי התרמו-גרעין הבינלאומיהכור הניסויי (ITER), פרויקט רב לאומי שבסיסו בדרום צרפת, הודיע כי הם נמצאים כעת רק 6.5 שנים מפלסמה ראשונה, אבן דרך היסטורית. פרויקט ITER, הנתמך על ידי קונסורציום של 35 מדינות, הסתיים כעת ב -65%, על פי הודעה לעיתונות השבוע. החלק החדש שהותקן - בסיס הקריוסטט והגליל התחתון - סולל את הדרך להתקנת הטוקמאק, המבנה הטכנולוגי שנבחר לאכלס את השדה המגנטי העוצמתי שיקיף את ליבת ההיתוך של הפלזמה הסופר-חמה.
בעיות היתוך גרעיניות
היתוך גרעיני כל כך קשה להשיג עקבתנאים קיצוניים - למשל בליבת השמש - שצריך להעתיק כאן על כדור הארץ. כפי שהוסבר במשרד האנרגיה האמריקני, "תגובות תרמו גרעיניות נחקרות על ידי מדענים, אך קשה לשמור עליהן לפרקי זמן ארוכים בגלל הלחץ והטמפרטורה העצומים הנדרשים למיזוג גרעינים."
אנרגיית היתוך דורשת בלימהפלזמה חמה מאוד בלחץ גבוה. כליאה מגנטית של חם מאוד - הרבה פעמים חם ממרכז השמש - פלזמה דורשת שדות מגנטיים חזקים. הם חייבים להיות פי 10 מהלחץ האטמוספרי על פני כדור הארץ. חוזק השדה המגנטי הוא פרמטר קריטי בהשגת תנאים אלו מכיוון שהוא מספק הן בידוד לשמירה על חום הפלזמה והן לחץ חיצוני לשמירה על יציבותה - והכל ללא מגע פיזי בין הפלזמה לפני השטח של החומר.
למרות שהיתוך גרעיני מייצרהסיכויים המדהימים לפתרון כמה מהבעיות הקשות ביותר של העולם המודרני, הזמן מתקתק, ומומחים רבים אומרים שגם אם ההיתוך ממש מעבר לפינה, הזמן לא בצד שלנו. אמנם יש לקוות ש-ITER יושק עד 2025 ויפעל במלואו בסביבות 2035, אבל זה עשוי להיות מאוחר מדי. עוד בשנת 2019, מומחי אקלים טענו כי ייתכן שיהיה צורך לקצץ את המועד האחרון של 12 שנה שהפאנל הבין-ממשלתי נתן לעולם להפוך את המצב המשתנה של כדור הארץ ל-18 חודשים. הנס יואכים שלנהובר ממכון האקלים בפוטסדאם הסביר זאת כך לפני שנה: "מתמטיקה האקלימית ברורה: למרות שהעולם לא ירפא בשנים הקרובות, הוא עלול להיפצע אנושות מרשלנות לפני 2020".
עם זאת, השבוע התחדשה התקוות לאנרגיה נקייה.
פרויקט SPARC
מדענים מפתחים גרסה קומפקטיתכור היתוך גרעיני הוכח בסדרה של מאמרי מחקר כפועל, ומחייה את התקוות שניתן להשיג את המטרה החמקמקה של חיקוי ייצור האנרגיה של השמש ובסופו של דבר לתרום למאבק בשינויי האקלים.
מרכז לחקר פלזמה ותרמו-גרעיןMIT בשיתוף פעולה עם חברת הסטארטאפ הפרטית Commonwealth Fusion Systems (CFS) מפתחת את עיצוב הקונספט SPARC. זהו ניסוי קומפקטי במתח גבוה עם אנרגיה תרמו-גרעינית טהורה. ה- SPARC צפוי להיות בגודל של התקני היתוך בינוניים קיימים, אך עם שדה מגנטי חזק בהרבה. בהתבסס על חוקי הפיזיקה, מקווים המדענים כי המכשיר יפיק 50-100 מגה-וואט של כוח תרמו-גרעיני. ניסוי כזה יהיה ההפגנה הראשונה ליצירת אנרגיה נקייה ואפשרות ליצור מכשיר שנבנה באמצעות טכנולוגיית מוליך-על חדשה. SPARC הוא חלק מאסטרטגיה כוללת להאיץ את התפתחות היתוך באמצעות מגנטים חדשים למוליכות-על (HTSC) בשדה גבוה וטמפרטורה גבוהה.
תחנת הכוח היתוך Sparc תהיה קטנה יחסית, כפי שמוצג בתמונה זו של תא התגובה.
טי הנדרסון / CFS / MIT-PSFC
זמן בנייה
צפוי כי בניית הכור תחתהשם SPARC, אשר פותח על ידי חוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וחברת בת של מערכות היתוך של Commonwealth, יחל באביב הבא ויימשך שלוש או ארבע שנים, כך אמרו חוקרים ופקידי החברה.
למרות שיש עדיין הרבה בעיות חמורות,החברה מסרה כי לאחר הבנייה יבוצעו ניסויים, ואם יצליחו, תחנת כוח שתוכל להשתמש באנרגיית היתוך לייצור חשמל החל מהעשור הבא.
לוח הזמנים השאפתני הזה הוא הרבה יותר מהיר מאשרפרויקט אנרגיית היתוך הגדול בעולם, פרויקט רב לאומי בדרום צרפת בשם ITER. הכור הזה נמצא בבנייה מאז 2013, ולמרות שהוא לא נועד לייצר חשמל, הוא צפוי לייצר תגובות היתוך עד 2035.
בוב מומגארד, מנכ"ל חבר העמיםפיוז'ן, וממייסדי החברה, אמר כי מטרת פרויקט SPARC היא לפתח מיזוג בזמן כדי למלא תפקיד בהפגת השפעות ההתחממות הגלובלית. "אנו מתמקדים בהשגת כוח תרמו גרעיני במהירות האפשרית," אמר.
היתוך טרמו-גרעיני, שבו אטומים קליםההתכנסות בטמפרטורות של עשרות מיליוני מעלות לשחרור אנרגיה הפכה לדרך שבה יכלו העולם להתמודד עם השפעות שינויי האקלים של ייצור חשמל.
כמו תחנת כוח ביקוע גרעיני קונבנציונלית, המפצלת אטומים, תחנת היתוך לא תשרוף דלקים מאובנים ולא תייצר פליטת גזי חממה.
ביקורת על הפרויקט
למרות שאיפות הפרויקט, מכשולים בדרךהיצירה של מכונה המסוגלת ליצור פלזמה היתוך ולתפעל ענן אטומים סוער-חם המפגע או הורס את כל מה שהיא נוגעת בו הם עצומים.
יש מדענים שעבדו על אנרגיה תרמו-גרעינית במשך עשרות שנים אומרים כי בעוד שהם מתלהבים מהסיכויים של ספרק, ציר הזמן עשוי פשוט להיות לא מציאותי.
"קריאת מסמכים אלה (עבודות מחקר- משוער. עורך.) נותן לי את התחושה שלמפתחים תהיה הפלסמה התרמו-גרעינית התרמו-גרעינית הנשלטת עליה כולנו חולמים, "אמר קארי פורסט, פיזיקאי מאוניברסיטת ויסקונסין שאינו מעורב בפרויקט. עם זאת, הוא לא בטוח אם ציר הזמן של הפרויקט הוא מציאותי.
לדברי ד"ר מומגארד, SPARC יהיה הרבהקטן יותר מ- ITER - בגודל של מגרש טניס בהשוואה למגרש כדורגל - וזול בהרבה מפרויקט בינלאומי, שעל פי ההערכות הרשמיות יעלה כ -22 מיליארד דולר, אך נתון זה אינו הגבול. חברת Commonwealth Fusion, שהוקמה בשנת 2018 ומונה כמאה עובדים, גייסה עד היום 200 מיליון דולר לפרויקט שלה.
הבדלים בין Sparc ל-ITER
מאז שהחלו לפני כמעט מאה שנהניסויי היתוך, הסיכוי ליצור מכשיר היתוך מעשי שיכול להפיק יותר אנרגיה ממה שהוא משתמש נותר חמקמק.
אבל, לפי הממצאים של מדענים ב-The Journal of Plasma Physics, פרויקט SPARC יצליח ויפיק פי 10 יותר אנרגיה ממה שהוא צורך.
מחקר "מאשר כי הפרויקט הואזה שאנו עובדים עבורו עשוי לעבוד ", אמר מרטין גרינוולד, סגן מנהל מרכז ה- MIT לחקר ופיוז'ן פלזמה ואחד המדענים המובילים בפרויקט. ד"ר גרינוולד הוא המייסד של חברת Fusion Commonwealth אך אינו מזוהה כרגע עם החברה.
SPARC משתמש באותו סוג מכשיר כמואיטר: טוקמאק, או תא בצורת סופגנייה, שבתוכו מתרחשת תגובת היתוך. מכיוון שענן הפלזמה חם כל כך - חם יותר מהשמש - עליו להתאפק בכוחות מגנטיים.
ITER עושה זאת באמצעות סלילי ענק אלקטרומגנטיים המכילים חוטי מוליכות-על שיש לקרר אותם בהליום נוזלי.
דגם כור היתוך ITER (חתך רוחב)
CC BY-SA 2.0 fr
על פי גרינוולד, SPARC משתמשהיתרונות של טכנולוגיה אלקטרומגנטית חדשה המשתמשת בכביכול מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה, היכולים ליצור שדה מגנטי חזק בהרבה. כתוצאה מכך, הפלזמה קטנה בהרבה.
המסמכים מראים כי "הנתיב הזה עם גבוההשדה עדיין נראה בר קיימא, "אמר ד"ר גרינוולד. "אם נצליח להתגבר על האתגרים ההנדסיים, מכונה זו תבצע כפי שאנו חוזים."
איחוד חבר העמים אמר כי הוא יודיע על מקום הימצאו של SPARC בעוד כמה חודשים.
מי עוד עובד על אנרגיה תרמו גרעינית והאם יש תקווה?
פיוז'ן של חבר העמים הוא רק אחד מני רביםחברות העוסקות בפיתוח ומסחור של אנרגיית היתוך בשותפות עם מוסדות מחקר, הנתמכות בהשקעה של מאות מיליוני דולרים.
לדוגמה, TAE Technologies, מבוססבדרום קליפורניה עובדים על עיצוב שמשתמש במכשיר ליניארי שיורה שני ענני פלזמה זה לעבר זה כדי לייצר היתוך גרעיני.
First Light Fusion, חברת בת של אוניברסיטת אוקספורד באנגליה, משתמשת באנרגיה כדי לדחוס ולדחוס דלק תרמו גרעיני.
ד"ר פורסט אמר:על ידי שימוש בשדות מגנטיים חזקים יותר, ניתן לומר ש-SPARC הוא "שמרני" יותר. "זה לגמרי מבדיל אותו מכל הסטארט-אפים, שבהגדרה הם יותר מסוכן", הוא מדגיש.
ויליאם דורלנד, פיזיקאי באוניברסיטת מרילנד ועורך כתב העת Journal of Plasma Physics אמר כי כתב העת ביקש מנציגים של כמה ממיזמי מיזוג אלה "לדבר על היסודות הפיזיים שלהם." קבוצת ה- MIT ו- Fusion Fusion Commonwealth הסכימו במהירות, לדבריו.
"מנקודת המבט שלי, זו הראשונה מבין הקבוצות האלה,שיש להם כסף פרטי, שלמעשה ברור מאוד מה הם עושים, "אמר ד"ר דורלנד. - אנשים סבירים חולקים על זה אם זה עובד. אבל אני פשוט שמח שהם הגבירו ואמרו לנו באמצעות מדע רגיל מה קורה, "הוא מסכם.
בסופו של דבר, מאילו תוצאות ניתן לצפותפיתוח כור היתוך? אם תהליכים ניתוקים לבקרה ותהליכים טכנולוגיים, זה יציל את האנושות. אנרגיה נקייה ממיזוג אטומים במקום ביקוע אותם תגן לפחות על כדור הארץ מפני פסולת גרעינית.
מה השורה התחתונה?
למרות כל הסכנה והמורכבות של פרויקטים עללפיתוח היתוך תרמו-גרעיני, לא נראה שלאנושות יש אלטרנטיבות כלשהן. היכולות של כדור הארץ מוגבלות, בניגוד לצרכים האנושיים. האם SPARC, ITER או כל סטארטאפ ימלאו את הבטחותיהם, הזמן יגיד.
קרא גם
מדען יצר צבע שיכול להחליף פאנלים סולאריים יקרים
משימת CHEOPS מצאה כוכב לכת עם התנאים הקשים ביותר ביקום. הדבר העיקרי
אסטרונומים גילו מאיץ ירח משנות ה -60. הוא פונה לכיוון כדור הארץ