אנרגיה גרעינית

מתוך המכלול
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

אֵנֵרְגִּיָּה גַּרְעִינִית היא האנרגיה הטמונה בגרעין האטום. בדרך־כלל מתייחס המושג לניצול האנרגיה לצרכיו של האדם. גרעין האטום מורכב מפרוטונים ונייטרונים הקשורים זה לזה על־ידי הכוח הגרעיני. כאשר הם מופרדים, משתחררת אנרגיית קשר גרעינית.

הפקת אנרגיה חשמלית על־ידי ביקוע גרעיני

כור גרעיני ליצור חשמל בשווייץ
שוברת הקרח הגרעינית והגדולה בעולם "50 שנה לניצחון"

אנרגיה גרעינית להפקת חשמל מיוצרת כיום בתהליך ביקוע גרעיני. בתהליך זה משתחררת אנרגיה רבה שמקורה בחלק מאנרגיית הקשר של הגרעין, ובאמצעותה מחממים זורם (למשל מים לקיטור) המסובב טורבינות ליצירת חשמל או דחף בכורים גרעיניים.

בתהליך הפקת האנרגיה הגרעינית מתרחשת תגובת שרשרת שמתחילה עם ביקוע הגרעין, המייצרת כמויות עצומות של חום ובעזרתן מרתיחים מים לקיטור אשר מפעיל את הטורבינות. אנרגיה גרעינית מהווה כ־9% מכלל האנרגיה המופקת בעולם. הטכנולוגיה להפקת חשמל מביקוע גרעיני מיושמת בעיקר במדינות מתועשות, במדינות ברית המועצות לשעבר ובסין, כמו גם לצורכי הנעה ימית צבאית בעיקר בצוללות ובנושאות מטוסים. הנעה באניות אזרחיות נוסתה בעבר במספר שוברות קרח רוסיות, וכן באניה האמריקנית סאוואנה.

עלות יצור החשמל בשיטה זו זולה במקרים רבים מעלות יצורו מפחם, והיא נחשבת לזולה ביותר באנרגיה החלופית. הפקת חשמל בשיטה זו מהווה כחמישית מהפקת חשמל בעולם, ומיושמת בכ־31 ארצות המפעילות כ־435 כורים גרעיניים, המפיקים הספק כולל של 370 גיגה־ואט. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (סבא"א) צופה גידול שנתי של 2.5% בהפקת חשמל בתחנות כוח גרעיניות קימות ועתידות, עד להספק כולל של 679 גיגה־ואט בשנת 2030.[1]

חסרונותיה של שיטה זו הן: המורכבות של ישומה ותיחזוקה השוטף והבטוח, הסיכון המתמיד לעובדים, החשש מזיהום הסביבה במקרה של תקלה בכור והפקת תוצר לוואי רעיל ורדיואקטיבי עמיד שלא ניתן להפטר ממנו, ויש לאחסנו באופן מאובטח, לבל יזהם את כדור הארץ או ישמש לפצצה מלוכלכת. בכל שנה מיוצרים בעולם עשרות אלפי טונות של פסולת רדיואקטיבית שיש לקוברה. כך בארצות הברית חוצבים מנהרות אחסון מאובטחות בלבם של הרים מבודדים כמו הר יוקה השוכן צפונית־מערבית ללאס וגאס, או משנעים פסולת רדיואקטיבית לאחסונה במדינות העולם השלישי.

הכור מהווה אף הוא מוקד סכנה פוטנציאלי, במקרה של תאונה, התקפה מכוונת של האויב, או פעולת טרור. בתאונת אי שלושת המילין שאירעה בארצות הברית בשנת 1979 שוחררו גזים רדיואקטיביים לאטמוספירה, אך לא נפגעו בני אדם. תאונה חמורה בהרבה ארעה באוקראינה, אז רפובליקה של ברית המועצות, באסון צ'רנוביל בשנת 1986, בעקבותיו פונו כ־300,000 תושבים מבתיהם עקב דליפה רדיואקטיבית מתחנת כח גרעינית. האסון נגרם כתוצאה מניסוי מסוכן שנערך ברשלנות, ולא כתוצאה מתקלה בפעולת הכור השגרתית.

בגלל הסיבות הללו, בעולם המערבי כמעט ולא מוקמות תחנות כח גרעיניות בשנים האחרונות, וישנן מדינות כמו גרמניה שהתחייבו לסגור את הכורים הגרעיניים שלהן תוך פרק זמן קצוב, עקב לחצם של תנועות ומפלגות ירוקות. לעומת זאת, בארצות כמו קוריאה הדרומית, סין, רומניה ורוסיה הולכות ונבנות תחנות גרעיניות רבות, כדי להתמודד עם צריכת החשמל ההולכת וגוברת. כורים אלו נבנים לפי תקנים מחמירים המאפשרים דרגת בטיחות גבוהה. בשנים האחרונות (20022008) החלה החברה לאנרגיה אטומית של קנדה (AECL) בשיתוף עם חברות חשמל קנדיות לשפץ כורים גרעיניים קנדים שהתישנו, לצורך הארכת השימוש בהם מעבר לתקופה המקורית עבורה הם נבנו.

דוגמא לשינוי בגישת העולם המערבי כלפי תחנות כח גרעיניות היא איטליה שבעקבות אסון צ'רנוביל החליטה במשאל עם בנובמבר 1987 להפסיק כל שימוש באנרגיה הגרעינית במדינה, כולל פירוק תחנות קיימות. ההחלטה התקבלה על אף תלותה של המדינה במקורות אנרגיה זרים והעלות המשוערת למשק. עם זאת, בשנת 2009, במסגרת רפורמות לשיפור המשק האיטלקי, התקבל ב־9 ביולי חוק המכשיר מחדש את הקמתן של תחנות כח גרעיניות בשל העלייה במחירי מקורות האנרגיה בעולם.[2]

בשנת 1993 הוצע סוג חדשני של תחנת כוח גרעינית, בה משולבים מאיץ חלקיקים וכור גרעיני תת־קריטי. תחנת כוח מסוג זה, הנקראת מגבר אנרגיה, צפויה להיות נקיה, בטוחה וזולה לתפעול. זאת בעיקר משום שלא מתחוללת בה תגובת שרשרת גרעינית ואין חשש לתגובות בלתי־מבוקרות. למעשה, נבחנת האפשרות להשתמש במגברי אנרגיה לביקוע חומרים רדיואקטיביים מסוכנים לתוצרים לא מסוכנים. כך ניתן להיפטר מפסולת גרעינית במקום להטמינה. ישום זה מעורר עניין במיוחד לאור החשש משימוש עוין בפסולת גרעינית להכנת "פצצה מלוכלכת". עם זאת, עלות הפקת האנרגיה בצורה זו תהיה יקרה מאשר בכור רגיל, היעילות נמוכה בהרבה ועדיין יווצרו חומרים רדיואקטיבים (בעיקר תוצרי ביקוע ואקטינידים כבדים) בכמות רבה.

שימוש בביקוע גרעיני ליצירת פצצות

שימוש נוסף של אנרגיית ביקוע גרעיני היא בפצצות אטום או בנשק גרעיני אחר. בפצצות אלו משתמשים בחומרים בקיעים בריכוז איוזטופי גבוה במיוחד (כגון אורניום-235 ופלוטוניום עם מספר אי־זוגי). כאשר מפציצים את הגרעין בנייטרונים, נוצר ביקוע בו נפלטים נייטרונים נוספים מהגרעינים אשר הופצצו והנייטרונים הללו פוגעים בגרעינים אחרים וכך נוצרת תגובת שרשרת. בתגובת שרשרת, נוצרת כמות גדולה של חום, כ־11-10×3.2 ג'ול לתגובת פירוק יחידה של אורניום, פי 200 מיליון מאשר שרפת פחם ליצירת חשמל.

היתוך גרעיני

עוד דרך להפקת אנרגיה היא היתוך גרעיני, תהליך בו ממזגים גרעינים של אטומים קטנים וגרעינים של אטומים גדולים יותר, למשל חיבור שני גרעיני איזוטופ דאוטריום (2Hפרוטון אחד ונייטרון אחד) בטמפרטורות של מיליוני מעלות צלזיוס ומכך נוצר גרעין הליום (4He – שני פרוטונים ושני נייטרונים). תהליך זה גורם גם הוא לפליטת כמות אדירה של אנרגיה, כ־13-10×5.1 ג'ול לאטום הליום, או 3.2 מגה אלקטרון־וולט. לצורך השוואה: אנרגיה המופקת מחמצון (שריפה) של אטום פחמן יחיד קטנה פי 320,000.

היתוך גרעיני מתרחש בכוכבים ובפצצת מימן בה מתמזגים גרעיני אטומי מימן לגרעין גדול יותר (הליום), ופולטים אנרגיה רבה. התהליך אינו יכול להתחיל באופן ספונטני, אלא דורש אנרגיה תחילית רבה (קרוב ל־100 מיליוני מעלות). בכוכבים, אנרגיה זו נוצרת מדחיסה גרוויטציונית בכוכבים. תהליך ההיתוך הגרעיני הוא ידידותי ונקי, תוצרי התהליך הם אנרגיה ויסודות שנוצרו מהיסודות שגרעיניהם השתתפו בתהליך.

ב־24 בינואר 1958, בוצע לראשונה בהיסטוריה היתוך גרעיני בידי בני אדם. שני אטומים קטנים התחברו לאטום גדול יותר, אחרי שחוממו עד למאה מיליון מעלות. בעשורים האחרונים נעשים ניסיונות לרתום אנרגיה זו בתהליך מבוקר של "היתוך גרעיני קר", כלומר היתוך גרעיני שנעשה בטמפרטורה שאינה גבוהה במידה חריגה, לשם יצור אנרגיה. עד סוף 2004 לא הצליחו להציע תהליך יעיל ושימושי לשם כך. ב־1989 שני מדענים (Fleischmann ו-Pons) טענו כי הצליחו לבצע היתוך גרעיני קר, אך הקהילה המדעית התייחסה ברובה לטענתם בזלזול, משום שניסיון לחזור על התהליך נכשל.

פרויקט איטר (ITER) של האיחוד האירופי, הוא כור היתוך גרעיני ניסיוני שיוקם כנראה בצרפת, בעלות של כ־5 מיליארדי דולרים. בתהליך זה, קילוגרם אחד של מימן, יוכל לייצר כמות אנרגיה, השקולה ל־10 מיליוני קילוגרם של דלק מאובנים.

ראו גם

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

סמל המכלול גמרא 2.PNG
הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רישיון cc-by-sa 3.0