אנו יודעים שהסקרנות האנושית לשלוט בכל הובילה לגילוי התקדמות טכנולוגית גדולה. אחת הבעיות הגדולות העומדות בפני האדם במאה זו היא משבר האנרגיה. המשמעות היא שיש לפתח את כל ההיבטים הדרושים לביצוע היתוך גרעיני. ה שמש מלאכותית בסין זה קרוב להשגת היתוך גרעיני ולסיום הבעיות של משבר האנרגיה.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם מהי השמש המלאכותית בסין, מה המאפיינים שלה וכמה היא חשובה לפרדיגמת האנרגיה העולמית.
מהי השמש המלאכותית של סין
הם קוראים לה השמש המלאכותית מכיוון שהיא משתמשת באותו מקור אנרגיה כמו הכוכב הקרוב ביותר שלנו. זוהי אחת ההתקדמות המבטיחות ביותר במדע, עם שם טכני שנקרא היתוך: מקור אנרגיה כמעט נקי שהמעצמות הגדולות רודפות אחריו כבר עשרות שנים. עד כדי כך שלפני חמישים שנה נאמר שנותרו רק חמישים...
עם זאת, נראה שאנחנו מתקרבים. בין היתר, בגלל שסין זה עתה שברה את השיא של תגובת ההיתוך הגרעיני הארוכה ביותר: 120 מיליון מעלות צלזיוס למשך 101 שניות.
ראשית, נמשיך ונסביר מהו באמת היתוך גרעיני. תחנות כוח גרעיניות קונבנציונליות פועלות על ידי שחרור אנרגיה מביקוע. כלומר "לשבור" את האטום. לפיכך, אורניום מועשר המופגז בניוטרונים משמש לתחילת תגובת שרשרת גרעינית.
מפעלים אלה פועלים כבר יותר מחצי מאה. ספֵּצִיפִי, תחנת הכוח הגרעינית הראשונה המחוברת לרשת הושלמה בברית המועצות ב-1954. עם זאת, כפי שמראה לנו סדרת האסונות הגרעיניים בצ'רנוביל, הם אינם חסרי סיכון.
מצד אחד, יש לנו תגובות שרשרת בלתי מבוקרות. למרות שההשלכות היו קטסטרופליות, אירועים כאלה הם חריגים ביותר. הבעיה האמיתית של ביקוע גרעיני היא הפסולת שהוא מייצר, שעלולה להישאר רדיואקטיבית בצורה מסוכנת במשך מאות שנים.
לעומת זאת, היתוך גרעיני או שמש מלאכותית מציעים את היכולת לייצר חשמל בבטחה עם מעט או ללא בזבוז. הודות לטביעת הרגל הפחמנית הנמוכה שלו, הוא יכול להיות כלי רב עוצמה במאבק בשינויי האקלים.
כיצד מושג היתוך גרעיני
איך זה מושג? בעיקרו של דבר, הוא משלב שני גרעינים קלים לגרעין כבד אחד, ומעמיד אותם ללחץ עצום ולטמפרטורות גבוהות במיוחד. התגובה גם משחררת אנרגיה מכיוון שהגרעינים המתקבלים הם פחות מאסיביים משני הגרעינים הראשונים בלבד.
בדרך כלל, הדלק המשמש ליצירת שמש מלאכותית מבוסס על איזוטופים של דאוטריום וטריטיום. ניתן להפיק דאוטריום ממי ים, ואילו טריטיום ניתן להפיק מליתיום.. שני היסודות מצויים בשפע בשפע מוחלט, כמעט אינסופי בהשוואה לאורניום. לדוגמה, דאוטריום בליטר אחד של מי ים יכול לייצר אנרגיה שווה ערך לשלוש מאות ליטר שמן.
כדי להבין את האנרגיה המשתחררת במהלך היתוך, מספיק לקחת בחשבון שכמה גרמים של דלק יכולים ליצור טרה-ג'ול: מספיק כדי לענות על צורכי האנרגיה של אדם במדינה מפותחת במשך שש שנים.
גם תגובות היתוך מייצרות פסולת. רובו הוא הליום, גז אינרטי. עם זאת, נוצרות גם כמויות קטנות של פסולת רדיואקטיבית המופקת מטריטיום.
למרבה המזל, הם מתפוררים הרבה לפני עמיתיהם הביקוע. באופן ספציפי, ניתן לעשות בהם שימוש חוזר או למחזר תוך פחות ממאה שנים. מצד שני, שטף הנייטרונים המתרחש במהלך היתוך משפיע על החומרים שמסביב, שהופכים בהדרגה לרדיואקטיביים ללא הגנה. לָכֵן, המיגון של מבנה הכור יהיה היבט מכריע נוסף.
כיצד פועלת השמש המלאכותית של סין
אוקיי, עכשיו יש לנו את הדלקים הטריטיום והדאוטריום שלנו, ואת העקרונות הבסיסיים של הפעולה. אבל איך בדיוק התהליך הזה עובד? כאן, אם כן, מתחילים את המלכודות כאשר עוברים מתיאוריה לפרקטיקה.
כפי שציפינו, היה צורך להפעיל לחצים וטמפרטורות גבוהות מאוד. מספיק כדי להפוך את הדלק לפלזמה חמה במיוחד. אטומים חייבים להתנגש זה בזה בטמפרטורות של לפחות 100 מיליון מעלות צלזיוס, עם מספיק לחץ כדי לקרב אותם עד כדי כך שהמשיכה הגרעינית תתגבר על הדחייה החשמלית.
ביסוס מקביליות גסה זה כמו להתגבר על הדחייה של שני מגנטים בעלי קוטביות זהה עד שתוכל להדביק אותם יחד. כדי להשיג תנאים קיצוניים אלו, נעשה שימוש בשדות מגנטיים ובקרני לייזר חזקות למיקוד הדלק. לאחר שהושג מצב הפלזמה היפר-חם, יש להמשיך ולהוסיף דלק תוך ניסיון לשלוט בפליטות החום הגבוהות מבלי להרוס את הכור.
כמובן אין חומר בעולם שיכול לעמוד ב-100 מיליון מעלות צלזיוס מבלי להימס באופן מיידי. כאן נכנסת לתמונה כליאת פלזמה, והדבר מושג באמצעות סוגי הכורים השונים.
ההתקדמות האחרונה בהיתוך גרעיני
כפי שציפינו במקור, אחד ההתפתחויות האחרונות בהיתוך גרעיני כולל את סין. במאי 2021, חוקרים מהמכון הדרום-מערבי לפיזיקה (SWIP) בצ'נגדו, סין הודיעו כי הכור HL-2M שלהם שבר את כל השיאים של ניסויי היתוך גרעיני.
למרות שמדובר בתהליך מורכב, האתגר הגדול ביותר אינו ההיתוך עצמו, כפי שהושג בכורים רבים בשנים האחרונות. האתגר האמיתי הוא לשמור עליו לאורך זמן: מעט אנשים מסוגלים לעשות יותר מכמה שניות.
שם קיבלו מדעני ה-SWIP את המדליה שלהם: הם הגיעו לטמפרטורה של 150 מיליון מעלות צלזיוס למשך 101 שניות. את השיא הקודם החזיקה דרום קוריאה עם 20 שניות.
הכור דמוי הטוקמק הזה מפורסם כ"שמש מלאכותית", אבל למעשה הוא חם פי עשרה מליבת השמש. כל העיניים נשואות כעת להימור הבינלאומי הגדול ביותר עד כה: ITER. הפרויקט הנהדר הזה כוללת 35 מדינות שזה עתה השלימו את השלב הראשון של הבנייה. אם הכל ילך כשורה, הכור הסופי יוכל לייצר 500 מגה וואט של חשמל בסביבות שנת 2035.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו לדעת יותר על סולו מלאכותי מסין ועל מאפייניו.