אנרגיה גרעינית

אנרגיה גרעינית היא האנרגיה הטמונה בגרעין האטום. גרעין האטום מכיל פרוטונים ונייטרונים, והם מחוברים בכוח גרעיני, כוח חזק שמחזיק את החלקיקים יחד. אנרגיה גורמת לשחרור או לתוספת כאשר בוקעים (מופרדים) הגרעינים או כאשר הם מתמזגים.

הדרך הנפוצה להפיק חשמל היא בביקוע גרעיני, פירוק גרעינים כבדים לחלקים קטנים יותר. בביקוע משתחררת כמות גדולה של חום. החום מחמם מים ויוצר קיטור, שמסתובב טורבינות ויוצר חשמל. בתהליך זה מתרחשת תגובת שרשרת: נייטרונים שנפלטים מהגרעינים מפציצים גרעינים נוספים והתגובה ממשיכה בעצמה.

אנרגיה גרעינית מספקת חלק משמעותי מהחשמל בעולם. כיום כ-9% מכלל האנרגיה וערך ניכר מהחשמל מופקים מביקוע. סביב 31 מדינות מפעילות כ-435 כורים שמפיקים כ-370 גיגה-ואט, והסוכנות הבינלאומית צופה גידול בהספק עד 2030.

היתרונות כוללים תפוקה אנרגטית גבוהה מאוד ביחס למסה, ועלות ייצור חשמל גבוהה-תחרותית. לפי מדידות תמותה לייצור אנרגיה, אנרגיה גרעינית נחשבת לאחת הבטוחות ביחס לדלקים פוסיליים.

חסרונות עיקריים הם המורכבות בטכנולוגיה ובתחזוקה, הסיכון לעובדים ותקלות, ופסולת רדיואקטיבית, חומרים מסוכנים שצריך לאחסן לאורך זמן. דוגמה לאתגר כזה: אחסון פסולת באתרי סלע מוגנים כמו פרויקט יוקה בארצות הברית.

אירועים דרמטיים הדגימו את הסיכונים. בתאונת שלוש האיים (Three Mile Island) ב-1979 שוחררו גזים, אך לא היו הרוגים. אסון צ'רנוביל ב-1986 הוביל לפינוי כ-300,000 בני אדם סביב התחנה.

בעקבות סיכונים אלו, מדינות מסוימות במערב הימנעו מבניית כורים חדשים, וחלקן התחייבו לסגירה. מדינות אחרות, כמו סין ורוסיה, ממשיכות להרחיב שימוש בגרעין עם תקנים בטיחות מחמירים.

בשנים האחרונות הוצעו טכנולוגיות חדשות. דוגמה אחת היא מגבר אנרגיה, כור תת-קריטי שמופעל באמצעות מאיץ חלקיקים. יתרונו שהוא אינו מסתמך על תגובת שרשרת בלתי מבוקרת, ואולי יכול גם לפרק פסולת רדיואקטיבית. החסרונות הם עלות גבוהה ויעילות נמוכה יחסית.

אותה תופעה של ביקוע יכולה לשמש גם לנשק גרעיני. בפצצות כאלו משתמשים בחומרים בקיעים בריכוז גבוה, כמו אורניום-235 או פלוטוניום. כאשר מפיצים נייטרונים בחומר כזה, נוצרת תגובת שרשרת מהירה שמשחררת אנרגיה רבה במכה אחת.

היתוך גרעיני הוא תהליך שבו גרעינים קלים מתמזגים לגרעין כבד יותר. דוגמה: שני איזוטופים של מימן מתמזגים ויוצרים הליום. התהליך משחרר גם הוא אנרגיה עצומה, ואף יותר אנרגיה ביחס למסה מאשר שריפה כימית רגילה. היתוך קורה בשמש ובפצצות המימן.

הבעיה בהשגת היתוך מבוקר על פני כדור הארץ היא הצורך בטמפרטורות גבוהות מאוד (עשרות מיליוני מעלות) ובשמירה על הפלזמה. פרויקט ענק כמו ITER שואף להדגים היתוך מבוקר מסחרי ויכול להפיק אנרגיה רבה מקילוגרם של דלק מימני. בניסויים עדכניים (אוגוסט 2023) דיווחו מעבדות לורנס ליוורמור שהצליחו פעם אחת לייצר יותר אנרגיה מהמושקעת בניסוי היתוך ניסיוני.

אנרגיה גרעינית היא הכוח שטמון בליבת האטום. ליבת האטום נקראת גרעין. בגרעין יש פרוטונים ונייטרונים. הם מחוברים בכוח מאוד חזק.

בביקוע גרעיני חוצים גרעין כבד לחלקים קטנים. החיתוך הזה משחרר חום רב. החום מחמם מים והקיטור מסובב טורבינה שיוצרת חשמל. בתהליך זה נייטרונים גורמים לחלקים נוספים להתפרק, וזה ממשיך כמו שרשרת.

אנרגיה גרעינית מספקת חלק מהחשמל בעולם. יש מדינות שמפעילות כורים גרעיניים. היתרון הוא שאנרגיה כזו נותנת הרבה כוח ממעט חומר.

חסרונות: יש פסולת רדיואקטיבית. פסולת זו מסוכנת לאורך זמן וצריך לאחסן אותה היטב. היו גם תאונות; למשל אסון צ'רנוביל ב-1986 שגרם לפינוי אנשים משכנים.

אותו רעיון של ביקוע יכול לשמש גם לפצצות חזקות. לכן שומרים בקפידה על חומרים מסוימים.

היתוך גרעיני הוא חיבור של גרעינים קטנים לגרעין גדול יותר. זה קורה בשמש. היתוך משחרר אנרגיה גדולה מאוד. מדענים בונים ניסויים כמו ITER כדי לנסות להשתמש בהיתוך לייצור חשמל נקי. באוגוסט 2023 דיווחו מעבדות בארה"ב שהצליחו בניסיון ליצור יותר אנרגיה ממה שהשקיעו.