היתוך גרעיני הוא תהליך שבו גרעיני אטומים מתמזגים לגרעין גדול יותר ומשתחררת אנרגיה רבה. התהליך קורה בכוכבים ובפצצת מימן.
בליבות הכוכבים מתבצע היתוך גרעיני שמספק להם אנרגיה למשך מיליארדי שנים. התהליך לא מתחיל מעצמו; הוא דורש אנרגיה ראשונית שמגיעה מהדחיסה הכבידתית של הכוכב.
בשמש ההיתוך העיקרי הוא שרשרת פרוטון-פרוטון (שרשרת תהליכים שבה פרוטונים, החלקיקים החיוביים שבאטום, הופכים בסוף לגרעין הליום). מסה של גרעין ההליום קטןית ממסת ארבעה פרוטונים, וההפרש של המסה משתחרר כאנרגיה, כ־26.7 MeV (יחידת אנרגיה). זהו המקור לעיקר אנרגיית השמש.
שני גרעיני מימן דוחים זה את זה בגלל מטען חשמלי עקבי. ההיתוך אפשרי בשמש בזכות מנהור קוונטי, תופעה שבה חלקיקים עוברים "מחסום" אלקטרוני למרות שאין להם את האנרגיה הקלאסית הדרושה.
בכוכבים שזקנים יותר ומאזלים בהם המימן, מתרחשות תגובות שבהן גרעיני הליום מתמזגים לגרעין פחמן ולגרעינים כבדים יותר עד לברזל. ברזל הוא הגבול: היתוך ממנו לא מייצר אנרגיה. כאשר כמות הברזל גדלה, הלחץ התומך נחלש ולעתים הכוכב מתפרק ומשחרר את היסודות שנוצרו אל החלל.
היתוך גרעיני מתרחש גם בפצצות מימן. כדי להתחיל אותו, משתמשים בפצצת אטום שמספקת את האנרגיה ההתחלתית.
יש ניסיונות מאז שנות ה־50 להפיק אנרגיה מהיתוך בבקרה כך שהתשואה תהיה גדולה מההוצאה. היתוך "קר" הוכרז נכשל פעמים רבות, ובקהילת הפיזיקאים מקובלת המסקנה שאין כיום תהליך ידוע של היתוך בקר.
מאז שנות ה־50 מנסים לבנות כורים שמפיקים אנרגיה מהיתוך. ב־1 ביולי 2005 אושר בניית כור מחקר גדול בצרפת בשם ITER. המטרה של ITER היא להפיק כמויות גדולות של אנרגיה לצורך מחקר, לא לייצור חשמל ישיר. הכור תכנן להסתיים עד 2020 בעלות מוערכת של כ־7 מיליארד דולר, אך הפרויקט חרג מלוח הזמנים ומתקציבו, ובנייתו צפויה להימשך לפחות עד 2026.
בהיתוך המתוכנן ב־ITER ישתמשו בדאוטריום (צורה כבדה של מימן שנמצא במי הים) וטריטיום (צורה אחרת של מימן עם נייטרון נוסף). הם יתמזגו לגרעין הליום וישתחרר נייטרון אחד. הנייטרון יפגע בליתיום‑7 שבמעטפת הכור וייצור טריטיום חדש שישמש שוב. כך הדלק בפועל הוא דאוטריום וליתיום‑7, חומרים שנמצאים בשפע בכדור הארץ.
ב־5 בדצמבר 2022 הודיעה מעבדה בארה"ב על פריצת דרך: הצלחה ביצירת תגובת היתוך שבה האנרגיה שיצאה עלתה על האנרגיה שהושקעה. באוגוסט 2023 הכריזה אותה מעבדה על תוצאה נוספת, ייצור של 3.15 מגה־ג'ול אנרגיה בהשקעה של 2.05 מגה־ג'ול.
היתוך גרעיני הוא כאשר גרעיני אטומים מתאחדים לגרעין גדול. זה משחרר הרבה אנרגיה. זה קורה בטבע בכוכבים ובפצצות מימן.
בליבות הכוכבים יש היתוך שמעניק לחום ולאור מיליארדי שנים. התהליך צריך אנרגיה להתחלה שמגיעה מהתכווצות הכוכב.
בשמש פרוטונים (חלקיק חיובי שבאטום) מתאחדים בסוף לגרעין הליום. המסה של ההליום קטנה מעט ממסת ארבעה פרוטונים. ההפרש הופך לאנרגיה.
החלקיקים דוחים זה את זה, אך תופעה שנקראת מנהור קוונטי מאפשרת להם להתמזג בכל זאת. מנהור קוונטי הוא מצב שבו חלקיק עובר מחסום כאילו דרך קיר.
בכוכבים מבוגרים הליום מתמזג ליסודות כבדים יותר עד לברזל. אחר כך הכוכב עלול להתפרק ולפזר את היסודות בחלל.
מנסים לבנות כורים שמפיקים אנרגיה מהיתוך כבר מהשנים שלאחר 1950. ב־2005 הוחלט לבנות כור מחקר גדול בצרפת שנקרא ITER. הכור מיועד למחקר ולא לייצור חשמל. הוא תוכנן להסתיים ב־2020 בעלות של כ־7 מיליארד דולר, אך הוא התעכב וצפוי להימשך עד לפחות 2026.
הדלק המתוכנן הוא דאוטריום (מימן עם חלק נכבד נוסף במים) וטריטיום (מימן עם נייטרון נוסף). ההיתוך שלהם עושה הליום ומשחרר נייטרון. נייטרון זה פוגע בליתיום‑7 ומייצר טריטיום חדש לשימוש חוזר.
ב־5 בדצמבר 2022 דיווחו חוקרים בארה"ב על ניסוי שבו קיבלו יותר אנרגיה מאשר שהשקיעו. באוגוסט 2023 דיווחו שוב על תוצאה של 3.15 מגה‑ג'ול יציאה מול 2.05 מגה‑ג'ול כניסה. מגה‑ג'ול היא יחידת אנרגיה.
תגובות גולשים