ביקוע , היתוך והבעיה היפנית

לאור האירועים הנוראים המתרחשים (התרחשו) ביפן החלטתי לכתוב פוסט קצר המסביר על קצה המזלג את המושגים שהתקשורת ממטירה בנו ללא הבחנה.

באופן כללי קיימות 2 אפשרויות להפקה של אנרגיה ישרות מגרעין האטום – ביקוע גרעיני והיתוך גרעיני.

היתוך גרעיני הוא התהליך המתבצע בליבות הכוכבים ואותו אנחנו לא מסוגלים לקיים בצורה יציבה על כדור הארץ. תהליך זה הוא מה שגורם לכוכבים לזהור ולהפיק את כמויות האנרגיה האדירות אותן אנו מרגישים על בשרנו בעיקר בצורה של חום ואור (מהשמש). מה שעומד בבסיסו של התהליך היא הכבידה העצומה של הכוכב. כבידה זו דוחסת חומר (בכוכבים צעירים יחסית כמו השמש שלנו מדובר לרוב במימן) דחיסה זו גורמת לגרעינים של האטומים להתמזג אחד עם השני וליצור חומרים כבדים יותר ויותר. בתהליך הדחיסה הזה נפלט החומר החדש והכבד יותר ואנרגיה. למעשה כמעט כל היסודות שאנחנו מכירים מקורם מתהליכים של היתוך (בליבות של כוכבים או מהתפוצציות של סופרנובות). באנגלית קוראים להתהליך FUSION. מי שרוצה לקרוא עוד על היווצרות היסודות מוזמן לעשות זאת כאן .

ביקוע גרעיני עובד על עיקרון הפוך , יסוד כבד ולא יציב (או יסוד יציב יחסית אשר נהפך ללא יציב ע"י העשרה מלאכותית שלו) מופגז בכמות התחלתית נמוכה של ניטרונים. הניטרונים אשר משתחררים מהתגובה מערערים את המסה הקריטית של היסוד הבא וכ"ו. ניתן לסכם ולומר שמהשקעה נמוכה יחסית של אנרגיה מתקבלת אנרגיה מרובה יותר. תהליך זה מזין את עצמו כל עוד יש יסודות בלתי יציבים במערכת. בפצצת אטום העיקרון פשוט יחסית (שכן התוצאה הרצוייה היא שיחרור בלי מרוסן של אנרגיה) בעוד שבכורי ביקוע גרעיניים העקרון מורכב יותר משום שהתגובה צריכה להיות מבוקרת ויציבה מספיק בשביל לא ליצור תגובת שרשרת של ביקוע גרעיני בלתי נשלט.

כיצד עובד כור גרעיני.

כאמור הכורים הגרעיניים למעשה פועלים אך ורק בשיטת הביקוע.

בכור ישנו הריאקטור בו מתבצעת הריאקציה הגרעינית . באזור זה יש מוטות (או כדורים) המכילים את החומרים המתבקעים והם אלה המספקים את ה"דלק" לריאקציית הביקוע עצמה. ריאקציה זו מחמממת את המוטות ואלה בתורם מחממים נוזל המצוי במעגל סגור. נוזל זה מתחמם ומעביר את האנרגיה למיכל של מים היוצרים קיטור .קיטור זה מניע את הטורבינה המייצרת את החשמל (שלב שהוא למעשה זהה לתחנות הכוח הרגילות). לצורך שליטה בטמפ' הכור (מניעת התחממות והתבקעות מעטפת הריאקטור) יש במערכת מוטות שליטה אשר מוחדרים בין המוטות הפעילים לצורך הפחתה במספר התנגשויות הניטרונים עם החומר המתבקע וע"י כך הפחתת הריאקציה הגרעינית. פעולה זו בנוסף לנוזל המקיף אותם גורמת למוטות להצטנן ולריאצקיה ל"הרגע".

תרשים המתאר את הריאקטור עצמו

הנה סרטון המדגים את העקרון :

אסונות גרעיניים בתחנות כוח גרעיניות.

תחנות כוח אלה מועדות למעשה ל2 תקלות מרכזיות . תקלה במערכת מוטות השליטה גורמת למערכת לצאת מכלל שליטה ולפעולת הביקוע להימשך ללא כל עצירה. תקלה אחרת השכיחה יותר היא פגיעה פיזית למבנה המגן על הריאקטור או למערכת הקירור הנוזלית והשליטה על פעולת הכור נשארת אך ורק באמצעות מוטות השליטה. במצבים מורכבים כמו למשל לאחר רעידת אדמה יתכן ו2 המערכות לא מתפקדות או שאחת מהמערכות בלבד מתפקדת. במצב כזה ישנה סבירות כי הכור יתחמם יתר על המידה ויגרם נזק מבני אשר יחשוף את המוטות לאטמוספירה אשר בחוץ.

נזקים מאסונות גרעיניים

הכור עצמו אינו בנוי כמו פצצה גרעינית ולכן אין סיכוי לפיצוץ גרעיני. עיקר התחכום בפצצה הגרעינית הוא בסידור החומר המדויק בליבת הפצצה והנפצים המסודרים מסביב לאותה ליבה (אשר גורמים להפעלת כוח אחיד ובכך למקסום הריאקציה) סידור החומר הגרעיני במוטות גורם רק לחימומם. מכאן שהנזקים הצפויים קשורים למעשה לנוזלים במערכת הסגורה. עקב העלייה בלחץ עשויה להתרחש בריחה של הנוזל מחוץ למעטפת הכור. הנזקים תלויים בסוג הנוזל המתפרץ. כאשר אלה הם המים הכבדים אשר באים במגע עם מוטות הריאקציה מדובר בנוזל רדיואקטיבי ואם מדובר בנוזל קירור שאין מגע בינו לבין החומר הרדיואקטיבי אז אין כל נזק מזהם. במקרים של רעידת אדמה הגורמת לנזק מבני הבעיה מורכבת יותר משום שיותר ממערכת בלימה אחת עשויה להינזק ועקב כך לשחרר קיטור רדיואקטיבי לאטמוספירה או נוזל רדיואקטיבי לאדמה.

באסון צ'רנוביל אשר התרחש ב 1986 טמפ' הכור עלתה בצורה בלתי מבוקרת עקב חיישן פגום. נגרם נזק פיזי למעטפת הריאקטור והתפרץ קיטור רדיואקטיבי אשר גרם לזיהום מפושט ביותר.

הבעיה היפנית חמורה משום שמי שעתידה להפגע מהאסון הרדיואקטיבי היא לא יפן עצמה כל כך כמו ארה"ב וקנדה כמו שמתארת מפת התרחיש האפשרית הבאה :

הנה עובדה מעניינת שקשורה לתרחיש הזה. במלחמת העולם ה-2 היפנים פיתחו שיטה להפצת מחלת הדבר בארה"ב. התברר שישנה תופעה אטמוספרית מעניינת באוקיאנוס השקט. בדומה לזרם ה"גולף" במי האוקיאנוס גם באטמוספירה ישנו זרם הנושב לכיוון מזרח (החוף המזרחי של ארה"ב) היפנים התכוונו להפיץ את הדבר בתוך גופות של עכברושים נגועים ולהצניח אותן באמצעות כדורי פורחים קטנים הישר למוקדי האוכלוסין של החוף המזרחי. המזל הגדול שהחבילות האלה התרסקו באזורים מבודדים (שכן המערכת היתה פרימטיבית ולא ניתן היה לקבוע היכן הכדורים יעצרו) כך שלא נגרם נזק רציני . במקרה של אסון התכה גרעיני מזל זה לא יהיה מנת חלקה של ארה"ב משום שאבק רדיואקטיבי מכסה שטחים נרחבים יותר ומופץ בקלות יחסית לעצמים כגדולים כמו בלונים.

העתיד בהיתוך

כמעט כל המדענים מסכימים שהעתיד של יצור האנרגיה על כדור הארץ תלויי בפיתוח היתוך גרעיני בר קיימא וכלכלי. באמצעות היתוך ניתן יהיה להשתמש בכמויות מזעריות של מימן (שהוא יסוד נפוץ מאוד בכדור הארץ ולא רדיואקטיבי) ההיתוך יעיל ויתר מביקוע מבחינה אנרגטית. . למרות שהצליחו לקיים תגובות היתוך על כדור הארץ אלה היו מהירות מאוד ולא יציבות עקב הטמפ' העצומות אשר נדרשו לקיומם (למעשה מוחזקים בתוך שדות  מגנטים רבי עוצמה אשר מונעים מהחומר הלוהט להרוס את הציוד). הגביע הקדוש של החוקרים הוא בפיתוח "היתוך קר" – תגובת היתוך בטמפ' החדר כך שתמנע את המכשול הטכנולוגי והכלכלי העצום ביצירת שדות מגנטיים רבי עוצמה. המחקר בנושא ההיתוך הקר מדשדש מאחור וטרם נמצאה פריצת הדרך הרצוייה. למעוניינים לקרוא על שיטות אפשריות להפקה של אנרגיה והתרומה לאנושות מוזמנים לעשות זאת בספרו הנפלא של פרופ' חגי נצר

מודעות פרסומת

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s