כור ההיתוך הגדול בעולם מציע תקווה לאנרגיה נקייה
Apr 03, 2023
כור ההיתוך הגדול בעולם מציע תקווה לאנרגיה נקייה
כור טוקאמק חדש ובנוי מפלדה שואף להשיג סוף סוף את הגביע הקדוש של ייצור חשמל המופעל באמצעות היתוך.
בעומק האזור הצרפתי של פרובנס, שנבחר בשל התנאים הגיאולוגיים, ההידרולוגיים והסיסמיים הנוחים שלו, כמו גם הגישה למים וחשמל, שוכן מתקן רחב ידיים של 180-הקטרים שבו שוכן הכור התרמו-גרעיני הבינלאומי (ITER).
תחנות כוח מסורתיות ממירות חום משריפת דלק מאובנים או ביקוע גרעיני לקיטור המשמש לאחר מכן לסיבוב טורבינות הממירות אנרגיה מכנית לחשמל. שתי השיטות הללו, אמנם מקורות חשמל אמינים, מגיעות עם השפעות סביבתיות באמצעות פליטות או פסולת רדיואקטיבית.
אבל מה אם הייתה דרך לייצר את החום הזה בלי תוצרי הלוואי המזיקים? זהו החלום של כוח היתוך, ניסוי מתמשך להפקת כמויות עצומות של אנרגיה באמצעות היתוך אטומי.
זהה לתהליכים המניעים את השמש שלנו, היתוך מתרחש כאשר שני אטומי מימן מתנפצים יחד ומתמזגים לאטום הליום בודד. זה מייצר כמויות עצומות של אנרגיה מבלי לייצר תוצרי ביקוע רדיואקטיביים.
יצירת תהליך זה מהווה אתגר הנדסי רציני, שכן יש לשלוט על התגובות במדויק בחלל בו נוצרות כמויות אדירות של אנרגיה.
כוחו של כוכב בכלוב בנוי פלדה
במתקן ITER מתבצעת בנייה של כור הטוקאמק הגדול בעולם. בליבה של המכונה הניסיונית הזו, המבוססת על דגם סובייטי שפותח בשנות ה-60, נמצא תא ואקום בצורת טורוס.
במשקל 5,200 טון ובנפח של 1,400 מ"ר, תא הוואקום הוא ללא ספק הגדול מסוגו, מה שמקל על הפיזיקאים המפעילים אותו לשלוט בתגובות הדרושות ליצירת כוח היתוך בר-קיימא.
הניסויים של ITER יתקיימו בתוך כלי ואקום זה הבנוי מפלדה, המכיל את תגובות ההיתוך ואטום הרמטית, הפועל כמחסום הבלימה הבטיחותי העיקרי. כאן דלק מימן נתון לחום וללחץ עצומים, והופך אותו לגז החם והטעון חשמלי המכונה פלזמה.
סביבת ואקום זו מספקת מיגון קרינה ותומכת ביציבות פלזמה, בעוד שמערכות מי קירור המוזרות בין קירות הפלדה הכפולים שלה מסירות בבטחה את החום שנוצר בזמן שהכור פעיל. זה חשוב ביותר שכן נדרשות טמפרטורות של בין 150 ל-300 מיליון מעלות עבור היתוך.
כוחם של שדות מגנטיים
צורת הסופגנייה של הפנים מאפשרת לחלקיקי הפלזמה שבפנים להסתובב ברציפות מבלי לגעת בקירות. פלזמה סופר חמה זו מוכלת ונשלטת בכור טוקאמק על ידי שדות מגנטיים המיוצרים על ידי 10,000 טונות של מגנטים מוליכים על.
מסוגל לייצר שדות חזקים יותר ממגנטים קונבנציונליים כשהם נשמרים בטמפרטורות של -269 מעלות, ITER משתמש ב'מוליכים בעלי ביצועים גבוהים, מקוררים פנימיים', שבהם חוטים מוליכים צרורים יחדיו ומכילים מעיל פלדה מבני.
אמצעי זה להפקת שדות מגנטיים הוא גם זול יותר וצורך פחות אנרגיה מאלטרנטיבות, מה שהופך אותו לאופציה הקיימת היחידה עבור מערכות המגנטים המסיביות הדרושות לתמיכה בכוח היתוך.
כלי הוואקום ומערכת המגנטים המוליכים שלו כלולים כולם בתוך קריוסטט ITER, המספק חלל ואקום בטמפרטורה נמוכה במיוחד. בגודל של 16,000 מ"ר, זהו תא הלחץ הוואקום הגבוה מנירוסטה הגדול ביותר שנבנה אי פעם.
הפרשי הטמפרטורות הקיצוניים הכלולים בכור הופכים את הנירוסטה לבחירה אידיאלית. מסוגל לשמור על ביצועים בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, הגמישות והקשיחות הגבוהה של הפלדה הופכים אותה לחלק שאין לו תחליף ב-ITER.
מכיוון שהטוקאמק צפוי להיות פעיל עד 2025, פיסיקאי היתוך מקווים שזה יהיה מחליף משחק ליצירת אנרגיה. בעוד שהסיכוי של אנרגיה נקייה כמעט חסרת גבולות נותר מעבר לאופק, ברור שאם אנחנו רוצים להשיג היתוך מסחרי יהיה זה כוחה המתמשך של הפלדה שיאפשר לנו לרתום אותה.
