כוח גרעיני, מקור אנרגיה נקי ואמין, מתדלק מיליוני בתים אמריקאים מדי יום. תהליך אפס פליטה זה, שנוצר באמצעות ביקוע גרעיני, כולל פיצול אטומי אורניום כדי לייצר חום ולקיים את התגובה. מחקר גרעיני מודרני מתמקד בשיפור עיצובי הכורים ויעילות הדלק כדי לענות על צורכי האנרגיה העולמיים באופן בר קיימא.
מהי אנרגיה גרעינית?
כוח גרעיני הוא המקור הגדול והאמין ביותר בעולם לאנרגיה נקייה, ומספק חשמל לבתים של עשרות מיליונים באמריקה מדי יום ויום. כדי להילחם בשינויי האקלים, העולם יזדקק לדרכים חדשות וטובות יותר למינוף מקור האנרגיה הזה, שמיוצר על ידי כורים גרעיניים בתהליך שמייצר אפס גזי חממה. אבל איך כורים גרעיניים מספקים כל כך הרבה כוח ללא פליטות? – הכל מתחיל בחום.
רוג'ר בלומקוויסט, מהנדס גרעיני ראשי בחטיבת ההנדסה הגרעינית, מפרק אנרגיה גרעינית – המקור הגדול והאמין ביותר בעולם לאנרגיה נקייה. עשרות מיליונים באמריקה מסתמכים על אנרגיה גרעינית מדי יום כדי לייצר את החשמל שמניע את בתיהם. תהליך המרת אנרגיה גרעינית לחשמל מתחיל בכור גרעיני. בכור, אטומים של יסוד המכונה אורניום מתפצלים ויוצרים חום. החום הזה משמש לייצור קיטור ואז הקיטור משמש להפיכת טורבינת רוח, שבתורה מייצרת חשמל. בהשוואה לשריפת דלקים, תהליך הפקת כוח גרעיני אינו משחרר פחמן דו חמצני, פיח או כימיקלים מזיקים אחרים, מה שהופך אותו למקור אנרגיה אפס פליטה.
חום משתחרר בכור גרעיני כאשר אטומים מתפצלים, תהליך המכונה ביקוע. אטומים, אבני הבניין של החומר, עשויים משלושה חלקיקים – נויטרונים ופרוטונים הקשורים יחד, ויוצרים את מה שמכונה הגרעין של אָטוֹםואלקטרונים, שהם חלקיקים בעלי מטען שלילי המקיפים את הגרעין.
כורים גרעיניים מפצלים אטומים של אורניום, יסוד רדיואקטיבי עדין, ליצירת חום. תהליך זה משחרר חום וניטרונים. חלק מהנייטרונים הללו ממשיכים להתנגש באטומי אורניום אחרים, מה שגורם להם להתבקע, מה ששומר על התגובה הגרעינית.
סדרות אלה של תגובות ביקוע מתרחשות כולן בתוך חלק של הכור הגרעיני המכונה מוט הדלק, צינור גלילי ארוך מרותך סגור המכיל את האורניום. מכלול דלק מתאר צרור ארוז של 100 עד 200 של מוטות אלה. כל ליבת הכור מורכבת ממאות מכלולי דלק ארוזים יחד לצורת גליל גדול, כך שבדרך כלל יש עשרות אלפי מוטות דלק בליבת כור.
קרדיט: Argonne National Laboratory
בתחנת כוח גרעינית טיפוסית, מים זורמים מעל מוטות הדלק בליבת הכור כדי לקרר אותו. חום זה מעלה את טמפרטורת המים וגורם להם להפוך לאדים. הקיטור הזה נשלח לטורבינה שמחוברת לגנרטור. לחץ הקיטור גורם לטורבינה להסתובב, קצת כמו טחנת רוח. הגנרטור, כמו כל מחוללי החשמל האחרים, משתמש בתנועה המכנית של הטורבינה לייצור חשמל. לבסוף, לאחר מעבר דרך הטורבינה, הקיטור מתקרר, וממיר אותו בחזרה למים כדי שניתן יהיה להשתמש בו שוב. בניגוד לשריפת דלקים מאובנים, הביקוע אינו משחרר פחמן דו חמצני, פיח או כימיקלים מזיקים אחרים, וזו הסיבה שהוא מקור אנרגיה אפס פליטה.
בעוד ששני הסוגים הנפוצים ביותר הם כור המים בלחץ (PWR) וכור המים הרותחים (BWR), פותחו עיצובים חדשים לכורים גרעיניים. הפיתוח של כורים גרעיניים נמשך היום מכיוון שטכנולוגיות כורים מתקדמות אלה וחדשניות יותר יכולות לעזור לעמוד בדרישות האנרגיה הגוברות של העולם מבלי לתרום להתחממות הגלובלית. בחזית קידום האנרגיה הגרעינית נמצאות מעבדות כמו המעבדה הלאומית Argonne של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE).
בתמיכת ה-DOE, מדעני ארגון חוקרים תכנון חדש של כורים וטכנולוגיות מיחזור דלק שיכולות לשפר את הבטיחות, להפוך את פעילות המפעל הגרעיני ליעילה יותר, להפחית את כמות הפסולת הגרעינית ולהפחית את זמן הבנייה והעלויות. עבודתם מתבססת על המורשת הארוכה של המחקר הגרעיני שממנו נוסדה המעבדה. החל משנות ה-40, ארגון הוביל את הדרך בפיתוח שימושים שלווים לכוח גרעיני. בעוד שהמחקר, העיצובים והניסויים של ארגון מהווים את הבסיס לכל הכורים הגרעיניים המסחריים המשמשים כיום, חוקריו נמצאים גם בחזית ההתקדמות החדשה עבור הדור הבא של הכורים.
קרדיט: Argonne National Laboratory
מהי אנרגיה גרעינית?
מקור כוח אמין ונקי שיכול למלא תפקיד חיוני בהפחתת הפחמן של כלכלת ארה"ב.
אורניום בכור גרעיני מייצר חום כשהוא מתפצל, או ביקוע, וזה מה שקורה כאשר גרעין אטום של אורניום -235 (U-235) נפגע על ידי נויטרון. במקביל, הביקוע מייצר מספר נויטרונים שיכולים להמשיך ולגרום לביקוע נוסף, ומספק אספקה חלקה ויציבה של חום המשמש לייצור חשמל. כמויות עצומות של חום – ובתמורה, חשמל – מופקות באמצעות כמויות זעירות ביותר של דלק.
