נגישות
headline
Error processing SSI file




תהליכים גרעיניים מלאכותיים


פצצת אטום וכור גרעיני


תגובת השרשרת הגרעינית המתקבלת בחומר בר-ביקוע יכולה להיות מנוצלת לצורך בניית פצצת אטום (הנקראת גם פצצה גרעינית). התקן נפיץ מיוחד משחרר זרם של ניוטרונים אל תוך מסה גדולה של חומר בר-ביקוע כדוגמת אורניום-235 או פלוטוניום-239. זרם הניוטרונים יעורר תגובת שרשרת בתוך המסה ויגרום לרצף ביקועי גרעין.

בביקוע גרעיני האטומים שבחומר משתחררת מכול גרעין אטום אנרגיית הקשר הגרעינית הכלואה במבנה שלו. סך כל אנרגיות הקשר המשתחררות מהחומר הוא אדיר וגורם להיווצרות פטריית גל חום לוהט. בנוסף לגל החום נפלטת גם קרינה רדיואקטיבית המסוכנת לכל יצור חי.

פצצת אטום


כדי להבטיח תגובת שרשרת בלתי נפסקת עד להשגת כמות נאותה של ביקועי גרעין נדרש שהחומר הבקיע יהיה בכמות מספקת. ככל שיש יותר אטומי חומר בקיע כך יש יותר סיכוי שניוטרון יפגע בגרעין של אחד מהם ותגובת השרשרת תימשך הלאה.

סף כמות החומר הדרושה להשגת תגובת שרשרת נקרא מסה קריטית. עבור אורניום-235 המסה הקריטית היא כ- 50 ק"ג ועבור פלוטוניום-239 כ- 16 ק"ג בלבד. ערכים אלו הם עבור מסות חומר בצורת כדור סימטרי, שוב כדי להגדיל את הסיכוי הסטטיסטי הממוצע של חלקיק ניוטרון לבקע גרעין אטום מהחומר בר-הביקוע.

דרך נוספת להגדיל את היעילות של הפצצה היא על-ידי שימוש בחומר בעל צפיפות או דחיסות גדולה יותר. יעילות נוספת ניתן להשיג בעזרת ציפוי החומר הבקיע במעטה בעל תכונה להחזרת ניוטרונים תועים הפוגעים בו. כל אלו מאפשרים לבנות פצצת אטום בעזרת כמות קטנה יותר של חומר בר-ביקוע.

חומר בר-ביקוע אינו נמצא בטבע בכמויות גדולות. ישנה דרך אחרת בה ניתן להשיג מסה קריטית והיא בעזרת העשרה של אורניום טבעי (שכן ניתן להשגה בטבע) באיזוטופים של אורניום-235. תהליך ההעשרה משמעו שחלק ממסת האורניום תהיה איזוטופים של אורניום-235. אורניום מועשר בעשרה אחוז משמעו שעשרה אחוז ממנו מכיל איזוטופים של אורניום-235. בכמות העשרה כזו (שהיא המינימאלית לבניית פצצה) המסה הקריטית להשגת תגובת שרשרת היא כטון אחד. בהעשרה של חמישים אחוז המסה הקריטית היא כחמישים ק"ג בלבד.

עוד על המצאת פצצת האטום ניתן לקרוא בפרק מיוחד הדן בה באתר זה.

את תופעת תגובת השרשרת בביקוע גרעין האטום ניתן לנצל גם באופן חיובי. במידה והביקוע מתבצע באופן מבוקר ניתן לנצל את החום הנוצר לשם הפיכת מים לאדי קיטור לטובת הנעת מדחפי טורבינה והפקת אנרגיה חשמלית נקייה לטובת סביבה ירוקה.

תהליך ייצור החשמל בכור הגרעיני דומה לתהליך המבוצע בתחנות פחם וגז לייצור חשמל. החום המופק, בין אם מבעירה של פחם או גז ובין אם מביקוע של גרעין אטום, מחמם מיכל מים והופך את טיפות המים שבו לאדי קיטור. הקיטור מוזרם דרך צינור בו חסום המעבר על-ידי מדחפי טורבינה. לחץ אדי הקיטור שבצינור גורם למדחפים להסתובב כדי לאפשר את המשך מעברו הלאה. סיבוב המדחפים גורם לסיבוב רוטור של מחולל-זרם חילופין וכך לייצור של מתח חשמלי מושרה ושל זרם חשמלי מושרה. אחרי סיבוב מדחפי הטורבינה וייצור החשמל מועברים אדי הקיטור לאזור קירור בו הם מתעבים חזרה לטיפות מים ומועברים לנקודת ההתחלה, חזרה למיכל החימום, לשימוש מחזורי נוסף.

ייצור חשמל בעזרת אנרגיית חום


כפי שלמדנו מפצצת האטום, הפגזה ראשונית בניוטרונים של מסה קריטית מחומר בר-ביקוע גורמת לתגובת שרשרת בלתי נשלטת. בתגובת השרשרת מבוקעים עוד ועוד גרעיני אטומים ונוצר חום אדיר. בכור גרעיני ברצוננו לשלוט באופן מבוקר בתהליך זה, כך שהביקוע יתבצע בקצב קבוע והחום שייווצר יהיה כזה המספיק להפיכת המים לאדי קיטור. במידה ולא נצליח לשלוט בתהליך ולהגביל את כמות החום המופקת מהחומר בר-הביקוע, אז הרי שכמות החום המופקת ממנו תביא להתכה של מבנה הכור עצמו ולקריסתו.

הדרך לשלוט בקצב הביקוע במהלך תגובת השרשרת היא על-ידי שליטה בכמות הניוטרונים הנמצאים בתוך החומר בר-הביקוע. השליטה מתבצעת בעזרת שימוש במוטות בקרה עשויים קדיום או חומר דומה אחר. קדיום הינו חומר הבולע ניוטרונים. מוטות הבקרה מוכנסים אל תוך הכור הגרעיני בין קורות החומר הבקיע. את מוטות הבקרה ניתן לשלוף ולהוציא ולהכניס שוב חזרה בקלות. בעזרת הזזה פנימה והחוצה של מוטות הבקרה ניתן לקבוע איזה חלק מאורכם יהיה פעיל בתוך החומר הבקיע וישתתף בבליעת הניוטרונים הנפלטים בתגובת השרשרת. בדרך זו ניתן לקבוע את קצב הביקוע ולשלוט על כמות החום הנוצרת. החום הנוצר בחומר הבקיע מועבר בעזרת מוטות מתכת מיוחדת אל תוך מיכל המים במטרה להפיק את אדי הקיטור.

ק"ג אחד של אורניום יכול לייצר כמות חום השווה לזו שמתקבלת משריפת כ- 4,500 טון פחם. מכאן שכמות האורניום הנדרשת לייצור חשמל היא קטנה מאוד ביחס למקבילה של פחם וגז והיא גם זולה יותר באופן משמעותי. יחד עם זאת עלות ההקמה של כור גרעיני היא גבוהה מאוד. הניהול והפיקוח על כור גרעיני הוא יותר מורכב מאשר זה הנדרש מתחנת פחם או גז. כך יוצא שהוצאות ההפעלה האחרות, כמו מכשור פיקוח, שכר עבודה של מהנדסים ופקחים וכו' הן גבוהות יותר מאלו שבתחנת פחם או גז.

כור גרעיני


בנוסף, במהלך הביקוע הגרעיני נפלטת, כאמור, גם קרינה רדיואקטיבית מסוכנת. כך שלמרות שאנרגיה זו נחשבת נקייה שאינה מזהמת את הסביבה בפליטת עשן וחומרים רעילים כמו תחנת פחם, עדיין היא יוצרת זיהום סביבתי חמור של קרינה שיש להתגבר עליו. את הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת בתהליך זה אוספים במוטות מיוחדים הנקברים בגמר השימוש עמוק מתחת לאדמה או בלב ים במבנים מיוחדים ואטומים.

אותה קרינה רדיואקטיבית מסוכנת עלולה להיפלט החוצה מהכור הגרעיני במקרה של תקלה, תאונה, אסון טבע, מלחמה או חבלת טרור מכוונת. איבוד שליטה על הכור מתרחש כאשר יותר מידי ניוטרונים נמצאים בחומר הבקיע והם גורמים להתחממות יתר שלו. כאשר החומר הבקיע מגיע לטמפרטורות גבוהות מידי מיכל הפלדה בו הוא מוחזק נמס לאיטו ואיתו קורס כל הכור.

התאונה המפורסמת ביותר היא זו שהתרחשה בכור הגרעיני הרוסי בצ'רנוביל. תאונה בה נסדק המיגון של כיפת הכור, בשל חימום יתר. השפעתה של הקרינה שדלפה מכור זה הגיעה עד למרחק של מאות ואלפי ק"מ. תוצאתה הייתה מלבד מחלות סרטן במבוגרים גם בלידות של תינוקות עם פגמים גנטיים בשנים שלאחר-מכן. תאונה נוספת התרחשה גם בכור הגרעיני היפני שבפוקושימה, כתוצאה מרעידת אדמה שפקדה את האזור.

החשש מאסון גרעיני שיפגע באוכלוסיה אזרחית נרחבת הוא המרתיע מדינות רבות מבנייה של כורים גרעיניים לצרכי חשמל, רפואה או מחקר. המדינה המובילה כיום בעולם בשימוש באנרגיה גרעינית לצרכי חשמל היא ארה"ב, שבה כעשרים אחוז מהחשמל המופק בה מיוצר בדרך זו.

מלבד ייצור חשמל כור גרעיני משמש גם למחקר מדעי בתחום הגרעין ולהפקה של חומרים רדיואקטיביים הנדרשים ברפואה למשל.

בישראל חלה התעניינות בהשגת עוצמה צבאית גרעינית לשם הרתעה בלבד עוד בשנות החמישים של המאה העשרים. בארץ הוקם כור מחקר גרעיני בנחל שורק והוא נמצא תחת פיקוח בינלאומי. לפי דיווחים זרים שונים הוקם בנוסף אליו כור גרעיני גם בדרום הארץ. לפי הערכות שונות שמתפרסמות מידי פעם בפעם בכלי תקשורת שונים נועד הכור, שכביכול נבנה בדרום הארץ, לייצור פצצות גרעיניות. יש אף הנוקבים מידי פעם במספר פצצות האטום שברשות ישראל ומספר זה נע ממאה ואף לעד כמה מאות. מדיניות ישראל הייתה ועודנה לשמור על עמימות מוחלטת בעניין יכולתה הצבאית הגרעינית.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - פיזיקה גרעינית | פיזיקה גרעינית - תהליכים גרעיניים מלאכותיים : ביקוע גרעין האטום | תגובת שרשרת גרעינית | פצצת אטום וכור גרעיני | מיזוג גרעיני | תהליך תרמו-גרעיני בכוכב | סיכום ]