אינטרנט  |  ynet  |  בעלי מקצוע  |  קניות  |  ספקים למשרד

   חדשות תוכן ועדכונים 24 שעות - Ynet


הכור הגרעיני בדימונה
הכור הגרעיני בדימונה צילום רויטרס
 
 פורמט להדפסה  הדפס

אתרים נוספים
 מידע נוסף בנושא


ערכים קשורים
 חומרים רדיואקטיביים
 אנרגיה
 צזיום
 רובידיום
 פחם
 אורניום
 פלוטוניום
 מים כבדים
 צנטריפוגה
 פלדה
 עופרת
 אסון צ'רנוביל
 הפקת חשמל
 מים
 מימן
 פחמן דו-חמצני
 טורבינה
 חום
 היתוך גרעיני
 פלסמה
 מגנטיות
 הליום
 מקורות אנרגיה חלופיים
 ביקוע גרעיני
 איזוטופים
 ליזה מייטנר
 נייטרון
 רדיואקטיביות
 גרעין האטום
 מסה
 חלקיקים תת-אטומיים
 נשק גרעיני
 אנריקו פרמי
 תוכנית מנהטן


תחומים קשורים
 פיסיקה


 
 
 

כור גרעיני


Nuclear Reactor

חומרי ביקוע |  ליבת הכור |  המרת האנרגיה |  סיכונים |  כורי היתוך |  מידע נוסף |  בחנו את עצמכם

כור גרעיני, מערכת שבה מתרחש תהליך של ביקוע גרעיני מבוקר, כדי להפיק אנרגיה חשמלית או לצורכי מחקר (למשל, כדי לבנות גרעינים שאינם מצויים בטבע בשכיחות רצויה). בכורים גרעיניים גם מיוצרים איזוטופים רדיואקטיביים למטרות רפואיות ומסחריות.

בסוף 1938 הבהירה ליזה מייטנר את תהליך הביקוע: היבלעות נייטרון בגרעינו של יסוד רדיואקטיבי כבד גורמת להתפצלות הגרעין לשני גרעינים קטנים יותר, תוך שחרור אנרגיה, לפי נוסחת איינשטיין E=mc2; חלק זעיר מהמסה של הגרעין הופך לאנרגיה, הנפלטת בדמות חלקיקי יסוד שונים. בתוך זמן קצר הבין הפיסיקאי ליאו סילרד (Szilard) כי אם מוצרי הביקוע כוללים נייטרונים, אלה עשויים לפגוע בגרעינים אחרים ולהביא לביקועם, וחוזר חלילה: הוא תיאר את "תגובת השרשרת". כך נפתחה הדרך שהוליכה לבנייתה של הפצצה הגרעינית הראשונה מזה, ולבנייתו של הכור הגרעיני הראשון מזה. כבר ב-1942 בנה אנריקו פרמי במסגרתה של תוכנית מנהטן את הכור הגרעיני הראשון, במרתף באוניברסיטת שיקגו, שהתבסס - ככל הכורים שנבנו אחריו - על תגובת השרשרת.

 

תחנת כוח גרעינית במדינת טנסי, ארה"ב (צילום: איי פי)

 


חומרי ביקוע

כ"דלק" לכור הגרעיני משמשים חומרים רדיואקטיביים "בקיעים". התכונה החיונית לגרעיני האטומים של אותם חומרים היכולים לשמש כדלק גרעיני היא שבבהתבקעותם משתחררים בין היתר כמה נייטרונים. למוצרי הביקוע הנפלטים יש מהירויות, כלומר יש להם אנרגיה קינטית, ההופכת לחום עם פגיעתם בחומרים שבתוך הכור או במעטפתו. עוד אנרגיה משתחררת בצורת קרינה. לדוגמה, בהתבקעות גרעין אורניום לגרעיני צזיום 140 ורובידיום 93 (זוהי אחת מבין כמה תגובות ביקוע אפשריות) משתחררים שלושה נייטרונים, וכמות אנרגיה של 200 MeV (מיליון אלקטרון-וולט). אולי כמות זו אינה נראית גדולה, אבל יש לזכור כי מדובר רק בגרעין יחיד. במשותף, כמות האנרגיה שאפשר להפיק מק"ג אחד של חומר גרעיני - 18.7 מיליון קילווט-שעה, כשמדובר באורניום 235 - גדולה פי מיליון בערך מן האנרגיה שאפשר להפיק מק"ג אחד של פחם.


חישובים תיאורטיים הראו כי שלושה חומרים בלבד יכולים לספק תגובת שרשרת בת-קיימא: האיזוטופ 235 של היסוד הטבעי אורניום, והאיזוטופים 239 ו-241 של היסוד הסינתטי פלוטוניום. אולם בכור גרעיני, תגובת השרשרת חייבת להיות מבוקרת; אם אין התהליך מבוקר, עלול להתחולל פיצוץ גרעיני, או תגובת השרשרת תדעך ותיפסק מאליה. "בקרה" בהקשר זה פירושה שמספר הנייטרונים המשתתפים בתהליך גדול יהיה דיו כדי שתהליך השרשרת יימשך, אך קטן מכדי שכל החומר הבקיע יתבקע בבת אחת. פרמי מצא כי נייטרונים אטיים עדיפים לצורך זה על נייטרונים מהירים, ויכולים להביא לקצב הביקוע הרצוי. אם הנייטרון נע במהירות (האנרגיה הקינטית שלו גבוהה), אזי רבים הסיכויים שהוא יהדף מעל הגרעין שבו פגע; אבל אם הוא אטי, רבים יותר הסיכויים שייבלע בו. את הנייטרונים מאיטים באמצעות ממתן כמו גרפיט או מים (במיוחד מים כבדים).

פלוטוניום 239 אינו מצוי בטבע כלל, ואפשר לקבלו רק בתגובה גרעינית, כגון הקרנת 238U. האורניום המצוי בטבע כולל בעיקר את האיזוטופ 238, ורק 0.71% ממנו הוא החומר הבקיע אורניום 235. לכן יש צורך, ברוב סוגי הכורים, להשתמש באורניום מועשר, כלומר, אורניום ששיעור החומר הבקיע בו הועלה בתהליך מלאכותי. זהו תהליך מסובך ויקר, משום ששיטות הפרדה כימיות אינן מסוגלות להפריד בין איזוטופים, ויש צורך בהפרדה פיסיקלית רגישה, למשל באמצעות סכרזת (צנטריפוגה). אם אין הדלק הגרעיני מועשר דיו, עלולים גרעיני אורניום 238 למנוע בעד הנייטרונים מלקיים את תגובת השרשרת. הם עצמם עשויים להתבקע עקב פגיעת נייטרונים, אבל ביקועם אינו משחרר נייטרונים נוספים, והתגובה דועכת.


 

 


ליבת הכור

ליבתו של כור גרעיני חייבת להיות בלתי-חדירה לקרינה, כדי למנוע את הגעתה לשאר חלקי הכור והלאה, אל הסביבה. לפיכך היא עבה וכבדה מאוד. לרוב היא עשויה בטון מזוין בפלדה ובעופרת. בדגם נפוץ של כורים, הקרוי "בריכת שחייה", הליבה שקועה כולה בתוך מכל מים עמוק, כמיגון נוסף. גם מבנה הכור, המכיל את הליבה ואת המערכות הנלוות, עשוי בטון מזוין עבה.

 

כור גרעיני בשבדיה, מבט מבפנים (צילום: רויטרס)

 

הליבה מכילה את מוטות הדלק, וכן חומר ממתן ומוטות בקרה שליפים. מוטות הדלק מכילים את החומר הבקיע, 235U או 239Pu . תפקידו של החומר הממתן הוא לספוג חלק מהאנרגיה של הנייטרונים המשתחררים ולהאט מהירות תנועתם, כדרוש לתהליך הביקוע. מוטות הבקרה עשויים חומר בולע נייטרונים, ה"מתחרה" עם החומר הבקיע על קליטת הנייטרונים המשתחררים. יש בכור מנגנון המאפשר החדרה של מוטות הבקרה לתוך הליבה או שליפתם מתוכה החוצה, כדי לפקח על כמות ה"דלק" המשתתפת בפועל בביקוע. מקור רוב התקלות שהתגלעו בכורים גרעיניים, ובפרט בצ'רנוביל, היה טיפול לא נכון במנגנון הבקרה. בכורי מחקר יש בליבת הכור גם חומרים אחרים, שהקרנתם תיצור איזוטופים רצויים למחקר או לשימושים רפואיים, תעשייתיים ואחרים.

כל אלה טבולים בתוך נוזל - מים, מים כבדים, או בכמה סוגי כורים אף מתכת קלה במצב נוזלי - שתפקידו לווסת את הטמפרטורה בליבת הכור, שכן תהליך הביקוע משחרר, כאמור, כמות גדולה של אנרגיית חום. בלא קירור נאות, עליית הטמפרטורה תביא בסופו של דבר להתכת מוטות הדלק, תנטרל את פעולת הממתן ותגרום לשחרור כמות גדולה של חומר רדיואקטיבי לסביבה - סיוט הבלהות של מהנדסי הגרעין. ומאידך גיסא, תכלית קיומם של רוב הכורים (כורי הכוח, המשמשים להפקת חשמל) היא לחמם את הנוזל הזה, כמתואר להלן.

 

אחד ההבדלים הבולטים בין סוגי הכורים השונים הוא הנוזל המשמש לקירור ולהמרת אנרגיה (המתוארת בפרק הבא); הבדל חשוב אחר הוא סוג החומר הממתן. ברוב הכורים מתוצרת ארה"ב, נוזל הקירור הוא מים מזוקקים, המשמשים בה בעת כחומר ממתן; בכמה דגמים המים מצויים בליבה בלחץ גבוה של 150 אטמוספירות בקירוב, כדי למנוע את רתיחתם. בדגמים אחרים, המים מורשים לרתוח. בכורים אחרים, שם הדלק הוא אורניום טבעי (המכיל, כאמור, כמות זעומה של חומר בקיע בתגובת שרשרת), משתמשים במים כבדים (D2O), כאשר D מציין דייטריום, איזוטופ כבד של מימן. חומר זה בולע פחות נייטרונים ממים רגילים. דגם זה פותח בקנדה. בצרפת ובבריטניה, לעומת זאת, השתמשו בתחילה בכור של אורניום טבעי עם גרפיט כממתן וגז פחמן דו-חמצני בלחץ כחומר קירור. אך שתי המדינות עברו במרוצת הזמן לכורים של אורניום מועשר ומים "רגילים". בברית המועצות ובמדינות שירשו אותה מצויים כורים מכל הדגמים הללו.


סוג מיוחד של כור גרעיני הוא הכור הדוגר (breeder), שיש לו כמה דגמים. בדגם הנפוץ ביותר, הליבה מכילה מלבד הדלק מוטות של אורניום טבעי. תוך כדי פעולת הכור הופך חלק מאורניום זה לפלוטוניום 239. בתנאים מסוימים, אפשר לקבל כמות 239Pu העולה על כמות 235U שהוכנסה לליבה במוטות הדלק, ועם הפרדתו יתקבל דלק גרעיני חדש. מכאן שם הסוג הזה של כורים.

 


המרת האנרגיה

אם הכור משמש בתחנת כוח, יש להמיר את האנרגיה הגרעינית לצורת האנרגיה הרצויה - דהיינו חום. כאמור, עם הביקוע משתחררת אנרגיה קינטית של מוצרי הביקוע והקרינה. בעקבות זאת מתחמם הנוזל שבליבה, וחום זה מנוצל להפקת קיטור.

הואיל והנוזל שבתוך הליבה מכיל כמות מרובה של חומרים רדיואקטיביים מסוכנים, אי-אפשר לנצלו במישרין לחימום, ברוב דגמי הכורים (כור המים הרותחים שתואר לעיל יוצא מכלל זה). לכן נוזל הקירור מועבר במערכת סגורה אל ממיר חום, שם הוא מחמם מים עד רתיחה. המים האלה הופכים לקיטור ומפעילים טורבינה, ומכאן נמשך תהליך הפקת החשמל בדרך האלקטרומכנית הרגילה. הקיטור מועבר מהטורבינה למעבה, הופך שוב למים וחוזר חלילה. בה בעת, נוזל הקירור שהוזרם אל ממיר החום מוחזר אל ליבת הכור. יש כאן איפוא שתי מערכות סגורות. אך בכור המים הרותחים יש מערכת סגורה אחת, משום שהמים המקררים את הליבה מפעילים את הטורבינה במישרין.

 

כמו בכל תהליך שבו מתבצעת המרת חום לצורה אחרת של אנרגיה, היעילות אינה מלאה. היא גדלה ככל שטמפרטורת הקיטור גבוהה יותר; שיעורה ברוב הכורים נע בין 25% ל-40%.

 


סיכונים

הסכנה המיוחדת לכורים גרעיניים, בניגוד לתחנות כוח אחרות, היא שמוצרי ביקוע רדיואקטיביים ו/או רעילים וקרינה רדיואקטיבית יצאו מתחומי הכור. לשם כך מקיפים אותו בשכבות מגן בולעות. ליבת הכור עצמה מוקפת במעטה כבד המכיל כמות רבה של עופרת, משום שמתכת זו מיטיבה לבלוע קרינה רדיואקטיבית. מבנה הכור כולו עשוי בטון כבד.

בעיה אחרת היא תקלה אפשרית במנגנון הבקרה. כדי למנוע זאת פותחו אמצעי בטיחות מתוחכמים ביותר, שמטרתם להקטין ככל האפשר את סבירות התקלה. התאונה החמורה ביותר העלולה להתרחש בכור גרעיני אינה התפוצצות גרעינית - כמות החומר הבקיע אינה מגיעה למסה קריטית - אלא התכת ליבה (core meltdown). במצב של חימום יתר, אם משום מה השתבשו מנגנוני הבקרה, עלול הדלק הגרעיני להתיך את קליפות המוטות שבהן הוא מוכל, וליצור גוש לוהט וכבד ביותר של אורניום ו/או פלוטוניום. התרחיש הפסימי ביותר חוזה את שקיעתו של גוש זה אל מעבה האדמה, תוך פליטת קרינה מזהמת לסביבה ובעיקר למי התהום ויצירת זעזועים סייסמיים. תרחיש זה מכונה בהומור מקאברי "תסמונת סין" (אם תתרחש תאונה כזו בארה"ב, ישקע הגוש באדמה ויעבור אותה מצד לצד, עד שיגיח שוב בסין).

תאונת צ'רנוביל (1986), תאונת הכור הגרעיני החמורה ביותר בהיסטוריה עד כה, היתה כרוכה בהתכת ליבה חלקית, אם כי עיקר הנזק נגרם עקב התפוצצויות בליבה ובמבנה הכור בגלל חימום יתר שמקורו בשרשרת של טעויות אנוש.

 

מעבר לכך קיימת בעיית הפסולת הגרעינית: מה עושים במוטות דלק ובקרה מנוצלים, בנוזל הקירור ובשאר הציוד והפריטים המבניים המצויים בכור, כאשר אין בהם עוד צורך? כל אלה רדיואקטיביים ביותר, וחלקם עתידים לשמור על הרדיואקטיביות שלהם עוד מאות אלפי שנים! הסכנות לאדם ולסביבה ברורות מאליהן, ומחייבות טיפול שיבטיח כי חומרים אלה לא יוכלו להשתחרר עד אשר ייעשו בלתי-מזיקים, כלומר לאורך דורות רבים מאוד. למרבה הצער, שום צורת טיפול שהונהגה עד כה אינה מסוגלת לספק סילוק בטוח של פסולת גרעינית.

 

למעשה, מכל הטענות שהוטחו נגד השימוש בכורים גרעיניים, שאלת הפסולת הגרעינית היא החמורה ביותר, והיא אחראית במידה רבה לכך שמאז שנות ה-80 ועד תחילת המאה החדשה נפסקה בניית הכורים הגרעיניים כמעט כליל ברוב מדינות העולם, ומדינות רבות השקיעו משאבים גדולים בחיסול כורים ובטיפול מחודש באתרי סילוק הפסולת - בכלל זה מדינות הגוש המזרחי שלעבר, שכוריהן פעלו ברמת בטיחות נמוכה יחסית מלכתחילה, ושאלת סילוק הפסולת טופלה ברשלנות גדולה עוד יותר. אך למרות ההשקעות הללו, טרם נמצא פתרון שיש בו כדי להרגיע את החששות, ואיש אף אינו יודע היכן יימצא פתרון כזה.

 

עם זאת, המחסור הגובר בנפט ובגז טבעי, ובעיות הסביבה הכרוכות בשימוש בפחם, עוררו מחדש את הקולות הקוראים לבניית כור כוח גרעיניים במדינות המערב, הגם שמרביתן עדיין לא שינו את מדיניותם הקוראת להשבית תחנות כוח גרעיניות קיימות ולא לבנות חדשות. אך הצמיחה הכלכלית המהירה של סין, הודו ומדינות אחרות באסיה מניעה אותן לבנות תחנות כוח גרעיניות, ובראייה גלובלית, מספרן של אלה עתיד לגדול במשך העתיד הנראה לעין.

 

 


כורי היתוך

מחקרים רבים נעשים כדי לבנות כורים גרעיניים המבוססים על היתוך גרעיני. בתהליך זה, גרעינים קלים מתנגשים זה בזה ומתמזגים לגרעינים גדולים יותר, תוך שחרור אנרגיה רבה. גם כאן מתקבל תהליך שרשרת, שאם אינו מרוסן תיווצר פצצה תרמו-גרעינית. כדי להתחיל תהליך כזה יש צורך במהירויות עצומות בעת ההתנגשות. בפצצה תרמו-גרעינית מתקבלות מהירויות אלה מאנרגיית התפוצצותה של פצצה גרעינית "רגילה". בכור היתוך יש להביא את הדלק הגרעיני (מימן או דייטריום) לטמפרטורות בסדר גודל של 100,000,000º. בטמפרטורות אלה האלקטרונים נקרעים מעל הגרעינים ומתקבלת תערובת של מטענים חיוביים (גרעינים) ושליליים (אלקטרונים) הקרויה פלסמה. החזקתה של תערובת זו בצפיפות הדרושה יכולה להיעשות רק באמצעות שדות מגנטיים חזקים.

 

כור ההיתוך, לכשייבנה, יענה על בעיות האנרגיה של העולם בצורה אלגנטית מאין כמוה. מוצר ההיתוך אינו אלא הליום, חומר לא-מזיק לחלוטין, ולפיכך סכנות הזיהום אינן קיימות. ה"דלק" שלו מופק ממים, משאב בלתי-מתכלה. וכמויות האנרגיה הצפויות להתקבל ממנו יהיו עצומות. כלומר, זהו מקור האנרגיה החלופי האולטימטיבי. וזו הסיבה לכך שלמרות הקשיים הטכנולוגיים הכבירים, מתנהל בעולם מאמץ רב לקבלת תהליך היתוך מבוקר.

נעשו ניסויים במתקנים שונים שיש ביכולתם להגיע ל"טמפרטורת ההצתה", לשמור על תהליך היתוך בר-קיימא, ולהגיע לכדאיות מבחינה אנרגטית (אנרגיה מופקת גדולה מאנרגיה מושקעת). עד כה, ההישגים היו צנועים. בכמה ניסויים שנעשו בשנים האחרונות הושג היתוך, אבל עד כה, הוא לא היה בר-קיימא.

 


מידע נוסף

 

כור גרעיני במארז נייד - מדינות מתפתחות רבות משוועות למקורות אנרגיה חלופיים. בארצות הברית מפתחים כור גרעיני קטן ונייד, שיאפשר הפקת אנרגיה. כתבה באתר ynet.

לכתבה המלאה - לחצו כאן.

 

אנרגיה גרעינית: פתרון מבריק או טעות מסוכנת? מחירי הנפט מאמירים, הפחם מזהם את האוויר והדלקים הביולוגיים גורמים לעלייה במחירי המזון ופוגעים בחלשים. אז האם הפתרון המושלם הוא אנרגיה גרעינית. כתבה באתר ynet.

לכתבה המלאה - לחצו כאן.

 

תיעוד: כך נראה מבפנים הכור הסורי שהופצץ - לראשונה מאז התקיפה בסוריה, מתפרסמות תמונות של הכור שהופצץ. התמונות מציגות בין היתר את ליבת הכור ובה מתקן מוטות הדלק הגרעיני, ומבנים נוספים בתהליכי בנייה מתקדמים. גם סרטון הוידאו שהוצג בקונגרס מתאר בפירוט רב את הנעשה מאחורי חומות השתיקה הסורית. כתבה באתר ynet.

לכתבה המלאה - לחצו כאן.

 


בחנו את עצמכם

 

.

 





חזרה לעמוד הקודם
חזרה לעמוד הראשי של האנציקלופדיה

חדשות
דעות
כלכלה
ספורט
צרכנות
תרבות ובידור
רכילות Pplus
מחשבים
בריאות
ירוק
יהדות
תיירות
רכב
אוכל
יחסים
סרטים
הוט
כלכליסט
משחקים
מקומי
לימודים
מדע
לאישה
דרושים
ynet-shops
ynettours
winwin
בעלי מקצוע
ביגדיל
 

אודות ועזרה
כתבו אלינו
עזרה
מדיניות פרטיות
תנאי שימוש
מפת האתר
ארכיון
מרכזי המבקרים
Israel News
 
אודות האתר
RSS
הפוך לדף הבית
ynet בסלולר
ניוזלטרים
פרסמו אצלנו
אנציקלופדיה
באבלס
ערוצי תוכן
חדשות
כלכלה
ספורט
תרבות
בריאות
מחשבים
נופש
Xnet
Yschool
יהדות
דעות
צרכנות
תיירות
אוכל
רכב
בעלי חיים
שופינג לאשה
כיכר השבת
יחסים
אסטרולוגיה
מעורבות
ירוק
לאשה
דילים
ynetArt
kick
כלכליסט
בלייזר
רכילות Pplus
מנטה
משחקים
mynet
מפות
פרוגי
כלים ושירותים
קניות
מניות
דרושים
מחירון רכב
דירות להשכרה
קופונים
זיכרונט
ידיעות בתי ספר
ידיעות אחרונות
דירות למכירה
לוח רכב
יד שניה
בעלי מקצוע
משחקים Games
עברית
דירות חדשות


YIT  - פיתוח אינטרנט ואפליקציותApplication delivery by radwarePowered by Akamaiהאתר פועל ברישיון אקו"םהאתר פועל ברישיון תל"יאקטיב טרייל
-nc  כל הזכויות שמורות לידיעות אינטרנט ©