הנה הפתרון לכל בעיות האנרגיה של המין האנושי. הפיסיקה הבסיסית
של הפתרון ידועה לכל זה שנים. הבעיה היחידה היא ביישום. וכאן מתנהל
מירוץ מדעי שיש שיגדירוהו "דרמטי" ויש שיאמרו שביחס לתמורה שממתינה
בסוף המסלול, המירוץ עצמו מתנהל בעצלתיים. מלת המפתח כאן היא
מיזוג גרעיני.
מיזוג גרעיני הוא התהליך שבאמצעותו השמש מפיקה את האנרגיה
השופעת ממנה. זהו גם התהליך המתרחש בעת התפוצצותה של פצצת מימן.
הוא התגלה בראשונה בידי האנס בתה מאוניברסיטת קורנל בשנות ה-30
המאוחרות של המאה הקודמת. בתה מצא שיסודות כימיים קלים נראים כאילו
הם פועלים, במובן ידוע, על-פי השקפת עולם אנטי-הוליסטית שלפיה השלם
קטן מסכום מרכיביו. כך למשל מתברר, שמאסתו הכוללת של גרעין הליום
(שאפשר ליצור אותו בדרך של מיזוג שני אטומי מימן), קטנה ממאסתם המשותפת
של מרכיביו (שני אטומי מימן). לאן, אם כן, נעלמת הכמות הקטנה של
המאסה, החסרה בגרעין ההליום? מתברר שבעת שגרעין ההליום נוצר,
כתוצאה מהתמזגות מרכיביו, היא מומרת לאנרגיה לפי נוסחת שוויון
המאסה והאנרגיה הידועה של איינשטיין, שלפיה, האנרגיה שווה למכפלת
המאסה בריבוע מהירות האור.
מנוסחה זו ברור שכמות קטנה מאוד של חומר, שקולה למעשה לכמות
גדולה מאוד של אנרגיה. ואכן, חישובים שונים מורים, שבמיזוג עשרה גרם
של אטומי מימן לאטומי הליום, מופקת אנרגיה בכמות השקולה לאנרגיה
הבוקעת בפיצוץ של אלף טון חומר נפץ מסוג טי-אן-טי. חישוב אופטימי
יותר, מראה שמיזוג אטומי מימן במשקל של 25 גרם, עשוי לספק את כל
צורכי האנרגיה של אדם מודרני מערבי, לכל חייו. והמימן, כדאי לזכור,
הוא היסוד הכימי הנפוץ ביותר ביקום. הבעיה היא שמיזוג גרעיני הוא
תהליך פרוע בעל פוטנציאל הרס אדיר, שעד כה לא נמצאה דרך לבצעו באופן
מבוקר. הניסיון לבניית מתקן שימיר את אנרגיית המיזוג הגרעיני
באנרגיה חשמלית, שקול אפוא לניסיון לרתום נמר לעגלת קניות
בסופרמרקט.
בתהליך הפקת האנרגיה המתבצע בליבת השמש, ממוזגים אטומים של
מימן נפוץ, שגרעינו כולל פרוטון אחד בלבד. אבל בכור המיזוג
הניסיוני, מתכוונים החוקרים להשתמש באיזוטופים אחרים של המימן,
שמיזוגם מחייב השקעה ראשונית של פחות אנרגיה. מדובר בשני
האיזוטופים הכבדים של המימן :דויטריום שגרעינו כולל פרוטון אחד
וניטרון אחד, וטריטיום, שגרעינו כולל פרוטון אחד ושני ניטרונים.
דויטריום נמצא במצב טבעי במים :כמעט אחד מכל 6,700 אטומי מימן, הוא
למעשה דויטריום. הטריטיום פחות מצוי. הוא רדיואקטיבי, וזמן מחצית
החיים שלו הוא 12.3 שנים. לכן הוא אינו מצוי בטבע בכמויות גדולות,
אבל אפשר להפיק אותו ממרבצים גיאולוגיים של המתכת ליתיום.
כאשר מאיצים שני אטומים כאלה זה מול זה במהירות ובעוצמה רבה,
הם מתלכדים ויוצרים יחד אטום הליום, שגרעינו כולל שני פרוטונים ושני
ניטרונים. בתהליך הזה נפלט ניטרון אחד, והאנרגייה ה"עודפת" משתחררת
בצורת חום. הבעיה היא, שכדי להתמזג, חייבים שני אטומי המימן לנוע זה
מול זה בעוצמה רבה מאוד, שתתגבר על כוחות הדחייה החשמלית הפועלים
ביניהם (שני הגרעינים מכילים פרוטונים, שהם בעלי מטען חשמלי חיובי
ולכן הם דוחים זה את זה). הצורך ליצור תנאים מתאימים למיזוג, הוא
למעשה הבעיה העיקרית העומדת בפני מפתחי כורי המיזוג.
המטרה היא ליצור תנאים שבהם אטומי המימן האנרגטיים יימצאו במצב
של תנועה וצפיפות, במשך זמן מספיק, עד שיתבצעו מספיק מיזוגים, בקצב
מספיק גדול, כך שהמתקן יפיק יותר אנרגיה מזו המושקעת בהפעלתו.
למעשה, כדי להשיג את המטרה הזאת, הדויטריום והטריטיום חייבים להגיע
לטמפרטורה של 100 מיליון מעלות צלסיוס – לפחות. להשוואה, הטמפרטורה
במרכז השמש היא 15 מיליון מעלות צלסיוס "בלבד". התערובת האנרגטית
הזאת של אטומים הטעונים במטען חשמלי, מכונה "פלסמה" והיא מהווה
מעין מצב צבירה רביעי של החומר.
הבעיה היא, שהפלסמה החמה והאנרגטית שואפת להתפשט, מה שיפחית את
חומה ואת הסיכויים ליצירת תהליכים של מיזוג גרעיני. כדי להתגבר על
הקושי הזה, הוצעו כמה שיטות פעולה, שהמבטיחה שבהן היא שיטת ה"כליאה"
שעליה מבוססים כורי המיזוג הניסיוניים הידועים בכינוי "טוקאמאק".
שיטה זו הוצעה בראשית שנות ה-50 של המאה הקודמת, על -די הפיסיקאים
הרוסים אנדריי סאחארוב ואיגור טאם. משמעות השם היא "תא מגנטי טורואידי"
(דמוי כעך). בכור זה, מערכת מורכבת של מגנטים מונעת את התפשטות הפלסמה,
ו"מכריחה" אותה להישאר במצב שבו עשויים להתרחש בה מיזוגים
גרעיניים.
עד כה, האנרגיה שהיה צורך להשקיע בכליאת הפלסמה וביצירת התנאים
המתאימים להתרחשות מיזוגים גרעיניים, הייתה גדולה בהרבה מהאנרגיה
שהופקה בכור, בעת פעולתו. כלומר, הכור "בלע" אנרגיה במקום לספק
ו"לייצא" אנרגיה. המאמצים שמושקעים בתחום זה כיום נועדו למצוא שיטות
להגברת יעילותו של הכור ולהעברתו ממצב הפסד למצב רווח. כור הטוקמאק
היעיל ביותר שנוסה עד כה, הוא ה"טורוס האירופי המאוחד" הפועל
באנגליה. בניסוי שבוצע בכור הזה, הופקו יותר ממיליון ואט בתהליך של מיזוג
גרעיני שנמשך שתי שניות. בתוך זמן קצר מקווים החוקרים המפעילים את
המתקן הזה, להגיע לתפוקת אנרגיה של 30 מיליון ואט. כמות אנרגיה זו היא קו
הגבול שמעבר לו יכול הכור לספק את צריכת האנרגיה העצמית שלו.
מתקן "טוקאמאק" ניסיוני אחר, שנבנה באוניברסיטת פרינסשון, ארה"ב,
"בלע" בעשורים האחרונים 2.5 מיליארד דולרים מכספי משלם המסים
האמריקאי.
השדה המגנטי הדרוש לכליאת הפלסמה בכור המיזוג הניסיוני
המתוכנן, יופק באמצעות 16 מגנטים מוליכי-על. הליום נוזל ישמש לשמירה
על טמפרטורת התיל מוליך העל, שלא תעלה על 4.5 מעלות קלווין בלבד
(מינוס 268.5 מעלות צלסיוס). המערכת כולה אמורה לחולל שדה מגנטי החזק
פי 200,000 מהשדה המגנטי של כדור-הארץ. מדובר באחת המכונות הגדולות,
המורכבות והיקרות שתוכננו מעולם. האם זה שווה את המאמץ? ובכן, לפי
הערכות שונות, כור מעשי של מיזוג גרעיני, יהיה עשוי להפיק חשמל בכמות
הגדולה יותר מפי 1,000 מכמות החשמל המופקת כיום בתחנות כוח גרעיניות
(המבוססות על כורי ביקוע גרעיניים). לכורי מיזוג גם אין "היבט צבאי",
לא קיימת בהם סכנה של דליפת קרינה רדיואקטיבית ולא נוצרים בהם חומרים
רדיואקטיביים ארוכי חיים. והדלק הדרוש להפעלתם (מימן) מלא את כל
היקום. במלים אחרות, היום שבו יופעלו כורי המיזוג המעשיים, יהיה
שקול ליום שבו פרומתיאוס הגיש לאבותינו את האש. מתי זה יהיה? התחזית
האופטימית ביותר, אינה צופה את שובו של פרומתיאוס לפני שנת 2040.
