כור גרעיני
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
כור גרעיני הינו מתקן להפקת אנרגיה באמצעות שימוש בתהליכי ביקוע או היתוך. תהליך גרעיני הנו תהליך בו משתחררת אנרגיה רבה הנובעת מתהליכים שמתרחשים בגרעין האטום, בניגוד לשאר התהליכים המשמשים לשחרור אנרגיה (כגון שריפת דלק במנוע בעירה פנימית) שהם תהליכים כימיים. תהליכים גרעיניים משחררים יותר אנרגיה למסת דלק מתהליכים כימיים. תהליך ביקוע גרעיני הנו תגובת שרשרת המזינה את עצמה וניתנת לשליטה.
היתוך גרעיני עדיין אינו אפשרי בתנאים מלאכותיים. על מנת למזג אטומים, יש להתגבר תחילה על כח הדחייה החשמלי בין גרעיניהם הטעונים חיובית. תהליך זה דורש אנרגיה עצומה, ובהתאם לכך, טמפרטורה גבוהה מאד. ניתן להראות כי טמפרטורה כזו היא מסדר גודל של 10 מיליון מעלות, דבר המונע מאיתנו לבצע את המיזוג בצורה מבוקרת. טמפרטורות בסדרי גודל כאלה קיימים, עם זאת, בליבותיהם של כוכבים, שם מתרחש מיזוג, המהווה את מקור האנרגיה שלהם.
מאחר ובטכנולוגיות הקיימות האנרגיה המושקעת בהבאת החומר למצב המאפשר היתוך גרעיני גדולה מהאנרגיה המשתחררת ממנו, לא קיימים עדיין כורי היתוך גרעיני אלא רק כורי ביקוע גרעיני. עם זאת, יש לציין שהיום מתפתחת תוכנית חדשנית להקמת כור היתוך גרעיני ב 10-15 שנים הקרובות.
תוכן עניינים |
[עריכה] מרכיבי כור גרעיני
[עריכה] ליבת הכור
התהליך הגרעיני עצמו מתרחש בתוך ליבת הכור. ליבת הכור הנה אזור אטום ומוגן מפני קרינה רדיואקטיבית. לתוך הליבה מוכנס דלק גרעיני, בדרך כלל בצורת מוטות. בנוסף על מוטות הדלק הגרעיני מוכנסים לליבה מוטות של חומר מווסת, המסוגל לקלוט נייטרונים וכך לעצור את תגובת השרשרת ובעצם לכבות את הכור. דוגמה לחומר כזה הוא גרפיט.
ליבת הכור מוגנת על ידי שכבת עופרת ושכבת בטון עבה (לעתים עד כדי עובי של מטר) וזאת על מנת להבטיח שהליבה לא תיפגע באסונות טבע (רעידת אדמה לדוגמה) או אסונות מעשה ידי אדם (פיצוץ). פגיעה בשלמות מבנה הליבה תגרום לחשיפה של חומרי הדלק לאוויר ולפיזור של חומרים רדיואקטיבים לאטמוספירה.
[עריכה] נוזל הקירור
בתוך ליבת הכור זורם גם נוזל הקירור (במעט כורים משתמשים בגז במקום בנוזל). נוזל הקירור משמש לקירור ליבת הכור ולהסעת החום הנוצר אל מחוץ לליבה, בנוסף משמש נוזל הקירור גם להאטת הנייטרונים על מנת ליעל את התהליך הגרעיני. נוזל הקירור הפשוט ביותר הנו מים, אך לעתים קרובות יותר משתמשים בכורים גרעיניים במים כבדים שבהם במקום מימן רגיל מתקשר איזוטופ של מימן (דאוטוריום - בעל ניטרון ופרוטון בגרעין) עם החמצן וזאת מכיוון שלמים כבדים יתרון בהאטת נייטרונים ולכן עוזרים לתגובה.
נוזל הקירור שזורם במעגל סגור בתוך הליבה הנו רדיואקטיבי ביותר. קיימים מנגנוני הגנה רבים על מנת למנוע מנוזל הקירור לצאת מהליבה. כאשר נוזל קירור מצליח לדלוף, מתרחשת דליפה גרעינית. כמו כן, אם חסר נוזל קירור (בגלל דליפה או ירידת לחץ) הכור נמצא בסכנת התכה.
[עריכה] מערכת שחלוף חום
מכיוון שנוזל הקירור בא במגע ישיר עם הדלק הגרעיני בליבת הכור הוא רדיואקטיבי ביותר ולא ניתן להשתמש בו מחוץ לליבה, משתמשים במערכת שחלוף חום בה מועבר החום בין נוזל הקירור הרדיואקטיבי לנוזל אחר (בדרך כלל מים רגילים) ללא מגע בין הנוזלים עצמם. משחלפי החום מורכבים ממערכת צינורות דקים שבהם זורם נוזל הקירור הרדיואקטיבי, מסביב לצינורות אלו זורמים מים נקיים (לא רדיואקטיביים) שהופכים לקיטור עקב החום. בקיטור שנוצר ניתן להשתמש בתחנות כח בדיוק כמו שמשתמשים בקיטור שיוצר על ידי כבשן המוזן בגז טבעי למשל.
[עריכה] הדלק הגרעיני
הדלק הגרעיני מיוצר בדרך כלל מהיסוד אורניום, ולעתים מפלוטוניום. האורניום המשמש כדלק גרעיני הוא האיזוטופ 235 (הנקרא אורניום מועשר) הנדיר יותר והפחות יציב מאורניום 238. אורניום 235 נדיר מאוד בטבע אך הוא תוצר של כורים גרעיניים. היסוד פלוטוניום לא קיים בטבע והוא תוצר של כורים גרעיניים מיוחדים מסוג "כור דוגר" המשמשים בעיקר ליצור פלוטוניום מאורניום ולא לצורך יצור אנרגיה. תוצרי הפסולת של הדלק הגרעיני הנם יסודות כבדים (אורניום, פלוטוניום, עופרת) מזוהמים ביותר בקרינה רדיואקטיבית. תוצרי פסולת אלו רעילים מאוד.
הצורה בה מכניסים את הדלק לכור היא בצורת מוטות גדולים, בצורה זו החום הנוצר בתוך המוטות עובר בצורה מירבית לנוזל הקירור. כאשר מוציאים את הדלק הגרעיני מהכור מוטות הדלק קורנים בצבע כחול מתכתי, קרינה זו נקראת קרינת צ'רנקוב.
[עריכה] יתרונות וחסרונות של כור גרעיני כמקור אנרגיה
[עריכה] יתרונות
- ניצולת גבוהה של הדלק הגרעיני, מספר קטן של טונות של דלק גרעיני מספיקים לתדלק כור למשך כשנה. ניצולת טובה זו נובעת מהעובדה שהתהליכים הגרעיניים מניבים הרבה יותר אנרגיה לכל תגובה בודדת מאשר תהליכים כימיים.
- הכור אינו מזהם את הסביבה , לא פולט חומרים לאטמוספירה.
- כורים גרעיניים הנם בין המתקנים הבטוחים ביותר שיוצרו על ידי האדם. דאגה זו לבטיחות נובעת מהתוצאות הרות האסון שעלולות לנבוע מתקלה בכור. דוגמה למנגנון בטיחות הוא מנגנות תליית הוסת בליבה - הוסת מוחזק תלוי באוויר על ידי אלקטרומגנט כך שבעת תקלה באפסקת המתח הוסת יפול לתוך הליבה ויפסיק את תגובת השרשרת בכור.
- בחישוב לאורך זמן, חשמל שיוצר בתחנת כוח גרעינית זול יותר מחשמל שיוצר בתחנת כוח המונעת בנפט או בגז.
[עריכה] חסרונות
- תקלה בכור גרעיני עלולה להסתיים באסון בקנה מידה לאומי, כמו אסון צ'רנוביל בו הותכה ליבת כור וזיהמה אזור ענק בתוצרי ביקוע רדיואקטיביים, וזאת בניגוד לתקלה בתחנות כח קונבנציואליות.
- החיסרון העיקרי בשימוש בכור גרעיני למטרת הפקת אנרגיה הם תוצרי הביקוע. תוצרי הביקוע רעילים ביותר ועמידים ביותר. תוצרי הביקוע רדיואקטיביים באופן קיצוני ובעלי זמן מחצית החיים ארוך מאוד (אלפי שנים). הטיפול בתוצרי הביקוע הנו מסובך, קשה ויקר. כיום קוברים את חומרי הביקוע באזורים יציבים גאוגרפית, באדמה נייטראלית (כגון מכרות מלח נטושים ועמוקים).
מאפיין נוסף של כור גרעיני הוא האפשרות להשתמש בתוצרי הביקוע על מנת ליצור פצצה גרעינית.
[עריכה] תקלות בכורים גרעניים
- דליפה - נוזל הקירור הרדיואקטיבי עלול לדלוף מליבת הכור ולזהם את סביבת הכור ברדיואקטיביות קשה.
- התכה - עקב תקלה במערכת הקירור של הליבה עלולה טמפרטורת הליבה לעלות עד להתכת המבנה של הליבה והמבנה המגן עליה. התכה כזו תגרום לחשיפת פנים הליבה לאוויר וכתוצאה מכך לזיהום רדיואקטיבי קשה ביותר.
- פיצוץ - כור גרעיני לא מסוגל לגרום לפיצוץ גרעיני, אבל בכור קיימים נוזלים בלחץ וקיטור, העלולים להתפרץ. אם מתפרצת הצנרת הנקייה המכילה נוזל נקי (לא רדיואקטיבי) ההשלכות הן כמו בתחנת כוח רגילה.
[עריכה] שימושי כורים גרעיניים
- מקור קיטור לתחנת כח חשמלית.
- כור מחקרי - חלק מהמחקר הבסיסי מצריך כור גרעיני פעיל. כור מחקר יכול להיות לא יותר מבריכה מלאה מים כבדים ובה מספר קטן של מוטות דלק.
- כור הנעה - בנושאות מטוסים או צוללות הכור מחליף את מנוע הבעירה הפנימית. לשימוש בכור יש יתרונות מובהקים בצוללות שכן הכור אינו צורך חמצן בניגוד לכל המנועים השורפים דלק כימי ובכך מאפשר לצוללת לשהות מתחת למים זמן ארוך.
- כור לייצור חומרים - כורים גרעיניים מיוחדים מסוגלים לייצר חומרים כבדים שאינם מצויים בטבע, בדרך כלל לצורך שימוש בנשק גרעיני. קיים ביקוש גם לחומרים מיוחדים ברפואה (למשל יוד רדיואקטיבי לצורך הדמיה או יסודות כבדים לשימוש בהקרנות).
[עריכה] כורים גרעיניים בישראל
בישראל קיימים שני כורים גרעיניים: הראשון, שהוקם ב-1958, הוא כור מחקר קטן בהספק של כחמישה מגה-וואט הנמצא במרכז למחקר גרעיני בשפך נחל שורק, והשני שהוקם ב-1959, נמצא בקריה למחקר גרעיני שבאזור דימונה, ומשמש (לפי מקורות זרים) למחקר וייצור חומר גלם לנשק גרעיני. שני כורים אלה הם מהוותיקים בעולם שעדיין פעילים. שני הכורים מופעלים על ידי הוועדה לאנרגיה אטומית. אין בישראל כורים המשמשים להפקת אנרגיה למטרות אזרחיות.
