דגירה איטית

"כורי דגירה" גרעיניים עשויים לתת לנו ארכה של אלפי שנים, למציאת פתרון טוב יותר למשבר האנרגיה. כורים עתידיים כאלה עשויים לאפשר לאירן הפעלת תחנות כוח גרעיניות שלא יהוו איום צבאי. הבעיה היא שכורי הדגירה הקיימים כיום מבוססים על תגובת שרשרת גרעינית בפלוטוניום 239, "חומר הנפץ" של פצצה גרעינית מתקדמת. מצד שני, ככל שיהיו בעולם יותר כורי דגירה, מחיר הנפט ירד, ואיתו העוצמה הפוליטית של בעליו.

כורי הדגירה נבדלים מכורים גרעיניים אחרים המשמשים להפקת חשמל, בתכונה חשובה נוספת: בעת שהם "שורפים" דלק, הם מפיקים דלק נוסף. לעתים, כמות הדלק הנוצרת בהם, עולה על כמות הדלק שהם שורפים.

כורים גרעיניים מפיקים חשמל, באמצעות הפקת חום המשמש להפקת קיטור, המניע טורבינות. החום מופק בתהליך ביקועם של גרעיני אטומים כבדים. כאשר מבקעים גרעינים כבדים מסוימים, לשני גרעינים קלים יותר, משתחררת "מאסה עודפת", המתגלגלת מיד באנרגיית חום (לפי נוסחת שוויון האנרגיה והמאסה של איינשטיין). בכור גרעיני, משמשת האנרגיה הזאת, המשתחררת באופן מבוקר, להפקת הקיטור המניע את הטורבינות המפיקות חשמל. כאשר האנרגיה הזאת משתחררת באופן לא מבוקר -מתחולל פיצוץ גרעיני.

ביקוע גרעיני מהיר

כדי להפיק די חום הדרוש לייצור הקיטור, יש לבצע ביקועים גרעיניים בקצב מהיר, שאפשר להשיגו רק באיזוטופ אורניום 235 (מעורר) המתבקע בקלות רבה יותר, בהשוואה לאיזוטופים האחרים של האורניום. אבל, האיזוטופ הזה מהווה רק 0.7% מכלל האורניום המצוי בטבע. כל השאר, הוא בעיקר אורניום 238 שביקועו קשה הרבה יותר.

כדי לבקע את גרעין האטום של האורניום 235, יש להוסיף אליו ניטרון אחד, ההופך אותו לאורניום 236 - שמתבקע מיד ויוצר שני גרעינים נפרדים, קלים ויציבים יותר. בתהליך הזה נפלטים מהגרעין המתבקע שניים או שלושה ניטרונים נוספים, העשויים לפגוע באטומים נוספים של אורניום 235 ולפרקם, וחוזר חלילה, עד ליצירת תגובת שרשרת, הגורמת המרה מהירה של חומר לאנרגיה רבה מאוד. בכור גרעיני רגיל, מספר הביקועים מבוקר באמצעות בליעת כמות ידועה של ניטרונים "תועים", מה שמבטיח שמספר הביקועים בזמן נתון, לא יעלה על כמות מסוימת.

בתהליך הזה, המתקיים בכל כור ביקוע גרעיני, נוצר מוצר לוואי חשוב: יסוד רדיואקטיבי כבד ולא יציב, שאינו מצוי בטבע - פלוטוניום 239. כמות הפלוטוניום שנוצר בכור תלויה בסוג הכור ובשיטת הפעלתו. הפלוטוניום בקיע ממש כמו האורניום הנדיר, אורניום 235, ולפיכך הוא מתאים כמוהו ליצירת פצצה גרעינית - וגם להפעלת כורים גרעיניים להפקת חשמל. תהליך ייצורו של הפלוטוניום, מתחיל כאשר ניטרון איטי פוגע ונלכד בגרעין של האורניום הנפוץ (הלא בקיע), אורניום 238. כך נוצר אורניום 239, שבתהליך לא ארוך של דעיכה רדיואקטיבית, הופך, ברובו, לפלוטוניום 239.

דלק גרעיני יעיל

היתרון העיקרי של כורים המוזנים בפלוטוניום, נובע מכך שהם מנצלים, למעשה, את הכמויות הגדולות של האורניום 238 ולא רק את האורניום 235 (שכאמור, מהווה רק 0.7% מהאורניום שבטבע). מכאן עולה הרעיון שעליו מבוססים כורי הדגירה. רעיון זה מבוסס על האפשרות להניח את הפלוטוניום בכור, כשהוא מוקף בשכבות של אורניום 238. כך, חלק מהניטרונים שייפלטו בתהליך הביקוע של הפלוטוניום, יילכדו באטומי אורניום 238 ויפתחו בתהליך שבסופו הופך האורניום 238 (שאינו מתאים לשמש דלק גרעיני) לפלוטוניום 239, שהוא דלק גרעיני יעיל ביותר.

מכיוון שהפלוטוניום פולט בתהליך ביקועו ניטרונים רבים למדי, אפשר, באמצעותם, לייצר יותר פלוטוניום מהפלוטוניום שמתכלה בכור באותו זמן (לשם כך יש, כמובן, לספק לכור כמות מספקת של אורניום 238. כך מייצרים כורי הדגירה לעצמם את הדלק הדרוש להם. הסיכון העיקרי שבהפעלת כורי דגירה, נובע מהעובדה שתגובת השרשרת בפלוטוניום היא מהירה מאוד, ולפיכך, קשה יותר לקיים אותה תחת בקרה.

מצד שני, קשה להתעלם מהיתרון הגלום בהבדלים שבין הכמויות הזמינות של החומרים האלה. לפי תחשיבים מסוימים, האורניום 235 שעליו מבוססים כורי הביקוע הרגילים, והמהווה 0.7% מהאורניום שבטבע, יכול להספיק להפקת חשמל במשך כמה עשרות שנים בלבד. שימוש בפלוטוניום (שמקורו באורניום 238), יכול להספיק לכמה אלפי שנים.

הצרפתים היו הראשונים שבנו והפעילו כורי דגירה בעלי הספק מעשי (כורי "פניקס" שהספקם 250 מגה-וואט, וכורי "סופר פניקס" שהספקם 1,250 מגה-וואט). במדינות אחרות נתקלו המצדדים בכורים כאלה בהתנגדויות שונות, שהתבססו בעיקר על חשש בטיחותי מתגובת השרשרת המהירה של הפלוטוניום.

והנה הרעיון שמצדיק את הכותרת:

לכך עשויה אולי להימצא תשובה, בדמותם של כורי דגירה איטיים, שיתבססו על איזוטופ קשה ביקוע אחר (תוריום 232) שאפשר להופכו - בתהליך הדומה לתהליך ייצורו של הפלוטוניום - לאורניום 233. איזוטופ זה (אורניום 233) ניתן לביקוע בקלות יחסית, ועם זאת, מכיוון שהוא מבוקע בעיקר על-ידי ניטרונים "איטיים", קל לבקר את תגובת השרשרת המתבצעת בו, והוא גם אינו מתאים לייצור פצצות. תוכניות לפיתוחם של כורים כאלה, עולות ויורדות מדי פעם במקומות שונים בעולם, אך עד כה לא נעשה מאמץ משמעותי לקראת יישומם.