גישת ייצור אנרגיית ההיתוך של בריטניה התגבשה עם ההכרזה על תוכנית STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) בשנת 2019. השלב הראשון שלה (2019-2024) הגיע לסיומו עם שחרורו של עיצוב קונספט עבור תחנת הכוח המשולבת של היתוך. הוא יתבסס על שימוש בשדה מגנטי להגביל פלזמה באמצעות מכונת טוקאמק, אולם STEP של בריטניה ישתמש בטוקאמק כדורי במקום בטוקאמק מסורתי בצורת סופגניה ב-ITER. לטוקמק כדורי נחשב למספר יתרונות. המפעל ייבנה בנוטינגהמשייר וצפוי להיות פעיל בתחילת שנות ה-2040.
הצורך במקור מהימן של אנרגיה נקייה כדי לענות על הדרישה ההולכת וגוברת לאנרגיה של האוכלוסייה הגדלה והכלכלה העולמית, שיכולים לעזור במהירות לעמוד באתגרים (שנובעים מדלקים מאובנים מתכלים, פליטת פחמן ושינויי אקלים, סיכונים סביבתיים הקשורים לכורי ביקוע גרעיניים ועניים מדרגיות של מקורות מתחדשים) מעולם לא הורגשה בצורה כה אינטנסיבית מאשר בזמן הנוכחי.
בטבע, היתוך גרעיני מניע כוכבים כולל השמש שלנו המתרחשים בליבת הכוכבים שבהם שוררים תנאי היתוך (כלומר טמפרטורה גבוהה ביותר בטווח של מאות מיליון מעלות צלזיוס ולחץ). היכולת ליצור תנאי היתוך מבוקרים על פני כדור הארץ היא המפתח לאנרגיה נקייה בלתי מוגבלת. זה כרוך בבניית סביבת היתוך עם טמפרטורה גבוהה מאוד כדי לעורר התנגשויות באנרגיה גבוהה, בעלת צפיפות פלזמה מספקת כדי להגביר את ההסתברות להתנגשויות ושיכולה להגביל את הפלזמה למשך מספיק זמן כדי לאפשר היתוך. ברור שתשתית וטכנולוגיה להגביל ולבקר פלזמה מחוממת-על היא הדרישה העיקרית לניצול מסחרי של אנרגיית היתוך. גישות שונות נחקרות ומיושמות ברחבי העולם עבור כליאת פלזמה לקראת מימוש מסחרי של אנרגיית היתוך.
היתוך אינרציאלי (ICF)
בגישת היתוך אינרציאלי, תנאי היתוך נוצרים על ידי דחיסה וחימום מהירים של כמות קטנה של דלק היתוך. מתקן ההצתה הלאומי (NIF) במעבדה הלאומית של לורנס ליברמור (LLNL) משתמש בטכניקת התפרצות מונעת בלייזר כדי לפוצץ קפסולות מלאות בדלק דאוטריום-טריטיום באמצעות קרני לייזר בעלות אנרגיה גבוהה. NIF השיגה הצתת היתוך לראשונה בדצמבר 2022. לאחר מכן, הוכחה הצתת היתוך בשלוש הזדמנויות בשנת 2023 אשר אישרו הוכחה לקונספציה שניתן לנצל היתוך גרעיני מבוקר כדי לענות על צורכי האנרגיה.
כליאה מגנטית של גישת פלזמה
שימוש במגנטים כדי להגביל ולבקר פלזמה להיתוך נוסה במקומות רבים. IITER, שיתוף הפעולה השאפתני ביותר של אנרגיית היתוך של 35 מדינות שבסיסו בסנט פול-לז-דורנס בדרום צרפת משתמש בטורוס טבעת (או מכשיר מגנטי לסופגנייה) בשם טוקאמק, שנועד להגביל דלק היתוך לתקופות ארוכות בטמפרטורות גבוהות מספיק עבור הצתת היתוך תתבצע. תפיסת כליאת פלזמה מובילה עבור תחנות כוח היתוך, טוקאמקות יכולות לשמור על תגובת היתוך כל עוד יש יציבות פלזמה. הטוקמק של ITER יהיה הגדול בעולם.
תוכנית היתוך STEP (Spherical Tokamak לייצור אנרגיה) של בריטניה:
כמו ITER, תוכנית היתוך STEP של בריטניה מבוססת על כליאה מגנטית של פלזמה באמצעות טוקאמק. עם זאת, הטוקאמק של תוכנית STEP יהיה בצורת כדורית (במקום הסופגנייה של ITER). טוקאמק כדורי הוא קומפקטי, חסכוני ועשוי להיות קל יותר לקנה מידה.
תוכנית STEP הוכרזה בשנת 2019. השלב הראשון שלה (2019-2024) הגיע לסיומו עם שחרורו של עיצוב קונספט עבור תחנת הכוח המשולבת של היתוך.
גיליון נושא של עסקאות פילוסופיות א' של החברה המלכותית, שכותרתו "אספקת אנרגיית פיוז'ן - הטוקמק הכדורי לייצור אנרגיה (STEP)" הכוללים 15 מאמרים שנבדקו עמיתים פורסם ב-26 באוגוסט 2024 המפרטים את ההתקדמות הטכנית של התוכנית לתכנון ובניית מפעל האב-טיפוס הראשון של בריטניה לייצור חשמל מהיתוך. המסמכים לוכדים תמונת מצב מלאה של טכנולוגיות העיצוב והמתאר הנדרשות והשילוב שלהן במפעל אב טיפוס עד תחילת שנות ה-2040.
תוכנית STEP שואפת לסלול את הדרך לכדאיות המסחרית של היתוך על ידי הפגנת אנרגיה נטו, דלק עצמי ומסלול בר-קיימא לתחזוקת המפעל. נדרשת גישה הוליסטית לאספקת מפעל אב-טיפוס תפעולי במלואו, ששוקל גם את ההשבתה כחלק מהתכנון.
***
הפניות:
- ממשלת בריטניה. הודעה לעיתונות - בריטניה המובילה בעולם בתכנון תחנות כוח היתוך. פורסם ב-03 בספטמבר 2024. זמין ב https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- אספקת אנרגיית פיוז'ן - הטוקמק הכדורי לייצור אנרגיה (STEP). מהדורת החברה המלכותית בנושא של עסקאות פילוסופיות א,. כל 15 המאמרים שנבדקו על ידי עמיתים בגיליון הנושא שפורסמו ב-26 באוגוסט 2024. זמין בכתובת https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- חוקרים בבריטניה חושפים הצצה לעיצובים של תחנת כוח היתוך חדשה. מַדָע. 4 בספטמבר 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
מאמרים קשורים
- 'Fusion Ignition' הפגין פעם רביעית במעבדת לורנס (20 בדצמבר 2023)
- הצתת היתוך הופכת למציאות; שובר שוויון אנרגיה הושג במעבדת לורנס (15 בדצמבר 2022)
***
