בתשובה ליוסי, 26/03/22 1:56
 |
|
 |
||
|
||||
 |
אני רוצה להתחבר לרוח דבריו של הפונז ולומר שקרינת גמא מסוכנת. המשפט "קרינת גמא לא עוברת טוב דרך האטמוספירה" הוא מטעה בהשלכותיו. ברצוני לשתף בכמה מחשבות שיש לי בנושא אך לפני כן תניית פטור (disclaimer) מתחייבת: הנושא של היתוך גרעיני הוא מן הנושאים שבהם לב הבעייה נעוץ בפרטים ולא בתמונה הכוללת. ולכן במקרים כאלו בפרט יש עדיפות גדולה מאד לדבריו של איש מקצוע ובר-סמכא על פני חובבים ומתעניינים ולכן הערותיי הן בנות תוקף רק כל עוד לא יוכחשו ע"י מי שמתמצא ממש בנושא. א. הבעייה בהיתוך גרעיני אינה פיזיקלית-תאורטית. הפיזיקה של הנושא ידועה היטב ולידתה עוד במאמרים של הנס בתה בראשית המאה שעברה. חוליית הפרטים החסרים אולי בנושא זה היא שהיתוך (ואאז"ן גם ביקוע) גרעיניים אינם תהליך פשוט של מיזוג (ביקוע) של גרעיני אטום, אלא רצף של תגובות כימיות-גרעיניות שתוצאתם הסופית היא המיזוג (ביקוע) של גרעינים בנוסף לאוסף שלם של תוצרי ביניים וקרינות מכל הסוגים (רדיואקטיבית, נייטרונים ועוד חלקיקים קצרי חיים רבים). אאז"ן במודל השמש הסטנדרטי תהליך ההיתוך הגרעיני כולל לפחות 13 תגובות כימיות-גרעיניות שונות. בדרך שבסופה גרעיני מימן מתמזגים לגרעיני הליום האינרטיים (אדישים), משתתפים כל מיני גרעינים (דאוטריום, טריטיום וגרעינים כבדים יותר הנוטים ליצור מולקולות עם הגרעינים הללו) ונפלט אוסף שלם של נייטרונים, קרינות בתא וגמא, ניטרינואים ועוד חלקיקים אפילו עוד יותר אקזוטיים). לכן כור היתוך גרעיני עתידני בודאי יצריך הגנה מסיבית מפני קרינה רדיואקטיבית מתוכו. יתר על כן, מאחר והאנרגיות המעורבות בתהליך מיזוג יחיד גדולות מאלו של ביקוע, מן הסתם ההגנה תצטרך להיות מסיבית עוד יותר. ב. בנקודה זאת אוסיף כי למיטב ידיעתי כורי ביקוע עטופים במטרים של עופרת ובטון מזויין להגנה מפני הקרינה, כך שלדבר על האטמוספירה כמגן בפני קרינת גמא זה לא ריאלי. יתר על כן, כל המסה של השמש לא כולאת את האנרגיה והקרינה (גם קרינת גמא) המופקת בלב השמש מהיתוך גרעיני. ג. הבעיות שבפני כורי היתוך גרעיני הן בעיות טכנולוגיות ולא מדעיות. כדי שגרעיני אטום יתחילו להתמזג באופן ספונטני, נדרשים תנאים קיצוניים מאד המוגדרים ע"י Lawson criterion [Wikipedia]. בקיצור, הגרעינים צריכים להיות דחוסים או חמים מאד. כאשר הגרעינים קרובים מספיק הם מתחילים להתמזג באופן ספונטני ולייצר אנרגיה. הבעייה הטכנולוגית היא איך לשמור את הדלק צפוף מספיק כדי שתגובת השרשרת תמשך באופן ספונטני (הצתה). בתנאים הללו חומר הדלק אינו בתצורת אטומים ומולקולות אלא בתצורת פלסמה (האלקטרונים נפרדים מן האטום ויוצרים מסה טעונה חשמלית של גרעיני מימן (דאוטריום וטריטיום) ואלקטרונים). בשמש, הכבידה העצומה של מסת השמש יוצרת בלב השמש את התנאים הנדרשים. על פני כדוה"א עדיין אין טכנולוגיה שיודעת להחזיק את הפלסמה הלוהטת והבלתי-יציבה באופן צפוף ויציב להבדיל ממה שקורה בעת פיצוצה של פצצת מימן. צריך להזהר מכל מיני הצהרות של מדענים שוחרי פרסומים, מילגות ותקציבים (בנוסח "גם בישראל מנסים להגיע להיתוך גרעיני"). בבהירות: אין היום כור היתוך אופרטיבי ואפילו לא אבטיפוס שלו. למעשה, אנחנו אפילו לא קרובים לכך. נמשיך מנקודה זו בסוף התגובה, כאשר אכתוב מעט על ההישגים בשנה האחרונה. ד. לגבי קרינת גמא יש קצת בילבול בהגדרתה. נהוג לחלק קרינה רדיואקטיבית לאלפא - גרעיני הליום, ביתא-אלקטרונים (ופוזיטרונים) וגמא-"פוטונים". המכשלה היא שקרני גמא הן בפועל חבילות של אנרגיה אלקטרו-מגנטית שאינן בהכרח בתחום של קרינת אור (פוטונים). כל עוד האנרגיה אינה גבוהה מספיק כדי להתאים לאנרגיות הנפלטות בתהליכים גרעיניים (1.24 MeV) לא מדובר בקרינת גמא אלא בקרינה א"מ אחרת (חום, אור, אולטרה-סגול, רנטגן). כלומר קרינת גמא אינה רק קרינה א"מ אלא היא קרינה בתדירות (אנרגיה) גבוהות מאד. וככל שהתדר גבוה יותר כך היא יותר חדירה. למעשה גם קירות בטון של מטרים וגם אטמוספירה של ק"מ-ים אינם מחסום מוחלט בפני קרינת גמא (זכרו את מאות הק"מ סביב צ'רנוביל שבהם נרשמה עלייה בקרינה הרדיואקטיבית. ה. כפי שכתבו איזי והפונז, פקטור הלכלוך הנוסף שיש לכורי ביקוע הוא יצירת גרעינים רדיואקטיביים ארוכי חיים. החומרים הרדיואקטיביים הללו המהוים חלק מתוצרי כור הביקוע מהווים סכנה כפולה. בעת פעולה תקינה הם יוצרים בעייה של טמינת הפסולת הרדיואקטיבית הרעילה. בזמן תקלה או ח"ו פיצוץ כור הם יוצרים סביבו סביבה שבמשך עשרות ומאות שנים תהיה עשירה בקרינה רדיואקטיבית מסוכנת. ה. אני רוצה להוסיף כאן התייחסות לחדשות על פריצות דרך בשנה האחרונה. כפי שהסברתי למעלה האתגר הטכנולוגי שמונע כרגע את קיומם של כורי היתוך הוא הצורך בטכנולוגיה שתאפשר להחזיק את הפלסמה הרותחת של מימנים, צפופה ויציבה מספיק כדי לאפשר הפקה רציפה של אנרגיה מן הכור. בשנות ה-70, כאשר הייתי תלמיד תיכון, דובר על שתי טכנולוגיות. אחת שפותחה בעיקר במעבדת ליברמור בקליפורניה של הפצצת טיפת דלק מימני ע"י מערך של עשרות לייזרים רבי עוצמה. השנייה שפתחו אותה בעיקר הרוסים, היתה של כליאת הפלסמה בתוך טורוס (טבעת מעגלית) ע"י שדות מגנטיים רבי עוצמה (TOKAMAK). דווח על התקדמות משמעותית בשני הכיוונים הללו (למעשה היום יש עוד כמה כיוונים שחלקם צאצאים של שתי השיטות). בליברמור הצליחו להשיג שיא של אנרגיה מופקת (1.3 מגה-ג'אול) בשיטה זו (השתמשו ב-192 לייזרים) ויותר מזה הצליחו בפעם הראשונה להדגים התחממות ספונטנית של קפסולת הדלק (כלומר הדלק הצליח לחמם עצמו לטמפרטורה גבוהה מזו שגרמה להצתה). באוקספורד, אנגליה הצליחו בשיטה המגנטית להפיק 59 מגה-ג'אול בפרץ של 5 שניות, מה שמהווה פריצת דרך בהספק אנרגיה (לשם איזון זה היה כשליש מן האנרגיה שנדרשה להצתת הפלסמה). מדובר כאן בפולסים של שניות בודדות שיצרו כמויות אנרגיה קטנות (שתוארו כ"כמות האנרגיה הדרושה להפעלת גלאי עשן). אני מצטט את הנתונים כדי להבהיר שמדובר במתקני מחקר הרחוקים מאד ממתקן כלכלי. האירופאים מבטיחים להקים ב-ITER צרפת כור מחקר במימדים מסחריים. חנוכת הכור מובטחת לעוד 4-5 שנים (הניסיון מלמד שבםועל זה יהיה יותר). מה מעודד בכל זאת? זה מזכיר את התהליך של פיתוח רכב אוטונומי. בשום נקודה לא היה רגע של פריצת דרך, אבל בתהליך של הרבה שנות מחקר הגענו ממצב של מדע בידיוני למכונית נוסעת ממשית. ההתקדמות בכל הכיוונים בתחום ההיתוך הגרעיני, מוכיחה שהרעיון לא שווק חיים ויש התקדמות בכל הכיוונים. לסיכום חשוב לציין שמי שמדבר על פיתרון לבעיית האנרגיה של האנושות מדבר על משהו שיקרה לכל הפחות בעוד 20 שנה. בתחרות בין הפקה תעשייתית של אנרגיה מהיתוך גרעיני לבין היתוך ספונטני של הציביליזציה האנושית בגלל התחממות גלובלית, כלל לא ברור מה יגיע ראשון. |
 |
 |
 |
|
|
|
||
|
||||
|
כמה הערות: אין שום תהליכים כימיים ואין מולקולות בהיתוך גרעיני. בטמפרטורה של מיליוני מעלות החומר נמצא במצב צבירה של פלזמה, כלומר האלקטרונים לא קשורים לאטומים ואין שום אפשרות ליצירה של קשרים כימיים בכלל ושל מולקולות בפרט. חוץ מקרינת אלפא, בטא וגמא יש גם קרינה רדיואקטיבית של פרוטונים ושל נייטרונים. קרינת גמא היא תמיד פוטונים. ההבדל בין קרינת גמא ובין קרינת X (או קרינה על סגולה או כל קרינה אלקטרומגנטית אחרת) היא לא התדר (או אורך הגל), שכן יש תחום חפיפה בין שתיהן, אלא אופן ההיווצרות של הפוטונים: קרינת גמא נוצרת בתהליכים גרעיניים או מאיון של חומר ואנטי חומר בעוד שאר סוגי הקרינה האלקטרומגנטית נוצרים מאינטרקציה של אלקטרונים (עם אלקטרונים אחרים או עם גרעיני אטומים, אבל ללא שינוי בגרעינים עצמם). העלייה בקרינת הרדיואקטיבית בסביבת צ’רנוביל היא כתוצאה מחומרים רדיואקטיבים שהתפזרו לסביבה ולא מקרינת גמא שנפלטה מהכור עצמו. עובדתית, האטמוספירה שלנו עוצרת 100% מקרינת הגמא שנפלטת מהשמש ולמעשה מספיקים קילומטרים ספורים של אטמוספירה בגובה פני הים כדי לעצור 100% מקרינת הגמא שנוצרת בתהליכים גרעיניים. |
|
|
|
|
|
|
||
|
||||
|
למדתי כמה דברים ואלמלא הטון המתנצח והאובר-חוכמי גם יכלתי ליהנות מכך). ראשית אני רואה שבלבלתי בין תהליכי היתוך בשמש לבין יצירת ניטרונואים בשמש. 13 הריאקציות הכימיות-גרעיניות שהזכרתי שייכים ליצירת נייטרינו בשמש. תהליך ההיתוך בשמש הוא תהליך פשוט - p-p chain. בתהליך הזה יש כמה שלבים וריאקציות, אך מעורבים בו רק גרעינים של מימן והליום. זה מעניין מפני שזה מסביר מדוע השמש מצליחה להצית היתוך גרעיני המפיק אנרגיה עצומה אך בו בזמן לקיים בעירה ממושכת ויציבה לאורך מיליארדי שנים בעוד על פני כדוה"א אנו נאבקים על פולסים של שניות. גרעין השמש עשוי מפרוטונים (p שהם גרעיני מימן - H1). כאשר ממזגים שני p, בד"כ נוצר דיפרוטרון (2He). הללו אינם יציבים וברובם מתפרקים מיד בחזרה ל-2 מימנים. רק מיעוט מיזוגים מייצר דאוטרון (הגרעין של דאוטריום 2H). הללו בהמשך שרשרת ה p-p עשויים לייצר בסופו של דבר גרעיני הליום (4He) + רווח אנרגיה. קרינת הגמא הנוצרת בלב השמש בתהליך זה, אינה מוקרנת מן השמש אלא מומרת בתוך השמש לפוטונים אחרים (חום,אור, UV). קרינת הגמא מן השמש אינה מגיעה מלב השמש אלא משטח פניה. היא נוצרת מאינטראקציה בין סערות מגנטיות ע"פ השמש לבין קרינה קוסמית. בצורה כזו, בעירת השמש יציבה מפני שרוב המימן מתפרק בחזרה למימן בעוד רק החלק הקטן הופך להליום. בצורה כזו יקח 10 ביליון שנים עד שכל המימן בלב השמש יהפוך להליום). ע"פ כדוה"א אנו מנסים לקצר את התהליך עבור ההיתוך והדלק להיתוך הוא כבר מראש תערובת של דאוטריום וטריטיום (3H). ככל שהדלק עשיר יותר בטריטיום כך הוא "דליק" יותר. הבעיה היא שטריטיום הוא איזוטופ מאד לא יציב ויוצר קרינת רדיואקטיבית חזקה. זה חלק מן ההסבר, מדוע כורי היתוך ייצרו קרינת גמא חזקה. דבר נוסף שלא ידעתי, הוא שהיום יודעים לייצר קרינת-X כמעט בכל תדר, כך שהספקטרום של קרינת X כמעט מכסה לגמרי את התחום של קרינת גמא. לכן היה צורך לשנות את ההגדרה של התחומים והם מוגדרים היום לא ע"פ התדר אלא ע"פ מקורם (קרינת X - תהליכים אטומיים, קרינת גמא - תהליכים גרעיניים). בכל אופן כל מה שהתכוונתי להסביר היה שקרינת גמא היא מאד אנרגטית ולכן אין לתארה כסכנה שולית. בכל אופן תוצרים רדיואקטיביים הנוצרים בכור ביקוע לא אמורים באופן תקין לדלוף ממנו. ההגנה הכבדה שיש מסביב לכורים (בטון מזויין, עופרת, בריכת מים) נועדו בראש וראשונה כדי לעצור את קרינה רדיואקטיבית שמתוכה קרינת גמא היא החדירה ביותר. דבר נוסף שלמדתי עכשיו הוא שכור היתוך ייצר פחות רדיואקטיביות פר יחידת אנרגיה מופקת מאשר כור ביקוע. הבעייה הגדולה והמפתיעה היא שכור כזה ייצר גם כמות לא זניחה של פסולת רדיואקטיבית (יסודות מסויימים שיימצאו במבנה של ליבת הכור יהפכו לרדיואקטיביים). היתרון הוא שמדובר בזמן מחצית חיים קצר ביחס לזה של כור ביקוע. החיסרון הוא שבתקופת הפעילות הקרינה תהיה חזקה יותר. כך שכל שאלת הבטיחות של הכורים האלו היא מבחינתי בצריך עיון. |
|
|
|
|
|
|
||
|
||||
|
לפחות לפי <קישור Sunlight [Wikipedia] ויקיפדיה>, נראה שהשמש לא פולטת כמעט בכלל קרינת גמא כתוצאה מתהליכים גרעיניים (זו לא צולחת את הפלזמה של השמש עצמה), והמעט שהיא כן פולטת באורכי הגל האלה 0 מה שאתה עשוי לקרוא לו קרינת X - היא כתוצאה מSolar flares "Although the Sun produces gamma rays as a result of the nuclear-fusion process, internal absorption and thermalization convert these super-high-energy photons to lower-energy photons before they reach the Sun's surface and are emitted out into space. As a result, the Sun does not emit gamma rays from this process, but it does emit gamma rays from solar flares."
|
|
|
|
|
|
|
||
|
||||
|
מעניין. אני זכרתי שהשמש כן פולטת קרינת גמא (בעוצמה נמוכה למדי), אבל כנראה שבאמת מדובר בקרינת X “קשה” מהעטרה שלה. | |
|
|
|
|
|
||
|
||||
|
כן. זה מה שכתבתי. לגבי התדר של קרינת הגמא מן השמש ניסיתי להתבטא בעדינות ו"אפשרתי" לך ללכת לאיבוד. מה שלמדתי זה שבגלל שהיום הפיזיקאים יודעים להפיק קרינת X גם בתדרים שבעבר השתייכו לתחום של קרינת גמא, ההבדל בין 2 סוגי הקרינה ניתן ע"י אופן ההיווצרות ולא התדר. בהרבה מובנים ההבדל הפך במקרה הטוב לעניין של טקסונומיה של מומחים מקצועיים. במקרה הרע זה פחות או יותר מלכודת שבה פיזיקאים "נודניקים" מפילים הדיוטות. קרינת הגמא שנוצרת בתהליכים גרעיניים בתוך השמש לא יוצאת מן השמש. היא נבלעת ומומרת לתדרים (תחומים) אחרים בתוך השמש. הקרינה הישירה היחידה שמגיעה אלינו לכדוה"א מתהליך ההיתוך בלב השמש היא קרינת נייטרינו. לעומת זאת, הרבה קרינה א"מ בכל התדרים נוצרת באטמוספירה של השמש בפרט במה שקרוי עטרת השמש (עוד משהו שנקרא קורונה). הקרינה הזו היא בכל התדרים וחלק ממנה גם בתדרים גבוהים המתוארים בד"כ כתחומים שונים של קרינת X, למרות שנוצרה בפלסמה. זו הקרינה שהאטמוספירה שלנו מסננת "כדי שנוכל לחיות". המשימה של סיווג קרינה זו כ-X או גמא נראית לי טקסונומיה שחשיבותה לא ברורה לי. (אאל"ט ראיתי בויקי העברית שכאשר חלקיקי קרינה קוסמית שהם מלכתחילה בעלי אנרגיה גבוהה מאד מואצים עוד יותר ע"י השדה המגנטי בעטרת השמש, פיזור שלהם ע"י הפלסמה מצית תהליכים גרעיניים ואז מן הסתם הקרינה מתוארת כקרינת גמא). |
|
|
|
| חזרה לעמוד הראשי | המאמר המלא |
| מערכת האייל הקורא אינה אחראית לתוכן תגובות שנכתבו בידי קוראים | |
 RSS מאמרים |
כתבו למערכת |
אודות האתר |
טרם התעדכנת |
ארכיון |
חיפוש |
עזרה |
תנאי שימוש
|
© כל הזכויות שמורות |