בסוף 1938 הבהירה ליזה מייטנר את תהליך הביקוע: היבלעות נייטרון בגרעינו של יסוד רדיואקטיבי כבד גורמת להתפצלות הגרעין לשני גרעינים קטנים יותר, תוך שחרור אנרגיה, לפי נוסחת איינשטיין E=mc²; חלק זעיר מהמסה של הגרעין הופך לאנרגיה, הנפלטת בדמות חלקיקי יסוד שונים. בתוך זמן קצר הבין הפיזיקאי לאו סילארד (Szilard) כי אם מוצרי הביקוע כוללים נייטרונים, אלה עשויים לפגוע בגרעינים אחרים ולהביא לביקועם, וחוזר חלילה: הוא תיאר את "תגובת השרשרת". כך נפתחה הדרך שהוליכה לבנייתה של הפצצה הגרעינית הראשונה, ולבנייתו של הכור הגרעיני הראשון. כבר ב-1942 בנה אנריקו פרמי במסגרתה של תוכנית מנהטן את הכור הגרעיני הראשון, במרתף באוניברסיטת שיקגו, שהתבסס - ככל הכורים שנבנו אחריו - על תגובת השרשרת.
מרכיבי כור גרעיני.
ליבת הכור.
ליבת הכור היא אזור אטום שבו מתרחש התהליך הגרעיני. בתוך הליבה מסודר הדלק הגרעיני, בדרך כלל בצורת מוטות באופן כזה שנוצר תהליך ביקוע מבוקר הנמשך זמן רב ושניתן לשלוט על עוצמתו. בנוסף למוטות הדלק נמצאים בליבה מוטות של חומר המסוגל לקלוט נייטרונים וכך להאט את תגובת השרשרת. מידת החדירה של מוטות הבקרה לחללים שבין מוטות הדלק קובעת את הספק הכור. הכנסה מלאה עוצרת את תגובת השרשרת ומכונה "כיבוי" של הכור. דוגמה לחומרים בולעי נייטרונים הם בור וגרפיט.
ליבת הכור מוגנת על ידי שכבת עופרת ושכבת בטון עבה, לעיתים עד עובי של מטר, על מנת להבטיח שהליבה לא תיפגע באסונות טבע או התקפות. פגיעה באטימות הליבה תגרום לחשיפה של חומרי הדלק לאוויר ולפיזור של חומרים רדיואקטיביים לסביבה.
נוזל הקירור.
האנרגיה הרבה הנוצרת בתהליך הביקוע מועברת אל מחוץ לליבה באמצעות נוזל קירור שסוגו משתנה על פי סוג הכור הגרעיני. נוזל הקירור משמש לקירור ליבת הכור ולהסעת החום הנוצר אל מחוץ לליבה, בנוסף משמש נוזל הקירור גם להאטת הנייטרונים על מנת לייעל את התהליך הגרעיני. נוזל הקירור הפשוט והזול ביותר הוא מים, אך לעיתים קרובות משתמשים בכורים גרעיניים במים כבדים שבהם מחליף איזוטופ המימן דאוטריום את מקומו של המימן הרגיל. מים כבדים מאטים את הנייטרונים ומגדילים את יעילות התגובה הגרעינית בליבה. השימוש במים כבדים מגביר את יעילות הכור מכיוון שהמים הכבדים בולעים פחות נייטרונים מאשר מים רגילים.
נוזל הקירור הזורם במעגל סגור בתוך הליבה רדיואקטיבי ביותר. קיימים מנגנוני הגנה רבים על מנת למנוע מנוזל הקירור לצאת מהליבה. דליפה של נוזל קירור מהמחזור הרדיואקטיבי מכונה דליפה גרעינית. מחסור בנוזל קירור יכול לגרום לעלייה מהירה של טמפרטורת הליבה עד כדי התכתה.
מערכות שחלוף חום.
בכור גרעיני קיימות בדרך כלל שתי מערכות שחלוף חום:
בשל הצורך בכמות רבה של מים זמינים, בנויות תחנות כוח גרעיניות פעמים רבות סמוך לחוף ים.
הדלק הגרעיני.
הדלק הגרעיני מיוצר בדרך כלל מהיסוד אורניום, ולעיתים מפלוטוניום או יסודות כבדים יותר. איזוטופ האורניום המשמש לתגובת שרשרת בדלק גרעיני הוא האיזוטופ אורניום-235 היותר נדיר והפחות יציב מאורניום-238. בכורים גרעיניים מסוג קנדו מתוצרת החברה לאנרגיה אטומית של קנדה משתמשים באורניום טבעי. זאת לעומת בכורים מתוצרת ארצות הברית ואחרים, משתמשים באורניום שהועשר לפני הכנסתו לכור. היסוד פלוטוניום לא קיים בטבע והוא תוצר של כורים גרעיניים מיוחדים מסוג "כור דוגר" המשמשים בעיקר ליצור פלוטוניום מאורניום ולא לצורך ייצור אנרגיה. תוצרי הפסולת של הדלק הגרעיני הם 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 מרבית לנוזל הקירור. כאשר מוציאים את הדלק הגרעיני מהכור מוטות הדלק קורנים בצבע כחול מתכתי, קרינה זו נקראת קרינת צ'רנקוב.
תקלות בכורים גרעיניים.
שני מקרי האסון הידועים ביותר שנגרמו כתוצאה מתקלה בכור גרעיני הם אסון צ'רנוביל (1986) והאסון הגרעיני בפוקושימה (2011).
התקלות הנפוצות בכור גרעיני הן:
מזעור כורים גרעיניים.
היות שלכורים הגרעיניים קיימים שימושים רבים, סוגיית המזעור הפכה עם השנים לנושא מחקר מרכזי. הקפיצה הטכנולוגית הראשונה בתחום מזעור הכורים נועדה להתאים את הכור כך שיתאים להפעלה בצוללת או בנושאת מטוסים, אולם על אף ההישגים המשמעותיים אליהם הגיעו החוקרים - סוגיית הבטיחות העלתה חששות רבים בנוגע לשימוש בכורים בקרבת מרכזים מאוכלסים. אסון צ'רנוביל שאירע ב-1986 היה האירוע שגדש את הסאה ובעקבותיו זנחו מרבית מדינות העולם את תוכניותיהן לייצור חשמל באמצעות כורים גרעיניים.
אולם ברבות השנים עלות ייצור החשמל הלכה ותפחה, והחזירה את סוגיית השימוש בכורים לייצור חשמל אזרחי לסדר היום הציבורי. בשנת 2008 חברה אמריקאית אף הכריזה כי הצליחה לפתח כור גרעיני ממוזער העומד בכל דרישות הבטיחות ומאפשר שימוש בשכונות מגורים. העלייה בבטיחות הכור נובעת בעיקר משימוש בחלקים נייחים בלבד המפחיתים משמעותית את הסיכוי לתקלה טכנית בכור. ארצות הברית ומספר מדינות נוספות הביעו התעניינות בכור מסוג זה.
Small modular reactors.
(Small modular reactors (SMRs הם כורים קטנים ומודולריים בהשוואה לכור גרעיני הרגיל. אמנם הם יפיקו פחות אנרגיה לכל יחידת כור, אך כיוון שניתן לשרשר כמה יחידות, אפשר להפיק בסופו של דבר את כמות האנרגיה הנדרשת.
היתרונות הם רבים:
בישראל.
בישראל קיימים שני כורים גרעיניים: הראשון, שהוקם ב-1958, הוא כור מחקר קטן בהספק של כחמישה מגה-וואט. הכור תוכנן על ידי האדריכל פיליפ ג'ונסון ונמצא במרכז למחקר גרעיני בשפך נחל שורק. השני הוקם ב-1959, ונמצא בקריה למחקר גרעיני שבאזור דימונה. גם כור זה משמש למחקר, אם-כי על פי פרסומים שלא אושרו רשמית בישראל, הוא משמש גם להפקת חומר גלם לייצור נשק גרעיני. שני כורים אלו הם מהוותיקים בעולם שעדיין פעילים. שני הכורים מופעלים על ידי הוועדה לאנרגיה אטומית. אין בישראל כורים המשמשים להפקת אנרגיה למטרות אזרחיות וזאת על אף תוכניות רבות בתחום האנרגיה הגרעינית שנזנחו בזו אחר זו.
מיכלית נפט
מחלת קרויצפלד-יעקב
מחלת קרויצפלד-יעקב (או קרויצפלד-יאקוב; Creutzfeldt-Jakob Disease, ובקיצור: CJD) היא מחלה ניוונית, נדירה וקטלנית של מערכת העצבים, הדומה למחלת הפרה המשוגעת. אנשים בטווח הגילאים 70-40 נמצאים בסיכון הגבוה ביותר לחלות בה, אך לעיתים היא פוגעת גם באנשים צעירים יותר. הסיכוי להיפגע שווה אצל גברים ונשים כאחד. מחלת קרויצפלד-יעקב מופיעה ברחבי העולם אצל אדם אחד למיליון, אולם באוכלוסיות ייחודיות, כגון יהודים ממוצא לובי, השכיחות גבוהה מעט יותר, בשל תורשה גנטית. ביטויי המחלה משתקפים בתחילה בשינויי התנהגות, אשר בתוך פחות משנה מלווים בשיטיון ובירידה מנטלית, עוויתות, קפיצות שרירים, שיתוק ואובדן הכרה. המחלה חשוכת מרפא, והיא סופנית בתוך כשנה, על פי רוב. קיים קשר בין המחלה לבין מבנה חלבוני הפריון.
המחלה המשויכת באופן ישיר לאדם התגלתה לראשונה בשנת 1920 על ידי שני רופאים גרמנים, הנס קרויצפלד ואלפונס יעקוב. מחלה זו דומה למחלת קורו שגם היא מופיעה אצל האדם ולמחלת סקראפי שפוגעת בצאן. כל שלוש המחלות מאופיינות על ידי סוגים שונים של אנצפלופתיה ספוגית של המוח. המחלה באה לידי ביטוי בחורים וחללים רבים ברקמת המוח, שמקנים לו מרקם ספוגי לכאורה.
רמז ראשון למקור המחלה הגיע ממחלה דומה, מחלת קורו, שהייתה נפוצה בין שבטים פראיים מבודדים בגינאה החדשה שבאוקיינוס השקט. מחלת קורו נחקרה ונלמדה בשנות החמישים של המאה העשרים ואפיין אותה במיוחד אחוז התחלואה הגבוה לאין שיעור אצל ילדים ונשים, יחסית לתחלואה אצל גברים שאצלם היא לא הייתה קיימת כמעט. נתון מעניין זה הוביל לעובדה ששבטים אלה אשר נהגו לאכול בשר אדם, נהגו לתת את המוח למאכל הנשים והילדים, מסיבות של מסורת ואמונה שמאכל המוח ייטיב עמם. או-אז, תוך כדי השוואה למחלת סקראפי התוקפת את הצאן והקשר לאכילת המוח, הסתבר לחוקרים שהמוח, או יותר נכון תאי עצב שבמוח ובחוט השדרה, הם המקור למחלה.
העברות מאדם לאדם תוארו במספר מקרים:
בתרומת דם בישראל קיומה של מחלה זו במשפחה הקרובה (עד קרבה שנייה) של התורם, או נאמר שבמשפחתו קיים סיכון למחלה זו, אינה מאפשרת להשתמש במנה לעירוי דם.
ספגת המוח
ספגת המוח של הבקר (או מחלת הפרה המשוגעת; באנגלית: Bovine Spongiform Encephalopathy, ובראשי תיבות: BSE) היא מחלת בקר, שכאשר היא מועברת לאדם היא גורמת למחלה דמוית מחלת קרויצפלד-יעקב (CJD).
זוהי אחת המחלות הבודדות הנגרמות על ידי פריונים - חלבונים אשר בשל פגם בקונפורמציה שלהם יוצרים משקע עמילואידי. זהו משקע רעיל הגורם לתמותת נוירונים וכתוצאה מכך להיווצרות חללים ברקמת המוח עד שהיא הופכת ספוגית (ומכאן שם המחלה). ספגת המוח, ככל מחלות הפריונים, היא חשוכת מרפא וגורמת למוות תוך כמה חודשים מהופעת התסמינים הראשונים.
באמצע שנות ה-90 חלה התפרצות של מחלת הפרה המשוגעת בבריטניה (משערים שהמגפה החלה כבר באמצע שנות ה-80). המחלה התפשטה בקרב אוכלוסיית הפרות של בריטניה בשל הנוהג להאכילן בבשר טחון העשוי מבשר פרות, שחלקן היו חולות במחלה זו. פרות שמוחן הכיל את הפריון, ואשר בשרן נטחן והפך למזון, העבירו בקלות את המחלה לפרות שניזונו ממנו. להתפרצות בבריטניה היו השלכות כלכליות חמורות (יצוא הבשר מבריטניה הופסק לחלוטין למשך כמה חודשים) ואלפי פרות הושמדו בניסיון למגר את המחלה.