מגבר אנרגיה

מגבר אנרגיה (באנגלית: Energy amplifier) הוא תכנון של תחנת כוח גרעינית, בה משולבים מאיץ חלקיקים וכור גרעיני תת-קריטי. אלומת חלקיקים מהמאיץ מעוררת תגובת ביקוע גרעיני בכור, תוך שחרור אנרגיה רבה המשמשת להפקת חשמל ולתפעול המאיץ. תחנת כוח מסוג זה צפויה להיות נקייה, בטוחה וזולה לתפעול, בעיקר משום שלא תתחולל בה תגובת שרשרת גרעינית ואין חשש לתגובות בלתי מבוקרות. טרם נבנתה תחנת כוח מסוג זה. מגברי אנרגיה הוצעו לראשונה בשנת 1993 על ידי הפיזיקאי קרלו רוביה, חתן פרס נובל לפיזיקה על גילוי בוזוני W ו-Z וממנהלי מרכז המחקר CERN. הוא הציע להקים תחנת כוח המבוססת על מאיץ ציקלוטרון בעוצמה של 800-1000 מגה אלקטרון וולט. אלומת החלקיקים מכוונת לעבר מטרת תוריום ומקוררת באמצעות עופרת. תוריום לא נחשב כחומר בקיע משום שלא יכולה להתפתח בו תגובת שרשרת גרעינית, לכן אינו משמש כדלק גרעיני בכורים גרעיניים קיימים. הביקוע הגרעיני מתאפשר רק בזכות החלקיקים המגיעים מהמאיץ. כיום מוצע להשתמש במאיץ סינכרוטרון, הנבדל מציקלוטרון בכך שהשדות המגנטיים והחשמליים בו מווסתים בהתאם למהירות החלקיקים. באמצעות הסינכרוטרון מואצים פרוטונים לעבר מטרה העשויה ממתכת כבדה כגון עופרת, תוריום או אורניום. הפרוטונים האנרגטיים מביאים להתזת נייטרונים מגרעיני אטומי המטרה ואלה מבקעים גרעיני אטומים סמוכים. מכיוון שלא מתרחשת תגובת שרשרת גרעינית, ניתן להשבית באופן מיידי את תגובות הביקוע המאולצות על ידי הסטת אלומת הפרוטונים מהמטרה. זאת בניגוד לכור גרעיני רגיל, בו שורת תקלות במערכות הבקרה והקירור עלולה להביא להתחממות ליבת הכור עד להתכתה. אופן הפעולה המוצע של המתקן מתבסס על אמצעים טכנולוגיים קיימים והתכן המפורט נבחן במיזמים של האיחוד האירופי ויפן. בין היתר נבחן הרכב הדלק הגרעיני המיטבי, שיאפשר ביקוע כמה עשרות גרעינים מנייטרונים המותזים כתוצאה מפגיעת פרוטון בודד. למגבר אנרגיה מספר יתרונות בולטים על פני כורים גרעיניים קיימים: בהיעדר מסה קריטית אין חשש לתגובות בלתי מבוקרות בכור. תקלות במאיץ החלקיקים יביאו להשבתת התגובות הגרעיניות המאולצות והתקררות הכור. עם זאת, אם מערכות הקירור בכור מושבתות בזמן שמאיץ החלקיקים ממשיך בפעולה רגילה, עשוי הדלק הגרעיני להתחמם עד כדי התכה. גם במקרה חמור זה ניתן לחדול את חימום הכור על ידי השבתת מאיץ החלקיקים, או הסטת אלומת החלקיקים. בשנת 2006 הציע קרלו רוביה תכן שאינו מאפשר התכה של ליבת הכור גם במקרה תאונה. תוריום הוא יסוד שכיח למדי, ודאי בהשוואה לאורניום. אין צורך להעשיר אותו בשיטות מפרכות להפרדת איזוטופים. די במרבצי התוריום הקיימים כדי לענות על ביקושי האנרגיה הקיימים לאורך אלפי שנים. מגבר אנרגיה אינו שימושי להפקת כמויות מעשיות של פלוטוניום-239 או אורניום-235, המשמשים להכנת פצצת ביקוע גרעיני. עם זאת, ניתן עדיין להשתמש בו ליצירת איזוטופים רדיואקטיביים לצרכים רפואיים, מסחריים או צבאיים. ניתן להשתמש במתקן מסוג זה לביקוע חומרים רדיואקטיביים מסוכנים לתוצרים לא מסוכנים. כך ניתן להיפטר מפסולת גרעינית במקום להטמינה. יישום זה מעורר עניין במיוחד לאור החשש משימוש עוין בפסולת גרעינית להכנת "פצצה מלוכלכת". תוצרי הביקוע של תוריום מתפרקים מהר יותר מהפסולת הגרעינית של כורים גרעיניים קיימים. כעבור כחמש מאות שנים דומה הרדיואקטיביות שלהם לזו של אפר פחם. אין חידוש מדעי במגברי אנרגיה. כל היכולות הטכנולוגיות הדרושות לבנייתו הודגמו במעבדה ונוצלו לבניית אלפי כורים גרעיניים ומאיצי חלקיקים. זאת בניגוד לכור היתוך גרעיני, שהמאמץ להוכיח את היתכנותו הטכנולוגית נמשך מאז שנת 1946. הפקת חשמל באמצעות מגבר אנרגיה עשויה להיות זולה יותר מאשר בכורים גרעיניים קיימים, למרות הצורך בהקמת מאיץ חלקיקים יקר לצרכיו. זאת לאור העלויות העצומות הכרוכות בהפקת דלק גרעיני, הטמנת פסולת גרעינית והשבתה מסודרת של כור גרעיני. מכיוון שלא נדרשת מסה קריטית בכור, ניתן לווסת את ההספק החשמלי שמייצר המתקן לפי צורכי משק החשמל המקומי. הסכנה הפחותה הנשקפת מהדלק הגרעיני המשמש מתקן זה מאפשרת להקים מגברי אנרגיה גם במדינות מתפתחות וכן במדינות בהן צפיפות האוכלוסין מגבירה את הסכנה במקרה של תאונות גרעיניות חמורות. מבחינה זו עשויים מגברי אנרגיה לענות על צורכי משק החשמל בישראל, כמו גם על צורכי שכנותיה. לא קיימים עדיין מגברי אנרגיה בעולם. בפרט, ניתן רק להעריך את שכיחות התקלות הצפויות במתקן מסוג זה. מאיצי סינכרוטרון הם יקרים למדי להקמה. טרם הוקמו סינכרוטרונים בהספקים הגבוהים שישמשו במגברי אנרגיה. קיימים תכנונים מתחרים לכורים המופעלים בתוריום עם יתרונות משלהם ללא צורך במאיץ החלקיקים. כריסטוף פיסטנר, טכנולוגיות גרעיניות בהתהוות: מגבר האנרגיה של קרלו רוביה, רשת המהנדסים והמדענים הבינלאומית למניעת תפוצה גרעינית טים דין, עידן חדש גרעיני, מגזין קוסמוס קרלו רוביה, מגבר אנרגיה עם שבח גבוה המתופעל עם נייטרונים מהירים, AIP Conference Proceedings, 2006 פרננדז ושות', אומדן ראשוני של השפעתו הכלכלית של מגבר אנרגיה, CERN, פברואר 1996