כור גרעיני

עמוד:103

בארצות - הברית פתוחה של פצצת האטום המבססת על בקוע האורניום . אולם בד בבד עם פתוח הפצצה , החלו אנשי המדע לפתח מתקן שבו משתחררת אנרגית הבקוע באטיות ובהדרגה , ולא בפתאומיות הרסנית כמו בפצצת האטום . מתקן זה נקרא כור גרעיני או כור אטומי , ובעזרתו נתן לנצל את האנרגיה הגרעינית הטמונה באורניום וביסודות אחרים , לצרכי שלום . פעלת הכור , כמו פעלת הפצצה האטומית , מבססת על תופעה המכנה " תגובת שרשרת של בקוע גרעיני " . בקוע גרעיני יכול להתרחש בגרעיני האטומים של יסודות מסימים , כמו איזוטופ האורניום שמשקלו האטומי 235 , או היסוד המלאכותי פלוטוניום . כאשר חלקיק הניטרון פוגע בגרעין כזה , הגרעין מתבקע לשנים , ומשחרר אנרגיה רבה וניטרונים נוספים . הניטרונים האלה יכולים לפגע בגרעיני אטומים אחרים ולבקע אותם , וכך נוצרת תגובת שרשרת , שבה עוד ועוד גרעינים נבקעים וכמות האנרגיה המשתחררת היא גדולה מאוד . זהו התהליך המתרחש גם בפצצת האטום . אולם בכור הגרעיני תגובת השרשרת היא מבקרת ואטית , למשל משום שהחמר הבקיע מפרד לחלקים המרחקים זה מזה , וביניהם מצוי חמר הבולע ניטרונים . באפן זה מספר הגרעינים הנבקעים אינו עולה מעל גבול מסים . לפיכך , בעוד שפצצת האטום משחררת אנרגיה גדולה מאוד במשך זמן קצר ביותר , הכור הגרעיני משחרר את האנרגיה הגרעינית באטיות , בקצב קבוע ובמשך שנים אחדות . את האנרגיה הזאת אפשר לנצל להפקת חשמל . הכור הגרעיני הראשון הכור הגרעיני הראשון בעולם נבנה בארצות - הברית בעצם ימי מלחמת העולם השניה . הקימו אותו באיצטדיון של אוניברסיטת שיקגו , לפי תכנונו של הפיסיקאי ממוצא איטלקי אנריקו פרמי . הכור הפעל לראשונה ב - 2 בדצמבר 1942 . זה היה מתקן פשוט למדי , שנועד לבדק את תגובת השרשרת הגרעינית באורניום . " לבו " של הכור היה כמות של אורניום שהטמנה בתוך גוש של גרפיט . בתוך הגוש היו נעוצים מוטות קדמיום . הגרפיט הוא צורה מוצקה של פחמן טהור . גרעיני הפחמן אינם בולעים את הניטרונים הפוגעים בהם . כאשר ניטרון שנפלט מן האורניום פוגע בגרעין פחמן , הוא נרתע ומחזר כשמהירותו מואטת . פרמי מצא , כי ניטרונים אטיים יעילים יותר לבקוע גרעיני אורניום , ועל כן הקיף את האורניום בגרפיט . למוטות הקדמיום נועד תפקיד חשוב - הם וסתו את תגובת השרשרת , כדי שלא תהיה מהירה מדי , שאם לא כן עלול הכור להתחמם במהירות ולהתפוצץ כפצצה . גרעיני הקדמיום בולעים ניטרונים ואינם מתבקעים , על כן הם מפחיתים את שטף הניטרונים בכור . מתקן מיחד נעץ את מוטות הקדמיום לתוך גוש הגרפיט כאשר הטמפרטורה בו עלתה , ושלף אותם למחצה כאשר היא שבה וירדה . באפן זה , נתן היה לבקר את קצב שחרור האנרגיה בכור , ולשמר שהוא ישאר קבוע . מבנה הכור המודרני כורים מודרניים בנויים באפן עקרוני באותה מתכנת כמו הכור הנסיוני של פרמי . הדלק הגרעיני עשוי בדרך כלל בצורת מוטות הנתונים בעטיפת מתכת . יש כורים שבהם משתמשים באורניום טבעי , שהוא תערבת של אורניום - 235 ואורניום - 238 . האיזוטופ אורניום - 238 אינו גורם לתגובת שרשרת , ולפיכך הוא מאט את קצב הבקוע . יש כורים שבהם משתמשים באורניום מעשר . זהו אורניום ששעור האיזוטופ 235 בו העלה באמצעות תהליך חרשתי מסבך מ - 0.7 אחוז לשניים עד ארבעה אחוזים . אפשר גם לתכנן כורים שיצרכו פלוטוניום . מוטות הדלק הגרעיני נתונים בתוך חמר כגון גרפיט , הנקרא מאט . תפקידו להאט את תנועת הניטרונים מבלי לבלע אותם . הכור כלו מקף בשכבת חמר הנקרא מחזיר ( רפלקטור ) . שכבה זו נועדה להחזיר ניטרונים פנימה ולמנע דליפתם מהכור . בונים אותה בדרך כלל מאותם חמרים שמהם עשויים המאטים . בין מוטות הדלק הגרעיני יש מוטות של חמר בולע כגון קדמיום , המוסת את שטף הניטרונים . מסביב לשכבת המחזיר בנויים קירות בטון עבים , המונעים דליפת חמרים רדיואקטיביים מסכנים וקרינות מזיקות . תהליך הבקוע הגרעיני יוצר חם רב ועל כן יש צרך לצנן את הכור על ידי הזרמת נוזל קרור או גז קרור דרכו . נוזל הקרור זורם במערכת צנורות מיחדת , הוא נכנס לכור קר ויוצא ממנו חם . הכורים הראשונים שנבנו בימי מלחמת העולם ואחריה בארצות - הברית ובאנגליה נועדו להפקת פלוטוניום לפצצות אטום . אחר כך נבנו בארצות רבות כורים לצרכי מחקר . בכורים אלה נעשה שמוש בשטף הניטרונים כדי להקרין חמרים שונים ולהפכם לרדיואקטיביים . נמצא כי בחמרים רדיואקטיביים אלה נתן לעשות שמוש בתחומים רבים . משתמשים בהם ברפואה , למשל , להקרנת גדולים סרטניים בגוף , כדי להשמידם . בשנות ה - 50 החלו לבנות כורים גרעיניים לשם הפקת חשמל . בכור כזה , שהוא חלק מתחנת כח גרעינית , משתמשים בחם שסופג נוזל הקרור כדי להניע טורבינות המיצרות חשמל . תחנת הכח הגרעינית הראשונה נחנכה בקלדר - הול שבבריטניה באוקטובר 1956 . היום פועלות תחנות כח גרעיניות רבות בגלל הסכנה שתוצרי הביקוע והקרינה הרדיואקטיבית יצאו מתחומי הכור הגרעיני , מקיפים אותו בשכבות מגן , בתמונה - כיפה של כור גרעיני מצידה הפנימי .

קודם  |  הבא