?Have no fear for atomic energy

"Emancipate yourselves from mental slavery
None but ourselves can free our minds
Have no fear for atomic energy
'Cause none of them can stop the time"

Redemption song – Bob Marley, 1979

למרות שהמשמעות הגדולה של השיר טמונה דוקא בשורה הראשונה והשניה המצוטטות, אין ספק שבפוקושימה הזמן נעצר לאחר רעידת האדמה, והצונאמי, שהביאו לקריסת מערכות של התחנה הגרעינית על שלל כוריה. אז לפחד או לא לפחד מאנרגיה גרעינית?

שאלה מצוינת.

אבל קודם כל – כדאי להבין במה מדובר. מי שיודע איך עובדת תחנה גרעינית שירים את היד.

לא כולם בבת אחת!

טוב, רובנו באמת לא יודעים בדיוק במה מדובר, ולמה שפכו לים מי קרור רדיואקטיבים בפוקושימה בשבועות האחרונים. מזל ש-James Aach כתב על זה ספר מצוין וקריא – לא ספר טכנולוגי קר ויבש, כי אם techno thriller המתרחש בתקופת צרנוביל והכמעט-אסון בארה"ב ב-three mile island, באותה תקופה שבוב מארלי הזכיר לנו שרק אנחנו יכולים לשחרר את מחשבותינו. ג'ימס באמת כותב מצוין, ולמרות שקניתי את הספר – ניתן למצוא אותו בבלוג שלו באופן חופשי על הרשת. ג'ימס הוא מהנדס גרעין בגמלאות, שפשוט רוצה להסביר את הטכנולוגיה – כי כידוע אין כמו בורות כדי ללבות פחד. אז איך עובדים הכורים הגרעיניים בפוקושימה?

מדובר על כורים מסוג boiling water reactor, שמשתמשים בריאקציה הגרעינית בין מוטות דלק (fuel rods בסרטוט למטה – מתוך הספר של ג'ימס) על מנת לחמם מים, ובקיטור שנוצר מניעים טורבינה. השליטה על החוזק של הריאקציה נעשת ע"י הכנסה והוצאה של מוטות בורון (control rods) אל תוך ליבת הכור, שמאיטה את הריאקציה ואת החום כתוצאה ממנה. הבעיה עם כורים מהסוג הזה היא שאי אפשר ממש לכבות אותם עד הסוף. הריאקציה הגרעינית ממשיכה במידה מסוימת, כלומר האש הגרעינית ממשיכה לבעור למשך זמן ארוך גם אחרי הכנסת מוטות הבורון עד הסוף – בפוקושימה מדובר בעוצמה של כ-7% מהעוצמה המקורית. אבל במקרה של תקלה, כשאי אפשר לקרר את הכור (למשל כי צונאמי הגיעה וסחף את גנראטורי הדיזל שהפעילו משאבות בשביל להזרים מים לקרור) ה-7% האלה יכולים להעלות את הטמפרטורה באופן משמעותי ללא קרור חיצוני. הטמפרטורה הגבוהה מאדה את המים שמכסים את הדלק – ואז הצרות באות בצרורות.

הסרטוט למטה הוא כללי ומראה רק את מחזור ייצור החשמל של הטורבינה. כשהכל עובד – אז אין צורך בקרור נוסף, כי המים שמזרימים דרך מוטות הדלק הם אלו שמקררים את הליבה, והמים עצמם גם משמשים כבולע קרינה מאוד יעיל. בסיפור של ג'ימס על התחנה ב-fairview (תחנה דמיונית כמובן) מנהל התחנה, מתמודד עם תקלה שמיוצרת ע"י סוכן KGB שתול. אבל סוג התקלה מאוד דומה למה שקרה בפוקושימה, וההסברים של ג'ימס מעולים ומראים לנו איך עובד הכור, ומה השתלשלות הארועים כשאי אפשר לקרר את הכורים בעזרת המערכות הרגילות (משאבת המים והטורבינה) או מערכות החרום.

אז מה קורה כשיש תקלה?
בפוקושימה, כתוצאה מרעידת האדמה מוטות הבקרה נכנסו פנימה מייד והתחנה הפסיקה לפעול. נשארנו עם 7% מהתפוקה, אבל טורבינת הקיטור ומשאבת המים שלה הפסיקו לעבוד – כלומר הם כבר לא מסיעים את החם ומקררים את הליבה. משאבות חרום הפועלות ע"י גנארטורי דיזל נכנסו לפעולה והכל נראה בסדר לזמן מה, אבל הצונאמי שהגיע מספר שעות אחרי רעידת האדמה הרס אותם, וכנראה גם השבית את שאר מערכות הקרור שהיו קיימות. מה שבעצם קורה הוא שיש אפשרות לשחרר את הלחץ הנוצר מאדי המים שנוצרים עקב החימום המתמשך משאריות הריאקציה הגרעינית. אבל המים ממשיכים להתאדות – ובאיזשהוא שלב מספיק מים מתאדים כך שמוטות הדלק כבר לא מכוסים ע"י מים, וחשופים לאדי המים בלבד, מה שגורם לחימום רב יותר של החלק החשוף, ולריאקציות כימיות שיוצרות בין השאר גז מימן. הגז הזה, כשהוא משוחרר על מנת להקטין את הלחץ שאחרת יהרוס את כל מעטפת הליבה (ה-drywell בסרטוט למעלה) נפיץ, והוא שגרם לפיצוצים שראינו בפוקושימה. בנוסף, ברגע שיש חשיפה כזאת, המשך קרור במים יכול להוביל איתו כמות גדולה יותר של חומר רדיואקטיבי, ואם מחזור הקרור הסגור כבר לא עובד, וצריך לקרר ע"י הכנסת מים – למשל מי ים – והחזרתם לים, אז הם יסחבו איתם כמות חומר רדיואקטיבית כלשהיא.

הסרטוט הבא – שוב מספרו של ג'ימס אח – הוא של מערכות ההגנה האופייניות לכורים כאלה.

כפי שאתם רואים, יש הרבה מעטפות הגנה עבור מקרי כשל. גנראטורי הדיזל שמפעילים משאבות קרור נוספות (VEPI – vessel electric pump injection) ועוד סטים של משאבות שעובדות ישירות על לחץ הקיטור (STURDI – steam turbine driven injection) ואף סטים נוספים של הגנה. מה קורה כשאף אחד לא עובד? צריך לשחרר לחץ, ובמקרה של Fairview שחרור לחץ מהליבה עובר דרך כמה מעטפות הגנה, אבל עם הטמפרטורה עולה מספיק ועדיין אין קרור שעובד – בסוף זה יגיע לאטמוספירה, כפי שקרה בפוקושימה. בנוסף, מכיוון שלאחר שהדלק הגרעיני גמר את חייו בתחנה, הוא עדיין משחרר חם והוא מסוכן לתקופה ארוכה מאוד, צריך לשמור אותו תחת מים (שיתאדו מהחום – ולכן צריך מערכת בקרה גם לזה), בתחנה עצמה, ובפוקושימה גם מבריכות הדלק המשומש (spent fuel) נוצרה סכנה עקב הצונאמי ורעידת האדמה שפגעה במערכת הקרור שלהם.

אז ג'ימס אח מנסה ללמד אותנו על אופן הפעולה של תחנת כח גרעינית מודרנית. הוא רוצה להפיג את הבורות שמלבה את הפחד, ואני חושב שהוא עושה עבודה נהדרת, והספר הזה מאוד ראוי, וילמד אתכם הרבה על הכורים הגרעיניים הקיימים בעולם.

בסוף הספר, בשימוע של הקונגרס, נשאל מנהל המפעל מה היה עושה אחרת. התשובה שלו, שהיא אני מניח הבסיס של ג'ימס אח לכתיבת העלילה כולה, היא מאלפת: "הטעות שלנו סנאטור, היא שהרשנו לעצמנו להגיע לנקודה הזו. כל יום בו אנחנו נכשלים בלתקן את הרושם של הציבור, כאילו חשמל יכול להיות ללא גבולות, זול, בטוח ונקי בו זמנית, גורם למצב להיות גרוע יותר. על הציבור להבין, שכשזה מגיע לאנרגיה – אין ארוחות חינם". כן, כמו ג'ימס אח, גם אני שומע הרבה פעמים תיקוות ש"מישהו כבר יפתור את הבעיה, מתי שהוא כבר יגלו את מקור האנרגיה האולטמטיבי", גם קטן, גם זול וגם נקי. או גרוע יותר – תאוריות הקונספירציה למיניהם, שגורסות שכבר מצאנו אותו, אבל ברוני הגז והנפט קנו ושרפו את התוכניות.
אז לא. כל עוד אנחנו חיים ועובדים תחת החוקים הפיסיקאליים של כדור הארץ – אין ארוחות חינם. האפשרויות מוגבלות, ואין פתרון קסמים – התייעלות אנרגטית היא צעד ראשון והוא יקטין את מימדי הבעיה (נאמר ל-80-90% מהצריכה המקורית), אבל עדיין – צריך לבחור:
אפשר להשאר עם פחם, גז ונפט והזיהום שלהם, המחלות והמוות וגזי החממה שלהם. אפשר לעבור לייצור חלקי (כל עוד אין פתרון של אגירה) מתחנות סולאריות וטורבינות רוח, עם השינוי הנופי הכרוך בכך. ואפשר לעבור לאנרגיה גרעינית עם הסכנות שלה, והפסולת הרדיואקטיבית שלה. המישהו שיפתור את הבעיה הוא אנחנו – שצריכים להתבגר ולהחליט על הפתרונות המתאימות לנו
אז קדימה – ללמוד, ולבחור!

על אודות חנן

טיסנאי (חופשיים) שעשה הסבה תחביבית לטורבינות רוח קטנות אחרי הצבא (2001). בוגר הפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל בטכניון (2006), ומכון ויצמן (Msc אנרגיה סולארית וארוסולים 2010), עוסק ועסק בתחום אנרגיית הרוח (בונה טורבינות רוח מ-2001) , אנרגיה סולארית (PV ותרמית), אופניים חשמליים (עוסק בתחום מ-2005) ואנרגיות מתחדשות בכלל. נכון ל-2011 - עושה דוקטורט בטכניון, בנושא "מיקום אופטימאלי של טורבינות רוח באזור הררי".
פורסם בקטגוריה אוויר לנשימה, ספרים. אפשר להגיע לכאן עם קישור ישיר.

8 תגובות על ?Have no fear for atomic energy

  1. הי, חנן. מעניין מאוד. שני דברים:
    1. אתה מכריז על שרטוטים כמה פעמים, אבל אם תשים לב, הם לא מופיעים, משום מה.
    2. אתה באמת מאמין ש"כשזה נוגע לאנרגיה – אין ארוחות חינם"?.
    כאן דווקא חולקים עליך.

  2. מאת חנן‏:

    טוב – תיקנתי את בעיית הסרטוטים – עדכן אותי אם עדיין יש בעיה.
    ולגבי 2 – גאוני! מומלץ מאוד לראות 🙂

  3. מאת ירון קפלן‏:

    מה עם היתוך? (בניגוד לביקוע הגרעיני)
    זה לא אמור להיות הפתרון הקסום והמגניב שבו אפשר יהיה ליצור אנרגיה ממי ים? וגם בו, אין את הבעיה של decay heat שמצריך קירור ע'י מים גם אחרי שמכבים את מקור הכוח. ההיתוך מחייב פלזמה מסביב וכל מיני תנאים אחרים, והוא מסתיים בתוך שניות אם מפסיקים אותו..
    רק שזה יקח עוד הרבה זמן.

  4. מאת חנן‏:

    אתה צודק. זה באמת הפתרון האחד שאם הוא יהיה קיים לא יהיה רלוונטי לא פחם ולא אנרגיית רוח.
    אבל אין לנו מושג ירוק כרגע איך לעשות את זה.
    יש שני רעיונות מובילים, משהו בסגנון של tokamak [אירופאי http://www.iter.org/ מעריכים ניסוי פועל עד סוף 2020] שזה לכידה של הפלזמה בשדה מגנטי עוצמתי, ואופציה שניה שהיא לייזרים מכל הכיוונים שיורים לנקודה אחת [ אמריקאי https://lasers.llnl.gov/programs/nic/ מעריכים ניסוי פועל עד 2024]. המרחק עד לפתרון של הטכנולוגיה, ואחריו לפתרון כלכלי (להזכירך כבר שנים שיש פתרון טכנולוגי ליצירת חשמל מהשמש והרוח, ואפילו עבור אגירה שאובה, תרמית או כימית – פשוט זה "לא כלכלי" – ולזה לוקח זמן, עוד זמן, ועוד כסף) הוא עשרות שנים. חשוב לשים כסף רב על מחקר בכל תחומי האנרגיה הנקייה, ובכלל זה גם בהיתוך גרעיני.
    אבל – אין לנו את הפריוולגיה לחכות – אנחנו צריכים לבחור ממה שנמצא על המדף מולנו.

  5. מאת משתמש אנונימי (לא מזוהה)‏:

    אני מאמין שהעתיד גרעיני. אולי תחנות הכוח הגרעיניות העתידיות יהיו מבוססות Thorium.
    והנה פוסט על מקרי מוות ל-TWH:
    http://nextbigfuture.com/2011/03/deaths-per-twh-by-energy-source.html

  6. מאת חנן‏:

    יכול להיות.
    המספרים האלה, של ההשוואה של מקרי מוות ממקורות חשמל שונים, עבור כמות אנרגיה מיוצרת (למשל מקרי מוות ל-1 Gwh, או מיליון קוט"ש) מוצגים גם כן בספר המצוין של דיוויד מקיי שאני מאוד מציע לקרוא http://www.withouthotair.com, בפרק על אנרגיה גרעינית.
    Thorium באמת יש לנו בכמות בלתי מוגבלת באופן פרקטי בים, כך שזה בפירוש אופציה ברת קיימא.
    מה שלא בר קיימא, בין השאר, הוא הסכנה של ייצור כלי נשק מכורים גרעיניים, Nuclear proliferation, שנובעת מכך שכל מדינה שמפתחת אנרגיה גרעינית למטרות שלום מפתחת גם אנרגיה גרעינית למטרות מלחמה, ואם אנחנו חושבים שהמדינות אחראיות, אז אנו נזכרים בבעיה של טרוריזם, ובעולם שמסתמך על אנרגיה גרעינית כפי שהיא מיותרת היום, הכפלה של כמות התחנות פי 1000 תוביל להסתברות מאוד גדולה שנחווה גם טרור גרעיני. אלה המצודדים כמוך בפתרון אנרגיה עולמי מבוסס אנרגיה גרעינית (ביקוע) מדברים על רשת בטחון עולמית אמינה וחזקה. אני? אני חושב שהאח הגדול יכנס בלאו הכי, ואני לא רואה שום סיבה לסבך את פרטיותי וחיי עם טכנולוגיה נוכחית בעייתית, כשיש פתרונות בטוחים בחוץ! אנרגיית שמש, ואנרגיית רוח. אם תסתכל על הגרף ששמת, והגרף הדומה (לדעתי אותם נתונים) של מקיי, תראה שרוח ושמש דומים מאוד במקרי המוות שלהם לגרעין. הרבה הרבה מתחת לקונבנציונאלי שמשום מה התרגלנו לחיות איתו, כ"מחיר הקידמה" באופן לא ברור.

  7. מאת עופר בן טובים‏:

    במו המגיב הקודם אני רוצה להציג לך אלטרנטיבת תוריום אמיתית
    http://www.youtube.com/watch?v=WWUeBSoEnRk

  8. מאת חנן‏:

    בפרוש מרשים, ואני חושב שצריך לפתח את הטכנולוגיה הזו. אבל זה לא שונה במהותו מהמצב של היתוך גרעיני – אין פתרון על המדף. חסרים עוד שנים של מחקר. בפרוש, לא כל כך הרבה שנים כמו היתוך, אבל החברה הזכירו כמה בעיות שקיימות וצריך לפתור, כפי שגילו בניסויים שהם ערכו עם כור תוריום בשנות ה-60. אני בפרוש בעד מחקר והשקעת כספים לתוך זה – אבל כיום אנחנו עדיין צריכים לבחור בין הטכנולוגיה הגרעינית הקיימת (אורניום), פחם-גז-נפט, או אנרגיות מתחדשות+אגירה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This blog is kept spam free by WP-SpamFree.