הרווח וההפסד
של הכוח הגרעיני

כשמדברים על ביקוע גרעיני, הדימוי הראשון שיעלה בדעתם של רוב האנשים הוא בוודאי פטריית העשן המאיימת של פצצה גרעינית, וחורבן הערים הירושימה ונגסקי בסוף מלחמת העולם השנייה. אולם למעשה השימוש העיקרי שנעשה באנרגיה גרעינית בעולמנו אינו צבאי, אלא יישום אזרחי חשוב ומועיל – הפקת חשמל בתחנות כוח גרעיניות.

הפקת החשמל בתחנה כזאת נעשית כאמור על ידי ביקוע גרעיני – תהליך שבו גרעין אטום כבד מתפצל עקב פגיעה של ניטרון לאטומים קטנים יותר. במהלך הביקוע נפלטים מהגרעין הגדול נייטרונים נוספים, וחלקם עשויים לפגוע בגרעין אטום אחר ולהניע גם אותה להתבקע. כך נוצרת תגובת שרשרת מתמשכת.

תגובת השרשרת של הביקוע הגרעיני היא הבסיס לפעולתו של כור גרעיני וגם של פצצות גרעין. אך בעוד שבפצצות התגובה הזאת פראית ומהירה ומתרחשת תוך שבריר שנייה, תגובת השרשרת בכור גרעיני נעשית בצורה מבוקרת ואיטית.

חלק מפצצות הגרעין משתמשות דווקא בתהליך של היתוך גרעיני, שבו גרעינים של אטומים קלים מתמזגים לגרעין גדול יותר. פצצות כאלה נקראות פצצות היתוך או פצצות מימן, והתהליך שהן מתבססות עליו זהה לזה שמתרחש בליבות של כוכבים כמו השמש שלנו. אולי בשונה מביקוע גרעיני, איננו מכירים כיום דרך לבצע היתוך גרעיני בתהליך מבוקר, ועל כן אין בנמצא כורי היתוך גרעיניים.

לפיכך, החומרים שבהם משתמשים בכורים הם אטומים כבדים ולא יציבים, שיכולים לעבור ביקוע ולקיים תגובת שרשרת, ובעיקר אורניום ופלוטוניום. הבדל חשוב בין שני היסודות הרדיואקטיביים האלה הוא שהאורניום קיים בטבע, ואילו פלוטוניום הוא יסוד שנוצר בתנאי מעבדה.

בכורים הגרעיניים אנו מפיקים חום כדי ליצור קיטור ולהניע איתו טורבינה. הטורבינה בתורה מסובבת גנרטור שמייצר חשמל. מכיוון שתהליך הביקוע הגרעיני מפיק כמות עצומה של אנרגיה – פי כמה מיליונים מתגובות כימיות כמו אלה שמתרחשות בשריפת דלקי מחצבים, אפשר להבין שכור גרעיני מייצר כמות עצומה של אנרגיה לעומת כמות הדלק שהוא צורך. תהליכים כימיים, למשל שריפת פחם או גז  טבעי בתחנות כוח "רגילות", צורכים הרבה יותר דלק כדי להגיע לאותו הספק.

מבחינה כלכלית, ייצור החשמל בכורים גרעיניים זול יותר מייצור החשמל בתחנות כוח "רגילות" המבוססות על דלקי מחצבים. עם זאת,הקמת תחנות כוח גרעיניות יקרה הרבה יותר, בין השאר עקב אמצעי הבטיחות שיש להתקין בה.

יתרון נוסף של הכור הגרעיני הוא שהוא לא מזהם כמעט את הסביבה, מכיוון שהוא אינו פולט חומרים לאטמוספרה. בפרט, הוא לא פולט גזים מזהמים לאוויר ופחמן דו-חמצני – תופעה שמזוהה מאוד עם תחנות הכוח המבוססות על שריפה כימית של דלקים. כמו כן, הפסולת הרדיואקטיבית של הכורים הגרעיניים לא נפלטת לסביבה, אלא מסולקת לאתרי הטמנה.

תחנת הכוח הגרעיני דואל ליד אנטוורפן. ה"עשן" הוא למעשה אדי מים | צילום: TonyV3112, שאטרסטוק

פסולת ותאונות

יש כמובן גם מגרעות לכורים גרעיניים. הראשונה היא כמובן מה קורה כשיש תקלה חמורה בכור. במצב תקין, כאמור,  כור גרעיני אינו פולט שום חומרים לאטמוספרה. אולם במקרים הנדירות שבהן כל אמצעי הבקרה הרבים משתבשים ומתרחשת תאונה, עלולה לדלוף ממנו קרינה רדיואקטיבית למרחק רב. תקלה כזאת היא אירוע הרה אסון בקנה מידה גדול, כמו האסון שהתרחש בצ'רנוביל בשנת 1986 וזיהם שטחים נרחבים בצפון אירופה. נחמה מסוימת אפשר למצוא בכך שלמרות סכנת הזיהום הרדיואקטיבי, תחנת כוח גרעינית אינה יכולה לגרום לפיצוץ גרעיני.

החיסרון השני הוא הקושי לסלק את הפסולת הרדיואקטיבית מהכור. תהליך הביקוע הגרעיני בכור מייצר חומרים שפולטים קרינה רדיואקטיבית עזה, ולרובם אין כל שימוש מעשי, כך שמדובר בפסולת לכל דבר. עם זאת, בפלוטוניום המצוי בפסולת משתמשים לעיתים לבניית פצצות גרעיניות, ויש חומרים רדיואקטיביים שמשמשים בכמויות זעירות לצרכים רפואיים או תעשייתיים. את הפסולת הרדיואקטיבית קוברים כיום עמוק באדמה במקומות יציבים מבחינה גיאולוגית. עד שנות ה-90 עשו זאת גם במעמקי האוקיינוס.

הבעיה הגדולה היא שלא פשוט למצוא אתרים מתאימים להטמנת הפסולת הרדיואקטיבית.  לא הרחק מלאס וגאס בארצות הברית נמצא הר יוקה, אתר שנועד לשמש להטמנת הפסולת הרדיואקטיבית מ-96 הכורים הגרעיניים הפעילים במדינה. אולם האתר לא הופעל מעולם וכיום מרבית הפסולת מאוחסנת לזמן בלתי מוגבל בשטח תחנות הכוח הגרעיניות עצמן, במכלים אטומים החוסמים את הקרינה ומונעים דליפה.

אתר הטמנה בשלבי בנייה בהנפורד בארה"ב | צילום: משרד האנרגיה של ארה"ב, Science Photo Library

גם כשיש אתר הטמנה זמין, לא קוברים מיד את הפסולת הרדיואקטיבית. בתחילה היא מאוחסנת למשך כמה שנים בבריכות ייעודיות לאחסון דלק גרעיני משומש מתחת לפני המים, משום שיש להמתין עד שרמת הרדיואקטיביות של הפסולת תרד. המים בבריכה מגינים על הסביבה מהקרינה הנפלטת וגם מצננים את הדלק הגרעיני המשומש – שהקרינה הרדיואקטיבית הרבה שהוא פולט מתבטאת גם בחום רב.

ולבסוף, כמו בתחנות כוח המבוססות על פחם או גז, גם בכורים גרעיניים יש להביא בחשבון את הזיהום התרמי שנוצר בהן. זיהום תרמי נובע מעליית הטמפרטורה של מאגר המים המשמש את תחנת הכוח. התחנה משתמשת במים הללו כדי לקרר את הקיטור הנוצר בה ולעבות אותו חזרה לנוזל, וכך הם מתחממים. כשמזרימים את המים בחזרה למאגר, הטמפרטורה שלהם גבוהה בכמה מעלות ממי המאגר הרגילים. ההפרש בטמפרטורות עשוי להיראות זניח, אבל למעשה  הוא עלול לגרום לשינוי קיצוני בתנאי המחיה עבור היצורים החיים במאגר ולהפר את האיזון האקולוגי הנחוץ להם.

סייע בעדכון הכתבה: אורי טייכמן