How close are we to powering the world with nuclear fusion? - George Zaidan

תרגום: zeeva livshitz עריכה: Ido Dekkers

In the time it takes to snap your fingers,

בזמן שלוקח להקיש באצבעות,

the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

השמש משחררת מספיק אנרגיה כדי להניע את כל הציוויליזציה שלנו במשך 4,500 שנה.

So naturally, scientists and engineers have been working to build

אז באופן טבעי, מדענים ומהנדסים פעלו לבנות

a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

כוכב מיניאטורי כאן על כדור הארץ... כדי להתחבר לרשת החשמל שלנו.

And the thing is, we already kind of have.

והעניין הוא, שכבר איכשהו יש לנו.

It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.

זה פשוט לא נראה כמו כוכב זעיר שצף במעבדה.

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles,

הכוכבים עשויים ממספר חלקיקים כמעט בלתי מובן,

which gravity compresses into a super dense core.

שכוח המשיכה דוחס לליבה סופר צפופה.

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together,

ליבה זו חמה וצפופה מספיק כדי לאלץ גרעיני אטום יחד,

forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

שיוצרים גרעינים גדולים וכבדים יותר בתהליך המכונה היתוך.

The reverse process, where one atom splits into two, is called fission.

התהליך ההפוך, שבו אטום אחד מתפצל לשניים, נקרא ביקוע.

In both processes, the mass of the end products is slightly less

בשני התהליכים, המסה של תוצרי הקצה מעט פחותה

than the mass of the initial atoms.

ממסת האטומים הראשוניים.

But that lost mass doesn’t disappear—

אבל המסה האבודה הזו לא נעלמת -

it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

היא מומרת לאנרגיה על פי המשוואה המפורסמת של איינשטיין.

And since c² is such a massive number,

ומכיוון ש- c² הוא מספר כה עצום,

both fission and fusion generate a lot of energy.

גם ביקוע וגם היתוך מייצרים אנרגיה רבה.

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

היתוך בשמש שלנו מייצר בעיקר גרעיני הליום.

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus,

במסלול הנפוץ ביותר, שני פרוטונים מתמזגים ליצירת גרעין דאוטריום,

which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus,

אשר לאחר מכן מתמזג עם פרוטון אחר ליצירת גרעין הליום -3,

which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

אשר לאחר מכן מתמזג עם גרעין הליום -3 אחר ליצירת גרעין הליום -4.

But there’s a catch— that first step is incredibly rare.

אבל יש מילכוד - צעד ראשון זה נדיר להפליא.

Only 1 in 100 septillion collisions between protons

רק 1 מכל 100 ספטיליון התנגשויות בין פרוטונים

results in a deuterium nucleus.

התוצאה היא גרעין דאוטריום.

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons

בשמש זו לא בעיה מכיוון שיש כל כך הרבה פרוטונים

that even a reaction this rare happens all the time.

שאפילו תגובה נדירה כל כך מתרחשת כל הזמן.

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction,

אך על פני כדור הארץ, החוקרים מסתמכים על תגובה הניתנת לשחזור בקלות רבה יותר,

where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus

שבה גרעין דאוטריום מתמזג עם גרעין טריטיום

to form a helium-4 nucleus and a neutron.

ליצירת גרעין הליום-4 ונויטרון.

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators

אנחנו למעשה מייצרים תגובות כמו אלה בתוך מאיצי חלקיקים

since the 1930s.

מאז שנות השלושים.

But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases.

אבל מאיצים אלה לא נועדו לרתום את האנרגיה שתגובה זו משחררת.

Rather, they’re used to generate neutrons

במקום זאת, הם משמשים לייצור נויטרונים

for a variety of scientific and military purposes.

למגוון מטרות מדעיות וצבאיות.

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy,

ואילו אם נרצה להשתמש בהיתוך כדי לייצר אנרגיה בלתי מוגבלת,

we’d need a device that can harness the energy released,

נצטרך מכשיר שיכול לרתום את האנרגיה המשתחררת

channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going,

לתעל מספיק מהאנרגיה הזו בחזרה למכשיר כדי להמשיך את התגובה

and then send the rest out to our power grid.

ואז לשלוח את השאר לרשת החשמל שלנו.

And for that job, we need a nuclear fusion reactor.

ובשביל העבודה הזו, אנחנו צריכים כור היתוך גרעיני.

Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.

כמו מאיץ חלקיקים, כור ייצר גרעיני הליום ונויטרונים.

But that reaction would happen in a superhot core

אבל תגובה זו תתרחש בליבה סופר-חמה

and the resulting neutrons would shoot outward

והנויטרונים שנוצרו יירו החוצה

to heat up a layer of lithium metal.

כדי לחמם שכבה של מתכת ליתיום.

That heat would then boil water,

החום הזה מרתיח מים

generating steam to run turbines and produce electricity.

ויוצר קיטור להפעלת טורבינות וייצור חשמל.

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core

בינתיים, גרעיני ההליום יישארו בליבה

and slam into other nuclei to keep the reaction going—

ויגרמו לגרעינים אחרים לשמור על התגובה -

and the electricity flowing.

ולזרימת החשמל.

This tech has many practical challenges,

לטכנולוגיה זו יש אתגרים מעשיים רבים,

including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

כולל כיצד להגביל מסה מסתחררת של חומר של מיליון מעלות.

But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.

אבל המכשול הגדול ביותר הוא השגת מה שנקרא הצתה.

An energy technology is only commercially viable

טכנולוגיית אנרגיה היא בת קיימא מסחרית

if it puts out more energy than it uses.

רק אם היא מוציאה יותר אנרגיה ממה שהיא משתמשת.

And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough

וכור היתוך זקוק להרבה אנרגיה כדי לחמם את הליבה מספיק

for fusion to occur.

כדי שההיתוך יתרחש.

So there’s a tipping point:

אז יש נקודת מפנה:

a moment when the fuel is hot enough to start the reaction

רגע שבו הדלק חם מספיק כדי להתחיל את התגובה

and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

ולשחרר יותר אנרגיה ממה שנדרש כדי להגיע ולשמור על הטמפרטורה הזו.

This is ignition.

זו הצתה.

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity,

כוכבים מגיעים להצתה תחת כוח של כמויות כוח הכבידה העצומות,

but this approach is impossible on Earth

אך גישה זו אינה אפשרית על פני כדור הארץ

since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

מכיוון שתזדקק לאלפי פעמים ממסת כדור הארץ כולו.

So researchers typically rely on vast arrays of lasers,

אז חוקרים מסתמכים בדרך כלל על מערכים עצומים של לייזרים,

or methods that combine magnets with high energy particles

או שיטות המשלבות מגנטים עם חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה

or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

או גלים אלקטרומגנטיים הדומים לאלה בתנור המיקרוגל שלכם.

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility

בשנת 2022, מדענים במתקן ההצתה הלאומי בארה"ב

demonstrated ignition for the first time ever,

הדגימו הצתה לראשונה אי פעם,

using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

תוך שימוש ב -192 לייזרים לחימום דאוטריום וטריטיום ל -100 מיליון מעלות.

While this was a huge step forward,

למרות שזה היה צעד ענק קדימה,

we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor

אנחנו עדיין רחוקים מכור שמקיים את עצמו ופועל לאורך זמן

that produces more energy than it uses.

שמייצר יותר אנרגיה ממה שהוא משתמש בה.

But once operational, these relatively small reactors could power a city

אבל ברגע שהם יפעלו, הכורים הקטנים יחסית הללו יכולים להניע עיר

of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

של מיליון תושבים במשך שנה עם שני טנדרים בלבד של דלק.

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal

היום, תצטרכו לשרוף בערך 3 מיליון טונות של פחם

to produce that much energy.

כדי לייצר כל כך הרבה אנרגיה.

That is the promise of fusion:

זו ההבטחה של היתוך:

limitless, on-demand energy with almost no emissions.

אנרגיה בלתי מוגבלת, לפי דרישה, כמעט ללא פליטות.

True star power, right here on Earth.

כוח כוכבים אמיתי, ממש כאן על כדור הארץ.