טכנולוגיית הכורים הגרעיניים מציעה אנרגיה זולה יחסית ונקייה – אך גם סכנות ביטחוניות ואתגרים ניכרים בטיפול בפסולת הרדיואקטיבית שלה

האנרגיה הגרעינית מוזכרת הרבה רבות כחלופה נקייה להפקת אנרגיה מדלקי מחצבים מזהמים כמו פחם, נפט וגז. אכן תחנות כוח גרעיניות לא פולטות לאטמוספרה פחמן דו-חמצני וגזי חממה אחרים, פרט לאדי מים. אך המתנגדים טוענים שהסכנה הכרוכה בשימוש בביקוע גרעיני להפקת אנרגיה גבוהה מדי, שכן תקלה עלולה לחולל אסון אקולוגי עצום.

כדי להבין את הטיעונים בעד האנרגיה הגרעינית ונגדה עלינו להיכנס מעט למבנה של האטום ולחלקיקים המרכיבים אותו. גרעין האטום מורכב מפרוטונים, שמטענם החשמלי חיובי ומנייטרונים נטולי מטען חשמלי. מה שמחזיק אותם יחד הוא הכוח הגרעיני החזק, שגובר על הדחייה החשמלית בין כל שני פרוטונים – שכן גופים בעלי מטען חשמלי זהה דוחים זה את זה –  ולכן הגרעינים נשארים שלמים.

ככל שמספר הפרוטונים בגרעין גדול יותר, הדחייה החשמלית נהיית משמעותית יותר ולכן הגרעינים יציבים פחות, ומתפרקים ביתר קלות. חלק מהגרעינים, כמו הגרעינים הכבדים במיוחד – מהעופרת, שיש לה 82 פרוטונים, והלאה – נוטים להתפרק ספונטנית לגרעינים קלים ויציבים יותר, תופעה הקרויה רדיואקטיביות. אף שכל היסודות מעל עופרת הם רדיואקטיביים, יש גם גרעינים רדיואקטיביים קלים יותר, למשל פחמן רדיואקטיבי (פחמן-14) או אשלגן רדיואקטיבי (אשלגן-40). בנוסף, כשנייטרון חופשי פוגע בגרעינים כבדים כאלה, הם עשויים לעיתים להתפצל לשני חלקים לא שווים, כלומר לשני אטומים קטנים ויציבים יותר. התהליך הזה קרוי ביקוע גרעיני, והוא מתרחש בפועל במידה משמעותית רק ביסודות הכבדים מאורניום, שהוא היסוד ה-92 בטבלה המחזורית והיסוד הכבד ביותר שנמצא בשפע בטבע.

 דלק לכורים גרעיניים: קוביות אורניום | צילום: משרד האנרגיה האמריקאי, ויקיפדיה, נחלת הכלל
דלק לכורים גרעיניים: קוביות אורניום | צילום: משרד האנרגיה האמריקאי, ויקיפדיה, נחלת הכלל

תגובת שרשרת

בניגוד לאנרגיה כימית, המופקת בתחנות כוח משריפת פחם וגז, תחנות כוח גרעיניות מבוססות על תגובת שרשרת גרעינית. התגובה הזאת נובעת מתכונה מיוחדת של הביקוע הגרעיני: כשאטום כבד מתבקע לשני אטומים קטנים יותר, חלק מהנייטרונים משתחררים, אם כי המספר הכולל של הנייטרונים והפרוטונים במערכת נשמר.

יש דרכים רבות שבהן הגרעין יכול להתפצל ובכל אחת מהם עשוי להשתחרר מספר שונה של נייטרונים, אך בדרך כלל נפלטים מכל גרעין שמתבקע 3-2 נייטרונים. חלק מהנייטרונים הללו פוגעים בגרעיני אטום נוספים וגורמים גם להם להתבקע ולשחרר בעצמם נייטרונים נוספים, וכך נוצרת תגובת שרשרת מתמשכת. חומר שמסוגל לחולל תגובת שרשרת נקרא חומר בקיע.

תהליך הביקוע הגרעיני משחרר כמות עצומה של אנרגיה: אם נבקע את כל האטומים בקילוגרם אחד של אורניום נקבל בערך פי מיליון יותר אנרגיה מאשר בשריפת כמות זהה של פחם. החומר הבקיע היחיד בטבע הוא אורניום-235, אך הוא נדיר יחסית וריכוזו עומד על כ-0.7 אחוז בלבד מכלל האורניום הטבעי בעולם. הריכוז הזה אינו מספיק בדרך כלל כדי לקיים תגובת שרשרת, ובמרבית הכורים יש להעשיר את שיעורו בדלק הגרעיני לרמה גבוהה יותר.

כמעט כל האורניום הנוסף בעולם הוא אורניום-238. שני סוגי האורניום האלה הם איזוטופים: כלומר יש להם אותו מספר של פרוטונים בגרעין (92), ולכן הם נחשבים אותו יסוד, אך מספר הנייטרונים שלהם שונה. אורניום 235, שגרעינו מכיל 143 נייטרונים, הוא איזוטופ פחות יציב מאורניום 238, אך פרט לכך תכונותיהם הכימיות כמעט זהות. על כן הפרדתם, הקרויה העשרת אורניום, היא תהליך יקר ומסובך.

והאורניום מתפרק לקריפטון ובריום תוך שחרור שלושה נייטרונים | איור: Fastfission, ויקיפדיה, נחלת הכלל
דוגמה לביקוע גרעיני: נייטרון אחד מערער את יציבות הגרעין, והאורניום מתפרק לקריפטון ובריום תוך שחרור שלושה נייטרונים | איור: Fastfission, ויקיפדיה, נחלת הכלל

תגובה איטית ומבוקרת

בפצצות גרעיניות, תגובת השרשרת מהירה מאוד, שכן המטרה בהן היא לבקע כמה שיותר אטומים לפני שהפיצוץ יפזר את החומר הבקיע והתגובה תחדל – תהליך שנמשך פחות ממיליונית השנייה. לשם כך משתמשים בתגובת שרשרת מתבדרת, שבה מספר הביקועים גדל בקצב מהיר.

לעומת זאת, כורים גרעיניים מתבססים על תגובת שרשרת יציבה ואיטית יותר. החשוב מבין האמצעים שמרסנים את תגובת השרשרת הוא מוטות הבקרה, שבולעים נייטרונים. כך מביאים לידי זה שמבין כל הנייטרונים הנפלטים בביקוע, רק אחד בממוצע יגרום לביקוע נוסף. בזכות זה מספר  הביקועים ליחידת זמן, שקובע את ההספק של הכור, נשאר יציב, וסטיות קטנות מתוקנות במהירות בלי שתגובת השרשרת תצא משליטה.

הנייטרונים האחרים שנפלטים בביקוע נבלעים במוטות הבקרה או במים שנמצאים בליבת רוב הכורים, או שהם יוצאים החוצה מהליבה. חלקם גם פוגעים באורניום-238 בדלק הגרעיני אך לא מבקעים אותו, מכיוון שהוא אינו מתבקע בקלות. כך נוצר איזוטופ חדש עם נייטרון נוסף, אורניום-239. האיזוטופ הזה אינו יציב ובעקבות התפרקות של נייטרונים הוא הופך ליסוד פלוטוניום. כך נוצר פלוטוניום בכורים גרעיניים. התהליך הזה שונה מאוד מתגובת השרשרת המהירה המתרחשת בפצצות ביקוע, כך שאפילו התאונה החמורה ביותר שיכולה להתרחש בכור גרעיני לא תגרום לפיצוץ גדול.

הפקת האנרגיה בכור דומה למדי לתחנת כוח רגילה: בליבה יש חומר בקיע, בדרך כלל אורניום מועשר לרמה נמוכה ולעתים נדירות אורניום רגיל עם פלוטוניום, וזורם דרכה חומר קירור, בדרך כלל מים. החום שנוצר מהביקועים בדלק הגרעיני עובר לחומר הקירור, כך שטמפרטורת הליבה נותרת קבועה. מנוזל הקירור החום עובר למאגר מים וגורם להם לרתוח ולהפוך לקיטור, שמסובב טורבינה המייצרת חשמל בגנרטור. כורים גרעיניים להפקת חשמל קיימים מאז אמצע שנות ה-50, כ-15 שנה מאז גילוי הביקוע הגרעיני וכעשור מאז הקמת הכורים הגרעיניים הראשונים, שנועדו להפיק פלוטוניום לייצור פצצות.

תחנת הכוח הגרעינית בקורי שבקוריאה הדרומית, ובה ארבעה כורים פעילים | צילום: Korea Kori NPP, ויקיפדיה
תחנת הכוח הגרעינית בקורי שבקוריאה הדרומית, ובה ארבעה כורים פעילים | צילום: Korea Kori NPP, ויקיפדיה

אנרגיה זולה ונקייה?

מהבחינה הכמותית, האנרגיה הגרעינית אכן מסוגלת לספק את כל החשמל שהאנושות צריכה כיום. כדי לקבוע אם רצוי להסתמך עליה, יש לשקול לעומק את יתרונותיה ואת חסרונותיה:

אולי הסיבה הטובה ביותר להעדיף אנרגיה גרעינית על פני אנרגיה שמקורה מדלקי מחצבים, היא שהכור הגרעיני כמעט לא פולט מזהמים לאטמוספרה. בשונה מתחנות הכוח הרגילות השורפות דלק, הכור הגרעיני לא פולט פחמן דו-חמצני בכלל, מאחר שהגז הזה לא נוצר בתגובות הגרעיניות. כמות קטנה יחסית של פחמן דו-חמצני אומנם נפלטת במהלך כריית האורניום והפיכתו לדלק גרעיני, אך ככלל ייצור חשמל גרעיני פולט הרבה פחות גזי חממה ליחידת אנרגיה לעומת דלקי מחצבים. מדובר ביתרון משמעותי מאוד לנוכח שינויי האקלים והמאמצים לצמצם את פליטות גזי חממה. גם זיהום האוויר בחלקיקים רעילים, שמאפיין שריפת דלקי מחצבים, אינו קורה בכור גרעיני. לפיכך, האנרגיה הגרעינית נחשבת אנרגיה נקייה.

יתרון חשוב אחר של האנרגיה הגרעינית הוא מחיר הנמוך יחסית של תפעול הכור: כורים צורכים בדרך כלל מעט מאוד דלק גרעיני, וצריך להחליף אותו רק פעם בכמה שנים. בנוסף, הדלק הגרעיני אינו יקר במיוחד, מאחר שדי בכמות קטנה יחסית של אורניום כדי להפיק חשמל. לכן תחנות כוח גרעיניות הן בדרך כלל רווחיות מאוד. תדירות התדלוק הנמוכה וההספק הרב של כור קטן יחסית הופכים את האנרגיה הגרעינית למקור אנרגיה מושך במיוחד עבור נושאות מטוסים וצוללות.

מצד שני, עלות ההקמה של תחנת כוח גרעינית גבוהה מאוד, ועוברות שנים רבות עד שהתחנה מחזירה את ההוצאה הראשונית עליה. אומנם כורים גרעיניים פועלים במשך עשרות שנים – כור המחקר הישראלי בנחל שורק, לדוגמה, כבר בן יותר מ-60 שנה. המחיר ההתחלתי הגבוה הוא בהחלט שיקול שמרתיע את מקבלי ההחלטות, ואכן אין לבצע השקעה כה גדולה בקלות ראש אם לא בטוחים שהכורים יפעלו לאורך זמן. כמו כן, אף שתחנות כוח המבוססות על רוח או שמש עלולות לעלות אף יותר מתחנת כוח גרעינית בעלת אותו הספק, אפשר לבנות תחנות כוח קטנות יותר מהמקורות האלה. לעומת זאת, כורים גרעיניים קטנים יהיו לרוב פחות יעילים, ולא יהיו זולים בהרבה מכור גרעיני גדול.

לאנרגיה הגרעינית יש גם יתרון על פני מקורות אנרגיה מתחדשים כמו רוח וקרינת השמש, בכך שהפקת האנרגיה בכור יציבה מאוד ואינה מושפעת ממזג האוויר או משעות היממה. למעשה, המצב האידיאלי לרוב הכורים הוא שהכור יעבוד בהספק קבוע כל הזמן, ויפיק חשמל בקצב אחיד לאורך כל שעות היממה, אם כי אפשר גם לשנות את ההספק בהתאם לשינוי בצריכה. אף שהיציבות הזאת נוחה, יש בה חיסרון משמעותי – שכן צריכת החשמל אינה קבועה לאורך שעות היממה, כך שיש לקחת את זה בחשבון בניהול משק החשמל.

 שני כורים בהספק כולל של כ-100 מגה-וואט | צילום: צי ארה"ב, ויקיפדיה, נחלת הכלל
נושאת המטוסים הגרעינית נימיץ של הצי האמריקאי. שני כורים בהספק כולל של כ-100 מגה-וואט | צילום: צי ארה"ב, ויקיפדיה, נחלת הכלל

סכנה: תאונות וטרור

אין להתעלם גם מהחסרונות של האנרגיה הגרעינית, במיוחד במישור הביטחוני: כורים גרעיניים מייצרים פלוטוניום, ולכן אפשר לנצל אותם לייצור נשק גרעיני. על כן דרוש פיקוח הדוק ברמה הגלובלית על הכורים ועל הטכנולוגיה הגרעינית בכלל. הרי מאוד לא רצוי שיהיו כורים שמייצרים פלוטוניום במדינות שאינן יציבות פוליטית, או שחומרים בקיעים או רדיואקטיביים יגיעו לידי ארגוני טרור. ההשלכות של זה יהיו חמורות מאוד.

עקב החששות הללו מוטלות הגבלות חמורות על הפצת האנרגיה הגרעינית למדינות רבות. זה גם מקור החשש הרב בקהילה הבינלאומית כלפי מדינות כמו אירן שמבקשות לבנות כורים גרעיניים, לכאורה למטרות מחקר או ייצור חשמל. מכיוון שלא מדובר בבעיה מדעית או טכנית במהותה, גם כדי לפתור אותה יידרשו פתרונות דיפלומטיים, ולא מדעיים.

טבעת פלוטוניום בקוטר 11 ס"מ שוקלת כ-5 קילוגרם ומספיקה לייצור פצצה גרעינית אחת. | צילום: המעבדה הלאומית לוס אלמוס, ארצות הברית, ויקיפדיה
טבעת פלוטוניום בקוטר 11 ס"מ שוקלת כ-5 קילוגרם ומספיקה לייצור פצצה גרעינית אחת. | צילום: המעבדה הלאומית לוס אלמוס, ארצות הברית, ויקיפדיה

חיסרון אחר הוא הנזק שעלול להיגרם במקרה של תאונה. כור גרעיני תקין אינו פולט כמעט קרינה או מזהמים לסביבה. הבעיה היא מה קורה כשמשהו משבש, ומתרחשת תקלה חמורה שעלולה לחולל זיהום רדיואקטיבי נרחב. ואכן, אסון צ'רנוביל ב-1986 ואסון פוקושימה ב-2011 חייבו לפנות אזורים נרחבים מיושביהם.

אף שהסכנה ברורה, יש לזכור שתקלות חמורות בכורים גרעיניים הן דבר נדיר מאוד, ולפעמים גם מתקלה חמורה אפשר להיחלץ בנזק קל יחסית. כמו כן יש לזכור שתחנות כוח הפועלות על שריפת דלקי מחצבים פולטות מזהמים שגורמים למחלות קשות בסביבתן, וכך גם מפעלי ייצור הדלק. כך שאף על פי שתאונות גרעיניות זוכות לתשומת לב רבה, לאורך זמן האנרגיה הגרעינית כנראה מסוכנת הרבה פחות מרוב החלופות.

עם זאת, יש גורמים שמעלים את הסיכון. ראוי כנראה לחשוב היטב אם מדובר בפתרון מתאים למדינה במצב ביטחוני כמו ישראל, שהכורים בה עלולים להיות חשופים לאיומי טילים ורקטות. בנוסף יש להביא בחשבון תנאי טבע כמו למשל הסיכוי לרעידת אדמה חזקה.

העיר הנטושה פריפיאט ליד הכור בצ'רנוביל, אוקראינה | צילום: Milosz Maslanka. Shutterstock
תקלה חמורה מחייבת פינוי אזורים נרחבים. העיר הנטושה פריפיאט ליד הכור בצ'רנוביל, אוקראינה | צילום: Milosz Maslanka. Shutterstock

זהירות: פסולת

הכורים אמנם לא פולטים גזי חממה, אך הם בהחלט מייצרים פסולת גרעינית רדיואקטיבית, שצריך לסלק ולהטמין במקום בטוח. הפסולת הזאת כוללת כמה מרכיבים המעורבבים יחד. קבוצת המרכיבים שתורמת את רוב הקרינה הרדיואקטיבית היא תוצרי הביקוע: הגרעינים הקטנים שנוצרים כשאטום האורניום מתפצל לשניים. כשריכוזם בדלק הגרעיני מגיע ל-5-3 אחוזים הם עוצרים את תגובת השרשרת והדלק הגרעיני שנותר הופך כולו לפסולת רדיואקטיבית.

רבים מתוצרי הביקוע רדיואקטיביים גם הם. חלקם מתפרקים תוך כמה חודשים לכל היותר, ובמהלך ההתפרקות המהירה הזאת פולטים קרינה עזה מאוד, שגם נחלשת במהירות רבה. סכנה מיוחדת נשקפת מאחד האיזוטופים הרדיואקטיביים של אטום היוד. תוצרי ביקוע אחרים מתפרקים הרבה יותר לאט, בתהליך שנמשך מאות אלפי שנים, כך שהם יישארו בסביבה למשך זמן רב מאוד, אך הקרינה שהם מפיצים חלשה יחסית ולא מאוד מסוכנת.

הבעיה העיקרית היא בתוצרי הביקוע בעלי זמן מחצית חיים של כמה עשרות שנים, כלומר כאלה שעוברות כמה עשרות שנים עד שמחצית מכמותם המקורית מתפרקת. זהו זמן קצר מספיק כדי שיפלטו קרינה רדיואקטיבית מסוכנת בעוצמה משמעותית, אך יעברו מאות שנים עד שיתפרקו ויעלמו לגמרי, וקשה להבטיח אחסון טוב ורציף שלהם לאורך פרק זמן ארוך כל כך.

לרוע מזלנו, יש לא מעט חומרים כאלה בתוצרי הביקוע. לדוגמה, הזיהום העיקרי כיום בסביבת צ'רנוביל נובע משני איזוטופים בלבד שנוצרו בכור: צזיום-137 וסטרונציום-90. לשניהם יש זמן מחצית חיים של 30 שנה בערך, כך שהקרינה כיום היא כמחצית ממה שהייתה בסוף שנות ה-80, אך עדיין היא רבה מאוד ויעברו מאות שנים עד שתדעך לרמת רקע רגילה. אלו הם גם החומרים שעלולים להיות בשימוש בפצצה מלוכלכת.

החלק העיקרי של הפסולת הגרעינית הוא היסודות הרדיואקטיביים הכבדים – אורניום ויסודות מלאכותיים כבדים ממנו. סוג הפסולת הזה פחות רדיואקטיבי בטווח הקצר אבל יוצר בעיה לטווח ארוך יותר. כ-99 אחוז מהפסולת הזאת מורכבים מאורניום מועשר לרמה נמוכה, שלא נוצל בכור. האורניום הזה אינו רדיואקטיבי במיוחד ולא תורם בצורה משמעותית לקרינה ולסיכון הנשקף מהפסולת הגרעינית.

בנוסף, הפסולת הזאת מכילה גם מעט פלוטוניום, שהוא רדיואקטיבי ורעיל הרבה יותר. הוא גם יוצר סיכון ביטחוני מכיוון שאפשר להשתמש בו לבניית כלי נשק גרעיניים, אם כי נוח יותר להשתמש לשם כך בפלוטוניום שיוצר בכורים מיוחדים למטרה הזאת ובדרך כלל לא משתמשים בפלוטוניום שיוצר בתחנות כוח גרעיניות. הפסולת הזו מכילה גם יסודות כבדים נוספים ורדיואקטיביים מאוד, אך בכמויות קטנות יותר. הם נוצרים כשאטומי אורניום ופלוטוניום בולעים נייטרונים אך לא עוברים ביקוע. רבים מהם מתפרקים לאורך אלפי שנים או למעלה מכך, כך שהם גם רדיואקטיביים במידה מסוכנת וגם צפויים להישאר איתנו בכל העתיד הנראה לעין, בלי שהסכנה הנשקפת מהם תדעך במידה משמעותית.

אחסון של פסולת גרעינית במתחם Y-12 ליד אוק רידג' טנסי | צילום: U.S. DEPT. OF ENERGY / SCIENCE PHOTO LIBRARY
אחסון של פסולת גרעינית במתחם Y-12 ליד אוק רידג' טנסי | צילום: U.S. DEPT. OF ENERGY / SCIENCE PHOTO LIBRARY

מיחזור פסולת רדיואקטיבית

אז מה עושים עם הפסולת הגרעינית? קודם כל מאחסנים אותה: רבים מתוצרי הביקוע הרדיואקטיביים מאוד מתפרקים מהר למדי, כך שתוך שנים מעטות חלק ניכר מהרדיואקטיביות מתפוגג. בתקופה הזאת מאחסנים את הדלק הגרעיני המשומש בבריכות שנמצאות במתחם תחנת הכוח. תפקידן של הבריכות הללו כפול: הקרינה אינה חודרת מבעד למים, כך שהם משמשים מעין שכבת מגן, ובנוסף הם מקררים את הפסולת. הקירור הזה הכרחי כיוון שהקרינה הרדיואקטיבית הרבה שנפלטת יוצרת חום עז.

אחרי השהות בבריכה, שיכולה להימשך אפילו עשרים שנה ויותר, הפסולת מועברת לאחסון במכלי פלדה אטומים המוקפים בשכבת בטון החוסמת את הקרינה ומונעת דליפה של פסולת רדיואקטיבית. במכלים האלה אפשר לאחסן את הפסולת הגרעינית למשך עשרות שנים לכל הפחות.

דלק גרעיני משומש מאוחסן בבריכה בתחנת הכוח הגרעינית הנפורד במדינת וושינגטון | צילום: משרד האנרגיה של ארה"ב, ויקיפדיה, נחלת הכלל
דלק גרעיני משומש מאוחסן בבריכה בתחנת הכוח הגרעינית הנפורד במדינת וושינגטון | צילום: משרד האנרגיה של ארה"ב, ויקיפדיה, נחלת הכלל

במדינות מסוימות, בהן בריטניה, רוסיה ויפן – אך לא ארצות הברית, מעבירים את הפסולת הגרעינית תהליך הקרוי עיבוד מחדש, שבו מפרידים את הפסולת למרכיביה. כך אפשר לחלץ ממנה את האורניום ולמחזר אותו לשימוש נוסף, וכך גם את שאר היסודות הכבדים.

העשה מטרת התהליך. כתוצאה מכך הרדיואקטיביות שלה מרוכזת יותר ודומה לרדיואקטיביות המקורית של הדלק הגרעיני המשומש – כלומר ריכזנו כמעט את כל הרדיואקטיביות בנפח קטן בהרבה של פסולת.

הבעיהשיטה הזאת מאפשרת ניצול הרבה יותר יעיל של האורניום: האורניום שלא נוצל בכור, שהוא למעשה רוב הדלק הגרעיני שהיה בו מלכתחילה, יחזור לסבב נוסף. גם בפלוטוניום שמופרד אפשר להשתמש כדלק גרעיני. אחרי שמפרידים מהפסולת את שאר היסודות הכבדים, מה שנותר כפסולת רדיואקטיבית הדורשת אחסון ממושך הם בעיקר תוצרי הביקוע. מכיוון שכמותם קטנה יחסית, גם המסה והנפח של הפסולת המתקבלת בתהליך הזה קטנים בהרבה וכך קל יותר לאחסן אותה ולטפל בה – וזו למ שזהו תהליך יקר, ואילו האורניום הוא מתכת זולה יחסית. לרוב זול יותר להיפטר מהאורניום בדלק הגרעיני המשומש ולכרות אורניום חדש לתדלוק הכור.

חיסרון נוסף הוא כאמור הסיכון הביטחוני הכרוך בהפקת הפלוטוניום. זאת הסיבה העיקרית לכך שבארצות הברית נמנעים מהתהליך הזה. ביפן, שלא מחזיקה נשק גרעיני, כן מעבדים מחדש את  הפסולת הגרעינית, ולכן הצטברו שם מאגרי פלוטוניום שיכולים להלכה לשמש לבניית כעשרת אלפים פצצות. זאת כמות עצומה של חומר מסוכן שדורש אבטחה כבדה, שכן אם ייגנב אפילו מעט ממנו עלולות להיות לכך השלכות הרסניות.

לחלק מהחומרים שאפשר לבודד מהפסולת הגרעינית יש שימושים תעשייתיים ורפואיים. למשל האיזוטופ טכנציום-99 משמש בכמויות זעירות לדימות, תוך ניצול הקרינה שהוא פולט. צזיום-137 משמש מקור קרינה במגוון שימושים תעשייתיים וכמקור להקרנות ברפואה. אבל השימושים הללו הם מעטים מאוד לעומת הכמות הרבה של הפסולת.

קיים דגם  של כורים גרעיניים, שנקראים כורי נייטרונים מהירים שבהם הפסולת הכבדה הזאת – האורניום, הפלוטוניום ושאר היסודות הכבדים הרדיואקטיביים – יכולה לשמש דלק גרעיני. טכנולוגיית הכורים הגרעיניים המהירים נמצאת בחזית המחקר העכשווי בתחום הכורים, ובהחלט ייתכן שנראה בעתיד הלא רחוק כורים כאלה מסייעים להיפטר מהפסולת הגרעינית של כורים אחרים. לא מעט כורים כאלה נבנו גם בעבר, אם כי בדרך כלל לא לצורך שריפת פסולת גרעינית.

כור הנייטרונים המהירים שהקימה ברית המועצות בשבצ'נקו, לחוף הים הכספי | צילום: yevgeniy11, Shutterstock
פוטנציאל למיחזור. כור הנייטרונים המהירים שהקימה ברית המועצות בשבצ'נקו, לחוף הים הכספי | צילום: yevgeniy11, Shutterstock

איך מטמינים?

גם בתרחיש האופטימי ביותר, עדיין נותרת כמות לא מעטה של תוצרי ביקוע רדיואקטיביים שאי אפשר לנצל בשום צורה ויחלפו מאות שנים עד שהקרינה שהם פולטים תרד לרמה דומה לזאת של עפרות האורניום המקוריות שנכרו מהקרקע. הפתרון הטוב ביותר לפסולת הזאת הוא לאחסן אותה לטווח ארוך, כך שלא תדלוף לסביבה ולא תסכן יצורים חיים. המשימה הזאת מורכבת ואירועי דליפה קטנים אכן מתרחשים מדי פעם. התקרית הבולטת ביותר מהסוג הזה היא אסון קישטים, שבו כמות גדולה של פסולת גרעינית השתחררה לסביבה בברית המועצות עקב טיפול רשלני.

השיטות המיושמות היום למעשה לטיפול בפסולת כוללות למשל את שמירתה במכלי אחסון באתר תחנות הכוח למשך זמן בלתי מוגבל. פתרון אחר הוא קבורה תת-קרקעית במקום יציב גיאולוגית. כך מכלי האחסון לא צפויים להיפגע לאורך זמן, וגם אם תתרחש דליפה לא יגיעו חומרים רדיואקטיביים מסוכנים למי תהום. שיטה נוספת שהוצעה היא קידוח בורות עמוקים במיוחד בעומק של קילומטרים וקבורת הפסולת בתוכם.

עד שנות ה-90 נהגו גם להשליך מכלי פסולת גרעינית למעמקי האוקיינוס מתוך מחשבה שהפסולת תוכל לנוח בבטחה למשך אלפי שנים על קרקעית האוקיינוס. אף שהפתרון הזה אינו רע במיוחד, ומסכן את הסביבה הרבה פחות מכפי שניתן היה לצפות, הוא נאסר כיום באמנות בינלאומיות.

בארצות הברית תכננו לבנות אתר קבוע להטמנת פסולת גרעינית בהר יוקה בנבאדה, אך התוכנית בוטלה עקב התנגדות ציבורית עזה וכיום כמעט כל הפסולת מאוחסנת ללא הגבלת זמן בתוך תחנות הכוח הגרעיניות. מאחר שמכלי האחסון עמידים מאוד והכמות הנוכחית רחוקה מקיבולת האחסון המירבית, לא מדובר עדיין בבעיה דוחקת, אך אין ספק שיש להשקיע מחשבה כדי לפתח דרכים בטוחות לטיפול בפסולת לטווח הארוך. בעבר הועלו חששות גם מפני תהליך ההעברה של הפסולת הגרעינית אל אתרי הטיפול בה, וערים רבות לא רצו שמשאיות או רכבות הנושאות מכלי פסולת כאלה יעברו בקרבתן. עם זאת, הרקורד הבטיחותי בהקשר הזה חיובי מאוד ולא ידוע על תקלות או דליפות משמעותיות שאירעו במהלך ההעברות הללו.

בארצות הברית הצטברו לאורך העשורים האחרונים כמאה אלף טונות של פסולת רדיואקטיבית מכל תחנות הכוח הגרעיניות ומייצור כלי נשק גרעיניים. זו כמובן כמות לא קטנה של חומרים מסוכנים, אך היא מצומצמת משמעותית לעומת מקורות פסולת אחרים. לדוגמה, תחנות הכוח הפחמיות בישראל – אורות רבין בחדרה ורוטנברג באשקלון – מייצרות כמויות דומות של אפר תוך פחות מחודש. אילו ישראל הייתה מייצרת את כל החשמל שלה בכורים גרעיניים, כמות הפסולת השנתית הייתה עומדת כנראה על טונות בודדות. הכמות הקטנה הזאת נובעת מהאנרגיה הרבה המשתחררת בתגובות גרעיניות, לעומת תגובות כימיות, כך שכמויות הדלק הגרעיני הנדרש קטנות בהרבה.

מכלי פסולת גרעינית | צילום: הוועדה לאסדרה גרעינית, ארה"ב, ויקיפדיה, נחלת הכלל
הפסולת הגרעינית עטופה בפלדה ובטון בעובי של כחצי מטר. מכלי פסולת גרעינית | צילום: הוועדה לאסדרה גרעינית, ארה"ב, ויקיפדיה, נחלת הכלל

עתודות האנרגיה הגרעינית

לבסוף עולה השאלה מה הפוטנציאל של האנרגיה הגרעינית? לכמה שנים היא תספיק לנו?

התשובה מורכבת למדי. ראשית, קשה לחזות כמה תחנות כוח גרעיניות יפעלו בעולם בעתיד ומה יהיה ההספק הכולל שלהן, דבר שהוא כמובן רלוונטי מאוד לחישוב. עם זאת, נראה כי אם ייבנו יותר ויותר תחנות כוח גרעיניות מהדגמים הנפוצים כיום, עתודות האורניום הזמינות כיום ייאזלו תוך פחות ממאה שנה.

הסיבה המרכזית לכך היא שהכוּרים הקיימים מנצלים כמעט אך ורק את האיזוטופ הנדיר של האורניום, אורניום-235, ולכן הם בזבזניים למדי. יתר על כן, גם את האורניום-235 הם לא מנצלים בצורה יעילה במיוחד וחלק ניכר ממנו נשאר בפסולת הגרעינית. בנוסף, אורניום מופק רק במכרות יבשתיים, ואף על פי שאינו נדיר, העתודות הללו מוגבלות. גם מיחזור של אורניום מהפסולת, וניצול הפלוטוניום כדלק גרעיני נוסף, לא יאריכו בהרבה את התקופה הזאת.

גם אם לא ממחזרים את האורניום, אפשר לנצל אותו טוב יותר בכורים קיימים, כך שמכמות זהה של דלק שנכניס לכור יופק יותר חשמל. אולם נראה שהשיפור הזה אינו משתלם שכן הוא יוצר בעיות אחרות. בסך הכול הכיוון הזה לא נראה מבטיח במיוחד.

עם זאת, אפשר להפיק אורניום ממקורות אחרים, ובראשם מי האוקיינוסים. מקורות כאלה יוכלו להגדיל מאוד את עתודות האורניום, להיקף שיספיק לנו לאלפי שנים. הבעיה היא ששיטות הכרייה הללו נמצאות עדיין בפיתוח, וצפויות להיות יקרות בהרבה מכריית האורניום כיום. אף שעלות הדלק אינה גורם מרכזי בתפעול תחנות כוח גרעיניות, בניגוד לתחנות כוח רגילות, אין להקל בכך ראש. לשם השוואה, כמות הפחם שנכרית מדי שנה גבוהה בערך פי מאה אלף מכמות האורניום המופקת באותה תקופה.

דרך נוספת היא לעבור לשימוש בכורים גרעיניים חדשים ומתקדמים יותר. לדוגמה הכורים המהירים מסוגלים לא רק להפוך פסולת גרעינית לדלק, אלא גם לנצל כמעט את כל האורניום, ולא רק 0.7 אחוז ממנו כפי שעושים הכורים הקיימים. כך ששימוש נרחב בהם יבטיח עתודות מספקות של אנרגיה גרעינית למשך אלפי שנים. זו האופציה המרכזית שנחקרת כיום באירופה, אך עדיין נותרו אתגרים הנדסיים שיש להתגבר עליהם לפני שייבנו בקנה מידה רחב.

אפשרות מבטיחה מאוד נוספת היא כורים שיתודלקו בתוריום, שהוא היסוד מספר 90 בטבלה המחזורית. תוריום נפוץ בערך פי 5-3 מאורניום, וכוּרי תוריום צפויים לנצל אותו ביעילות רבה, ולספק לאנושות עתודות האנרגיה לאלפי שנים קדימה. כורי תוריום גם ייצרו הרבה פחות פסולת של יסודות כבדים, אם כי הקרינה ממנה לא תהיה בהכרח פחות מסוכנת. הפסולת תכיל גם תוצרים רדיואקטיביים אחרים, כמו היסוד פרוטאקטיניום (91) שאינם נפוצים בכורי אורניום. עיקר הסכנה בפסולת שלהם היא מתוצרי הביקוע, שדורשים אחסון לכמה מאות שנים קדימה, אך לא לעשרות אלפי שנים.

החיסרון של שתי האפשרויות הללו הוא שמדובר כרגע בדגמים נסיוניים יחסית עם מעט ניסיון תפעולי, כך שקשה להעריך עד כמה קשה יהיה לבנות אותם בפועל ואילו קשיים יצוצו. סימני השאלה גדולים במיוחד בנוגע לכורי התוריום, שהניסיון המצטבר בהפעלתם קטן בהרבה מזה של כורים מהירים, כך שנותרה עוד כברת דרך ארוכה לעבור לפני שנוכל ליישם אותם בקנה מידה נרחב.

הטכנולוגיה של העתיד? כור מהיר לייצור חשמל ברוסיה | צילום: CamillaVuillermoz, ויקיפדיה
הטכנולוגיה של העתיד? כור מהיר לייצור חשמל ברוסיה | צילום: CamillaVuillermoz, ויקיפדיה

השיקול: מהן החלופות?

האם אנרגיה גרעינית היא דבר חיובי או מזיק? והאם יש להרחיב את השימוש בה או דווקא לצמצמו? אלו אינן שאלות פשוטות, ולא תיתכן תשובה פשוטה להן, שכן התשובה טמונה בחלופות האחרות להפקת אנרגיה, בסוג תחנות הכוח הגרעיניות המתוכנן, בטיפול בפסולת ובגורמים רבים נוספים.  מדינות שונות מקבלות החלטות שונות מאוד זו מזו. גרמניה מתכננת לסגור את הכורים הגרעיניים שלה ולהפסיק להשתמש במקור האנרגיה הזה, בשעה שסין בונה ומתכננת עשרות כורים חדשים.

לאנרגיה הגרעינית יש יתרונות חשובים, כגון פליטה מעטה מאוד של גזי חממה ועתודות ארוכות טווח בשימוש נכון, וחלק מהטענות הנפוצות נגדה בציבור אינן משכנעות. אך חשוב גם לזכור שיש לה גם חסרונות משמעותיים, כגון המחיר ההתחלתי הגבוה של הקמת תחנות כוח גרעיניות והקשיים בטיפול בפסולת הרדיואקטיבית.

עם זאת, במהלך החיפוש אחרי חלופות לדלקי המחצבים המזהמים, יש לאנרגיה הגרעינית יתרון חשוב על פני מרבית השיטות המתחרות. רוב סוגי מקורות האנרגיה המתחדשים להפקת חשמל, כמו אנרגיית השמש או הרוח, עדיין לא הוכיחו את יכולתם לספק את צרכי האנרגיה העולמיים. האנרגיה הגרעינית צברה כבר עשרות שנים של ניסיון תפעולי, וניסיון כולל של אלפי שנות כור, כך שאין לזלזל בה.

 

4 תגובות

  • גיל

    היתוך

    תעשה על איך ליצור תחנת כוח שפועלת על מימן ועל היתוך גרעינית

  • אורי טייכמן

    יש הבדל חשוב מאוד ביניהם

    וזה שכורים גרעיניים מבוססי ביקוע הם טכנולוגיה קיימת ומוכחת שעובדת כבר עשרות שנים. (ואינם מבוססים על מימן)
    כורי היתוך הם טכנולוגיה שעדיין לא קרובה לבשלות, ואפילו לא ממש הוכיחה היתכנות טכנולוגית, שלא לדבר על כלכליות. עדיין לא הוקם מתקן היתוך גרעיני שמצליח להפיק יותר אנרגיה ממה שהוא צורך.

  • אנונימי

    פסולת מזהמת

    אמנם המאמר מתייחס לבעיית הפסולת הגרעינית והטיפול בה, אך מוריד מחשיבות האיחסון הלא בטוח והמזהם למשך שנים רבות ביותר ומחיר הטיפול בה שקיום נופל על משלם המיסים ואינו מוזכר בשיח על עלויות התיפעול

  • אורי טייכמן

    לא בדיוק

    קודם כל, אין הרבה טיפול בה לאורך זמן - יש טיפול בהתחלה, אבל כשמעבירים למיכלי אחסון, הפסולת אמורה פשוט לשכב שם בלי שום התעסקות איתה.
    דבר שני, הפסולת מזהמת רק אם היא דולפת לסביבה; מיכלי הפסולת האטומים אינם מקור לזיהום (כן חשוב לשמור עליהם היטב כמובן, ולמנוע תאונות/דליפות; אבל לא נפלט זיהום רדיואקטיבי לסביבה באופן שוטף).
    האחסון בטוח למדי, לפי הרקורד שלו עד היום.
    וכמובן ראוי שהטיפול בפסולת הגרעינית יהיה משהו שהחברות המפעילות את תחנות הכוח (בהנחה שאינן ממשלתיות) יטפלו בו; וזו עלות שבהחלט נלקחת בחשבון כשמחשבים את העלות של אנרגיה גרעינית. בשורה התחתונה: הפסולת היא בעיה, אבל לא דיל ברייקר ופחות חמורה ממה שבד"כ מציגים אותה. בהחלט אפשר לאחסן אותה לאורך זמן בצורה בטוחה, והיא לא מסוכנת לסביבה בשום צורה כל עוד האחסון נעשה בצורה טובה (שלפי הרקורד, זה די המצב). אם זו הייתה הבעיה היחידה עם אנרגיה גרעינית, היית רואה כורים בכל פינה. זו לא הסוגיה העיקרית.