היתוך בכליאה מגנטית
ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
היתוך בכליאה מגנטית (באנגלית בראשי-תיבות MCF) הוא שיטה להפקת אנרגיה גרעינית בתהליך היתוך גרעיני מבוקר[1] באמצעות שדה מגנטי. השדה המגנטי משמש לכליאה של הדלק הגרעיני, הנמצא במצב פלזמה. כליאה מגנטית היא אחת משתי השיטות העיקריות הנחשבות כפוטנציאליות להפקת חשמל בכורי היתוך, כאשר השיטה השנייה היא היתוך בכליאה אינרציאלית. השיטה המגנטית מפותחת מאוד, ונחשבת כמבטיחה יותר עבור הפקת חשמל, אולם עדיין אין בנמצא שיטה מוכחת להפקת חשמל בצורה יעילה מהיתוך גרעיני.
בתהליך היתוך גרעיני מתמזגים גרעינים קלים לגרעינים כבדים יותר, ואנרגיה רבה נפלטת מכיוון שסכום מסות הגרעינים הקלים גבוה מסכום מסות הגרעינים הכבדים. הפרש המסה הופך לאנרגיה על-פי הנוסחה e=mc2, כאשר e האנרגיה, m הפרש המסה, ו-c מהירות האור. תהליך ההיתוך יחל כאשר הגרעינים יימצאו בקרבה גבוהה מאוד זה לזה, כלומר יש להתגבר על הדחייה החשמלית ביניהם, ולכן יש להביא את החומר לטמפרטורה גבוהה מאוד של עשרות מיליוני מעלות. בטמפרטורות אלו החומר יימצא במצב פלזמה. בנוסף, יש לשמור על צפיפות חלקיקים גבוהה לזמן ארוך מספיק, כך שההיתוך יתקיים. השילוב בין תנאי הטמפרטורה, הצפיפות והזמן נקבע על-פי קריטריון לאוסון.
בשיטת הכליאה המגנטית, התנאים לתהליך ההיתוך מתקבלים על ידי שימוש במוליכות החשמלית של הפלזמה על-מנת לכלוא אותה באמצעות שדות מגנטיים. בשיטה זו ניתן להגיע ללחץ מסדר-גודל של 1 בר לפרק זמן של מספר שניות, והפלזמה הכלואה תמצא במצב יציב. זאת בניגוד לשיטת הכליאה האינרציאלית, בה הלחץ גבוה הרבה יותר, אולם זמן הכליאה קצר מאוד והפלזמה איננה יציבה עקב השימוש בעקרון ההספק המתפרץ.
הכליאה המגנטית מבוססת על סולנואיד שקווי השדה המגנטי ממוקמים לאורך צירו. על-מנת למנוע מהפלזמה "לברוח" מהקצוות ניתן ללפף את קווי השדה כך שיסגרו מעין מעגל, למשל בצורת טורוס. האתגר בשיטה זו הוא להתגבר על הגרדיאנטים הרדיאליים בשדה המגנטי, שגורמים לבריחה של הפלזמה מהמרכז.