מחקר: שיטה מבטיחה להפקת אנרגיה נקייה
אחת השיטות המבטיחות להפקת אנרגיה נקייה היא היתוך תרמו גרעיני. תהליך ההיתוך הגרעיני מבוסס על חיבור של גרעינים קלים (מימן) כדי לייצר גרעין כבד יותר (הליום). בתהליך זה משתחררת אנרגיה שאפשר לנצל (כך למעשה ייצור האנרגיה נעשה בשמש. אנרגיה שנוצרת בשמש נהפכת לאנרגיה אלקטרומגנטית המגיעה לכדור הארץ בצורה של אור נראה ובצורות שאינן נראות כגון קרינה אולטרה סגולה וקרינה אינפרה אדומה).
התהליך שונה מתהליך ביקוע גרעיני, שבו מבקעים גרעינים כבדים (אורניום, פלוטוניום) לגרעינים קלים יותר, וגם כך מקבלים אנרגיה. היתרון בשיטה ההפוכה הוא שהגרעינים הכבדים (אורניום ופלוטוניום) נדירים בטבע, ואילו המימן הוא היסוד השכיח ביותר בטבע ומרכיב בין השאר את מולקולת המים. המים כמובן זולים מאוד, אבל נדרשת השקעה ראשונית של אנרגיה להפרדת מולקולות המים למימן וחמצן.
המימן והאורניום והפלוטוניום עשויים לשמש כמרכיבים של נשק גרעיני, אבל לפצצת המימן כוח הרס הרבה יותר רב מפצצת האורניום והפלוטוניום.
בתהליך זה קיים האתגר לקרב את גרעיני המימן זה לזה כדי שיעברו תהליך של היתוך, שכן עקב המטען החשמלי הדומה של הגרעינים הם דוחים זה את זה. הפתרון לכך הוא לחמם את המימן לטמפרטורות גבוהות כך שגרעיני המימן יוכלו להתגבר על הדחייה ההדדית בעזרת האנרגיה שלהם. גז בטמפרטורה גבוהה מאוד נקרא פלזמה.
עד היום לא התאפשר להחזיק פלזמה חמה וצפופה מספיק זמן כדי שהאנרגיה שנוצרת בהיתוך התרמו גרעיני תעלה על האנרגיה המושקעת בחימום הנדרש ליצירת הפלזמה [בגז קר האלקטרונים קשורים בגרעינים ומצב הפלזמה לא נוצר. בגלל האנרגיה הנמוכה של האטומים (אלקטרונים וגרעינים קשורים) המאפיינת גז קר, אי אפשר לעבור את המחסום האנרגטי שמונע את ההיתוך]. הסיבה היא שהפלזמה מתפרקת לאחר זמן קצר מאוד, לכן נחוצות דרכים לייצובה. עבודת המחקר עוסקת בדרך אפשרית לייצוב הפלזמה.
דרך מקובלת לייצב מערכות מכניות היא שימוש בקבועי תנועה. כל מי שרכב על אופניים יודע שאופניים אינם יציבים אלא אם כן מדוושים, כלומר מסובבים את הגלגלים. סיבוב הגלגלים יוצר תנע זוויתי, ותנע זוויתי יוצר יציבות. פלזמה היא מערכת מכנית מורכבת הרבה יותר, ויש בה קבועי תנועה מעניינים שחלקם אופיינו לראשונה על ידי חוקרי אוניברסיטת אריאל, בהם הבורגיות המוכללת ווריאציות שלה (בורגיות אטה ובורגיות חי). הבורגיות היא מדד של הקישורים בין קווי השדה המגנטי וקווי הזרימה (המונח קישור נוגע למובן הרגיל, כמו קשר של שרוכים בנעליים) בתוך הפלזמה. אם יש הרבה קשרים, הבורגיות גבוהה, ואם אין הרבה קשרים, הבורגיות נמוכה. כמות הבורגיות נשמרת בסוגים של פלזמות אידאליות כגון פלזמה בלתי דחיסה, או במקרה שהלחץ בפלזמה תלוי רק בצפיפות אבל לא בטמפרטורה.
באוניברסיטת אריאל, בשיתוף עם אוניברסיטת פרינסטון, פותח סוג חדש של בורגיות (בורגיות מוכללת) הנשמר כאשר הלחץ תלוי הן בצפיפות הן בטמפרטורה. הבעיה היא שקבועי תנועה אלה נשמרים בתנאים אידאליים בלבד (כך גם תנע זוויתי באופניים, זו הסיבה שצריך לדווש כל הזמן כדי לא ליפול).
המחקר החדש של ד"ר פראחי שארמה, פוסט דוקטורנטית מהודו, שמבצעת את מחקרה בהנחייתו של פרופ' אשר יהלום, המחלקה להנדסת חשמל באוניברסיטת אריאל, עוסק בשאלה כיצד מושפעים קבועי הבורגיות מתהליכים לא אידאליים כגון צמיגות, מוליכות חשמלית סופית והולכת חום. במחקר נגזר ביטוי מתמטי המראה מה הקצב שצריך לתקן את הבורגיות בהתחשב בתנאים הלא אידאלים בפלזמה מסוימת (דומה לשאלה באיזה קצב צריך לדווש באופניים כדי לא ליפול). יש גם השוואה של הקצב שבו אובדת הבורגיות המוכללת לקצב שבו אובדת הבורגיות המגנטית שמתארת כיצד קווי השדה המגנטי קשורים זה בזה.
