השמש זורחת כתוצאה מהיתוך גרעיני. בתהליך זה, האנרגיה משוחררת על ידי מיזוג של גרעיני אטומים קלים לגרעין אחד, כבד יותר. לדוגמה, כאשר מימן הופך להליום, מסה כלשהי מומרת לאנרגיה: ארבעה גרעיני מימן (או פרוטונים) הם בעלי מסה גדולה יותר מאשר גרעין הליום יחיד (או חלקיק אלפא). המסה השיורית משתחררת כאנרגיה לפי משוואת איינשטיין, E = mc2. במהלך תהליך תלת-שלבי זה, הנקרא שרשרת פרוטון-פרוטון, שחרור האנרגיה הוא 10-12×4.3 ג'אול לכל אטום הליום.
באדיבות וויקיפדיה
שלא כמו ביקוע (כגון דעיכה גרעינית של רוב האיזוטופים של האורניום), היתוך אינו מתרחש באופן ספונטני; הוא דורש תנאים פיזיים קיצוניים הכופים על אטומים להתחבר. מקור הבעיה הוא הכוח האלקטרומגנטי. לפרוטונים יש מטען חשמלי חיובי, גרעינים הגדושים בפרוטונים מתנגדים מאוד כל ניסיון לגרום להם להתנגש. טמפרטורות עצומות (הגורמות לאטומים לנוע במהירויות גדולות) ולחצים גבוהים מאוד (שמקורם באטומים רבים הנמצאים בנפח קטן אחד) נדרשים כדי שלפרוטונים תהיה סבירות כלשהי לקיום התנגשות והתלכדות. תנאים אלה דורשים אנרגיות המתקיימות בטמפרטורה של לפחות 10 מיליון קלווין. מעל לטמפרטורה זו, האנרגיה הקינטית של הפרוטונים יכולה להתגבר על הדחייה החשמלית. ברגע שהפרוטונים קרובים זה לזה במידה מספקת, הכוח הגרעיני הרבה יותר חזק מהדחיה החשמלית ופועל כמו "דבק" כדי לקשור אותם לגרעין חדש. אך גם אז, לא ניתן להבין את התהליך מבלי להתחשב בטבעו הקוונטי של החומר. המטען החיובי על כל פרוטון הוא מכשול חשמלי חזק, כמעט בלתי עביר, הפועל כנגד המפגש שלהם. אבל בתפיסה הקוונטית של החומר, יש תמיד הסתברות שכמה פרוטונים יתמזגו כאילו המכשול לא היה שם. הסיבה לכך היא שהפרוטון אינו חלקיק סופי ועגול, כמו כדור ביליארד. המסה שלו מתפלגת במרחב וההסתברות לזהותו חסרת גבולות ברורים, כך שגם אם מרכז המסה של הפרוטון נמצא מחוץ לתחום המפגש, הרי שחלק ממנו עשוי לחצות את המכשול. התהליך נקרא "תיעול קוונטי" – כאילו הפרוטון מצליח לחדור אל הגרעין דרך תעלה סודית. זה כאילו לכדור תותח יש סיכוי משמעותי לעבור דרך קיר טירה מבלי להותיר סימן! תופעה בלתי מתקבלת על הדעת בחיי היומיום, אך בעלת חשיבות מכרעת בתורת הקוונטים.
באדיבות וויקיפדיה
בכדור הארץ, למדנו לייצר היתוך גרעיני, אך לא לשלוט עליו. אם יסודות קלים נדחסים על ידי פיצוץ, אפשר ליצור לרגע טמפרטורה צפיפות המספיקות כדי שיתרחש היתוך. התוצאה היא פצצת מימן, המוצר האלים ביותר של שיצרה האנושות. עדיין לא הצלחנו לשלוט בתהליך זה בכור היתוך. זה יהיה כרוך בכליאה של מימן בטמפרטורה של מיליוני מעלות; כל החומרים המוכרים נמסים בכמה אלפי מעלות, ניתן לראות זאת כבעיה קשה! ארה"ב השקיעה כ- 500 מיליון דולר בשנה על מחקר ההיתוך במשך ארבעים השנים האחרונות, מבלי שהישגה תגובה בר קיימא, המציגה כדאיות כלכלית.
ניתן באמצעות אנרגית לייזרים כדי למזג אטומים קלים לחומרים כבדים יותר. ללייזרים יש אנרגיה מדהימה וניתן להגיע עמם להספק של קודריליון ווט (1015 ווט), אבל הם יכולים לעשות את זה רק בפולס הנמשך פיקו-שניה (10-12 שניות). בדרך זו הצליחו ליצור היתוך, אך האנרגיה הדרושה הייתה גדולה הרבה יותר מהאנרגיה המשתחררת בהיתוך, והתהליך לא היה בר קיימא. זהו תחום מחקר מרכזי ולייזרים חדשים כרגע מתוכננים לנסות ולשפר את הטכניקה הזו. שימו לב, עם זאת, כי מה שבני אדם מנסים לעשות בקושי רב, הטבע עושה ללא מאמץ. השמש וכל כוכבים בשמי הליל זורחים הודות לתגובה יציבה וארוכת טווח של ההיתוך.
Author: Chris Impey