ישראל מצטרפת למרוץ להיתוך גרעיני

מדינת ישראל בוחנת השקעה של מאות מיליוני שקלים בהשתלבות בתעשיית ההיתוך הגרעיני העולמית, שהשוק העתידי שלה מוערך במאות מיליארדי דולרים. בדוח אסטרטגי שגובש במשרד האנרגיה והתשתיות מוצגת תוכנית למיצוב ישראל כספקית מרכזית של טכנולוגיות ורכיבים לתעשייה המתפתחת, כאשר החלופה המומלצת כוללת השקעה של חצי מיליארד עד מיליארד שקלים לאורך חמש עד שבע שנים.

הדוח, שגובש באגף תכנון מדיניות ואסטרטגיה וביחידת המדען הראשי במשרד האנרגיה והתשתיות, מציג לראשונה מסגרת מפורטת לתוכנית לאומית שמטרתה למצב את ישראל כמעצמה טכנולוגית וכספקית מפתח בשרשרת הערך העולמית של תעשיית ההיתוך הגרעיני. התוכנית כוללת הרחבת תשתיות מחקר, הכשרת כוח אדם וחיזוק שיתופי פעולה בינלאומיים.

לדברי ד"ר שחר דולב, מנהל תחום בכיר פיתוח ומדיניות במשרד האנרגיה והתשתיות, הגידול המתמשך בביקוש לחשמל והצורך בפתרונות אנרגיה נקיים, זמינים ואמינים הופכים את ההיתוך הגרעיני לבשורה משמעותית לאספקת החשמל בעולם בטווח הבינוני והארוך.

בכירי המשרד מדגישים כי השנים הקרובות יהיו קריטיות, שכן תעשיית ההיתוך הבינלאומית נמצאת בשלב שבו מתעצבים התקנים, הטכנולוגיות ושרשראות האספקה העתידיות. לדבריהם, לישראל יכולות ייחודיות שיאפשרו לה לתפוס מקום מרכזי במרוץ זה.

האסטרטגיה הישראלית: למכור את המקושים

הקמת כור היתוך מסחרי מלא היא פרויקט ענק, הדורש השקעות של מיליארדי דולרים ומתנהל בזירה שבה מתחרות מעצמות. בשל כך, קובעים גורמי המקצוע בדוח כי היעד הלאומי המתאים לישראל אינו בניית כור עצמאי שלם, אלא מיצובה כ"ספקית משנה אסטרטגית" (Tier-2 Hub) בשרשרת האספקה העולמית.

כפי שהוגדר בתדרוכי המשרד, האסטרטגיה הישראלית נשענת על העיקרון הכלכלי של "מכירת מקושים בבהלה לזהב": במקום להמר על ארכיטקטורה אחת של כור, ישראל תפתח ותספק רכיבים, תת-מערכות וטכנולוגיות ליבה שכורי היתוך ברחבי העולם יזדקקו להם.

לפי הדוח, היתרונות המרכזיים של ישראל בתחום נשענים על התעשיות הביטחוניות, ענף ההייטק ומוסדות המחקר והאקדמיה. בין התחומים שבהם יכולה התעשייה הישראלית להוביל נמנים מערכות לייזר עתירות הספק ורכיבים אופטיים מתקדמים להיתוך אינרציאלי, וכן מערכות אלקטרוניקת הספק ו-RF (תדרי רדיו), המשמשות לחימום הפלזמה ולבקרה מדויקת על האנרגיה במתקני כליאה מגנטית.

תחומים נוספים כוללים חומרים מתקדמים ומערכות הכלה המסוגלים לעמוד בעומסי חום קיצוניים ובשטף נויטרונים גבוה; בינה מלאכותית, אלגוריתמיקה וסימולציות למידול התנהגות הפלזמה בזמן אמת; וכן גלאי קרינה, מערכות ניטור רדיולוגי ורובוטיקה מתקדמת לתחזוקת רכיבים פנימיים בסביבה קרינתית.

כך פועל ההיתוך הגרעיני

בניגוד לביקוע גרעיני, המבוסס על פיצול גרעיני אטומים כבדים ורדיואקטיביים, כמו אורניום, היתוך גרעיני הוא התהליך הפיזיקלי המתרחש בליבת השמש והכוכבים. בתהליך זה, גרעינים קלים של איזוטופים של מימן, דאוטריום וטריטיום, מתמזגים בתנאי חום ולחץ קיצוניים ליצירת גרעין הליום כבד יותר, תוך שחרור כמות אדירה של אנרגיה.

יתרונותיו הסביבתיים והבטיחותיים של ההיתוך הופכים אותו ל"גביע הקדוש" של עולם האנרגיה. התהליך אינו פולט גזי חממה ואינו מייצר פסולת רדיואקטיבית ארוכת חיים בהיקפים המאפיינים כורי ביקוע. בניגוד לתגובת שרשרת בכור ביקוע, תגובת היתוך מחייבת שמירה מתמדת על תנאים מדויקים, ובהיעדרם התהליך נפסק מעצמו.

האתגר ההנדסי המרכזי הוא יצירת טמפרטורות של מאות מיליוני מעלות צלזיוס, הגבוהות מאלו שבליבת השמש, וכליאת הפלזמה, מצב הצבירה הרביעי של החומר, מבלי שתיגע בדפנות המתקן. לשם כך מתמקדים החוקרים בשתי גישות: כליאה מגנטית, המשתמשת בשדות מגנטיים רבי עוצמה במתקנים המכונים טוקמק או סטלרטור, וכליאה אינרציאלית, המבוססת על ירי לייזרים עוצמתיים לעבר כדורית דלק זעירה כדי לדחוס אותה ולהביאה להצתה.

פריצת דרך מדעית נרשמה בסוף 2022 במעבדה הלאומית NIF בארצות הברית, כאשר לראשונה הודגם "רווח אנרגטי נטו" (Q>1), בתהליך שבו הופקה מהדלק יותר אנרגיה מזו שהושקעה בו ישירות באמצעות הלייזרים.

היתרונות והחסמים בישראל

כבר כיום פועלת בישראל תשתית מחקרית ותעשייתית ראשונית בתחום. בשנת 2022 הקים משרד האנרגיה והתשתיות, בשיתוף המרכז למחקר גרעיני שורק והאוניברסיטאות, את המכון הלאומי למחקרי היתוך ופלזמה חמה (IIFR), בראשות ד"ר אהוד אזולאי. המכון מעניק מענקי מחקר ותומך בחיזוק הקשר בין האקדמיה לתעשייה.

לצד המכון פועלות בישראל חברות הזנק חלוציות, בהן nT-Tao, המפתחת כור היתוך קומפקטי, ו-FusionMantle, המפתחת טכנולוגיית "שמיכת דגירה" ללכידת אנרגיה ולייצור דלק. בתחום מעורבות גם תעשיות ביטחוניות, ובהן רפאל, התעשייה האווירית ואלביט, לצד קבוצות מחקר בטכניון, באוניברסיטת תל אביב, באוניברסיטת בן-גוריון, במכון ויצמן, באוניברסיטת אריאל ובמכון הטכנולוגי חולון.

נכס לאומי אסטרטגי נוסף הוא מאיץ החלקיקים SARAF במרכז למחקר גרעיני שורק. המתקן מסוגל לייצר שטף נויטרונים גבוה באמצעות אלומת ליתיום נוזלי, ויכול לשמש מעבדת ניסויים לאומית לבדיקת עמידותם של חומרים ורכיבים בתנאים המדמים כור היתוך.

עם זאת, הדוח מזהה פערים מבניים משמעותיים שעל המדינה לתקן בדחיפות כדי שלא להישאר מאחור. כיום קיים מחסור חמור בכוח אדם מקצועי ובמסלולי הכשרה אקדמיים ייעודיים להנדסת פלזמה והיתוך. בנוסף, אין בישראל גוף מתכלל בעל סמכויות ביצועיות רחבות, והמימון הממשלתי הנוכחי נמוך משמעותית מהממוצע במדינות המובילות בתחום.

ממיליונים למיליארדים

כדי לצמצם את הפערים ולממש את הפוטנציאל הטכנולוגי, מציע הדוח שלוש חלופות למדיניות ולהשקעה ממשלתית.

החלופה הראשונה, "חבילת בסיס", מתמקדת בשימור ובהרחבת הפעילות הקיימת של מכון ההיתוך, באמצעות השקעה של 50–100 מיליון שקלים לאורך שלוש עד חמש שנים. המסלול השמרני מתמקד במתן מלגות, בהרחבת המחקר האקדמי ובחיזוק שיתופי פעולה בינלאומיים נקודתיים.

החלופה השנייה, "מרכז לאומי למחקרי היתוך", היא החלופה המומלצת בדוח. היא כוללת השקעה של חצי מיליארד עד מיליארד שקלים לאורך חמש עד שבע שנים, שתופנה להקמת מאגדים טכנולוגיים במימון משותף של המגזר הציבורי והפרטי (PPP), לשדרוג ולהנגשת תשתיות לאומיות כגון מתקן SARAF, להקמת מסלולים לתארים מתקדמים ולהשבת חוקרים מחו"ל.

החלופה השלישית, "החבילה הרחבה", מציעה תוכנית לאומית מקיפה. במסגרתה תתקבל החלטת ממשלה שתכריז על ההיתוך הגרעיני כיעד לאומי, בדומה לתוכניות הלאומיות בתחום הבינה המלאכותית והמחשוב הקוונטי. היקף ההשקעה בחלופה זו הוא מיליארד עד שני מיליארד שקלים לאורך שבע עד עשר שנים, עם אפשרות להרחבה עד חמישה מיליארד שקלים במקרה של הקמת מתקן הדגמה לאומי. התוכנית כוללת גם הקמת מנהלת לאומית ייעודית ופיתוח מערך מחקר ותעשייה מקיף בתחום.

רגולציה שתעודד השקעות

הדוח עוסק גם בצורך בהתאמת הרגולציה לתעשיית ההיתוך. גורמי המקצוע קוראים להקים בישראל "ארגז חול רגולטורי" (Regulatory Sandbox), שיבדיל באופן ברור בין כורי ביקוע מסורתיים לבין טכנולוגיות היתוך.

לפי הדוח, מאחר שהיתוך אינו כרוך בסכנת תאונה גרעינית קשה מהסוג המאפיין כורי ביקוע, המגמה העולמית, שאותה הובילו ארצות הברית, בריטניה ויפן, היא להכפיף מתקני היתוך לדיני בטיחות קרינה מקלים וגמישים יותר, בדומה לאלה החלים על מאיצי חלקיקים או ציוד רפואי.

אימוץ מסגרת רגולטורית כזאת בישראל עשוי להפחית את אי-הוודאות בתחום ולמשוך לארץ יזמים, משקיעים וחברות בינלאומיות המעוניינים לערוך ניסויים בסביבה תומכת.

הביקוש לחשמל מזנק

הצורך בקידום תחום ההיתוך מקבל משנה תוקף נוכח השינויים במשק האנרגיה העולמי והמקומי. הצמיחה המהירה באוכלוסייה, לצד הזינוק בצריכת החשמל של חוות שרתים ומרכזי מחשוב המניעים את מהפכת הבינה המלאכותית (AI), יוצרים ביקוש חסר תקדים למקור אנרגיה נקי, יציב ורציף.

מאגרי הגז הטבעי הם סופיים, והסתמכות על אנרגיות מתחדשות בלבד אינה מספקת מענה רציף לאורך כל שעות היממה. על רקע זה, ההיתוך הגרעיני נתפס כטכנולוגיה שעשויה בעתיד לספק פתרון לביקושי האנרגיה הגדלים.

לפי גורמי המקצוע במשרד האנרגיה והתשתיות, ההחלטות שיתקבלו בשנים הקרובות יקבעו את מקומה של ישראל בתעשיית ההיתוך הגרעיני המתפתחת. השקעה בתשתיות מחקר, בהכשרת כוח אדם ובשיתופי פעולה בינלאומיים עשויה לאפשר לחברות ישראליות להשתלב בשרשראות האספקה של כורי ההיתוך הראשונים שיתחברו לרשת החשמל בעשורים הקרובים, לחזק את העצמאות הטכנולוגית ואת הביטחון האנרגטי של ישראל וליצור מנוע צמיחה כלכלי משמעותי למשק.