טירוף האנרגיה מהיתוך: האם אנחנו קרובים מתמיד לאנרגיה נקייה בלתי מוגבלת?

היתוך גרעיני הוא אותו תהליך שמניע את השמש והכוכבים weforum.org – מיזוג גרעינים אטומיים קלים (כמו מימן) ליצירת גרעינים כבדים יותר ושחרור אנרגיה עצומה. בתיאוריה, היתוך עשוי לספק אנרגיה כמעט בלתי מוגבלת וידידותית לאקלים: הוא עושה שימוש בדלק בשפע (איזוטופים של מימן ממים או ליתיום) ומייצר מעט פסולת רדיואקטיבית בהשוואה לאנרגיה גרעינית קונבנציונלית. בניגוד לביקוע אטומים כבדים (ביקוע גרעיני), שמותיר פסולת ארוכת חיים, תגובת היתוך מפיקה בעיקר הליום בלתי מזיק ונייטרונים קצרי חיים weforum.org, euro-fusion.org. התקדמות אחרונה הציתה מחדש "טירוף היתוך" – מרוץ עולמי בין מעבדות לאומיות וחברות הזנק לרתום את כוח השמש על פני כדור הארץ. מדענים, יזמים ומקבלי החלטות שואלים יותר ויותר: האם היתוך סוף סוף יוכל לחולל מהפכה במערכות האנרגיה שלנו?

היסטוריה קצרה של מחקר ההיתוך: היתוך ריתק מדענים במשך מאה שנה. בשנות ה-20 של המאה הקודמת, אסטרופיזיקאים (כמו ארתור אדינגטון) הציעו לראשונה שכוכבים זורחים על ידי היתוך מימן להליום euro-fusion.org. היתוך מעבדתי ראשון (של מימן כבד) הושג על ידי רתרפורד ב-1934. אך כורים היתוך מעשיים הגיעו מאוחר יותר. ב-1950 פיזיקאים סובייטים סחרוב וטאם הציעו את tokamak – מתקן היתוך מגנטי בצורת "סופגניה" euro-fusion.org. (בערך באותו זמן, הפיזיקאי האמריקאי ליימן ספיצר פיתח אלטרנטיבה בשם "סטלרטור".) רעיונות אלה של כליאה מגנטית שלטו במחקר ההיתוך מאז. בשנות ה-70, שיתוף פעולה בינלאומי החל. אירופה איחדה מאמצים לבניית JET (Joint European Torus) – עבודת התכנון החלה ב-1973, והפלזמה הראשונה הושגה ב-1983 euro-fusion.org. ב-1985 נולדה הרעיון ל-ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) בפסגת רייגן–גורבצ'וב, במטרה ליצור מתקן ניסוי היתוך רב-לאומי חסר תקדים euro-fusion.org. לאורך שנות ה-80–90, טוקמקים כמו JET ו-JT-60 היפני קבעו שיאי ביצועים; לדוגמה, ב-1997 השתמש JET בתערובת 50-50 של דלק דאוטריום–טריטיום כדי להפיק 16 מגה-ואט של כוח היתוך (תפוקה של יותר ממחצית מתשומת החימום שלו) euro-fusion.org. במקביל, ארה"ב ואחרים חקרו היתוך inertial confinement (באמצעות לייזרים ענקיים). אך למרות עשרות שנות התקדמות, אף כור עדיין לא הפיק יותר אנרגיה משהשקיע – היתוך נותר אתגר מדעי ש"תמיד 30 שנה קדימה", כפי שאומרים.

איך היתוך גרעיני עובד (וכיצד הוא שונה מביקוע): בפשטות, היתוך מאחד גרעינים קלים – בדרך כלל איזוטופים של מימן הנקראים דאוטריום וטריטיום – לגרעין הליום, תוך שחרור אנרגיה לפי E=mc² של איינשטיין. זה דורש תנאים קיצוניים: יש לחמם את הדלק לכ-150 מיליון מעלות צלזיוס כדי להתגבר על הדחייה האלקטרוסטטית בין הגרעינים weforum.org. הדלק הופך לפלזמה (גז מיונן), שמוחזקת או באמצעות שדות מגנטיים חזקים (טוקאמקים או סטלרטורים) או על ידי דחיסת כדוריות דלק עם לייזרים עוצמתיים (היתוך אינרציאלי). בטוקאמק, מגנטים על-מוליכים יוצרים "בקבוק" מגנטי שמחזיק את הפלזמה החמה הרחק מדפנות הכור. בהיתוך אינרציאלי, לייזרים רבי עוצמה דוחסים באופן סימטרי קפסולה זעירה של דלק עד שההיתוך נדלק.

לעומת זאת, ביקוע גרעיני (המשמש בכורים של היום) מפצל אטומים כבדים (כמו אורניום או פלוטוניום) לחלקים קטנים יותר, תוך שחרור אנרגיה והרבה נייטרונים. להיתוך יש כמה יתרונות מרכזיים על פני ביקוע. דלק ההיתוך נפוץ ועשיר באנרגיה הרבה יותר. לדוגמה, מעבדה לאומית בארה"ב מציינת שהיתוך מפיק כ-פי ארבעה יותר אנרגיה לקילוגרם דלק מאשר ביקוע, וכמעט פי ארבעה מיליון יותר משריפת פחם או נפט datacentremagazine.com. את איזוטופי הדלק (דאוטריום וטריטיום) ניתן להפיק ממי ים וליתיום, בעוד שביקוע דורש אורניום נדיר שנחצב מהאדמה. תוצרי הלוואי של היתוך פחות בעייתיים: בעיקר הליום (גז אינרטי) ונייטרונים עתירי אנרגיה; אין סיכון לתגובת שרשרת בלתי נשלטת או להיתוך ליבה. חשוב לציין שהיתוך מייצר מעט מאוד פסולת רדיואקטיבית ארוכת חיים. (טריטיום עצמו רדיואקטיבי אך מחצית חייו קצרה, ורדיואקטיביות מושרית במבנה דועכת הרבה יותר מהר מאשר בפסולת ביקוע.) בקיצור, היתוך מבטיח חלופה נקייה ובטוחה, עם פוטנציאל לאספקת אנרגיה בסיסית עצומה ללא פליטת גזי חממה weforum.org, euro-fusion.org.

פרויקטי היתוך מרכזיים: ממשלות ומעבדות ברחבי העולם מקדמות ניסויי היתוך בקנה מידה גדול:

ITER (צרפת, בינלאומי): הפרויקט השאפתני ביותר הוא ITER, כור היתוך מגנטי ענק שנבנה בדרום צרפת. ITER ממומן על ידי 33 מדינות (האיחוד האירופי, ארה"ב, סין, רוסיה, יפן, הודו, קוריאה) ושואף להדגים את היתכנות ייצור האנרגיה מהיתוך בקנה מידה גדול world-nuclear-news.org. הוא מתוכנן להפיק 500 מגה-ואט של אנרגיית היתוך במשך 400 שניות באמצעות 50 מגה-ואט של חימום קלט world-nuclear-news.org – רווח אנרגיה פי עשרה אם יצליח – אך לא ייצר חשמל בעצמו world-nuclear-news.org. מטרתו להוכיח את הפיזיקה והטכנולוגיה: הפלזמה הראשונה מתוכננת כעת ל-2035 (דחייה מהיעד המקורי ב-2025) world-nuclear-news.org. הבנייה החלה ב-2010, ורוב הרכיבים העיקריים כבר הורכבו. ITER התמודד עם עיכובים אופייניים לפרויקט מסוגו (“first-of-a-kind”) (השבתות עקב מגפה, בעיות הנדסיות) world-nuclear-news.org, אך הוא נותר מרכז המו"פ הגלובלי בתחום ההיתוך.
JET (בריטניה/אירופה): ה-Joint European Torus בקולהאם, בריטניה, היה במשך עשרות שנים הטוקאמק הפעיל הגדול בעולם. מ-1983 ועד סגירתו ב-2023, JET היה חלוץ בשימוש בדלק היתוך אמיתי (תערובת דאוטריום-טריטיום). בניסויים האחרונים שלו (סוף 2023), JET קבע שיא חדש כאשר שחרר 69.3 מגה-ג'ול של אנרגיית היתוך במשך 5 שניות euro-fusion.org. (לשם השוואה, זה עולה בהרבה על שיאי טוקאמק קודמים ואפילו עלה על ירי בתפוקה גבוהה שנעשה לאחרונה במתקן ההצתה הלאומי בארה"ב.) ההישג של JET אישר את שליטת המדענים בפלזמות היתוך וישפיע ישירות על תפעול ITER euro-fusion.org. גורמים בריטיים בירכו על ניסוי ה"ברבור האחרון" של JET כהוכחה לכך ש"אנחנו קרובים יותר לאנרגיית היתוך מאי פעם" euro-fusion.org.

מונעת-לייזר

יותר אנרגיה יוצאת מאשר נכנסת

lasers.llnl.gov

רווחי מטרה

lasers.llnl.gov

EAST ו-KSTAR (אסיה): טוקאמק EAST ("השמש המלאכותית") של סין וטוקאמק KSTAR של דרום קוריאה דוחפים את גבולות הפלזמה לזמן ממושך. בינואר 2025, EAST שמר על פלזמת היתוך ביצועים גבוהים במשך 1,066 שניות (מעל 17 דקות) – שיא עולמי חדש english.cas.cn. בכך שבר את שיאו הקודם מ-2023 של 403 שניות. פולסים ארוכים כאלה חיוניים לתחנות כוח עתידיות. KSTAR השיג אבני דרך משלו (מעל 100 שניות ביותר מ-100 מיליון מעלות צלזיוס ב-2022). ניסויים אלה מוכיחים כי טוקאמקים מוליכי-על מסוגלים להחזיק פלזמות בוערות, ומספקים מידע לעיצובים כמו מתקן הפיילוט להיתוך העתידי של סין (CFETR) ו-STEP של בריטניה.
מאמצים לאומיים נוספים: יפן מפעילה את טוקאמק JT-60SA (יורש ל-JT-60 הישן) בסיוע האיחוד האירופי. פרויקט ITER של קנדה (Fusion for Energy) ופרויקטים ברוסיה, הודו ומדינות נוספות תורמים גם הם. במקביל, הסטלרטור Wendelstein 7-X של גרמניה (גיאומטריה מגנטית שונה) בוחן שיטות כליאה אלטרנטיביות.

המרוץ להיתוך במגזר הפרטי: בשנים האחרונות עשרות חברות הזנק הצטרפו למאמץ ההיתוך, והכניסו לתחום הון פרטי וחדשנות:

Commonwealth Fusion Systems (CFS, ארה"ב): ספין-אוף של MIT, CFS בונה את SPARC, טוקאמק קומפקטי המשתמש במגנטים על-מוליכים מתקדמים. מטרת SPARC היא להדגים ייצור אנרגיה היתוך נטו-חיובית בקנה מידה קטן. הבנייה מתקדמת היטב במסצ'וסטס; הפלזמה הראשונה מתוכננת לסביבות 2026 reuters.com. CFS גייסה מעל 2 מיליארד דולר, עם משקיעים מרכזיים (ENI מאיטליה, Temasek מסינגפור, Equinor מנורבגיה, ועוד) reuters.com. בדצמבר 2024 הודיעה CFS על תוכניות ל-ARC, תחנת כוח פיילוט של 400 מגה-ואט בווירג'יניה, שתספק חשמל לרשת בתחילת שנות ה-2030 reuters.com. (ARC תהיה "תחנת ההיתוך הראשונה בעולם בקנה מידה רשת" אם תצא לפועל.) מנכ"ל CFS, בוב מומגרד, מזהיר כי "אין ערובה" שהכול יתנהל כמתוכנן, אך נראה שהמשקיעים בטוחים reuters.com.
TAE Technologies (ארה"ב): TAE (לשעבר Tri Alpha Energy) משתמשת בגישת Field-Reversed Configuration (FRC) עם דלק אנאוטרוני. באפריל 2025 הם דיווחו על פריצת דרך מרכזית "Norm": באמצעות הזרקת נוירונים חדשנית, אב-הטיפוס האחרון שלהם השיג פלזמה יציבה בטמפרטורות מעל 70 מיליון מעלות צלזיוס datacentremagazine.com. החברה אומרת שההתקדמות הזו "מפחיתה באופן דרמטי את המורכבות והעלות". גוגל משתפת פעולה עם TAE (ומיישמת בינה מלאכותית לאופטימיזציה של הפלזמות שלה) והובילה סבב גיוס הון לאחרונה datacentremagazine.com. מנכ"ל TAE, מיכל בינדרבאואר, מדגיש את הפוטנציאל של היתוך גרעיני: "להיתוך יש פוטנציאל לשנות את מפת האנרגיה, ולספק כוח נקי כמעט בלתי מוגבל" datacentremagazine.com. (TAE גם מדגישה שהיתוך מפיק בערך פי 4 יותר אנרגיה למסה מאשר ביקוע datacentremagazine.com, ושהגישה שלהם D–³He פולטת בעיקר חלקיקים טעונים במקום נייטרונים datacentremagazine.com.)
Helion Energy (ארה"ב): בתמיכת משקיעים כולל מיקרוסופט וסם אלטמן מ-OpenAI, Helion מפתחת מערכת היתוך פולסית המשתמשת במחזור דלק D–³He ובשחזור חשמל ישיר (ללא טורבינת קיטור). אב-הטיפוס שלה, "Trenta", כבר חצה את רף 100 מיליון מעלות צלזיוס ב-2021 world-nuclear-news.org, והמכונה החדשה שלה Polaris החלה לפעול ב-2024 world-nuclear-news.org. ביולי 2025 Helion החלה בבניית תחנת הכוח שלה Orion במדינת וושינגטון world-nuclear-news.org. אוריון (50 מגה-ואט נטו) צפויה להתחבר לרשת עד 2028 world-nuclear-news.org, ומיקרוסופט חתמה על הסכם לרכישת 50 מגה-ואט ממנה החל מ-2028 businessinsider.com, world-nuclear-news.org – רכישת החשמל המסחרית הראשונה אי פעם מהיתוך גרעיני. סמנכ"ל Helion, סקוט קריסילוף, מציין: "מעולם לא הצלחנו לרתום [היתוך] על פני כדור הארץ כך שנוכל להפיק ממנו חשמל… אך Helion טוענת שהמכשיר שלה אינו משתמש במגנטים על-מוליכים קריוגניים וממיר ישירות את אנרגיית ההיתוך לחשמל world-nuclear-news.org."
אחרים: סטארט-אפים רבים מפתחים קונספטים מגוונים להיתוך. חברת General Fusion הקנדית (בתמיכת ג'ף בזוס) בוחנת היתוך מטרה ממוגנטת; Tokamak Energy הבריטית Tokamak Energy בונה טוקמקים כדוריים קטנים עם מגנטים חזקים; Helicity מפרינסטון Helicity (כיום Zap Energy) ואחרים בודקים כורים ליניאריים קואקסיאליים. כל אחד טוען לחדשנות בתחום הכליאה, החומרים או עיצוב הכור.

פריצות דרך אחרונות (2023–2025): השנתיים האחרונות התאפיינו במספר אבני דרך בולטות:

3.88 מגה-ג'ול

lasers.llnl.gov

מספר פעמים

lasers.llnl.gov

שיאי עולם חדשים: בתחילת 2024, הניסויים האחרונים של JET הניבו שיא של 69.26 מגה-ג'ול אנרגיית היתוך בפולס אחד euro-fusion.org. "שיא עולם חדש" זה הושג בשריפה ממושכת של 6 שניות תוך שימוש ב-0.21 מ"ג דלק בלבד euro-fusion.org – בערך כמו האנרגיה שבשריפת 2 ק"ג פחם. בינתיים, הטוקאמק EAST של סין העלה את הרף במשך הפולס: בינואר 2025 הוא החזיק פלזמה בעוצמה גבוהה במשך 1,066 שניות (כמעט 18 דקות) english.cas.cn, ושבר את שיאו הקודם של 403 שניות. תוצאות אלו מראות כי הפעלה ממושכת ויציבה של פלזמה (הנדרשת לתחנות כוח) הופכת לאפשרית.
הצלחות במעבדות פרטיות: המכשיר "Norm" של TAE (אביב 2025) ו-Polaris של Helion (2024) מהווים הוכחות קונספט מהמגזר הפרטי בתנאי היתוך datacentremagazine.com, world-nuclear-news.org. CFS התקינה את רוב הציוד של SPARC (כולל מגנטים על-מוליכים מהדור הבא) ומתכננת פלזמה ראשונה בעוד כשנתיים. Helion בונה את המתקן הראשון שלה בלוח זמנים של מפעל. כמעט כל שבוע יש חדשות על חוזים או השקעות חדשות – לדוגמה, המימון האחרון של גוגל ל-TAE והעסקה של מיקרוסופט עם Helion ממחישים את ההימורים התאגידיים הגוברים על היתוך.

נקודות מבט של מומחים: מדענים מובילים ומקבלי החלטות נלהבים אך זהירים. בוועידת האקלים COP28 בסוף 2023, שליח האקלים האמריקאי ג'ון קרי אמר כי "להיתוך יש פוטנציאל לחולל מהפכה בעולם שלנו" weforum.org, ו-35 מדינות חתמו על יוזמה להגברת מחקר ופיתוח בתחום ההיתוך weforum.org. קים בודיל, מנהלת LLNL, מציינת שהחדשנות הפרטית מואצת, אך מודה שמתקני כוח בפועל עשויים להיות עדיין "שניים או שלושה עשורים קדימה" weforum.org. מנהיגי EUROfusion מציינים שההצלחה של JET "מגבירה את הביטחון" בפיתוח ההיתוך euro-fusion.org. בוב מומגרד מ-CFS טוען שיש הצדקה להשקעות נוספות: "אם לא תתכונן, זה [היתוך] לא [יצליח]" reuters.com. תומכי ההיתוך מדגישים לעיתים קרובות את יתרונותיו: לדוגמה, מנכ"ל EUROfusion אמברוג'יו פאסולי אומר שניסויים אחרונים "מעמיקים את ההבנה שלנו" ומגבירים את הביטחון בכך ש-ITER ומתקני DEMO עתידיים יעבדו euro-fusion.org. מיכל בינדרבאואר מ-TAE מתלהב שהיתוך מציע "אנרגיה נקייה כמעט בלתי מוגבלת" במכונות קומפקטיות datacentremagazine.com.

אתגרים למסחור: למרות ההתלהבות, אתגרים עצומים עדיין קיימים. כדי להצית היתוך, הדלק חייב להגיע לכ-150 מיליון מעלות צלזיוס ולהישאר כלוא מספיק זמן – הישג הדורש הנדסה קיצונית weforum.org. החומרים חייבים לעמוד בקרינה נייטרונית עזה ובשטף חום גבוה. מבחינה כלכלית, הכורים חייבים להיות זולים בהרבה: חריגות התקציב של ITER מדגישות את היקף והעלות של הנדסת היתוך world-nuclear-news.org. אספקת הדלק אינה טריוויאלית: טריטיום הוא רדיואקטיבי ונדיר, ולכן תחנות עתידיות יזדקקו ל"שמיכות" ליתיום כדי לייצר אותו. אולי באופן הבסיסי ביותר, הספק נטו עדיין לא הוכח. כפי ש-Reuters מציינים, "השאלה הטכנולוגית העליונה" של ההיתוך היא כיצד להוציא יותר אנרגיה ממה שמכניסים reuters.com. משרד האנרגיה האמריקאי מכנה את הפריצה של השנה שעברה "פריצת דרך מדעית משמעותית שנבנתה במשך עשרות שנים", מה שמדגיש כמה ארוכה הייתה הדרך theguardian.com. השר הבריטי אנדרו בואי הזהיר שגם ההצלחה של JET היא "רק ההתחלה" – נדרשים עוד חדשנות והשקעה (בריטניה התחייבה ל-£650 מיליון למחקר היתוך)euro-fusion.org.

ההשפעה העתידית של היתוך: אם ניתן יהיה להתגבר על האתגרים הללו, היתוך עשוי לשנות באופן דרמטי את תחום האנרגיה, האקלים והגיאופוליטיקה. הדלק של היתוך (דאוטריום, טריטיום שמיוצר מליתיום) הוא כמעט בלתי מוגבל וזמין בכל העולם. בניגוד לדלקים מאובנים, היתוך אינו פולט CO₂, ו–כפי ש-EUROfusion מציינים– שריפת איזוטופי המימן שלו מייצרת "אנרגיית חום אדירה ללא כל תרומה לגזי חממה", עם "ללא פסולת ארוכת טווח" ו"תפעול בטיחותי מטבעו" euro-fusion.org. במונחים מעשיים, קילוגרם אחד של דלק היתוך יכול להניב אנרגיה כמו מיליוני קילוגרמים של פחם. המשמעות היא שהיתוך יוכל לספק חשמל רציף (baseload) שישלים את השמש והרוח, וייתכן שיקטין משמעותית את פליטות הפחמן מהחשמל והתעשייה. הוא עשוי להפוך כל מדינה ליצואנית אנרגיה: הגיאופוליטיקה של נפט וגז תשתנה אם אנרגיה תהיה נפוצה כמו מי ים. אנליסטים אומרים שההבטחה של היתוך קשה להפריז בה. כפי שדיווחה רויטרס, CFS טוענת שמתקן ARC עתידי יוכל "לשנות את תעשיית האנרגיה העולמית" על ידי ניצול "מקור כוח כמעט בלתי מוגבל" בדומה לכוכבים reuters.com. אכן, ממשלות רבות כיום מתייחסות להיתוך כחלק מאסטרטגיית האפס פליטות – גם כשהן ממתנות ציפיות לגבי לוחות הזמנים.

תחזית: היתוך גרעיני אינו פתרון קצר טווח למשבר האקלים. כפי שמצוין במאמר של הגרדיאן, מדענים "הזהירו כי הטכנולוגיה רחוקה מלהיות מוכנה להפוך לתחנות כוח ישימות" theguardian.com. אף אחד לא מצפה שהיתוך יספק חשמל לרשת בעשור הנוכחי. אך חל שינוי ברור: לאחר עשרות שנים של קיפאון במימון, היתוך זוכה כעת לתמיכת ממשלות גדולות (תקציבי ארה"ב, האיחוד האירופי, סין ובריטניה עולים weforum.org), שיתופי פעולה בינלאומיים (ITER, STEP, ועוד), וגל השקעות פרטיות. חוקרי היתוך מובילים מסכימים כי הצלחה תדרוש שיתוף פעולה עולמי: כפי שאמרה קים בודיל מ-LLNL, "שיתופי פעולה ציבוריים-פרטיים" הם חיוניים weforum.org.

עבור הציבור, המסר המרכזי הוא שאנרגיית היתוך היא מרוץ – מסע עתיר סיכון ותגמול. הפריצות האחרונות מראות שחוקי הפיזיקה עובדים, אך בניית תחנת כוח היתוך שימושית היא מרתון הנדסי. אם זה יצליח, התגמול עשוי להיות לא פחות ממהפכת אנרגיה נקייה: עתיד שבו כוח השמש מרוסן על פני כדור הארץ, ומספק אנרגיה לערים ולתעשיות שלנו עם השפעה אקלימית מזערית.

מקורות: התייעצו עם ארגוני מחקר היתוך סמכותיים, כלי תקשורת ופרסומים מדעיים. אבני דרך מרכזיות לאחרונה וציטוטי מומחים נלקחו ממקורות כולל הפורום הכלכלי העולמי weforum.org, World Nuclear News world-nuclear-news.org, דוחות פרויקטים בינלאומיים להיתוך euro-fusion.org, רויטרס reuters.com, ופרסומים של משרד האנרגיה האמריקאי/LLNL lasers.llnl.gov. אלה מספקים את הבסיס העובדתי לסקירה שלעיל על מדע ההיתוך, ההיסטוריה והתחזיות.

Is nuclear fusion the future of clean energy?