חלקנו מכירים את תהליך הביקוע הגרעיני - ניטרון הפוגע בגרעין כבד, כדוגמת גרעין האורניום, וגורם לפיצולו לשני גרעיני בת תוך כדי שחרור אנרגיה רבה לצד ניטרונים נוספים. הניטרונים שנפלטים פוגעים בגרעינים נוספים ובכך ויוצרים למעשה תגובת שרשרת הממשיכה את תהליך הביקוע. תהליך הביקוע הגרעיני מוכר מסוף שנות ה-30 של המאה ה-20 ונעשה בו שימוש רב, הן במסגרת נשק גרעיני והן במסגרת כורים גרעיניים ברחבי העולם, אשר משמשים להפקת אנרגיה [1,2].

תהליך ההיתוך הגרעיני הנו תהליך הפוך בו שני גרעינים קלים פוגעים זה בזה ומתמזגים ליצירת גרעין כבד יותר, תוך כדי שחרור אנרגיה רבה מאוד בתהליך [1,2]. לעומת תהליך הביקוע, אשר יחסית קל ליצור את התנאים הדרושים להתרחשותו, תהליך ההיתוך דורש לחץ וטמפרטורה גבוהים מאוד, אשר באופן טבעי שוררים בעיקר בליבותיהם של כוכבים. הסיבה לכך היא שגרעינים מורכבים מניטרונים ופרוטונים, והמטען החיובי של הפרוטונים יוצר כוח חשמלי המונע מגרעינים להתקרב אלה אל אלה. רק גרעינים בעלי אנרגיה קינטית גבוהה במיוחד יכולים להתגבר על מחסום הדחייה ולהתקרב מספיק כדי שהגרעינים יתאחדו.

למרות שההבנה הפיזיקלית והמסגרת התאורטית של ההיתוך הגרעיני נבנו לצד תהליך הביקוע, בשונה ממנו, היישום של תהליך ההיתוך על פני כדוה"א לצורכי הפקת אנרגיה היה קשה מאוד, ולמעשה עד היום, למרות ניסיונות רבים, לא הופקה מהיתוך כמות אנרגיה הגדולה או שווה לכמות שהושקעה בו. אם השקעה עצומה של עשרות שנים ושל עשרות צוותים מדעיים והנדסיים לא הצליחה להפיק כור היתוך כלשהוא, כיצד ניתן בכלל לדבר על היתוך תוצרת בית?

ובכן, הסוד טמון בכך שכל צורה של היתוך גרעיני תוצרת בית לעולם לא תצליח להפיק יותר אנרגיה ממה שמוכנס למערכת, אולם עצם היכולת לבצע היתוך הנה מרשימה בהחלט! כיצד מבוצע הדבר? בשנות ה-60 של המאה ה-20, הציע מדען בשם פילו פארנזורת' ([3]), אשר זכור גם בתור ממציא הטלוויזיה, מבנה של מתקן בשם פיוזור ([4] Fusor) אשר מסוגל לבצע היתוך באופן הבא: המתקן כולו מוכל בתוך ריק, שאליו ניתן להזריק דאוטריום (איזוטופ של מימן המכיל בגרעין ניטרון בנוסף לפרוטון). בתוך המתקן ישנן שתי אלקטרודות כדוריות, פנימית וחיצונית, כאשר שדה חשמלי חזק המופעל בין השתיים גורם ליינון של הדאוטריום ולהאצת היונים אל עבר מרכז המתקן. האלקטרודות עצמן מכילות רווחים גדולים מספיק כך שהיונים יוכלו לעבור דרכן.
כאשר מופעל שדה חזק מספיק, היונים המוזרקים אל עבר מרכז המתקן רוכשים אנרגיה קינטית חזקה דיה כך שההתנגשות שלהם תוביל להיתוך גרעיני. התוצר של היתוך זה הנו קרינת אור (פוטונים) וניטרונים הנפלטים ממרכז המתקן.

כאמור, מתקן זה לא יפיק כמות אנרגיה הגדולה מזו המושקעת בפעולתו, אולם הוא מהווה ניסוי נחמד, שעלותו מוערכת בכמה אלפי דולרים [5] (ואכן נבנו מספר פיוזורים בעשרות השנים האחרונות). מחיר זה אולי גבוה לרובנו, אולם היתוך גרעיני הנו תופעה שלא רבים יזכו לראות במהלך חייהם. חשוב לציין שדאטוריום (המצוי במים כבדים) קשה מאוד להשגה בצורה מסחרית וכן המתחים הגבוהים עימם עובד הפיוזור וכן התוצרים של התגובות הגרעיניות עשויים להיות מסוכנים למשתמש.

מקורות:
[1] The First War of Physics: The Secret History of the Atom Bomb, 1939-1949. By Jim Baggot.
[2] The Physics of the Manhattan Project 2nd ed. By Bruce Cameron Reed.