הרצאתו של איסמאיל
איסמאיל פתח ואמר שהרצאה זו מיעדת לאנשים הטכניים בלבד. המנהלים ואחרים יכולים לעזוב מתי שירצו.

"נתחיל בהסבר קצר על סופר מוליכות ועל מוליכות בכלל", פתח איסמעיל, "אז מה בעצם יוצר את ההתנגדות החשמלית של כל חומר?" שאל איסמעיל ולא המתין לתשובה, "אתן הסבר פשטני, כאשר אלקטרון נע בתוך חומר מוליך, כמו שריג מתכתי של אטומים, הוא נתקל שוב ושוב באטומים של השריג. היתקלויות אלו מקשות עליו להתקדם ונקראות התנגדות חשמלית של החומר. אבל כפי שוודאי שמעתם, חלקיקים ניתן בפיזיקה לתאר גם כחלקיק, אבל גם כגל. כך למשל את גל האור ניתן גם לתאר כתנועה של חלקיקים שנקראים פוטונים וגם כגל אלקטרו-מגנטי. בצורה דומה, ניתן לתאר על גם את האלקטרון כגל. באם אורך הגל של האלקטרון עצמו תואם בדיוק את הרווחים בשריג בכוון מסוים של תנועת האלקטרון, אז מבחינה קוונטית, האלקטרון יכול להיות רק במרווח שבין האטומים בשריג. כלומר האטומים לא יכולים להימצא באותו מקום, יחד עם האלקטרון המתקדם. מכאן האלקטרון לעולם לא יתנגש באטומים בשריג הזה, כלומר ההתנגדות למעבר חשמל תהיה 0. עכשיו למה צריך לקרר את החומר כדי לקבל את האפקט?" שוב הייתה זו שאלה רטורית ואיסמעיל לא ציפה לתשובה. אבל רותם ענתה "חום הוא תנועה אקראית של חלקיקי החומר, כלומר האטומים אומנם תפוסים במקומם בשריג, אבל השריג כולו רועד מכאן שהאלקטרונים כן יתנגשו באטומים שרוקדים בשריג". איסמעיל אמר "יפה מאוד, אומנם מתחת לטמפרטורה מסוימת הרעד של האטומים הוא מספיק קטן כדי שהאלקטרונים כגל יוכלו לדלג בין החורים בשריג מבלי לפגוש אטומים 'רוקדים' שיתנגשו בהם ויגרמו להתנגדות."
כאן עצר איסמעיל ואמר "עכשיו החלק שהוא סודי ועליו חל הסכם הסודיות שחתמתם עליו קודם." ,הוא עצר לרגע והמשיך, "העל מוליכות במערכת שלנו קימת בשטח המגע בין שני חומרים שונים. בשטח המגע האטומים כבר אינם 'רוקדים' בצורה אקראית לכל כוון, יש כוון מועדף שהוא הכיוון של בחומר השני. מכאן החומר שלנו אינו סתם על מוליך אלא על מוליך מאוד משופר. לרמת הסודיות שלכם זה המידע שמותר לי לספר לכם"
נעשה הפסקה קצרה ואז נחזור לשיעור פיסיקה נוסף. בהפסקה נועה צחקה ואמרה לרותם "לא ידעתי שאת חזקה בפיסיקה". כן ענתה רותם בחיוך "יש עדין כמה דברים שאת לא יודעת עלי"
כשחזרו איסמעיל כבר היה בחדר. "אתם ודאי זוכרים משיעורי פיזיקה בתיכון", פתח איסמעיל, "שחלקיק טעון שנע בשדה מגנטי מקבל בעצם תנועה מעגלית. הכוח, במקרה שלנו כוח עצום, שמפעיל השדה המגנטי, אינו דורש או צורך אנרגיה ולכן המערכת אינה מתחממת".

"אני למדתי את זה בגן חובה", אמר בארי בציניות, "אבל אני מעדיף שאתה תסביר את הדברים בהנחה שהחבר'ה פה לא שולטים בפיזיקה". איסמעיל הבין שהוא מדבר קצת גבוה מדי.

"אני אנסה 'להוריד הילוך'", אמר וחיפש דוגמה לכוח רב שמופעל בלי השקעת אנרגיה.

"נניח שאני לוקח צינור ברזל ותופס אותו במלחציים. הכוח שהמלחציים מפעילים על הצינור יכול להיות גדול ואני יכול להשאיר את הצינור במלחציים במשך שעה או יום שלם. לא ייווצר חום ולא תתבזבז אנרגיה, על־אף הכוח הגדול שמפעילים המלחציים על הצינור. באופן דומה", המשיך, "השדה המגנטי העצום שמפעיל כוח אדיר על החלקיקים שמסתובבים בתוך הטבעת, אינו יוצר חום בכלל. החלקיקים שאנו מאיצים בתוך הטבעת הם פרוטונים, שכידוע, טעונים חשמלית במטען חיובי, ולכן ניתן להאיץ אותם בעזרת שדה חשמלי. את החלקיקים אנחנו מאיצים בעזרת מתח חשמלי שאנו מספקים ללוחות קטנים, שבהם עוברים הפרוטונים דרך חור. פעולה זו כן דורשת אנרגיה ואף הרבה מאוד אנרגיה, כי אנחנו מאיצים את הפרוטונים למהירות קרובה מאוד למהירות האור. מבחינת הפרוטונים הם רצים בקו ישר. אבל בגלל השדה המגנטי, מנקודת מבטנו שמחוץ לטבעת הם בעצם מסתובבים בתוך הטבעת. את הפרוטונים אנחנו מסדרים בקבוצה שרצה בתוך הטבעת ובכל סיבוב צוברת יותר ויותר מהירות, עד שהקבוצה מגיעה למהירות הקריטית, שעליה נדבר עוד מעט".

"אבל קודם נחזור רגע לגן החובה של בארי", אמר איסמעיל בעוקצנות מה. "מהם בעצם פרוטונים? אני מזכיר לכם שכל חומר בטבע מורכב מיסודות כימיים. כל יסוד כימי מורכב מאטומים, שמורכבים מאלקטרונים קלי משקל, בעלי מטען שלילי, שמסתובבים מסביב לגרעין האטום. הגרעין מכיל פרוטונים כבדי משקל, בעלי מטען חיובי, ונויטרונים. את הנויטרונים נעזוב בהרצאת מבוא זו, על־אף שהם בעלי השפעה מכרעת כשבודקים את המשוואות עצמן. בסופו של דבר, המשוואות הדיפרנציאליות הן מה שמתאר באמת מה בעצם קורה, וכאשר אין פתרון למשוואה במצב כלשהו, זה אומר שהמצב הזה אינו קיים בטבע. מצבים שמייצגים פתרון של המשוואות הם המצבים הקוונטיים שקיימים בטבע, אבל לזה לא ניכנס היום".

"כמות האלקטרונים השליליים וכמות הפרוטונים החיוביים בכל אטום זהה באטום ניטרלי. אם חסר אלקטרון באטום, האטום נקרא יון חיובי. היסודות בטבע מסודרים בטבלה מחזורית שמתחילה באטום המימן, שיש לו פרוטון אחד ואלקטרון אחד. היסוד הבא בטבלה זה הליום, שיש לו שני פרוטונים ושני אלקטרונים, וכך הלאה, כך כל היסודות בטבע".
"נחזור לאטום המימן. כאמור, אם ניקח ממנו את האלקטרון, המימן יהיה יון חיובי, אבל בעצם גם יהיה פרוטון בלבד". איסמעיל חייך כי איסמעיל ראה שהקהל שלו באמת מנסה להתאמץ ולהיזכר בחומר הזה מהתיכון ומהאוניברסיטה.

"לנו יש מאיץ חלקיקים מאוד חזק", המשיך, "אבל גם מאוד קטן. מה הסוד שלנו? מבלי להיכנס ליותר מדי פרטים, יש לנו יכולת לייצר שדה מגנטי יותר חזק פי עשרות אלפים מהשדה המגנטי החזק ביותר שהצליחו לייצר עד היום. אבל זו לא הטכנולוגיה היחידה שיש לנו. בהמשך ניגע בעוד חוזקות. במקום מאיץ בקוטר של קילומטרים, חצוב בסלע, כמו מאיץ החלקיקים בג'נבה, אצלנו המאיץ בקוטר של שני מטרים ויותקן בתוך הכנף של 767".

"אבל נחזור לקבוצת הפרוטונים שלנו, שהם כמו קבוצת רצים במסלול ספורט. הם לא מפוזרים אקראית על המסלול, אלא הם דבוקה שרצה יחד, כלומר, אם נסתכל על מקום מסוים במסלול, לפעמים יש בו זרם חשמלי – כאשר הדבוקה עוברת במקום, ולפעמים אין בו – אחרי שהדבוקה עברה ואותו קטע במסלול נותר ריק. בפועל יש לנו שתי דבוקות שרצות כדי לאזן את הכוחות בטבעת ולמנוע ויברציות, אבל כפי שאתם בטח יודעים, זרם שעובר במקום מסוים שלפעמים יש בו זרם ולפעמים אין, נקרא זרם חילופין. בהמשך נבין שזרם החילופין הזה הוא בעצם גנרטור שמפעיל את מערכות המטוס".

"נחזור שוב לדבוקה של הרצים שלנו. בשלב מסוים הם במהירות קרובה למהירות האור. בשלב הזה לכל פוטון יש אנרגיה עצומה. עכשיו אנחנו 'עושים להם תרגיל' ומכשילים אותם. למה אני מתכוון? אנחנו מכניסים לתוך מסלול הריצה שלהם אטומי מימן נוספים, שאין להם מהירות כלל, כדי שהפרוטונים הרצים יתנגשו בהם.

מה הבעיה?
ובכן, כידוע, שני מטענים חיוביים דוחים אחד את השני וככל שהם קרובים יותר אחד לשני – כך הם דוחים יותר אחד את השני. לכן, באופן עקרוני הם לא יכולים להתנגש, כי בשלב מסוים הם יהיו מספיק קרובים כדי שכוח הדחייה ביניהם יהיה מספיק גדול כדי לעצור את ההתנגשות ולהרחיק אותם אחד מהשני. אבל כאן נכנס לתמונה הכוח החזק הגרעיני בתוך גרעיני אטום. הכוח 'הגרעיני החזק', הוא מאוד מאוד חזק. אבל הוא פועל רק בטווחים קטנטנים. כאשר המרחק בין הפרוטונים קטן יותר מרדיוס הגרעין של האטום, הכוח החזק בתוך הגרעין הופך להיות חזק בהרבה מכוח הדחייה החשמלי. ואז שני הפרוטונים נצמדים אחד לשני ובעצם הופכים לגרעין של אטום הליום, אטום עם שני פרוטונים – שני הפרוטונים שזה עתה התנגשו. זה נקרא היתוך גרעיני. ההיתוך הגרעיני זה אותו הרגע שאטום מימן (פרוטון) הופך לגרעין עם שני פרוטונים, כלומר הליום. פעולה זו מייצרת אנרגיה גרעינית עצומה".

פניו של יוסי תורג'מן הסמיקו. מתחת לשלוותו, חמתו בערה בו.

"אתה רוצה להכניס כור גרעיני למטוס שלי?" שאל בתדהמה ובכעס מסוים.

אחרי רגע של מחשבה "לא אחד, אלא שני כורים גרעיניים", ענה איסמעיל בחיוך. "זה לא כל כך נורא. לנושאות מטוסים יש כור גרעיני וגם לצוללות אטומיות. כך שלהכניס כור למטוס זה שלב מתבקש".

יוסי אמר בסרקיזם "נו טוב, שנים זה בסדר". אבל בפועל החל לחבר את הנקודות במוחו.

"מה שקורה אצלנו", המשיך איסמעיל, "זה ששני הפרוטונים שהיו מימן הופכים להליום. כלומר שני הפרוטונים הבודדים, שעד עכשיו נקראו 'מימן', התנגשו והפכו לאטום אחד עם גרעין שבו שני פרוטונים. אטום כזה נקרא 'הליום'. הפכנו יסוד אחד ליסוד אחר. זה בדיוק מה שכל מורה לכימיה בתיכון מסביר שאי אפשר לעשות. או לחילופין, ניתן לעשות, אבל לא בתהליך כימי, אלא בתהליך גרעיני. ואומנם, התהליך שהסברתי עכשיו הוא תהליך היתוך גרעיני. התהליך שלנו בנוי כך שרוב רובם של אטומי ההליום נפלט דרך פתח הפליטה של הטבעת. יותר מזה, במשוואות עצמן אפשר לראות שכמעט כל ההתנגשות מתבצעת כשלושה מטרים מחוץ לפתח הפליטה של הטבעת. החום והאנרגיה נשאבים החוצה והטבעת עצמה רק מתקררת מהתהליך. היכולת שלנו לפתור את המשוואות הללו במקרה המסוים הזה, היא עוד אחת מהחוזקות שלנו, שלא קיימות אצל אחרים.
זרם ההליום, שנע עכשיו כמעט במהירות האור, יוצר את הדחף של מנוע ההליום הרקטי שלנו".

זו תמונת חתך של המנוע שלנו.

יוסי נזכר בלימודי פיזיקה 1מ מהטכניון.

"זה לא מסתדר לי", אמר, "כי לפי חוק שימור התנע, אם פרוטון אחד במנוחה ופרוטון שני נניח במהירות האור, אז כשהם נעים יחד כהליום, המהירות שלהם צריכה להיות רק חצי ממהירות האור".

"יפה מאוד", אמר איסמעיל והמשיך, "אתה צודק, אבל החשבון שלך, המתבסס על חוק שימור התנע של ניוטון נכון רק במהירויות נמוכות יחסית למהירות האור. כאשר מתקרבים למהירות האור יש לתקן את החוק הבסיסי של ניוטון, בהתאם לתורת היחסות הפרטית של איינשטיין. בהתחשב ביחסות הפרטית, מהירות ההליום הנפלט היא מעל 80% ממהירות האור, אבל ההסבר המלא הוא מעבר להרצאת המבוא הזו".

"מזל", מלמל לעצמו בארי.

"עכשיו, מאיפה יש לנו מימן?" איסמעיל המשיך, "הדלק הבסיסי שלנו זה מים. אני חוזר שוב לגן הילדים של בארי, ומזכיר לכם שמים זה H₂O. כלומר כל מולקולה של מים מורכבת משני אטומים של מימן ואטום אחד של חמצן. אתם זוכרים את הזרם החשמלי שנוצר מהגנרטור של דבוקת הרצים בטבעת? אז זרם זה משמש לאלקטרוליזה של המים. מה זה אלקטרוליזה? באמבט קטן של מים מכניסים שני חוטי חשמל, אחד מחובר למתח חיובי והשני לשלילי. ברגע שהחשמל מופעל, המים מתפרקים לחמצן ולמימן. ליד התיל החשמלי החיובי יוצא זרם של בועות חמצן, ובשלילי יוצא זרם של בועות מימן. את החמצן אנו מעבירים לאנשים כדי שינשמו ואת המימן אנחנו מעבירים כדלק למנוע. המנוע מייצר דחף על־ידי הליום שנפלט אחורה במהירות מדהימה וחשמל שנדרש לייצור החמצן והמימן". איסמעיל עשה הפסקה ובחן את הרושם שעשו דבריו על הנוכחים.

"אם נחזור לדבוקת הרצים שלנו, חלק קטן מהאנרגיה שנוצרת, גורם לכך שהמימן הנוסף שאנו דוחפים לטבעת, מייצר עוד דבוקת רצים שרצים באותו כיוון של דבוקת הרצים שיצרה אותם.
כאן, למי שמכיר את עקרון פעולת הלייזר, אומר שהמשוואות שלנו במקרה הזה, דומות למשוואות הקיימות בתוך המהוד של הלייזר. רק שבלייזר הפוטון שפוגע באטומים מעוררים מייצר אלומה של פוטונים באותו כיוון תנועה של הפוטון המקורי.
במנוע שלנו, לא מדובר בפוטונים חסרי משקל, אלא בפרוטונים בעלי משקל רב יחסית. הבעיה שבשלב הראשון אין התנגשויות ובכלל אין תנועה של הפרוטונים. צריך אנרגיה חשמלית כדי להאיץ את הפרוטונים כדי שיגיעו למהירות הקריטית, הקרובה למהירות האור, כך שההתנגשות תהיה חזקה מספיק כדי לייצר הליום מהמימנים המתנגשים. השלב הזה נקרא הצתה של המנוע. ההצתה לוקחת בערך עשר שניות, אבל צורכת אנרגיה חשמלית גדולה מאוד. לצורך כך יותקנו במטוס כעשרה טון של מצברים חדישים, וגם זה יספיק רק לשתי הצתות, אולי שלוש. אחרי שעה שהמנוע עובד הוא טוען חזרה את המצברים הגדולים ומאפשר הצתה נוספת".

"בואו נדבר קצת על תנועה בחלל. כל זמן שהמטוס נמצא באטמוספרה, נכון יותר – מתחת לקו קרמן, אנחנו משתמשים במבנה האווירודינמי כדי לייצב את המטוס. אבל מעבר לקו קרמן אין מספיק אוויר לצורך כך. נניח שיש לנו שני מנועים והם דוחפים בקו אחד בדיוק מתחת למרכז הכובד של המטוס. במקרה כזה, המטוס יתקדם בקו ישר ויציב בכיוון הדחיפה. עכשיו נניח שאחד הנוסעים זז במטוס. התזוזה שלו שינתה את מרכז הכובד. עכשיו המנועים כבר אינם בקו אחד ישר מתחת למרכז הכובד. כלומר המטוס יחל בסיבוב. כיוון שגם המנועים מסתובבים יחד עם המטוס, כיוון הטיסה ישתנה. הסיבוב יהיה איטי אבל בלי כל שליטה של הטייסים".

"למעשה, זה כמו שולחן", המשיך. "בשביל יציבות צריך שלוש רגליים. בני האדם יכולים לעמוד על שתי רגליים, אבל אנחנו צריכים שליטה מיטבית בכף הרגל כדי לשמור על איזון".

"כאן אנחנו צריכים תהליך דומה, למתקן ההידראולי שמוציא ומכניס את גלגלי המטוס. ההתקן ההידרואלי שמוציא ומכניס את המנוע לכנף ישנה את הכיוון של הדחף. כלומר כאשר המנוע בפנים, בתוך הכנף, כמו הגלגלים בתוך הכנף,  הפליטה של הדחף מופנית לאחור.  כאשר המנוע לגמרי בחוץ, כמו שהגלגלים בחוץ במצב נחיתה, הדחף מופנה כלפי מטה. זה בעצם מה שנדרש. אנחנו צריכים שבכנף תותקן עוד מערכת הידראולית, בנוסף על המערכת ההידראולית של הגלגלים, ויותר קרוב לגוף המטוס. המערכת ההידראולית תאפשר לטייס לשלוט בכיוון הדחף. כל זמן שאנחנו מתחת לקו קרמן הדחף יהיה מופנה לאחור בעיקרו, וככל שמתקרבים לקו קרמן ועוברים אותו – הדחף יופנה כלפי מטה. השליטה על המערכת ההידראולית תהיה חייבת להגיע ממערכת ממוחשבת שתקבל גם נתונים ממערכות ג'ירו[1] ותשמור שהמטוס לא יתחיל להסתחרר. השליטה על כיוון המערכת תהיה בידי הטייסים".

"כיוון שגם זה לא מספיק לייצוב מושלם של המטוס, יהיה גם מנוע רקטי רגיל, לא גרעיני, קטן מאוד יחסית, שישרוף מימן וחמצן רגילים, כדי לייצר דחף, לצורכי ייצוב עדין בלבד. סך הכול, המנוע הזה אמור לייצר אנרגיית דחף של 0.01% מאנרגיית הדחף של מנוע ההליום. המנוע הזה יותקן מתחת לתא הטייס, באזור של הגלגל הקדמי של המטוס ובעצם ישמש כרגל השלישית של השולחן".

איסמעיל בחן את הפנים חסרות ההבעה של כל הנוכחים וחשב שזה היה באמת קצת קשה לעיכול.

"אל תשכחו שהמטוס, עם כל מה שהסברתי, צריך להמריא באפריל, עוד חצי שנה בדיוק".
————————————-
[1] מעין סביבון השומר על הכיוון בחלל.