September 29, 2022

Selama beberapa dekade, jika Anda meminta seorang ilmuwan fusi untuk menggambarkan reaktor fusi, mereka mungkin akan memberi tahu Anda tentang tokamak. Ini adalah ruangan seukuran ruangan besar, berbentuk seperti donat berongga. Fisikawan mengisi bagian dalamnya dengan selai plasma super panas yang tidak terlalu enak. Kemudian mereka mengelilinginya dengan magnet dengan harapan menghancurkan atom bersama-sama untuk menciptakan energi, seperti halnya matahari.

Tapi para ahli berpikir Anda bisa membuat tokamak dalam bentuk lain. Beberapa percaya bahwa membuat tokamak lebih kecil dan lebih ramping dapat membuat mereka lebih baik dalam menangani plasma. Jika para ilmuwan fusi mengusulkan itu benar, maka itu bisa menjadi upgrade yang telah lama ditunggu-tunggu untuk energi nuklir. Berkat penelitian baru-baru ini dan proyek reaktor yang baru diusulkan, bidang ini secara serius berpikir untuk menghasilkan listrik dengan “tokamak berbentuk bola”.

“Indikasi dari percobaan sampai sekarang adalah bahwa [spherical tokamaks] mungkin, pon demi pon, membatasi plasma lebih baik dan karena itu membuat reaktor fusi yang lebih baik,” kata Steven Cowley, direktur Princeton Plasma Physics Laboratory.

[Related: Physicists want to create energy like stars do. These two ways are their best shot.]

Jika Anda bertanya-tanya bagaimana daya fusi bekerja, itu adalah proses yang sama yang digunakan matahari untuk menghasilkan panas dan cahaya. Jika Anda dapat mendorong jenis atom hidrogen tertentu melewati gaya elektromagnetik yang memisahkannya dan menghancurkannya bersama-sama, Anda mendapatkan helium dan a banyak energi—tanpa polusi atau emisi karbon.

Kedengarannya luar biasa. Masalahnya adalah, untuk memaksa atom bersama-sama dan membuat reaksi tersebut terjadi, Anda perlu mencapai suhu langit jutaan derajat untuk periode waktu yang berkelanjutan. Itu tolok ukur yang sulit, dan itu salah satu alasan mengapa cawan suci fusi—reaksi yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang Anda masukkan ke dalamnya, juga dikenal sebagai titik impas dan perolehan—tetap sulit dipahami.

See also  Apa itu 'penyemaian awan'? | Ilmu pengetahuan populer

Tokamak, secara teori, adalah salah satu cara untuk mencapainya. Idenya adalah bahwa dengan hati-hati memahat plasma dengan elektromagnet kuat yang melapisi kulit donat, ilmuwan fusi dapat menjaga reaksi super panas itu. Tapi tokamaks telah digunakan sejak 1950-an, dan meskipun optimisme terus berlanjut, mereka tidak pernah mampu membentuk plasma seperti yang mereka butuhkan untuk memenuhi janji mereka.

Tapi ada cara lain untuk membuat fusi di luar tokamak, yang disebut fusi kurungan inersia (ICF). Untuk ini, Anda mengambil pelet hidrogen berukuran butiran pasir, menempatkannya di dalam wadah khusus, meledakkannya dengan sinar laser, dan membiarkan gelombang kejut yang dihasilkan mengacak-acak bagian dalam pelet menjadi fusi awal. Tahun lalu, reaktor ICF di California lebih dekat daripada yang pernah dicapai siapa pun pada tonggak energi itu. Sayangnya, pada tahun-tahun berikutnya, fisikawan belum mampu membuat kilatan itu terjadi lagi.

Cerita seperti ini menunjukkan bahwa jika ada metode alternatif, peneliti tidak akan ragu untuk melakukannya.

Gagasan memangkas tokamak muncul pada 1980-an, ketika fisikawan teoretis—diikuti oleh simulasi komputer—mengusulkan bahwa bentuk yang lebih kompak dapat menangani plasma lebih efektif daripada tokamak tradisional.

Tidak lama kemudian, kelompok di Culham Center for Fusion Energy di Inggris dan Universitas Princeton di New Jersey mulai menguji desain. “Hasilnya hampir seketika sangat bagus,” kata Cowley. Itu bukan sesuatu yang bisa dikatakan fisikawan dengan setiap desain ruang baru.

Tokamak lithium berbentuk lebih klasik di Laboratorium Fisika Plasma. Departemen Energi AS

Terlepas dari namanya, tokamak bulat bukanlah bola yang sebenarnya: Ini lebih seperti kacang yang tidak dikupas. Bentuk ini, menurut para pendukung, memberikan beberapa keuntungan utama. Ukuran yang lebih kecil memungkinkan magnet ditempatkan lebih dekat ke plasma, mengurangi energi (dan biaya) yang dibutuhkan untuk benar-benar memberi daya. Plasma juga cenderung bertindak lebih stabil dalam tokamak bulat selama reaksi.

See also  Mengapa berlian 'berkelanjutan' hampir menjadi mitos

Tapi ada juga kekurangannya. Dalam tokamak standar, lubang donat di tengah ruangan berisi beberapa elektromagnet penting itu, bersama dengan kabel dan komponen yang diperlukan untuk menyalakan dan menopang magnet. Perampingan tokamak mengurangi ruang itu menjadi sesuatu seperti inti apel, yang berarti aksesori harus diminiaturisasi agar sesuai. “Teknologi untuk bisa memasukkan semuanya ke dalam lubang sempit di tengah adalah pekerjaan yang cukup sulit,” kata Cowley. “Kami memiliki beberapa awal yang salah tentang itu.”

Di atas masalah pemasangan, menempatkan komponen-komponen itu lebih dekat ke plasma panas angkasa cenderung membuat mereka lebih cepat aus. Di latar belakang, peneliti membuat komponen baru untuk memecahkan masalah tersebut. Di Princeton, satu kelompok telah mengecilkan magnet tersebut dan membungkusnya dengan kabel khusus yang tidak memiliki insulasi konvensional—yang perlu diperlakukan secara khusus dalam proses yang mahal dan rawan kesalahan agar sesuai dengan kondisi keras reaktor fusi. Perkembangan ini tidak menyelesaikan semua masalah, tetapi merupakan langkah bertahap.

[Related: At NYC’s biggest power plant, a switch to clean energy will help a neighborhood breathe easier]

Yang lain bermimpi untuk melangkah lebih jauh. Dunia tokamaks eksperimental saat ini sedang mempersiapkan ITER, reaktor uji berkapasitas rekor yang telah berlangsung sejak 1980-an dan akhirnya akan menyelesaikan konstruksi di Prancis selatan dekade ini. Mudah-mudahan ini akan membuka jalan bagi kekuatan fusi yang layak pada tahun 2040-an.

Sementara itu, ilmuwan fusi telah merancang sesuatu yang sangat mirip di Inggris dengan Tokamak Bulat untuk Produksi Energi, atau STEP. Ruang ini belum selesai—rencana yang paling optimis tidak akan memulai konstruksi sampai pertengahan 2030-an dan mulai menghasilkan listrik sampai sekitar 2040—tetapi ini merupakan indikasi bahwa para insinyur menganggap desain tokamak bulat dengan cukup serius.

See also  Dinas Kehutanan memiliki panduan untuk meledakkan kuda mati

“Salah satu hal yang harus selalu kita lakukan adalah bertanya pada diri sendiri: ‘Jika saya membangun reaktor hari ini, apa yang akan saya bangun?’” kata Cowley. Tokamak berbentuk bola, menurutnya, mulai memasuki persamaan itu.