Kekuatan energi fusi akhirnya dapat dilepaskan berkat pembaruan fisika baru

Dalam dunia energi terbarukan, mungkin tidak ada tujuan yang lebih ambisius dari energi fusi. Ini melibatkan penggabungan atom hidrogen untuk membentuk helium – sebuah proses yang menghasilkan jumlah energi yang tidak valid sebagai hasilnya. Ini adalah reaksi yang terjadi setiap saat di matahari, tetapi mereplikasinya di Bumi adalah proses yang membosankan dan langka. Namun, jika kami berhasil, kami akan memiliki akses ke sumber listrik terbarukan yang bersih yang memenuhi kebutuhan energi kami yang terus meningkat.

Untuk tujuan ini, para peneliti mengejar fenomena yang disebut “pengapian”, yaitu ketika reaktor fusi menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dibutuhkan untuk membuat reaksi awal. Beberapa upaya besar sedang dilakukan untuk mencapai tujuan ini, termasuk Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional (ITER) di Prancis. Upaya ini menggunakan magnet kuat dalam mesin yang disebut tokamak untuk membuat plasma super panas yang dibuat menggunakan bahan bakar hidrogen.

Tapi inilah masalahnya: Hanya ada begitu banyak bahan bakar hidrogen yang dapat Anda masukkan ke dalam tokamak sebelum semuanya menjadi salah.

“Salah satu batasan dalam membuat plasma di dalam tokamak adalah jumlah bahan bakar hidrogen yang dapat Anda injeksikan ke dalamnya,” kata Paolo Ricci, peneliti di Pusat Plasma Swiss. Dia mengatakan dalam siaran pers. “Dari hari-hari awal fusi, kami tahu bahwa jika Anda mencoba untuk meningkatkan kepadatan bahan bakar, di beberapa titik akan ada apa yang kami sebut ‘turbulensi’ – Anda pada dasarnya kehilangan jebakan sepenuhnya, dan plasma pergi ke mana ini.”

Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan mulai mencari persamaan yang berbeda untuk mengukur jumlah maksimum hidrogen yang dapat Anda masukkan ke dalam tokamak sebelum jeda. Salah satu hukum yang melekat padanya dan menjadi andalan dalam dunia penelitian fusi dikenal sebagai “Batas Greenwald”, yang menyatakan bahwa jumlah bahan bakar yang dapat digunakan tokamak berhubungan langsung dengan jari-jari mesin. Para peneliti di balik ITER bahkan membangun perangkat mereka berdasarkan undang-undang ini.

Tapi, bahkan batas Greenwald tidak sempurna.

“Batas Greenwald adalah apa yang kami sebut hukum atau batas ‘eksperimental’, yang pada dasarnya berarti seperti aturan umum berdasarkan pengamatan yang dilakukan pada eksperimen sebelumnya,” Alex Zilstra, fisikawan eksperimental di Lawrence Livermore National Laboratory di California, mengatakan kepada The Daily Beast di email. “Ini sangat berguna, tetapi kami selalu harus berhati-hati saat menerapkannya di luar keadaan di mana kami memiliki data dari uji coba.”

Itulah mengapa Ritchie dan timnya menantang keyakinan teguh ini pada kertas baru Diterbitkan pada 6 Mei di majalah Surat pemeriksaan fisik. Di dalamnya, mereka berhipotesis bahwa batas Greenwald sebenarnya bisa dinaikkan hampir dua kali lipat — hampir dua kali jumlah bahan bakar hidrogen yang akan masuk ke tokamak untuk menghasilkan plasma. Temuan mereka dapat meletakkan dasar bagi reaktor fusi masa depan seperti DEMO – penerus reaktor ITER yang saat ini sedang dikembangkan – untuk akhirnya mencapai pengapian.

“Ini penting karena menunjukkan bahwa intensitas yang dapat Anda capai dalam tokamak meningkat dengan kekuatan yang Anda butuhkan untuk menjalankannya,” kata Ritchie. “Faktanya, DEMO akan beroperasi pada daya yang jauh lebih tinggi daripada tokamaks dan ITER saat ini, yang berarti Anda dapat menambahkan lebih banyak kepadatan bahan bakar tanpa mengurangi output, tidak seperti Hukum Greenwald. Dan ini adalah berita yang sangat bagus.”

Zylstra menganggap penemuan tim itu penting karena menjelaskan mengapa reaktor fusi juga memiliki batas. Ini juga menyatakan bahwa desain tokamak seperti ITER atau DEMO dapat “tidak terlalu membatasi dari yang diperkirakan sebelumnya”. Dengan kepadatan bahan bakar dua kali lipat, ini dapat secara dramatis meningkatkan output daya tokamak – dan akhirnya membuat kita menyala.

“Fusion adalah masalah yang sangat menantang – baik secara ilmiah maupun teknologi, dan membuat kekuatan fusi menjadi kenyataan membutuhkan banyak kemajuan selangkah demi selangkah,” tambah Zilstra. “Jika penelitian ini divalidasi lebih lanjut, terutama pada mesin seperti ITER, tentu akan membantu komunitas fusi magnetik untuk merancang dan meningkatkan desain masa depan untuk fasilitas eksperimental dan pembangkit listrik.”