Ilmuwan Kini 43 Detik Lebih Dekat Hasilkan Energi Tanpa Batas

MUNICH – Energi nuklir yang kita kenal saat ini dihasilkan melalui fisi, sebuah proses pembelahan inti atom yang menghasilkan listrik tanpa memancarkan gas rumah kaca. Namun, masalah utama dari fisi adalah produk sampingannya berupa limbah radioaktif dari penggunaan bahan bakar uranium.

Dikutip dari Popular Mechanics pada Sabtu (19/7), fusi nuklir adalah proses yang sama yang menggerakkan bintang-bintang, seperti Matahari kita. Di dalam bintang, inti-inti hidrogen saling bertabrakan di bawah tekanan dan panas yang intens, berfusi menjadi helium dan melepaskan ledakan energi yang sangat besar. Para ilmuwan telah lama ingin menciptakan kembali fusi di Bumi karena dapat menghasilkan energi bersih dan hampir tak terbatas, tanpa emisi karbon, dan jauh lebih sedikit limbah radioaktif dibandingkan pembangkit listrik tenaga nuklir saat ini.

Reaktor fusi masih dalam tahap percobaan. Sebagian besar ilmuwan berfokus pada pengembangan jenis reaktor yang disebut tokamak, yang menggunakan kumparan magnet untuk mengurung plasma dalam ruang berbentuk donat guna menghasilkan medan magnet. Namun, ada juga desain serius lainnya yang disebut stellarator, yang turut menjadi fokus penelitian.

Stellarator merupakan desain reaktor fusi yang lebih kompleks dibandingkan tokamak, terutama pada bagian kumparan magnetnya, namun menawarkan fleksibilitas yang lebih besar. Stellarator mampu mempertahankan plasma dengan daya lebih rendah dan memiliki fitur desain yang memudahkan pengendalian plasma. Salah satu contoh raksasa ini adalah Stellarator Wendelstein 7-X di Jerman, yang baru-baru ini mencetak rekor dalam... ya, "penghancuran atom."

Dalam percobaan terbarunya, para peneliti di Institut Max Planck untuk Fisika Plasma berhasil mempertahankan reaksi plasma yang stabil di Wendelstein 7-X selama 43 detik. Ini merupakan pencapaian penting karena durasi tersebut mencapai tingkat kinerja "tiga produk" yang diperlukan untuk fusi nuklir yang layak dan merupakan hasil terbaik sepanjang masa untuk semua stellarator.

Rekor Baru

Meski 43 detik terdengar singkat, durasi ini kini menjadi periode plasma terpanjang yang pernah dicapai dalam fusi nuklir, termasuk oleh tokamak. Sebelumnya, rekor durasi plasma dipegang oleh JT60U Tokamak di Jepang yang kini tidak beroperasi, dan JET European Tokamak di Inggris, yang diklaim memiliki volume plasma tiga kali lipat lebih besar.

Produk tiga kali lipat mengukur seberapa dekat reaktor fusi dalam mencapai tingkat produksi energi 'impas' yang mandiri—titik di mana reaktor menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsinya. Tiga faktor yang memengaruhi produk tiga kali lipat adalah densitas partikel terionisasi yang mengalir melalui plasma panas, suhu ion yang difusikan, dan waktu pengurungan energi (berapa lama waktu yang dibutuhkan panas untuk keluar dari plasma yang tidak dipanaskan kembali). Waktu pengurungan yang lebih lama berarti insulasi yang lebih baik.

Tidak seperti reaktor fisi, yang menggunakan unsur berat seperti uranium, reaktor fusi mengandalkan unsur yang lebih ringan (seperti ion hidrogen deuterium dan tritium), yang membantu mereka menghindari pembentukan limbah nuklir beracun.

Injektor bahan bakar untuk Wendelstein 7-X diciptakan khusus untuk stellarator ini oleh para ilmuwan di Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) Departemen Energi AS, yang juga berperan penting dalam mengembangkan jenis reaktor lainnya. Beberapa laboratorium Eropa—termasuk Pusat Penelitian Energi, Lingkungan, dan Teknologi (CIEMAT) di Spanyol dan Pusat Penelitian Energi HUN-REN di Budapest—berkontribusi dalam pengembangan pelet bahan bakar ini.

Saat plasma dipanaskan dengan gelombang mikro selama 43 detik yang memecahkan rekor tersebut, injektor bahan bakar menyediakan 90 pelet ion hidrogen beku untuk stellarator. Sistem pemanas gelombang mikro menggunakan resonansi siklotron elektron—metode fusi yang paling efektif, yang menggunakan gelombang elektromagnetik untuk memanaskan dan mengionisasi plasma hingga suhu yang (dalam kasus ini) mencapai 30 juta derajat Celcius (sekitar 54 juta derajat Fahrenheit).  

Karena keberhasilan bergantung pada keseimbangan pemanasan dengan pulsa bahan bakar yang masuk, injektor pelet diprogram dengan laju pulsa otomatis, sebuah langkah yang belum pernah terjadi sebelumnya.