Selama berabad-abad, manusia telah memimpikan memanfaatkan kekuatan matahari untuk memberi energi pada kehidupan kita di Bumi. Tapi kita ingin lebih jauh mengumpulkan energi matahari, dan suatu hari bisa menghasilkan matahari mini. Jika kita mampu memecahkan masalah ilmiah dan teknik yang sangat kompleks, janji energi fusi a hijau, aman, sumber energi tak terbatas. Dari saja satu kilogram deuterium diambil dari air per hari Bisa datang cukup listrik untuk menyalakan ratusan ribu rumah.

Karena 1950s, penelitian ilmiah dan teknik memiliki menghasilkan kemajuan besar menuju memaksa atom hidrogen untuk menyatu dalam reaksi mandiri - dan juga a kecil tapi bisa dibuktikan dari energi fusi Skeptis dan pendukungnya sama perhatikan dua tantangan tersisa yang paling penting: pertahankan reaksi dalam jangka waktu yang lama dan buat struktur material untuk memanfaatkan daya fusi untuk listrik.

Sebagai peneliti fusi di Laboratorium Fisika Plasma Princeton, kita tahu bahwa secara realistis, pembangkit listrik fusi komersial pertama masih setidaknya 25 tahun lagi. Tapi potensi keuntungan luar biasa untuk sampai pada paruh kedua abad ini berarti kita harus terus bekerja. Demonstrasi besar kelayakan fusi dapat dilakukan lebih awal - dan harus, agar daya fusi dapat digabungkan ke dalam perencanaan masa depan energi kita.

Tidak seperti bentuk pembangkit listrik lainnya, seperti solar, gas alam dan fisi nuklir, fusi tidak dapat dikembangkan dalam bentuk miniatur dan kemudian ditingkatkan. Langkah eksperimentalnya besar dan butuh waktu untuk membangun. Tapi masalah berlimpah, energi bersih akan menjadi panggilan besar untuk umat manusia untuk abad berikutnya dan seterusnya. Akan sangat bodoh untuk tidak memanfaatkan sepenuhnya sumber energi yang paling menjanjikan ini.

Mengapa kekuatan fusi?

Dalam fusi, dua inti atom hidrogen (isotop deuterium dan tritium) sekering bersama. Hal ini relatif sulit dilakukan: Kedua inti bermuatan positif, dan karena itu saling tolak. Hanya jika mereka bergerak sangat cepat saat bertabrakan mereka akan menghancurkan bersama, menyatu dan dengan demikian melepaskan energi yang kita cari.

Hal ini terjadi secara alami di bawah sinar matahari. Di sini, di Bumi, kita menggunakan magnet kuat untuk menampung gas deuterium dan tritium nuklei dan elektron yang sangat panas. Gas bermuatan panas ini disebut plasma.

Plasma sangat panas - lebih dari 100 juta derajat Celcius - bahwa inti bermuatan positif bergerak cukup cepat untuk mengatasi tolakan dan sekering listrik mereka. Ketika sekering inti, mereka membentuk dua partikel energik - partikel alfa (inti atom helium) dan neutron.

Pemanasan plasma pada suhu tinggi membutuhkan energi dalam jumlah besar - yang harus dimasukkan ke dalam reaktor sebelum fusi dapat dimulai. Tapi begitu itu terjadi, fusi memiliki potensi untuk menghasilkan energi yang cukup untuk mempertahankan panasnya sendiri, yang memungkinkan kita untuk menarik kelebihan panas agar berubah menjadi listrik yang bisa digunakan.

Bahan bakar untuk daya fusi berlimpah di alam. Deuterium berlimpah di air, dan reaktor itu sendiri bisa buat tritium dari lithium. Dan tersedia untuk semua negara, yang sebagian besar bebas dari sumber daya alam setempat.

Daya fusi bersih. Ini tidak menghasilkan gas rumah kaca, dan hanya menghasilkan helium dan neutron.

Itu aman. Ada tidak ada kemungkinan untuk reaksi pelarian, seperti "kehancuran" nuklir. Sebaliknya, jika ada kerusakan, plasma mendingin, dan reaksi fusi berhenti.

Semua atribut ini telah memotivasi penelitian selama beberapa dekade, dan menjadi semakin menarik seiring berjalannya waktu. Tapi hal positif disesuaikan dengan tantangan ilmiah fusi yang signifikan.

Kemajuan sampai saat ini

Kemajuan fusi dapat diukur dengan dua cara. Yang pertama adalah kemajuan luar biasa dalam pemahaman dasar tentang plasma suhu tinggi. Ilmuwan harus mengembangkan bidang fisika baru - fisika plasma - untuk memahami metode untuk membatasi plasma di medan magnet yang kuat, dan kemudian berevolusi kemampuan untuk memanaskan, menstabilkan, mengendalikan turbulensi dan mengukur sifat plasma superhot.

Teknologi terkait juga berkembang pesat. Kita punya mendorong perbatasan di magnet, dan sumber gelombang elektromagnetik dan balok partikel mengandung dan memanaskan plasma. Kami juga telah mengembangkan teknik sehingga Bahan bisa menahan panas yang memanas dari plasma dalam eksperimen saat ini.

Sangat mudah untuk menyampaikan metrik praktis yang melacak perjalanan fusi untuk komersialisasi. Kepala di antara mereka adalah kekuatan fusi yang telah dihasilkan di laboratorium: Fusion pembangkit listrik meningkat dari miliwatt untuk mikrodetik di 1970 ke 10 megawatt kekuatan fusi (di Princeton Plasma Physics Laboratory) dan 16 megawatt untuk satu detik (di Torus Eropa Bersama di Inggris) di 1990.

Bab baru dalam penelitian

Kini komunitas ilmiah internasional bekerja dalam kesatuan untuk membangun fasilitas penelitian fusi yang besar di Prancis. Bernama ITER (Bahasa Latin untuk "jalan"), tanaman ini akan menghasilkan sekitar 500 megawatt daya fusi termal selama sekitar delapan menit setiap kalinya. Jika kekuatan ini diubah menjadi listrik, bisa jadi kekuatan rumah 150,000. Sebagai percobaan, ini akan memungkinkan kita untuk menguji masalah sains dan teknik utama dalam persiapan pembangkit listrik fusi yang akan berfungsi terus menerus.

ITER menggunakan desain yang dikenal sebagai "tokamak, "Awalnya akronim Rusia. Ini melibatkan plasma berbentuk donat, terbatas pada medan magnet yang sangat kuat, yang sebagian diciptakan oleh arus listrik yang mengalir di plasma itu sendiri.

Meskipun dirancang sebagai proyek penelitian, dan tidak dimaksudkan untuk menjadi penghasil energi listrik bersih, ITER akan menghasilkan energi fusi 10 lebih banyak daripada megawatt 50 yang dibutuhkan untuk memanaskan plasma. Ini adalah langkah ilmiah yang besar, menciptakan yang pertama "membakar plasma, "Di mana sebagian besar energi yang digunakan untuk memanaskan plasma berasal dari reaksi fusi itu sendiri.

ITER didukung oleh pemerintah yang mewakili setengah populasi dunia: Cina, Uni Eropa, India, Jepang, Rusia, Korea Selatan dan Amerika Serikat Ini adalah pernyataan internasional yang kuat tentang perlunya, dan janji, energi fusi.

Jalan ke depan

Dari sini, jalur yang tersisa menuju daya fusi memiliki dua komponen. Pertama, kita harus melanjutkan penelitian tentang tokamak. Ini berarti memajukan fisika dan teknik sehingga kita dapat mempertahankan plasma dalam keadaan stabil selama berbulan-bulan pada suatu waktu. Kita perlu mengembangkan bahan yang bisa menahan sejumlah panas setara dengan seperlima fluks panas di permukaan matahari dalam waktu lama. Dan kita harus mengembangkan bahan yang akan menyelimuti inti reaktor untuk menyerap neutron dan membiakkan tritium.

Komponen kedua di jalan menuju fusi adalah mengembangkan gagasan yang meningkatkan daya tarik fusi. Empat gagasan tersebut adalah:

1) Menggunakan komputer, mengoptimalkan desain reaktor fusi dalam batasan fisika dan teknik. Di luar apa yang manusia bisa hitung, desain yang dioptimalkan ini bisa dihasilkan bentuk donat yang bengkok yang sangat stabil dan bisa beroperasi secara otomatis selama berbulan-bulan. Mereka disebut "bintang" dalam bisnis fusi.

2) Mengembangkan magnet superkonduktor suhu tinggi baru yang bisa lebih kuat dan lebih kecil dari hari ini yang terbaik. Itu akan memungkinkan kita membangun reaktor fusi yang lebih kecil dan cenderung lebih murah.

3) Menggunakan logam cair, bukan yang padat, sebagai bahan seputar plasma. Logam cair tidak pecah, menawarkan solusi yang mungkin untuk tantangan besar bagaimana bahan sekitarnya mungkin berperilaku saat berhubungan dengan plasma.

4) Sistem bangunan yang mengandung plasma berbentuk donat tidak ada lubang di tengahnya, membentuk a Bentuk plasma hampir seperti bola. Beberapa pendekatan ini juga bisa berfungsi dengan medan magnet yang lebih lemah. Ini "kompak toriPendekatan "dan" lapangan rendah "juga menawarkan kemungkinan pengurangan ukuran dan biaya.

Program penelitian yang disponsori pemerintah di seluruh dunia sedang mengerjakan elemen kedua komponen - dan akan menghasilkan temuan yang menguntungkan semua pendekatan terhadap energi fusi (dan juga pemahaman kita tentang plasma di alam semesta dan industri). Di masa lalu 10 sampai 15 tahun, perusahaan yang didanai swasta juga ikut bergabung, terutama untuk mencari terobosan tori kompak dan lapangan rendah. Kemajuan akan datang dan akan membawa energi berlimpah, bersih dan aman dengannya.

Tentang Penulis

Stewart Prager, Profesor Astrophysical Science, mantan direktur Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University dan Michael C. Zarnstorff, Deputi Direktur Penelitian, Laboratorium Fisika Plasma Princeton, Princeton University

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

[Catatan Editor: Ini a pesan peringatan tentang energi fusi.]

Buku terkait:

at Pasar InnerSelf dan Amazon