Update Teknologi: Pembangkit Listrik Bereaktor Fusi Pertama di Dunia

ITER dengan basis kriostat seberat 1.400 ton diturunkan ke dalam lubang reaktor tokamak.

Artikel ini saya tujukan untuk para peminat sains, dengan informasi terbaru dari majalah Popular Mechanics edisi Afrika Selatan, Oktober - November 2021. Ini adalah artikel pertama saya dengan konten perkembangan teknologi yang paling baru, yaitu reaktor fusi.

Sejak dulu saya sangat gemar membaca Popular Mechanics, bahkan mengoleksi versi e-booknya mulai dari edisi 1904.

Yang dimaksud dengan fusi dalam judul artikel ini tentunya adalah fusi nuklir yang dipelajari dalam Fisika Nuklir. Fusi nuklir adalah reaksi di mana 2 atau lebih nukleus atom bergabung membentuk 1 atau lebih nukleus atom yang berbeda, plus partikel subatomik (netron atau proton).

Perbedaan massa antara reaktan dan hasil reaksi fusi dimanifestasikan sebagai pelepasan atau penyerapan energi. Perbedaan massa itu timbul karena adanya perbedaan energi ikat atom di antara nukleus-nukleus sebelum dan sesudah reaksi. Kebalikan fusi adalah fisi.

Unsur-unsur kimia yang digunakan dalam reaksi fusi nuklir tentunya adalah unsur-unsur radioatif, lihat unusr-unsur terkait dalam artikel saya: e-Library Kompasiana: Tabel Periodik.

Fusi nuklir telah ada selama beberapa dekade, tetapi sekarang, masa depan yang telah lama dijanjikan akan segera tiba. Dengan puluhan miliar dolar yang dipertaruhkan, Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional (International Thermonuclear Experimental Reactor/ITER) hampir siap untuk dinyalakan, 35 tahun setelah para pemimpin dunia, termasuk Ronald Reagan dan Mikhail Gorbachev, mengusulkan sebuah kerjasama internasional.

Tokamak (sebuah reaktor plasma) eksperimental di mana sebuah plasma bermuatan yang sangat panas menciptakan kondisi yang diperlukan bagi atom-atom untuk berfusi dan melepaskan energi dalam jumlah besar, adalah salah satu dari segelintir 'matahari mini' yang sangat mahal yang sedang dikembangkan di seluruh dunia. 

Tokamak bisa dikatakan sebagai penentu arah untuk fusi swasembada, mengingat bahwa 7 negara telah berbagi biaya tinggi yang diinvestasikan untuk keberhasilan tokamak.

Selama ini, para enjinir telah mendesain dan membuat rencana 1 juta komponen yang dibutuhkan untuk reaktor itu. Pada Mei 2020, mereka akhirnya memasang bagian permanen pertama di rekator di kampus Provence, Prancis, sebuah basis baja untuk cangkang luar reaktor, yang membutuhkan waktu 10 tahun untuk menempa dan mengelasnya.

Bagian ini adalah fondasi untuk "termos raksasa" atau kriostat, yang menahan reaktor dan menampung panasnya. Kriostat akan dibuat dari 54 bagian yang digabungkan menjadi 4 bagian utama, dan beratnya lebih dari 3.800 ton.

Ini adalah langkah besar menuju 2025, ketika ITER akan memasang semua bagian inti reaktor yang terintegrasi penuh, dan siap untuk memproduksi plasma pertamanya.

Pada November 2021 nanti, untuk menandai peringatan 40 tahun KTT Jenewa AS-Soviet yang bersejarah, antara Reagan dan Gorbachev, reaktor itu akan memulai proses pemanasan selama sebulan hingga 150 juta C, dengan 3 elemen pemanas yang membangkitkan daya gabungan 50 MW, cukup untuk sekitar 10.000 rumah.

Itu akan membawa plasma ke temperatur 10 kali lebih besar dari matahari di reaktor berbentuk donat untuk menghasilkan energi sebesar 500 MW yang akan meletus secara singkat.

Fusi Matahari ditenagai oleh tumbukan inti Hidrogen (nomor atom 1) yang berfusi dan membuat Helium (nomor atom 2) sambil melepaskan energi, tetapi inti dari tokamak ITER adalah deuterium dan tritium rangkap 2 yang lebih efisien, 2 isotop Hidrogen yang
melepaskan lebih banyak energi ketika dihancurkan bersama.

Pada Desember 2025, setelah ITER cukup panas, reaksi plasma pertama akan berlangsung hanya beberapa milidetik untuk menunjukkan bahwa pabrik yang terintegrasi penuh itu siap untuk beroperasi.

Dari sana, pabrik akan luring untuk pemasangan bagian akhir sebelum rencana ITER fusi berskala penuh untuk pertengahan 2030-an.

Setelah masa inkubasi yang panjang dan uji plasma yang semakin lama, ITER berusaha mencapai keadaan yang disebut plasma ternyalakan. Ini berarti reaksi Deuterium-Tritium menjadi mandiri, tidak ada energi yang diperlukan agar reaksi berlanjut.

ITER didesain untuk menjadi pembangkit listrik yang berfungsi, sekaligus merupakan bukti konsep untuk komponen-komponennya. Kekhawatiran terbesar para ilmuwan adalah seberapa baik setiap bagian reaktor menahan plasma dan panas yang dihasilkannya.

Bukan hanya karena plasma yang terus bergerak, tetapi disrupsi dalam bentuk apa pun bisa mendinginkan reaktor dalam hitungan detik dan membuatnya kehilangan keadaan plasma.

Di dalam reaktor, plasma terus dibuat mengalir oleh elektromagnet-elektromagnet superkonduktor yang terbuat dari gulungan kawat melingkar. Sebuah solenoid pusat, yaitu gulungan kawat dalam bentuk sebuah pembuka botol, didukung oleh sejumlah kecil kumparan eksternal dan kumparan koreksi.

Kumparan-kumparan ini terbuat dari superkonduktor Niobium-timah (Nb3Sn) dan Niobium-Titanium (NbTi). Semua rakitan kumparan disimpan dalam ruang bertekanan vakum tinggi (kriostat).

Magnet-magnet ditahan pada temperatur dingin kriogenik -269C untuk membantu menciptakan penyangga temperatur.

Pelindung termal yang didinginkan secara aktif mengurangi beban panas radiasi yang ditransfer oleh radiasi termal dan konduksi dari komponen-komponen hangat (bejana) ke komponen dingin (magnet-magnet), dan keseluruhan tokamak seberat 23.000 ton didinginkan oleh air yang bersirkulasi.

Fokus komponen demi komponen ITER mencerminkan tujuan yang lebih besar di bidang nuklir untuk membuat fusi yang bukan hanya layak, tetapi juga modular.

Alih-alih reaktor yang didesain untuk lokasi tertentu, para enjinir nuklir generasi sekarang  mencari suku cadang yang lebih mudah dibuat dan diuji.

ITER mewujudkan pendekatan modular dengan menyatukan bagian-bagian teknologi individu secara sukses ke dalam rakitan penuh terbesar yang pernah ada.

Dengan informasi yang ada tentang tokamak-tokamak kecil, para ilmuwan ITER merasa yakin dengan tujuan mereka, tetapi masa depan bukanlah hal yang pasti, sebelum masa depan itu terjadi.

Kepustakaan:
1. The World's First Fusion Reactor is (Almost) Ready to Turn on, Popular Mechanics, South Africa, September/October 2021, hlm. 18-19.
2. Diary Johan Japardi.
3. Berbagai sumber daring.

Jonggol, 24 Agustus 2021

Johan Japardi