Satu anekdot diketahui: fusi nuklir akan terjadi dalam dua puluh tahun. Akan selalu dalam dua puluh tahun. Lelucon ini, yang sekarang tidak lagi lucu, tumbuh dari optimisme para ilmuwan yang pada 1950-an (dan setiap dekade berikutnya) percaya bahwa fusi nuklir tinggal 20 tahun lagi. Sekarang anekdot ini dianggap serius oleh sebuah startup - yang berasal dari MIT (Massachusetts Institute of Technology), sebuah institusi yang sangat dihormati dan terkenal: Commonwealth Fusion Technologies. Startup ini berjanji untuk meluncurkan reaktor fusi nuklir yang berfungsi dalam 15 tahun. Menjanjikan energi yang murah, bersih, dan tidak terbatas yang akan menyelesaikan semua krisis bahan bakar fosil dan perubahan iklim. Jadi mereka berkata: "sumber energi yang berpotensi tidak pernah habis dan bebas karbon."
Satu-satunya masalah: kami telah mendengar ini berkali-kali sebelumnya. Apa bedanya kali ini?
Klise terkenal lainnya menyangkut energi fusi. Idenya sederhana: Anda meletakkan matahari di dalam botol. Yang tersisa hanyalah membuat botol. Energi fusi memberi daya pada bintang-bintang, tetapi membutuhkan kondisi yang sangat panas dan padat agar plasma dapat bekerja.
Sejumlah besar energi dapat dilepaskan ketika dua inti cahaya berfusi bersama: fusi deuterium-tritium, yang dilakukan sebagai bagian dari eksperimen ITER, mengeluarkan 17,6 MeV per reaksi, satu juta kali lebih banyak energi per molekul daripada yang Anda dapatkan dari ledakan TNT. Tetapi untuk melepaskan energi ini, Anda perlu mengatasi tolakan elektrostatis yang kuat di antara inti atom, yang keduanya bermuatan positif. Interaksi yang kuat pada jarak pendek mengarah pada fusi yang melepaskan semua energi ini, tetapi inti harus dibawa sangat dekat - pada femtometer. Di bintang, ini terjadi dengan sendirinya karena tekanan gravitasi kolosal pada material, tetapi di Bumi ini lebih sulit.
Pertama, Anda perlu mencoba menemukan bahan yang akan bertahan setelah terpapar suhu ratusan juta derajat Celcius.
Plasma terdiri dari partikel bermuatan; materi dan elektron terhanyut. Itu dapat ditahan di tempat oleh medan magnet yang melipat plasma menjadi lingkaran. Manipulasi dengan medan magnet juga memungkinkan untuk memampatkan plasma ini. Pada 1950-an dan 1960-an, seluruh generasi perangkat dengan nama eksotis muncul: Stellarator, Maybeatron, Z-Pinch, dirancang untuk ini. Tapi plasma yang mereka coba pegang tidak stabil. Plasma sendiri menghasilkan medan elektromagnetik, hal ini dapat dijelaskan dengan teori magnetohidrodinamika yang sangat kompleks. Sedikit penyimpangan atau kerusakan pada permukaan plasma dengan cepat lepas kendali. Singkatnya, perangkat tidak berfungsi sebagaimana mestinya.
Uni Soviet mengembangkan perangkat tokamak yang menawarkan kinerja yang jauh lebih baik. Pada saat yang sama, laser ditemukan, memungkinkan jenis sintesis baru - sintesis dengan pengurungan inersia.
Dalam hal ini, tidak perlu lagi menahan pembakaran plasma di medan magnet; perlu dikompres dengan ledakan menggunakan laser dalam waktu singkat. Tetapi percobaan dengan kurungan inersia juga mengalami ketidakstabilan. Mereka telah berjalan sejak tahun 1970-an dan mungkin suatu hari akan berhasil, tetapi yang terbesar hingga saat ini - National Ignition Laboratory di Livermore, California - tidak pernah mencapai titik impas di mana lebih banyak energi akan dihasilkan daripada yang dikeluarkan.
Video promosi:
Harapan besar ada pada ITER, tokamak fusi kurungan magnetis terbesar di dunia, yang masih dalam pembangunan.
Pengembang proyek berharap dapat menyalakan plasma dalam waktu 20 menit untuk menghasilkan listrik 500 MW dengan input nominal 50 MW. Eksperimen fusi penuh direncanakan untuk tahun 2035, tetapi masalah dengan kerja sama internasional antara AS, Uni Soviet (saat itu masih), Jepang, dan Eropa menyebabkan penundaan yang lama dan peregangan anggaran. Proyek ini terlambat 12 tahun dan menelan biaya $ 13 miliar. Ini tidak jarang untuk proyek yang membutuhkan instalasi besar untuk dibangun.
Menurut rencana ITER, reaktor fusi termonuklir pertama, yang akan beroperasi sebagai pembangkit listrik, menyalakan dan mendukung fusi, DEMO, harus mulai beroperasi pada tahun 2040 atau bahkan 2050. Dengan kata lain, fusi nuklir … akan berlangsung dalam dua puluh tahun. Ada kecenderungan untuk menyelesaikan masalah ketidakstabilan dengan membangun lebih banyak fasilitas. ITER akan lebih besar dari JET, dan DEMO akan lebih besar dari ITER.
Selama bertahun-tahun, banyak tim menantang kolaborasi internasional dengan desain yang lebih kecil. Pertanyaannya bukanlah kecepatan, tetapi kepraktisan. Jika benar-benar dibutuhkan miliaran dolar dan puluhan tahun untuk membangun reaktor fusi, apakah itu sepadan? Siapa yang akan membiayai pembangunannya? Mungkin pada saat tokamak yang berfungsi dibangun, kombinasi panel surya dan baterai baru akan memberi kita energi yang akan lebih murah daripada yang dibuat di tokamak. Beberapa proyek - bahkan "fusi dingin" yang terkenal buruk - ternyata palsu atau tidak berfungsi.
Yang lainnya perlu lebih diperhatikan. Startup dengan desain reaktor fusi baru - atau, dalam beberapa kasus, versi revisi dari upaya lama.
Tri Alpha mengharapkan untuk menabrak awan plasma dalam struktur yang mengingatkan pada Large Hadron Collider, dan kemudian menahan plasma sintesis dalam medan magnet cukup lama untuk mencapai titik impas dan menghasilkan tenaga. Mereka berhasil mencapai suhu yang diperlukan dan kurungan plasma dalam beberapa milidetik, dan juga mengumpulkan lebih dari $ 500 juta dalam bentuk modal ventura.
The Lockheed Martin Skunk Works, yang terkenal dengan proyek rahasia mereka, membuat percikan pada tahun 2013 dengan mengumumkan bahwa mereka sedang mengerjakan reaktor fusi kompak 100 MW seukuran mesin jet. Saat itu, mereka menyatakan bahwa prototipe akan siap dalam lima tahun. Tentu saja, mereka tidak mengungkapkan detail desainnya. Pada tahun 2016, dipastikan bahwa proyek tersebut menerima dana, tetapi banyak yang sudah kehilangan kepercayaan dan menjadi skeptis.
Dan dengan latar belakang semua aib ini, para ilmuwan MIT menyerbu ke dalam ring. Bob Mumgaard, CEO Commonwealth Fusion Energy, berkata: “Kami berkomitmen untuk menyediakan tempat kerja tepat waktu untuk memerangi perubahan iklim. Kami pikir sains, kecepatan, dan skala proyek akan memakan waktu lima belas tahun."
Proyek baru MIT menganut desain tokamak, seperti yang telah dilakukan di masa lalu. Perangkat SPARC seharusnya menghasilkan 100 MW energi dalam pulsa kurungan 10 detik. Sudah mungkin untuk mendapatkan energi dari pulsa sebelumnya, tetapi titik impaslah yang benar-benar menarik para ilmuwan.
Saus khusus dalam hal ini adalah magnet superkonduktor suhu tinggi baru yang terbuat dari oksida tembaga yttrium-barium. Mengingat bahwa HTSM dapat menciptakan medan magnet yang lebih kuat pada suhu yang sama dengan magnet konvensional, plasma dapat dimampatkan dengan daya input yang lebih rendah, perangkat magnet yang lebih rendah, dan mencapai kondisi sintesis dalam perangkat yang 65 kali lebih kecil dari ITER. Itu rencananya. Mereka berharap bisa menciptakan magnet superkonduktor dalam tiga tahun ke depan.
Para ilmuwan optimis: "Strategi kami adalah menggunakan fisika konservatif berdasarkan kerja puluhan tahun di MIT dan di tempat lain," kata Martin Greenwald, direktur asosiasi Pusat Ilmu dan Fusion Plasma di MIT. "Jika SPARC mencapai kinerja yang diharapkan, naluri saya menyatakan bahwa SPARC dapat ditingkatkan menjadi pembangkit listrik yang sebenarnya."
Ada banyak proyek dan startup lain yang juga berjanji untuk melewati semua jenis tokamaks dan anggaran kolaborasi internasional. Sulit untuk mengatakan apakah ada di antara mereka yang akan menemukan bahan rahasia untuk sintesis, atau apakah ITER, dengan bobotnya dalam komunitas ilmiah dan dukungan negara, akan menang. Masih sulit untuk mengatakan kapan dan apakah fusi akan menjadi sumber energi terbaik. Sintesis itu sulit. Beginilah sejarah menunjukkan.
Ilya Khel
