Munculnya reaktor termonuklir telah diperkirakan selama lebih dari setengah abad. Harapan terlalu panas sehingga teori konspirasi yang sangat populer telah muncul, seolah-olah sebenarnya telah ditemukan sejak lama, tetapi para raja minyak menyembunyikan penemuan ini dari massa agar tidak kehilangan keuntungan super. Seperti teori konspirasi lainnya, teori semacam itu tidak tahan terhadap kritik dan tetap menjadi topik prosa detektif. Namun, memahami hal ini tidak meniadakan pertanyaan utama: kapan kita akan menguasai energi termonuklir?
BOSTER SUNNY
Reaksi termonuklir (atau reaksi fusi nuklir), di mana fusi inti yang lebih ringan menjadi yang lebih berat, dijelaskan oleh fisikawan pada tahun 1910-an. Dan untuk pertama kalinya diamati oleh ilmuwan Inggris Ernst Rutherford. Pada tahun 1919, ia mendorong helium dengan nitrogen dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen berat. Lima tahun kemudian, Rutherford berhasil menyelesaikan sintesis hidrogen tritium superheavy dari inti hidrogen berat deuterium. Kira-kira pada waktu yang sama, astrofisikawan Arthur Eddington mengajukan hipotesis yang berani bahwa bintang-bintang terbakar karena jalannya reaksi termonuklir di usus mereka. Pada tahun 1937, ilmuwan Amerika Hans Bethe mampu membuktikan terjadinya reaksi termonuklir di Matahari - oleh karena itu, Eddington benar.
Gagasan untuk mereproduksi "api matahari" di Bumi adalah milik fisikawan Jepang Tokutaro Hagiwara, yang pada tahun 1941 menyarankan kemungkinan untuk memulai reaksi termonuklir antara inti hidrogen menggunakan reaksi berantai eksplosif dari fisi uranium - yaitu, ledakan atom akan menciptakan kondisi (suhu dan tekanan ultra-tinggi) untuk memulai fusi termonuklir. Beberapa saat kemudian, Enrico Fermi, yang berpartisipasi dalam pembuatan bom atom Amerika, memiliki gagasan yang sama. Pada tahun 1946, di bawah kepemimpinan Edward Teller, sebuah proyek penelitian tentang penggunaan energi termonuklir diluncurkan di Laboratorium Los Alamos.
Perangkat termonuklir pertama diledakkan oleh militer AS pada tanggal 1 November 1952, di Atol Enewetok di Samudra Pasifik. Kami melakukan percobaan serupa pada tahun 1953. Jadi, umat manusia telah menggunakan fusi termonuklir selama lebih dari enam puluh tahun, tetapi hanya untuk tujuan yang merusak. Mengapa Anda tidak bisa menggunakannya dengan lebih rasional?
PLASMA MASTER
Video promosi:
Dari sudut pandang energi, suhu plasma optimal untuk reaksi termonuklir adalah 100 juta derajat. Ini beberapa kali lebih tinggi dari suhu di bagian dalam Matahari. Bagaimana menjadi?
Fisikawan telah mengusulkan untuk menjaga plasma di dalam "perangkap magnet." Pada awal 1950-an, Andrei Sakharov dan Igor Tamm menghitung konfigurasi medan magnet yang mampu mengompresi plasma menjadi filamen tipis dan mencegahnya jatuh ke dinding ruang. Itu atas dasar skema yang mereka usulkan bahwa banyak tokamak dibuat.
Dipercaya bahwa istilah "TOKAMAK" berasal dari singkatan dari frase "TOroidal CAMERA with Magnetic Coils". Elemen desain utama memang kumparan yang menciptakan medan magnet yang kuat. Ruang kerja tokamak diisi dengan gas. Sebagai hasil dari kerusakan di bawah aksi medan pusaran, terjadi peningkatan ionisasi gas di dalam ruangan, itulah sebabnya ia berubah menjadi plasma. Filamen plasma terbentuk yang bergerak di sepanjang ruang toroidal dan dipanaskan oleh arus listrik longitudinal. Medan magnet menjaga kabel tetap seimbang dan memberikan bentuk yang mencegahnya menyentuh dinding dan membakarnya.
Hingga saat ini, suhu plasma di tokamaks telah mencapai 520 juta derajat. Bagaimanapun, pemanasan adalah awal dari perjalanan. Tokamak bukanlah pembangkit listrik - sebaliknya, tokamak mengkonsumsi energi tanpa memberikan imbalan apa pun. Pembangkit listrik termonuklir harus dibangun di atas prinsip yang berbeda.
Pertama-tama, fisikawan memutuskan bahan bakar. Hampir ideal untuk reaktor daya adalah reaksi yang didasarkan pada fusi inti isotop hidrogen - deuterium dan tritium (D + T), akibatnya terbentuk inti helium-4 dan neutron. Air biasa akan berfungsi sebagai sumber deuterium, dan tritium akan diperoleh dari litium yang diradiasi dengan neutron.
Kemudian plasma harus dipanaskan hingga 100 juta derajat dan dikompresi dengan kuat, tetap dalam keadaan ini untuk waktu yang lama. Dari sudut pandang desain teknik, ini adalah tugas yang sangat kompleks dan mahal. Kompleksitas dan biaya tinggi yang menahan pengembangan arah energi ini untuk waktu yang lama. Perusahaan belum siap untuk membiayai proyek sebesar itu sampai ada keyakinan akan keberhasilannya.
JALAN MENUJU MASA DEPAN
Uni Soviet, tempat pembuatan tokamak unik, tidak ada lagi, tetapi gagasan untuk menguasai energi termonuklir tidak mati, dan negara-negara terkemuka menyadari bahwa masalahnya hanya dapat diselesaikan bersama.
Dan sekarang reaktor termonuklir eksperimental pertama untuk rekayasa tenaga sedang dibangun hari ini di desa Cadarache, di tenggara Prancis, dekat kota Aix-en-Provence. Rusia, Amerika Serikat, Uni Eropa, Jepang, Cina, Korea Selatan, India dan Kazakhstan mengambil bagian dalam pelaksanaan proyek besar ini.
Sebenarnya, fasilitas yang akan dibangun di Cadarache masih belum dapat beroperasi sebagai pembangkit listrik termonuklir, tetapi mungkin akan membuat waktunya semakin dekat. Bukan kebetulan bahwa itu disebut ITER - singkatan ini adalah singkatan dari Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional, tetapi juga memiliki arti simbolis: dalam bahasa Latin iter adalah jalan, jalan. Dengan demikian, reaktor Cadarash harus membuka jalan bagi energi termonuklir masa depan, yang akan menjamin kelangsungan hidup umat manusia setelah menipisnya bahan bakar fosil.
ITER akan disusun sebagai berikut. Di bagian tengahnya terdapat ruang toroidal dengan volume sekitar 2000 m3 berisi plasma tritium-deuterium yang dipanaskan hingga suhu di atas 100 juta derajat. Neutron yang terbentuk selama reaksi fusi meninggalkan "botol magnet" dan melalui "dinding pertama" memasuki ruang kosong selimut setebal sekitar satu meter. Di dalam selimut, neutron bertabrakan dengan atom litium, menghasilkan reaksi dengan pembentukan tritium, yang tidak hanya akan diproduksi untuk ITER, tetapi juga untuk reaktor lain jika dibangun. Dalam hal ini, "dinding pertama" dipanaskan oleh neutron hingga 400 ºC. Panas yang dilepaskan, seperti di stasiun konvensional, diambil oleh sirkuit pendingin primer dengan pendingin (yang mengandung, misalnya, air atau helium) dan dipindahkan ke sirkuit sekunder, di mana uap air dihasilkan,pergi ke turbin yang menghasilkan listrik.
Instalasi ITER benar-benar merupakan mesin besar. Beratnya 19.000 ton, jari-jari bagian dalam ruang toroidal adalah 2 meter, bagian luar lebih dari 6 meter. Konstruksi sudah berjalan lancar, tetapi tidak ada yang bisa memastikan kapan keluaran energi positif pertama akan diterima saat instalasi. Namun, ITER berencana memproduksi 200.000 kWh, yang setara dengan energi yang terkandung dalam 70 ton batu bara. Jumlah litium yang diperlukan terdapat dalam satu baterai mini untuk komputer, dan jumlah deuterium terdapat dalam 45 liter air. Dan itu akan menjadi energi yang benar-benar bersih.
Dalam hal ini, deuterium seharusnya cukup untuk jutaan tahun, dan cadangan litium yang mudah diekstraksi cukup mencukupi untuk memenuhi kebutuhannya selama ratusan tahun. Sekalipun cadangan litium di bebatuan habis, fisikawan akan mampu mengekstraknya dari air laut.
ITER pasti akan dibangun. Dan, tentu saja, saya senang negara kita mengambil bagian dalam proyek masa depan ini. Hanya spesialis Rusia yang memiliki pengalaman bertahun-tahun dalam menciptakan magnet superkonduktor besar, tanpanya tidak mungkin menyimpan plasma dalam filamen: terima kasih kepada tokamaks!
Anton Pervushin
