Milenial Jepang Yang Mengagumkan Menciptakan Matahari – Reaksi fusi menghasilkan energi panas dalam jumlah besar. Energi ini dapat digunakan untuk menghasilkan energi. Hanya dengan 1 gram bahan bakar, reaksi fusi dapat menghasilkan energi yang sama dengan 8 ton minyak.
Milenial Jepang Yang Mengagumkan Menciptakan Matahari
meirapenna – Reaksi fusi, berdasarkan desainnya, tidak memungkinkan terjadinya reaksi yang tidak terkendali (yaitu, reaksi termal yang tidak stabil dimana laju percepatan reaksi tidak terkendali dan mengakibatkan peningkatan suhu dan tekanan yang cepat). Reaksi fusi juga tidak menghasilkan limbah radioaktif dalam jumlah besar dan merupakan proses yang “bersih” karena tidak ada CO₂ yang dikeluarkan.
Toshiba telah terlibat dalam pengembangan teknologi fusi ini sejak tahun 1970an. Perusahaan telah terlibat sejak tahap desain dan telah membuat kemajuan signifikan dalam teknologi manufaktur di bidang ini.
Toshiba saat ini sedang mengerjakan beberapa proyek, termasuk dengan QST (Institut Nasional Ilmu dan Teknologi Radiologi dan Quantum) untuk membangun JT-60 (Fasilitas Uji Perangkat Breakeven Plasma Fusion). sebagai penerusnya, JT-60SA (JT-60 Super Advanced). Perusahaan juga berpartisipasi dalam proyek dunia untuk mewujudkan energi fusi yang disebut ITER, di mana tujuh organisasi anggota (Jepang, Uni Eropa, Rusia, Amerika Serikat, Korea, Tiongkok, dan India) bekerja sama untuk mewujudkan pabrik reaktor eksperimental energi fusi di Saint-Paul -lez-Durance, Prancis selatan.
Kelahiran sebuah bintang. Apa yang terjadi di garis depan fusi, sumber energi “mimpi”. Bagaimana rasanya menciptakan “matahari” buatan di Bumi? Apa yang tampak seperti mimpi masa depan yang jauh, sebuah proyek yang terlalu fantastis untuk dibayangkan, sebenarnya sudah berjalan. Energi ini hadir dalam bentuk energi fusi, suatu bentuk energi yang kini dianggap sebagai solusi bagi semua permasalahan utama energi dan lingkungan hidup.
Reaktor eksperimental seperti ITER (“The Way” dalam bahasa Latin) dan JT-60SA (Super Advanced) dibangun melalui kerja sama dan koordinasi internasional antara berbagai negara, termasuk Jepang.
Fusi akan menjadi mimpi yang menjadi kenyataan, sumber energi berskala besar, bebas karbon, dan aman. Di sini kita menuju ke garis depan sumber energi “impian” ini untuk mengetahui detail proyeknya.
Takuma Wakatsuki, Kelompok Eksperimen Plasma Lanjutan, Laboratorium Plasma Lanjutan, Institut Naka Fusion, Direktorat Energi Fusion, Nasional Institut Sains dan Teknologi Kuantum dan Radiologi
Hideki Kajitani, Grup Pengembangan Magnet Superkonduktor, Divisi Proyek ITER, Institut Naka Fusion, Direktorat Energi Fusion, Institut Nasional Sains dan Teknologi Kuantum dan Radiologi
Suatu bentuk yang sangat efisien, sangat aman dan ramah lingkungan, dengan persediaan bahan bakar yang hampir tidak ada habisnya: Bagaimana cara kerja fusi?
Singkatnya, fusi nuklir adalah tentang mereplikasi reaksi fusi yang terjadi di dalam bintang dan matahari di Bumi. Kami pertama kali berbicara dengan Takuma Wakatsuki, peneliti fusi di Institut Nasional Sains dan Teknologi Quantum dan Radiologi (selanjutnya disebut “QST”), dan memintanya untuk menjelaskan prosesnya dalam istilah awam.
“Segala sesuatu di alam semesta terbuat dari atom, dan atom-atom itu sendiri terbuat dari inti dan elektron.” Ketika inti-inti ini bertabrakan satu sama lain dengan kecepatan yang sangat tinggi, mereka berfusi membentuk atom yang lebih berat, sebuah proses disebut fusi.
Anda mungkin tidak familiar dengan proses ini, namun semua orang menikmati manfaat energi yang dihasilkan dengan cara ini. Tentu saja yang saya bicarakan adalah sumber cahaya yang menyinari kita setiap hari: matahari. Reaksi fusi antara inti hidrogen di Matahari merupakan sumber panas dan cahaya, panas dan cahaya yang sama yang dinikmati manusia setiap hari.
Seperti yang dapat dilihat dari matahari, fusi menghasilkan energi panas dalam jumlah besar yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Sumber bahan bakar fusi merupakan deuterium dan juga tritium, yang merupakan isotop hidrogen. Hanya dengan 1 gram bahan bakar, fusi dapat menghasilkan energi yang sama dengan pembakaran 8 ton minyak. “Ada banyak metode untuk dapat menghasilkan listrik, namun hanya (pembangkit listrik tenaga nuklir konvensional dan) fusi yang dapat menghasilkan energi dengan jumlah besar dengan menggunakan bahan bakar dalam jumlah kecil,” kata Wakatsuki.
Keamanan energi nuklir dipertanyakan setelah kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl. Fusion, sebaliknya, sangat aman.
“Pembangkit listrik tenaga nuklir konvensional menggunakan energi panas dari fisi, yang membutuhkan bahan bakar di reaktor dan batang kendali selama bertahun-tahun untuk mengendalikan laju reaksi berantai nuklir.” Energi dihasilkan secara bertahap seiring berjalannya waktu Bahan bakar dikonsumsi.
Di sisi lain, reaktor fusi hanya membutuhkan bahan bakar dalam jumlah yang cukup untuk mempertahankan reaksi fusi. Jika pasokan bahan bakar terganggu, reaksi akan berhenti. Bahkan jika sejumlah besar bahan bakar dimasukkan ke dalam reaktor, bahan bakar itu sendiri akan mendinginkan plasma* secara drastis dan secara otomatis menghentikan reaksi. “Fusi, secara desain, tidak memungkinkan terjadinya reaksi pelepasan,” kata Wakatsuki.
Plasma: keadaan fisik materi keempat selain padat, cair, dan gas. Secara umum, materi apa pun dapat memasuki keadaan plasma (karena terdapat cukup energi untuk membebaskan elektron dari atom) pada suhu beberapa ribu derajat Celcius atau lebih tinggi. Reaktor fusi harus mampu menghasilkan plasma bersuhu tinggi lebih dari 100 juta derajat Celcius dan menampung (menjaga) plasma tersebut agar tidak bersentuhan dengan benda padat, seperti bejana reaktor.
Baca juga : Bank Sentral Inggris Usulkan Peraturan Lebih Ketat Untuk Stablecoin
Selain itu, fusi tidak menghasilkan limbah radioaktif dalam jumlah besar (fisi menghasilkan limbah dalam jumlah besar) dan merupakan proses “bersih” karena tidak mengeluarkan CO2.
Seolah-olah itu belum cukup, deuterium, salah satu sumber bahan bakar untuk fusi nuklir, dapat diproduksi melalui elektrolisis air, yang berarti ia tidak akan pernah habis. Meskipun sumber bahan bakar fusi lain, tritium, diekstraksi dari lingkungan, diyakini bahwa bahan bakar tersebut dapat diproduksi secara artifisial di dalam reaktor, yang berarti pada dasarnya tidak ada alasan untuk mengkhawatirkan rantai pasokan.
Bentuk energi yang sangat efisien, sangat aman, dan ramah lingkungan dengan cadangan bahan bakar yang hampir tidak ada habisnya. Tentu saja ini merupakan mimpi yang akhirnya menjadi kenyataan. Lalu mengapa mimpi ini tidak menjadi kenyataan?
Reaktor fusi lebih kompleks daripada reaktor mana pun yang pernah dibuat dalam sejarah manusia, dan pengembangannya saat ini memerlukan hasil dari berbagai teknologi mutakhir. Misalnya, untuk melakukan fusi, pertama-tama Anda harus mengubah bahan bakar hidrogen menjadi plasma dengan memisahkan elektron dari inti.
Plasma ini harus dibuat dalam ruang hampa dan dipanaskan hingga suhu lebih dari 100 juta derajat Celcius. Plasma juga harus ditampung dan dikendalikan oleh medan magnet yang kuat di dalam reaktor. Untuk menghasilkan medan magnet ini secara stabil, diperlukan kumparan superkonduktor.
Sebuah proyek global untuk mencapai fusi nuklir yang disebut ITER (“The Way” dalam bahasa Latin) saat ini sedang berjalan – sebuah tantangan bagi dunia energi, dengan tujuh organisasi anggota (Jepang, Uni Eropa, Rusia). , Amerika Serikat, Korea, Tiongkok, dan India) bekerja sama untuk membangun reaktor eksperimental di Saint-Paul-lez-Durance, Prancis selatan.
Matahari Buatan Jepang
Jepang bertanggung jawab untuk mengembangkan dan merakit kumparan superkonduktor yang menghasilkan medan magnet kuat yang diperlukan untuk menampung plasma, sebuah langkah penting dalam proses fusi. Kami mewawancarai Kajitani dari QST dan Ishii dari Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation tentang proyek internasional besar ini.
“Di ITER, setiap anggota berperan dalam pengadaan peralatan yang dibutuhkan untuk membangun mesin ITER yang sebenarnya.” Saat ini kami sedang mengembangkan dan memproduksi komponen untuk persiapan Prime Plasma (dimulainya operasi) pada tahun 2025 Dari komponen-komponen ini, kami bekerja sama dengan Toshiba dalam produksi kumparan superkonduktor, khususnya kumparan medan toroidal (TF), yang sangat penting dalam reaktor fusi.
Roller TF adalah struktur yang sangat besar, tinggi 16,5 meter, lebar 9 meter, dan berat 300 ton. Namun toleransi dimensi yang dibutuhkan hanya beberapa milimeter. Proses pembuatannya melibatkan banyak aspek dan setiap langkah prosesnya sangat kompleks. “Dalam kasus konduktor niobium-timah yang digunakan dalam kumparan, pemanasan pada suhu 650 derajat Celcius membutuhkan waktu lebih dari seratus jam,” kata Kajitani.
“Toshiba telah mengembangkan teknologi fusi nuklir sejak tahun 1970an. Kami telah terlibat sejak tahap desain dan telah membuat kemajuan signifikan dalam pengembangan dan pembuatan teknologi ini. Kami bekerja dengan QST untuk membangun perangkat fusi JT-60 (Breakeven Plasma Test Facility) dan penerusnya, JT-60SA (Super Advanced). “Kami berupaya meningkatkan teknologi superkonduktor yang kami kembangkan sambil mengembangkan perlakuan panas presisi tinggi pada konduktor kumparan TF ITER, proses pengukuran desain skala besar, dan teknologi permesinan kami,” katanya kepada Ishii.
Ini adalahpengembangan baru yang menggabungkan bidang fisika dan teknik denganmanufaktur. Perakitan koil TF berada pada level yang sangat berbeda dalam hal teknologi tinggi yang dibutuhkan. Meskipun kumparan superkonduktor telah diterapkan di banyak jenis perangkat, termasuk akselerator, kumparan superkonduktor belum pernah diterapkan dalam skala besar dengan tingkat presisi seperti ini.
“Untuk berfungsi sebagai TF, kita harus memiliki pengetahuan dan keterampilan di berbagai bidang. Tentu saja, pengetahuan tentang superkonduktivitas, tetapi juga tentang teknologi listrik dan elektromagnetik dari kumparan untuk mencapai kinerja tinggi yang diperlukan untuk ITER. Pengetahuan tentang dinamika fluida dan termodinamika ketika menganalisis sifat fluida pendingin di dalam kumparan dan, dari perspektif teknik produksi, pengetahuan tentang teknik material dari berbagai material yang terlibat.
Proses perakitannya sendiri juga memerlukan teknologi pengelasan dan permesinan tingkat tinggi. “Saya pikir kumparan TF ini bisa menjadi objek pertama yang pernah dibuat, mengingat tingginya tingkat teknologi di berbagai bidang yang terlibat,” kata Kajitani. Teknologi diwariskan dari generasi ke generasi demi impian fusi yang sudah lama ada
Salah satu tugas JT-60SA, yang dikembangkan bersama oleh Jepang dan UE, adalah mengintegrasikan Proyek penelitian dan pengembangan ITER. JT-60SA adalah perangkat fusi eksperimental: penerus JT-60 yang dirancang dan dikembangkan pada tahun 1970an dan JT-60U pada tahun 1980an.
Fusi memerlukan hidrogen sebagai bahan bakar untuk menjadi plasma, suatu wujud materi yang terionisasi seperti gas. Namun untuk mencapai fusi, plasma harus dipanaskan hingga lebih dari 100 juta derajat Celcius. JT-60SA akan mengendalikan plasma menggunakan medan magnet yang dihasilkan oleh superkonduktor, menciptakan lingkungan plasma yang ideal untuk penelitian fusi di bawah pengaruh panas dan tekanan ekstrem.
ITER adalah proyek internasional terbesar umat manusia dan Anda pasti tidak akan mendapatkan pengalaman seperti ini di tempat lain. Ini merupakan hal yang sangat langka. Saya meminta karyawan muda untuk menggunakan pengalaman ITER di masa depan. “Penelitian bersama yang kami lakukan di QST dan Toshiba untuk mengembangkan teknologi fusi dan pengetahuan yang diperoleh darinya tentu akan berguna dalam penelitian dan pengembangan di luar prototipe reaktor. “DEMO,” kata Kajitani.
Banyak proyek penelitian dan pengujian yang dilakukan dengan ITER dan JT-60SA tidak diragukan lagi akan membawa pada tingkat kesuksesan baru, harapan baru, dan impian baru. Di balik cakrawala terdapat semangat dan dedikasi para peneliti dan insinyur ini, sebuah energi baru yang kemungkinan besar akan menentukan nasib seluruh umat manusia.