Bagaimana kekuatan fusi 'bekerja', dan akankah itu dapat bertahan?

Jika kita ingin terus berkembang sebagai spesies dan mengonsumsi lebih banyak daya per orang, maka hanya ada dua kemungkinan titik akhir untuk produksi tenaga manusia, dan keduanya merupakan fusi. Entah kita mencari cara untuk menyerap dan menggunakan sebagian besar energi yang jatuh di Bumi dari reaksi fusi sistem tata surya kita yang sangat besar dan jauh (tenaga surya) atau kita mencari cara untuk membuat dan mempertahankan reaksi fusi yang lebih kecil dan lebih mudah dikelola di sini. di Bumi (kekuatan fusi). Dalam kedua kasus tersebut, energi yang memungkinkan seluruh populasi Bumi melampaui gaya hidup dunia pertama modern terkandung dalam susunan alam semesta itu sendiri.

Prinsip pertama: Materi dan energi dapat saling dipertukarkan dan, dalam pengertian filosofis tertentu, pada dasarnya adalah hal yang sama seluruhnya. Einstein adalah orang yang pertama kali memasukkan ide ini ke dalam bentuk matematika: Energi sama dengan massa dikalikan kecepatan cahaya, kuadrat (E = mcdua). Ingatlah bahwa c, kecepatan cahaya, adalah bilangan berhingga, jadi cdua adalah bilangan terbatas juga - mutlak besar sekalisatu. Jadi, tanpa memerlukan terlalu banyak pendidikan matematika, kita dapat melihat satu hal langsung: Jika persamaan ini benar, maka hanya sebagian kecil materi yang sesuai dengan keseluruhan, seluruh banyak energi.

fusi 2Ambil dua proton (kita dapat menganggapnya sebagai inti dari unsur dengan satu proton, hidrogen), dan menimbangnya. Sekarang, gabungkan kedua proton yang terpisah itu menjadi satu atom dua proton (inti helium), dan timbang hasil kali ini lagi. Apa yang akan Anda temukan adalah bahwa produk fusi memiliki bobot yang sangat, sangat, sangat sedikit lebih kecil dari proton individu yang masuk ke dalamnya. Dan karena kita semua tahu bahwa materi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya ada satu kemungkinan penjelasan: Materi yang hilang dalam jumlah yang sangat kecil itu telah diubah menjadi jumlah energi yang mencengangkan.



Terutama, energi itu dilepaskan dalam bentuk panas. Pada prinsipnya, kita harus dapat menggunakan energi ini dengan cara yang sama seperti yang kita lakukan pada hampir semua jenis sumber panas lainnya: Rebus air untuk membuat uap untuk memutar turbin untuk menghasilkan listrik. Masalahnya adalah mengatasi semua rintangan praktis untuk benar-benar melakukan ini.

JET

Ini tokamak di lab fusi JET di Inggris Raya - versi yang lebih kecil dari yang terikat untuk ITER

Masalah pertama dengan daya fusi adalah fusi itu sendiri: Bagaimana kita melakukannya? Ada beberapa cara, tetapi yang paling sederhana sama sekali tidak berguna untuk produksi listrik; perangkat termonuklir memicu bom fusi dengan menggunakan gaya ledakan dari bom fisi kecil, misalnya, namun bom nuklir dengan pelet bahan bakar hidrogen bukanlah pilihan berkelanjutan untuk pembangkit listrik. Di sisi lain, kita sudah dapat dengan aman dan andal memaksa fusi antara atom tunggal dalam akselerator partikel bertenaga tinggi, tetapi menggabungkan hanya dua atom menjadi satu tidak akan melepaskan volume energi yang kita butuhkan. Akselerator partikel tidak disusun untuk memanen panas sebagai tenaga, bagaimanapun juga.

Sinar-X

X-Ray 'Z Machine' mempelajari masalah fusi untuk Sandia National Labs.

Jadi, tantangan menciptakan fusi telah mengarah pada dua aliran pemikiran utama: Kita menggunakan gaya fisik sederhana untuk meruntuhkan sampel hidrogen dengan begitu kuat dan cepat sehingga atom di pusat mulai berfusi (disebutkurungan inersia), atau kita menggunakan magnet bertenaga tinggi untuk menampung sampel hidrogen saat kita memanaskannya lebih jauh dan lebih jauh untuk menciptakan fusi melalui masukan energi sederhana (disebut kurungan magnetis). Pengurungan inersia harus menciptakan kekuatan implosifnya dengan baterai laser berteknologi tinggi, atau bahkan palu mekanis yang besar, sementara pengurungan magnetis membutuhkan rig tokamak magnetis yang sama rewel dan mahal.

Dalam kedua kasus tersebut, tantangannya bukanlah benar-benar menciptakan fusi, tetapi mempertahankannya. Reaksi fusi pertama, yang kita buat, harus melepaskan energi yang cukup dan melakukannya sedemikian rupa sehingga menyebabkan reaksi fusi lebih lanjut dalam sampel, yang pada gilirannya menyebabkan lebih banyak reaksi fusi, dan seterusnya. Ini pada dasarnya adalah reaksi bertingkat yang berlanjut tak terkendali dalam bom termonuklir, tetapi kali ini dalam bentuk yang dapat dikontrol - sebagian besar karena terjadi di butiran bahan bakar yang beratnya hanya sekitar sepersejuta dari yang kita muat ke dalam bom hidrogen.

Pembangkit listrik tenaga nuklir

Saat ini, skema daya fusi semuanya ditahan pada dasarnya di tempat yang sama: mendapatkan lebih banyak daya dari reaksi fusi daripada yang perlu kita masukkan untuk menjaga agar reaksi tersebut tetap berjalan. Dengan kata lain, tantangannya adalah mempelajari cara membuat fusi dengan sedikit energi diitulah energi yang kita dapatkandi luarmasih dapat digunakan untuk menghasilkan sejumlah netto listrik. Semua reaktor riset modern dapat menciptakan fusi, dan sebagian besar bahkan dapat mempertahankannya sampai batas tertentu, tetapi saat ini mereka semua harus menghabiskan lebih banyak listrik untuk melakukannya daripada yang dapat dihasilkan oleh reaksi fusi mereka.

Satu pendekatan berbasis laser (inersia) berhasil untuk mendapatkan lebih banyak energi dari reaksi fusi daripada bahan bakar fusi masuk, namun bahan bakar fusi hanya mengambil sebagian kecil dari keseluruhan jumlah energi laser yang mereka tembak - masih merupakan pencapaian besar, tetapi hanya satu dari dua yang harus mereka lewati untuk menghasilkan joule pertama listrik bersih mereka.

Ini tidak akan

Ini tidak akan menjadi masalah dengan fusiā€¦

Jika kita benar-benar membuatnya berfungsi, keuntungan dari kekuatan fusi akan sangat besar. Tenaga fusi digunakan sebagai isotop bahan bakar hidrogen, yang tidak perlu ditambang dari tanah. Ini tidak melepaskan karbon udara atau kontaminan atmosfer lainnya dalam bentuk apapun. Pabrik fusi juga tidak akan menghasilkan produk sampingan beracun berumur panjang yang perlu dibuang.

Seperti reaktor fisi, reaktor fusi harus sangat terlindung untuk menahan radiasi yang dihasilkan reaksi, tetapi tidak seperti reaktor fisi, kita tidak perlu terlalu khawatir tentang ledakan. Isotop hidrogen berat yang digunakan untuk membuat fusi pada dasarnya tidak terlalu radioaktif ketika hanya berada di sana, seperti halnya uranium, plutonium, dan torium, jadi kita tidak perlu terlalu khawatir jika mereka secara tidak sengaja berserakan dalam radius beberapa kilometer. Tritium bisa sedikit berbahaya jika memasuki tubuh melalui udara, makanan, atau air, tetapi waktu paruhnya di dalam tubuh sangat singkat, dan hanya paparan kronis yang kemungkinan besar akan menyebabkan masalah medis yang nyata.

Jadi, kami masih mengharapkan terobosan fusi. Itu bisa menjadi sumber kelimpahan yang hampir tak terbatas bagi umat manusia. Kami belum tahu berapa biaya pembuatan reaktor akhir, atau seberapa rendah biaya produksi bahan bakar yang dapat kami tanggung. Tapi hanya kita manusia yang bisa belajar memelihara bintang sebagai hewan peliharaan, dan melakukannya semurah mungkin.

Lihat seri 2007es.com Explains kami untuk liputan yang lebih mendalam tentang topik teknologi terpanas saat ini.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com