Jakarta, GerhanaIndonesia – Para ilmuwan yang terlibat dalam proyek “Matahari Buatan” asal China, yang dikenal sebagai Tokamak Superkonduktor Eksperimental Lanjutan (EAST), telah meraih pencapaian signifikan. Mereka berhasil mencapai “regime tanpa batas kepadatan,” sebuah kondisi yang telah lama menjadi fokus penelitian dalam eksperimen fusi plasma.
Dalam kondisi ini, plasma tetap stabil meskipun tingkat kepadatan plasma meningkat jauh melebihi batas tradisional. Pencapaian ini membuka wawasan baru tentang potensi mengatasi salah satu tantangan utama dalam pengembangan energi fusi.
Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Science Advances pada 1 Januari lalu memberikan terobosan penting dalam upaya mencapai ignisi, yaitu titik awal terjadinya reaksi fusi yang berkelanjutan. Eksperimen ini menjadi langkah maju dalam penelitian energi fusi.
Also Read
Terobosan dalam Eksperimen Fusi Plasma
Penelitian ini dipimpin oleh Ping Zhu dari Huazhong University of Science and Technology dan Ning Yan dari Hefei Institutes of Physical Science di Chinese Academy of Sciences.
Melalui pendekatan operasi berdensitas tinggi yang inovatif, para ilmuwan menunjukkan bahwa kepadatan plasma dapat ditingkatkan jauh di atas batas empiris yang ada tanpa menyebabkan ketidakstabilan yang selama ini menghambat eksperimen. Temuan ini menantang asumsi yang telah lama berlaku tentang perilaku plasma tokamak pada kepadatan tinggi.
Energi Fusi: Harapan Energi Bersih
Fusi nuklir dipandang sebagai sumber energi bersih dan berkelanjutan yang potensial. Proses ini melibatkan pemanasan bahan bakar deuterium-tritium hingga suhu sekitar 13 keV (150 juta kelvin) untuk mencapai kondisi optimal.
Pada suhu tersebut, jumlah daya fusi yang dihasilkan meningkat sebanding dengan kuadrat kepadatan plasma. Namun, eksperimen tokamak seringkali terhambat oleh batas kepadatan atas, di mana plasma menjadi tidak stabil, mengganggu konfinemen, dan mengancam operasi perangkat.
Teori Plasma-Wall Self Organization (PWSO)
Kerangka teori baru yang dikenal sebagai plasma-wall self organization (PWSO) menawarkan penjelasan alternatif mengenai munculnya batas kepadatan. Konsep ini pertama kali diusulkan oleh D.F. Escande dkk. dari Pusat Nasional Penelitian Ilmiah Prancis dan Universitas Aix-Marseille.
Menurut teori PWSO, regime tanpa batas kepadatan dapat muncul ketika interaksi antara plasma dan dinding logam reaktor mencapai keseimbangan yang cermat. Dalam regime ini, sputtering fisik memainkan peran penting dalam membentuk perilaku plasma.
Konfirmasi Eksperimental dan Hasil Penelitian
Eksperimen EAST memberikan konfirmasi eksperimental pertama atas ide teoretis PWSO. Para peneliti secara hati-hati mengontrol tekanan gas bahan bakar awal dan menerapkan pemanasan resonansi siklotron elektron selama fase awal pembangkitan setiap discharge.
Strategi ini memungkinkan interaksi plasma-dinding dioptimalkan sejak awal. Akibatnya, penumpukan kontaminan dan kerugian energi berkurang secara signifikan, memungkinkan peningkatan densitas plasma secara bertahap.
Dalam kondisi ini, EAST berhasil memasuki regime bebas densitas yang diprediksi oleh PWSO. Operasi stabil dipertahankan bahkan pada densitas yang jauh melebihi batas empiris.
Penelitian ini memberikan wawasan fisik baru tentang bagaimana hambatan densitas dalam operasi tokamak dapat diatasi. Zhu menjelaskan:
“Temuan ini menunjukkan jalur praktis dan skalabel untuk memperluas batas densitas dalam tokamak dan perangkat fusi plasma pembakaran generasi berikutnya,”
