Pendahuluan
Selama manusia mendiami bumi, selama itu pulalah manusia membutuhkan energi bagi kehidupannya. Konsumsi energi oleh manusia selalu bertambah seiring dengan bertambahnya penghuni bumi dan meningkatnya kemampuan teknologi manusia. Dengan kemampuannya manusia selalu mencoba mencari alternatif-alternatif penyelesaian dalam persoalan keberlangsungan hidupnya termasuk dalam sektor energi.
Salah satu impian para ilmuwan dan teknologi adalah bagaimana mencontoh reaksi fusi yang terjadi di matahari, di muka bumi sebagai sumber energi. Untuk mendapatkan tipe reaksi yang berlangsung di matahari dalam suatu “mesin energi” di bumi merupakan mimpi sejak awal petualangan nuklir untuk energi. Solusi yang kelihatannya lebih mudah adalah melakukan penggabungan 2 isotop hidrogen, deutrium (inti yang mengandung 1 proton dan 1 neutron) dan tritium ( 1 proton dan 2 neutron).
Masalah yang muncul adalah bagaimana mendapatkan panas yang cukup tinggi agar deutrium dan tritium dapat bergabung (fusi), bagaimana mengontrol reaksi-reaksi fusi tersebut dalam kondisi diadaptasikan dengan eksploitasi industrial. Bagaimana panas yang telah diperoleh dalam kondisi plasma dapat dipertahankan agar reaksi terus berlangsung sambil melepaskan energi yang dapat bermanfaat?
Plasma Tokamak
Plasma merupakan campuran partikel-partikel bermuatan, maka plasma dapat dikontrol oleh medan magnet. Medan magnet yang sesuai akan dapat digunakan untuk mengurung plasma dengan kerapatan yang cukup tinggi dan kesetabilan energi dengan waktu yang cukup panjang. Untuk pengurungan plasma dengan medan magnet yang terkemuka saat ini adalah teknik Plasma Tokamak (tokamak suatu akronim bahasa rusia dari “toroidalnya kamera ve magnetnaya katushka” = ”toroidal chamber with magnetic coil”. Teknik ini diusulkan pertama kali oleh dua fisikawan Rusia, keduanya pemenang hadiah nobel Andrei Sakharov dan Igor Tamm.
Konsep plasma tokamak diusulkan dalam kaitannya dengan ide untuk mengontrol reaksi fusi nuklir. Dan kini teknik plasma tokamak merupakan satu-satunya model untuk mengusahakan terjadinya reaksi fusi termonuklir. Reaksi fusi terjadi jika inti-inti dari unsur-unsur ringan bergabung menjadi suatu unsur yang lebih berat
Sebuah mega proyek plasma Tokamak telah direncanakan oleh gabungan Uni-Eropa Rusia, Amerika Serikat dan Jepang dan akan diputuskan di mana akan dilakukan pembangunannya pada tahun 1998. Proyek itu bernama International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Rencananya ITER akan mengkombinasikan beberapa teknik unggul dari Tokamak yang telah dilakukan di negara-negara anggota.
Plasma Tokamak dan Reaktor Fusi
Konsep plasma tokamak diusulkan dalam kaitan dengan ide untuk mengontrol reaksi fusi nuklir. Yang paling mudah (secara teoretis) adalah reaksi antara dua isotop hidrogen (deutrium dan tritium) seperti reaksi R1. Reaksi ini selain membebaskan energi juga melepaskan neutron cepat dan pembentukan inti atom helium (partikel a ). Dalam suatu reaktor fusi, zona reaksi dikelilingi oleh suatu selimut dan selimut ini merupakan daerah konservasi energi (energi terbebaskan dari reaksi fusi dan energi kinetik neutron) menjadi energi panas.
Kriteria Lawson
Agar temperatur tinggi (T) dapat dipertahankan, kosentrasi (densitas) inti n harus cukup tinggi dan kondisi ini harus bertahan selama waktu pengungkungan energi t cukup panjang. Suatu formula sederhana yang dikenal dengan Kriteria Lawson diusulkan pada tahun 1957 oleh Lawson, menunjukkan jika inti-inti yang mengalami penggabungan adalah deutrium-tritium maka perkalian nTt harus lebih besar dari 6 . 1021 dengan satuan n adalah partikel per meter kubik, t dalam detik, dan T dalam keV. Kriteria Lawson inilah yang menjadi standar unjuk kerja dari suatu reaktor Fusi termonuklir. Berbagai reaktor di dunia terus menunjukkan perkembangan tiga perkalian fusi (triple fusion product).
Pembangkit plasma dalam Reaktor Fusi themonuklir
Pada umumnya untuk membangkitkan plasma digunakan pemanasan radio frekuensi (Radio frequency heating). Sistem pemanasan ini dikenal dengan nama Ion Cyclotron Resonance Frequency ( ICRF). ICRF dioperasikan pada rentang frekuensi 23-57 MHz. Sebagai contoh yang digunakan oleh JET pemanasan ICRF terdapat 8 unit modul identik, setiap unit terdiri dari sebuah tandem amplifier, seperangkat tranmisi koaksial tersusun menjadi elemen-elemen. Elemen-elemen ini merupakan antena yang ditempatkan tepat pada dinding reaktor. Kedelapan generator RF pada JET memproduksi daya maksimum sebesar 32 MW. Daya tersebut yang digunakan untuk mengionisasi gas deutrium dan tritium menjadi plasma dan mempertahankan kondisi plasma. Daya bersih yang digunakan JET untuk pemanasan plasma ini sekitar 22,7 MW.
Realisasi Energi Fusi untuk Pembangkit Tenaga Listrik
Reaktor Fusi themonuklir yang dikembangkan kini di seluruh dunia masih menggunakan model Plasma Tokamak. Tidak terdapat perubahan yang berarti kecuali beberapa kajian yang selalu ditingkatkan untuk mendapatkan unjuk kerja yang semakin handal.
Energi yang dihasilkan oleh reaksi fusi akan dikonversikan menjadi beberapa bentuk energi lain seperti energi untuk neutron cepat dan partikel alpha (inti atom Helium) serta energi sisa. Energi sisa ini sebagian digunakan untuk menahan kondisi plasma tokamak pada kondisi kriteria Lawson. Sebagian lain dari sisa energi tersebut akan dikonversikan menjadi energi panas melalui selimut (blanket) di sekitar inti reaktor. Selimut ini memanfaatkan energi neutron cepat menjadi energi panas. Panas yang tersimpan pada selimut melalui sistem pertukaran panas digunakan untuk menguapkan air. Uap air ini yang digunakan untuk memutar turbin generator, sehingga energi listrik dapat dihasilkan seperti yang lazim pada cara konvensional.
Permasalahan yang masih harus mendapatkan penyelesaian serius adalah tidak mampunya sistem reaktor plasma tokamak tetap menahan keadaan plasma pada kondisi kriteria Lawson ketika sumber daya pemanasan plasma (ICRF) diputus. Di dunia hanya satu kali terjadi di Joint European Torus (JET) dan berlangsung hanya selama dua menit.
Selesai ditulis di Surabaya pada 17 November 2011
Oleh : Muhammad Nur
0 komentar:
Posting Komentar
Barokallah . .