Tahun 2050 Reaktor Fusi Dioperasikan

Litium akan dibuat menjadi selimut (blanket) reaktor seperti diperlihatkan pada Gambar. Reaksi fusi DT akan menghasilkan a dan neutron n. Neutron ini akan bergerak keluar plasma (atom-atom helium dan tritium yang telah kehilangan elektron akibat temperatur sangat tinggi) dan diserap oleh selimut litium yang selanjutnya menghasilkan T dan a. Kedua jenis reaksi tersebut berlangsung bergantian menghasilkan energi yang dapat diserap oleh dinding reaktor.

D + T –> a + n + energi

n + Li –> a + T + energi

Keuntungan lain reaktor fusi adalah rendahnya problem sampah nuklir. Dari semua bahan bakar fusi hanya tritium yang radioaktif dengan waktu paruh (half life) 12,5 tahun. Sampah radioaktif yang serius di sini hanyalah material dinding reaktor yang menjadi radioaktif karena dihujani oleh partikel neutron. Namun radioaktivitas yang ditimbulkan akan “cepat sekali” dalam kasus terburuk kurang dari 100 tahun. Bandingkan dengan sampah reaktor fisi konvensional yang tetap radioaktif setelah jutaan tahun. Dengan demikian, mayoritas sampah fusi dapat dikubur tidak terlalu dalam dan relatif dengan cepat dilupakan.

Selain itu, reaksi fusi secara inheren sangat aman. Kegagalan dalam bentuk apa pun akan cepat mengontaminasi plasma dalam reaktor yang berakibat padamnya reaksi fusi. Tidak ada reaksi berantai di sini yang dapat tumbuh secara eksponensial akibat kegagalan pengendalian titik kritis seperti pada reaktor fisi.

Dari penjelasan tersebut tampak bahwa reaktor fusi merupakan pembangkit energi (listrik ataupun termal) impian. Tidak ada emisi CO atau CO2 dan dampak lingkungannya jauh di dalam batas toleransi. Meski demikian masih banyak problem yang harus dipecahkan ilmuwan sebelum reaktor fusi dapat beroperasi secara komersial.

Problem reaksi fusi

Patut diingat bahwa di atas permukaan Bumi sangat sulit untuk memperoleh kondisi tekanan dan kerapatan ekstrem seperti yang dimiliki oleh inti Matahari. Dengan kondisi ekstrem tersebut, reaksi fusi sudah dapat menyala pada temperatur 10-15 juta derajat Celsius. Di lain pihak, reaktivitas proses fusi DT akan maksimal baru pada temperatur 100 juta derajat Celsius, hampir sepuluh kali lipat temperatur inti Matahari. Pada temperatur ini seluruh materi yang dikenal manusia di permukaan Bumi akan cepat menguap. Jadi, tidak seperti reaktor konvensional yang material reaktornya dapat memiliki kontak langsung dengan bahan bakar, di sini plasma bahan bakar harus “diletakkan” di tengah reaktor.

Ada dua cara untuk menahan plasma sehingga tidak bersentuhan dengan dinding reaktor. Cara pertama adalah dengan mengeksploitasi inersia (massa) partikel. Pada metode ini bahan bakar fusi berbentuk pellet ditembaki dengan partikel berenergi tinggi atau dengan sinar laser dari segala arah. Pellet tersebut mengalami gelombang (tekanan) kejut ke arah dalam sehingga temperatur dan kerapatannya meningkat ke batas ekstrem. Pada kondisi tersebut, reaksi fusi dapat mulai menyala dan energi pembakaran termonuklir mulai dilepas. Hasilnya berupa partikel a dan neutron bergerak ke arah dinding reaktor untuk diserap energinya. Metode ini dinamakan inertial confinement.

Cara yang kedua memanfaatkan mutan partikel. Partikel-partikel bermuatan (dalam hal ini plasma) dapat dijaga agar mengorbit pada satu lintasan di dalam reaktor dengan menggunakan medan magnet superkuat yang dibangkitkan oleh superkonduktor. Metode kedua ini dinamakan magnetic confinement.

Karena plasma bermuatan positif, maka ia dapat dipanaskan dengan cara mengalirkan arus listrik hingga 7 juta Ampere yang akan mendepositkan energi termal hingga beberapa megawatt (MW). Metode ini memiliki keterbatasan karena plasma dapat dipanaskan hingga suhu sekitar 10 juta derajat Celsius. Untuk menaikkan suhu plasma ke tingkat yang lebih tinggi (100 juta derajat Celsius merupakan syarat minimal), harus digunakan beberapa cara lain, misalnya dengan menggunakan gelombang elektromagnetik mirip seperti pada oven microwave. Sekitar 10 MW energi termal dapat didepositkan dengan metode ini. Metode lain adalah dengan mempercepat bahan bakar D dan T dengan beda potensial sekitar 140 kilovolt.

Partikel a yang dihasilkan dari fusi DT akan tetap berada dalam plasma, sedangkan energi kinetik yang dimilikinya akan membantu menaikkan temperatur plasma. Jika energi seluruh a sudah cukup untuk mempertahankan temperatur plasma di sekitar 100 juta derajat Celsius, proses fusi dapat berlangsung sendiri tanpa pemanasan dari luar. Kondisi ini dinamakan kondisi penyalaan (ignition). Meski demikian, untuk tujuan komersial reaktor fusi tidak harus mencapai kondisi ini.

Jika reaktor fusi dioperasikan pada kondisi sebelum penyalaan, jelas diperlukan daya listrik eksternal ekstra besar untuk mengoperasikan reaktor. Reaktor komersial haruslah memiliki daya asupan yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan daya keluaran. Untuk itu, didefinisikan faktor penguatan daya (Q) yang sebanding dengan rasio dari daya keluaran terhadap daya asupan. Jika efisiensi konversi energi termal ke energi listrik sekitar 35 persen, sedangkan efisiensi pemanasan plasma dengan energi listrik sebesar 80 persen, maka efisiensi total sekitar 25 persen. Dengan demikian Q > 4 adalah suatu keharusan, namun untuk tujuan komersial Q yang sebesar-besarnya tentulah yang diharapkan (diperkirakan 30-50).

Problem reaktor fusi sebenarnya adalah mempertahankan proses reaksi fusi yang membutuhkan kondisi sangat spesial, sementara kondisi tersebut sangat mudah berubah.

Status reaktor fusi

Pada tahun 1968, ilmuwan Rusia dari Institut Kurchatov mengumumkan keberhasilan mereka mengoperasikan reaktor fusi pertama yang mereka sebut tokamak. Sukses besar tersebut mendorong negara-negara Eropa, Jepang, dan Amerika Serikat untuk membangun fasilitas riset termonuklir sendiri yang juga berbentuk tokamak, yaitu JET di Inggris, JT-60 di Jepang, dan TFTR di Princeton, Amerika Serikat. Hingga kini hampir semua reaktor fusi berbentuk tokamak, seperti terlihat pada Gambar.

Eksperimen pada fasilitas-fasilitas riset fusi tersebut umumnya ditujukan untuk mencapai kondisi breakeven (Q = 1), sehingga sifat-sifat plasma yang didominasi oleh partikel a (kondisi penyalaan) belum dapat dipelajari.

Sampai detik ini semua reaktor fusi masih berada dalam tahap eksperimen, masih jauh dari sisi komersial. Versi DEMO pun diperkirakan baru rampung pada tahun 2040. Meski demikian, banyak kemajuan yang telah dicapai. Eksperimen terakhir pada fasilitas JET dan TFTR berhasil mempertahankan confinement dengan daya sebesar 15 MW selama kurang lebih 1-2 detik. Pada saat eksperimen berlangsung, seluruh fasilitas eksperimen mengonsumsi daya tidak kurang 100 MW, jadi masih jauh dari titik breakevent.

Untuk mempercepat penelitian, negara-negara Eropa, Jepang, Rusia, dan Amerika Serikat bergabung membangun International Thermonuclear Experimental Reactor (disingkat ITER) yang akan menjadi tokamak terbesar di dunia. Daya keluaran reaktor ini direncanakan sebesar 500 MW. Meski dengan daya keluaran sebesar itu, daya listrik yang dihasilkan dapat mencapai 150 MW, reaktor ini belum direncanakan untuk tujuan komersial. ITER dibangun masih untuk menyelidiki efisiensi pembakaran termonuklir dan mekanisme pengendalian plasma. Untuk tujuan ini, ITER memfokuskan diri pada pembangunan superkonduktor terbesar di dunia, penguasaan teknologi cryogenic, kerapatan tinggi, pembiakan serta penanganan tritium, pemanasan plasma, pengendalian jarak jauh, dan robotika, yang belum pernah ada sebelumnya.

Untuk skala komersial, reaktor sejenis ITER nanti akan direncanakan berdaya sekitar 4.000 MW, sehingga listrik yang dapat dihasilkan cukup menjanjikan, yaitu sekitar 1.000 MW.

Meski proyek ambisius ini mendapat dukungan negara-negara maju, ITER tetap saja memiliki problem internal. Lokasi pembangunan ITER masih merupakan isu perdebatan yang sengit di kalangan anggota ITER. Jepang dan Perancis bersaing keras untuk mendapatkan lokasi tersebut. Keluar dan kembali banyak kendala. Sebelum reaktor dioperasikan, tritium harus disuplai dari luar. ITER harus memperoleh tritium dari negara anggotanya.

Rusia dan Amerika Serikat memiliki banyak tritium, namun tentu saja mereka tidak mau membuka informasi tentang ini karena tritium dipakai sebagai pemicu bom nuklir. Informasi jumlah tritium dapat membongkar rahasia cadangan senjata nuklir mereka. Banyak juga orang skeptis dengan megaproyek ini. Bahkan, pertanyaan yang sering terlontar adalah mengapa diperlukan waktu yang sangat lama untuk membangun reaktor fusi komersial?

Tidak dapat dimungkiri bahwa teknologi termodern sekalipun belum sanggup mempercepat kemajuan di bidang ini. Pasalnya, memang diperlukan waktu untuk riset, membangun reaktor, mendesain peralatan, serta memecahkan permasalahan yang ada.

Di samping itu, pembangunan reaktor fusi tidak pernah menjadi prioritas seperti proyek nuklir fisi, karena reaktor fusi belum pernah dimasukkan ke dalam agenda program pertahanan negara mana pun. Jadi, tahun 2050 masih merupakan prakiraan yang realistis untuk permulaan beroperasinya reaktor fusi komersial.

Sumber : Kompas (23 Juli 2004)

Layak Anda kunjungi:

2 responses to “Tahun 2050 Reaktor Fusi Dioperasikan

  1. Semoga penemuan2 baru ini terus dilanjutkan untuk kehidupan manusia

  2. reaksi fusi memang sangat menjanjikan sebagai solusi atas permasalahan ancaman krisis energi di masa depan seiring terus berkurangnya stok bahan bakar fosil, tapi apakah benar reaktor reaksi fusi sudah ditemukan? Dengan melihat besarnya energi reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi, apakah aman reaksi fusi itu?

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s