Eksperimen fusi nuklir dengan deuterium dan tritium di Joint European Torus adalah gladi resik penting untuk eksperimen besar.
Bagian plasma merah muda yang ditumpangkan pada bejana JET yang dilengkapi dengan dinding mirip ITER
Joint European Torus telah mulai melakukan eksperimen dengan bahan bakar tritium.
Sebuah reaktor perintis di Inggris bersiap untuk memulai uji penting campuran bahan bakar yang pada akhirnya akan memberi daya pada ITER - eksperimen fusi nuklir terbesar di dunia. Fusi nuklir adalah fenomena yang menggerakkan Matahari dan jika fisikawan dapat memanfaatkannya di Bumi, itu akan menjadi sumber energi yang hampir tak terbatas.
Pada bulan Desember, para peneliti di Joint European Torus (JET) mulai melakukan eksperimen fusi dengan tritium - isotop hidrogen yang langka dan radioaktif. Fasilitas ini adalah tiruan sepersepuluh volume dari proyek ITER senilai US $ 22 miliar dan memiliki desain tokomak berbentuk donat yang sama pendekatan energi fusi yang paling berkembang di dunia. Ini adalah pertama kalinya sejak tahun 1997 para peneliti melakukan percobaan di tokamak dengan jumlah tritium yang signifikan.
Pada bulan Juni, JET akan mulai menggabungkan sejumlah tritium dan deuterium yang merupakan isotop hidrogen lainnya. Campuran bahan bakar inilah yang akan digunakan ITER dalam upayanya untuk menciptakan lebih banyak tenaga dari reaksi fusi daripada yang dimasukkan - sesuatu yang belum pernah didemonstrasikan sebelumnya. Reaktor harus memanaskan dan membatasi plasma deuterium dan tritium sedemikian rupa sehingga fusi isotop menjadi helium menghasilkan panas yang cukup untuk mempertahankan reaksi fusi lebih lanjut.
Ini sangat menarik sekarang, pada akhirnya untuk mencapai titik di mana kita dapat mempraktikkan apa yang telah kita persiapkan selama ini, kata Joelle Mailloux, yang ikut memimpin program ilmiah di JET. Kami siap untuk itu.
Uji coba
Eksperimen JET akan membantu para ilmuwan untuk memprediksi bagaimana plasma di ITER tokamak akan bereaksi dan untuk menyusun pengaturan operasi eksperimen besar. Ini adalah hal terdekat yang dapat kami capai untuk mencapai kondisi ITER pada mesin saat ini, kata Tim Luce, kepala ilmuwan di ITER, dekat Cadarache di Prancis. Eksperimen ini adalah puncak dari pekerjaan sekitar dua dekade, kata Luce. ITER akan mulai beroperasi dengan reaksi hidrogen berdaya rendah pada tahun 2025. Namun mulai tahun 2035, akan berjalan pada campuran deuterium dan tritium 50:50.
Baik ITER dan JET, yang berbasis di Culham Center for Fusion Energy (CCFE) dekat Oxford, menggunakan medan magnet ekstrim untuk membatasi plasma menjadi cincin dan memanaskannya sampai fusi terjadi. Suhu di JET bisa mencapai 100 juta derajat, beberapa kali lebih panas dari inti Matahari.
Eksperimen fusi tokamak terakhir di dunia dengan tritium juga terjadi di JET. Tujuannya adalah untuk mencapai puncak daya, dan fasilitas tersebut berhasil mencapai rekor rasio daya yang keluar dengan daya (dikenal sebagai nilai Q) sebesar 0,67. Rekor itu masih bertahan sampai sekarang; bernilai 1 akan impas. Tapi tahun ini, tujuannya adalah untuk mempertahankan tingkat kekuatan fusi yang sama selama 5 detik atau lebih, untuk mendapatkan sebanyak mungkin data dari eksperimen dan untuk memahami perilaku plasma yang tahan lama.
Bekerja dengan tritium menimbulkan tantangan unik - peneliti JET telah menghabiskan lebih dari dua tahun untuk memperbaiki elemen mesin mereka dan bersiap untuk menangani bahan radioaktif. Isotop meluruh dengan cepat, sehingga terjadi hanya dalam jumlah kecil di alam dan biasanya dibuat sebagai produk sampingan dalam reaktor fisi nuklir; pasokan dunia hanya 20 kilogram.
Bagian dari tantangan penanganan tritium adalah bahwa reaksinya dengan deuterium menghasilkan neutron pada kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada reaksi deuterium saja. Reaktor komersial akan menangkap energi neutron ini untuk menghasilkan listrik, tetapi di JET, partikel berenergi tinggi akan membumbui interior mesin dan merusak sistem diagnostik. Itu berarti tim JET harus memindahkan kamera dan instrumen lain di belakang pelindung beton, kata Ian Chapman, yang memimpin CCFE.
Kami harus menyegarkan dan memperbarui semua proses kami, dari penyimpanan hingga penanganan, kata Chapman. Setelah percobaan tritium dimulai, pengeboman neutron akan membuat fasilitas dalam menjadi radioaktif, sehingga akan menjadi zona terlarang bagi manusia selama 18 bulan. Oleh karena itu, staf harus terbiasa dengan pola pikir yang mirip dengan para insinyur yang mengirim pesawat ke luar angkasa: Anda tidak bisa begitu saja masuk dan memperbaiki sesuatu, itu harus bekerja terlebih dahulu, kata Chapman.
Getaran tritium
Kampanye JET akan menggunakan kurang dari 60 gram tritium, yang akan didaur ulang. Bahan bakar yang mengandung sebagian kecil gram tritium akan dimasukkan ke dalam tokamak 314 kali sehari. Masing-masing pelepasan ini akan menjadi percobaan individual dengan parameter yang sedikit berbeda, dan akan menghasilkan antara 3 dan 10 detik data yang berguna, kata Mailloux. Yang kami kejar adalah informasi fisika yang dapat kami gunakan untuk memvalidasi pemahaman kami, dan kemudian kami dapat menerapkannya untuk mempersiapkan mesin masa depan, katanya.
Beberapa percobaan hanya akan menggunakan tritium; yang lain akan menggabungkan deuterium dan tritium dalam proporsi yang sama. Kedua jenis eksperimen itu penting, karena tujuan utamanya adalah untuk memahami pengaruh massa tritium yang lebih besar pada perilaku plasma (tritium memiliki dua neutron dalam nukleusnya, sedangkan deuterium memiliki satu dan hidrogen tidak memiliki satu pun). Itu akan membantu dalam memprediksi dampak penggunaan isotop yang berbeda di ITER. Massa isotop mempengaruhi kondisi - seperti medan magnet, arus, pemanasan eksternal - yang dibutuhkan plasma untuk mencapai keadaan penting yang disebut kurungan. (Dalam keadaan ini, partikel berenergi tertinggi tetap berada di dalam gas terionisasi, dan itu penting untuk mempertahankan suhu plasma). Kami ingin mengeksplorasi ini dan memahami alasannya, kata Anne White, fisikawan plasma di Massachusetts Institute of Technology di Cambridge.
Perbedaan utama lainnya dari eksperimen tahun 1997 adalah bahwa JET telah dipasang kembali sehingga bahan dalam yang melindungi mesin dari efek panas dan penembakan neutron, dan menghilangkan kotoran dari plasma, cocok dengan desain ITER. Karena bahan-bahan ini dapat memancarkan kembali ke dalam plasma dan mendinginkannya, memahami bagaimana mereka berinteraksi dengan proses fusi sangatlah penting.
Generasi terbaru ilmuwan fusi tidak pernah bekerja dengan tritium, yang menjadikannya lebih penting untuk melakukan eksperimen, kata Chapman. Ini masalah besar. Orang-orang sedang menonton, tambah Luce.
Sumber: nature.com -shutterstock.com
Baca juga artikel lainnya:
https://www.buatbuku.com/blog/genetika-dapat-berperan-dalam-menentukan-kekebalan-terhadap-covid-19
