Lima Teknologi Pendukung Yang Dibutuhkan Industri Fusi

Energi fusi membutuhkan lebih dari reaksi fusi berkelanjutan sebelum dapat membantu dunia menghasilkan energi netral karbon yang cukup. Departemen Energi AS telah mengidentifikasi agenda penelitian dan pengembangan untuk serangkaian teknologi dan proses untuk memungkinkan fusi.

Dua pejabat DOE menyebutkan lima dari teknologi mendesak tersebut dalam a webinar Kamis diselenggarakan oleh National Academy of Science, Engineering and Medicine (NASEM). Lebih banyak tercakup dalam NASEM 2021 melaporkan yang mendesak perkembangan pesat teknologi yang mengaktifkan fusi:

“Meskipun ini sering ditunda untuk masa depan, tujuan energi fusi yang ekonomis dalam beberapa dekade mendatang sebagai kepentingan strategis AS mendorong kebutuhan untuk secara cepat meningkatkan penelitian dan pengembangan bahan, komponen, dan teknologi nuklir fusi yang memungkinkan.”

Lima hari Kamis yang disorot meliputi:

1 Bahan Tahan Fusi

Plasma tempat terjadinya reaksi fusi bisa jadi lebih panas dari matahari. Medan magnet atau inersia yang kuat dapat membatasi plasma, melindunginya dari dinding dan komponen reaktor, tetapi reaktor fusi tetap membutuhkan bahan yang dapat menangani panas ekstrem dan pengeboman oleh neutron yang terlepas ketika isotop hidrogen berubah menjadi helium.

Untuk menguji bahan potensial, ilmuwan perlu menghasilkan kondisi yang mirip dengan reaksi fusi.

"Ada kebutuhan yang sangat mendesak untuk sumber neutron fusi-prototypic untuk dapat mengumpulkan data material, yang dapat memakan waktu bertahun-tahun untuk terpapar," kata Scott Hsu, koordinator fusi utama DOE. Sementara sumber neutron itu sedang dalam pengembangan, tambahnya, pembelajaran mesin dan pengujian material dapat membantu mempersempit jumlah kandidat material.

Ada juga potensi untuk menghindari bahan sepenuhnya dengan menggunakan "desain dinding dan selimut pertama yang benar-benar transformatif, di mana Anda bahkan mungkin tidak memiliki bahan padat yang menghadap plasma, dan itu hampir menghindari masalah bahan," kata Hsu. "Dan kita memang perlu menyimpan ide-ide itu di atas meja."

2 Peternak Tritium

Rancangan reaktor fusi yang paling umum menggunakan dua isotop hidrogen—deuterium (²H) dan Tritium (³H)—sebagai bahan bakar.

“Jika kita akan menggunakan siklus bahan bakar deuterium-tritium, kita harus mengekstraksi panas dan membiakkan tritium,” kata Richard Hawryluk, penasihat teknis senior di DOE Office of Science dan ketua laporan NASEM 2021 .

“Tantangan khusus adalah kebutuhan untuk menutup siklus bahan bakar secara aman dan efisien,” laporan itu menyatakan, “yang untuk desain fusi deuterium-tritium melibatkan pengembangan selimut untuk membiakkan dan mengekstraksi tritium, serta pengisian bahan bakar, melelahkan, membatasi, mengekstraksi, dan memisahkan tritium dalam jumlah yang signifikan.”

3 Sistem Pembuangan

Beberapa panas tak terduga yang dihasilkan dalam reaksi fusi akan digunakan untuk menghasilkan tenaga, tetapi pertama-tama harus diatur, dan kipas dapur standar Anda tidak akan melakukannya.

“Program penelitian lengkap akan membutuhkan fasilitas pengujian yang menghasilkan lingkungan yang semakin mirip dengan pembangkit listrik fusi untuk menilai penanganan pembuangan daya yang relevan dengan reaktor di lingkungan neutron fusi,” kata laporan NASEM.

4 Laser Lebih Efisien

National Ignition Facility (NIF) DOE merayakan pencapaian yang telah lama dicari pada bulan Desember ketika memicu reaksi fusi yang melepaskan lebih banyak energi (3.15 megajoule) daripada sinar dari laser yang menyulutnya (2.05 megajoule). Tapi butuh 300 megajoule untuk menyalakan laser.

Akhirnya, laser semacam itu akan ditenagai, setelah dinyalakan, oleh listrik dari reaktor fusi. Tetapi laser yang lebih efisien berarti reaktor yang lebih efisien, menyisakan lebih banyak daya bagi pengguna atau jaringan.

5 Pengulangan

Tidaklah cukup bagi laser untuk menjadi efisien. Itu juga harus beroperasi kurang seperti senapan dan lebih seperti senapan mesin.

“Hasil luar biasa di NIF,” kata Hawryluk, “kami mencapai titik itu dengan melakukan beberapa bidikan per tahun. Anda harus bisa mencapai titik di mana Anda melakukan beberapa tembakan per detik, atau satu tembakan per detik, jadi tingkat pengulangannya juga, yang harus kami kuasai.

Itu meningkatkan tingkat pengulangan untuk setiap langkah dalam proses, dimulai dengan kapsul bahan bakar. Menurut jurnal Ilmu, “Satu juta kapsul sehari perlu dibuat, diisi, diposisikan, diledakkan, dan dibersihkan—sebuah tantangan teknik yang sangat besar.”

LEBIH DARI FORBESFusion Akan Menjadi Investasi Yang Harus Dimiliki, Kata Pejabat DOEBy Jeff McMahon