Matahari telah memancarkan energinya selama miliaran tahun tanpa henti dan tanpa bahan bakar tambahan. Manusia telah lama berupaya untuk meniru proses ini, bukan untuk menggantikan Matahari, tetapi untuk menciptakan versi mini di Bumi sebagai sumber energi. Baru-baru ini, China telah mencapai kemajuan besar dalam hal ini. Reaktor fusi nuklir yang dikenal sebagai Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) berhasil mengatasi salah satu tantangan fisika yang selama ini dianggap hampir mustahil, yaitu batas Greenwald.
Batas Greenwald berfungsi sebagai penghalang tak terlihat bagi reaktor fusi, di mana plasma di dalamnya dapat menjadi tidak stabil dan merusak reaktor. Namun, EAST berhasil menunjukkan bahwa batas ini bisa dilampaui. Untuk memahami pencapaian ini, penting untuk melihat kondisi di inti Matahari yang memiliki suhu sekitar 15 juta derajat Celsius dan tekanan yang sangat tinggi. Di kondisi ekstrem tersebut, atom hidrogen terus bertabrakan dan terkadang menyatu menjadi atom helium, proses yang dikenal sebagai fusi nuklir. Setiap kali dua inti atom bergabung, sebagian kecil dari massa mereka hilang dan berubah menjadi energi yang sangat besar, yang kemudian dipancarkan sebagai cahaya dan panas dari Matahari.
Proses Peniruan Fusi Nuklir di Bumi
Bagaimana cara China meniru proses fusi ini di Bumi? China menggunakan reaktor berbentuk donat raksasa yang disebut tokamak. Di dalam reaktor ini, gas hidrogen dipanaskan hingga suhu melebihi 100 juta derajat Celsius, jauh lebih panas daripada inti Matahari. Suhu yang ekstrem diperlukan karena Bumi tidak memiliki gravitasi sebesar Matahari untuk menekan partikel agar tetap rapat. Oleh karena itu, ilmuwan harus membuat partikel bergerak lebih cepat dengan memanaskan gas hingga suhu yang sangat tinggi, sehingga gas hidrogen berubah menjadi plasma.
Namun, tantangan muncul karena tidak ada material di Bumi yang dapat menahan plasma pada suhu tersebut. Jika plasma menyentuh dinding reaktor, dinding tersebut akan meleleh. Solusinya adalah dengan mengurung plasma di ruang vakum menggunakan medan magnet yang sangat kuat, sehingga plasma dapat melayang tanpa menyentuh dinding reaktor. Di dalam plasma yang terkurung tersebut, inti atom hidrogen saling bertabrakan dan menyatu, mirip dengan proses yang terjadi di Matahari.
Tantangan dan Teori Baru dalam Penelitian Fusi
Membuat plasma super panas hanyalah langkah awal, tantangan sebenarnya adalah membuat plasma tersebut tetap padat. Semakin padat plasma, semakin sering partikel bertabrakan, dan semakin besar energi fusi yang dihasilkan. Namun, ada titik di mana plasma menjadi tidak stabil dan dapat lepas dari kurungan medan magnet, menyebabkan kerusakan pada reaktor. Titik ini dikenal sebagai batas Greenwald, yang telah menjadi tabu di komunitas fisika fusi selama beberapa dekade. Namun, EAST berhasil beroperasi dengan kepadatan plasma 1,3 hingga 1,65 kali lebih tinggi dari batas ini.
Untuk mencapai hasil ini, tim ilmuwan dari Institute of Plasma Physics, yang merupakan bagian dari Chinese Academy of Sciences, menerapkan beberapa teknik, termasuk pemanasan plasma dengan metode Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) dan pengaturan jumlah gas awal dengan teknik pre-charged synergistic start-up. Mereka juga mengganti dinding reaktor dengan desain logam penuh untuk mencegah partikel pengotor yang dapat mengganggu kestabilan plasma.
Hasil penelitian ini tidak hanya menghasilkan kemajuan praktis, tetapi juga melahirkan teori baru yang disebut Plasma-Wall Interaction Self-Organisation (PWSO). Teori ini menjelaskan bagaimana interaksi antara plasma dan dinding reaktor dapat mempengaruhi batas kepadatan plasma. Penemuan ini memberikan pemahaman baru tentang mekanisme di balik batas Greenwald dan memungkinkan tim ilmuwan untuk mengarahkan plasma ke kondisi operasi baru yang disebut density-free region.
Para peneliti optimis bahwa pencapaian ini membuka jalan menuju kondisi yang disebut fusion ignition, di mana reaksi fusi dapat mempertahankan dirinya sendiri tanpa tambahan energi dari luar, mirip dengan proses yang terjadi di Matahari. Meskipun hasil yang dicapai sangat menjanjikan, para peneliti tetap berhati-hati dan menyadari bahwa masih banyak tantangan yang harus diatasi sebelum pembangkit listrik fusi komersial dapat direalisasikan.
Hasil penelitian EAST telah dipublikasikan di jurnal ilmiah Science Advances dan melibatkan kolaborasi internasional. Meskipun reaktor ini telah beroperasi sejak 2006, pencapaian terbaru ini menunjukkan bahwa meniru cara Matahari menghasilkan energi bukanlah mimpi yang mustahil lagi.
