Apa itu fusi nuklir?

Pada akhir abad ke-19, pengukuran spektroskopi sinar matahari telah mengungkapkan bahwa Matahari mengandung sejumlah besar hidrogen dan sejumlah kecil helium. Para ilmuwan sepenuhnya menyadari hal ini pada dekade pertama abad ke-20, tetapi dengan relativitas yang baru saja diperkenalkan dan fisika kuantum masih dalam pengembangannya yang paling awal, tidak ada kemungkinan untuk menerapkan pengamatan ini pada masalah bagaimana bintang menghasilkan energi. Ini adalah misteri yang lengkap sampai awal 1920-an, ketika fisikawan Inggris Francis Aston menemukan bahwa massa gabungan empat atom hidrogen sedikit lebih besar daripada massa atom helium tunggal. Teori Einstein meramalkan bahwa perbedaan massa ini akan diubah menjadi energi, dan karena itu Aston berhipotesis bahwa bintang menghasilkan energi dengan menggabungkan atom hidrogen menjadi helium. Hipotesis ini telah divalidasi selama 20 tahun ke depan, dan teori fusi bintang sekarang dianggap sebagai salah satu kemenangan fisika modern.

Itu juga cepat menyadari bahwa reaksi fusi dapat menghasilkan energi yang berguna dalam jumlah yang luar biasa. Tidak hanya itu, tetapi bahan bakar (hidrogen) yang dibutuhkannya sangat banyak di Bumi sehingga secara efektif tidak terbatas, dan satu-satunya produk limbah adalah helium, yang tidak beracun dan tidak berkontribusi terhadap pemanasan global.

Artikel ini akan membahas apa fusi nuklir itu dan apa implikasinya sebagai sumber tenaga.

Konversi energi massal

Tidak seperti dalam kimia, massa tidak disimpan dalam reaksi nuklir. Orang akan selalu menemukan bahwa massa produk reaksi berbeda dari massa reaktan. Perbedaan massa ini disebut cacat massa, yang kita tulis sebagai ∆m. Massa tampaknya menghilang karena cacat massa diubah menjadi energi oleh persamaan Einstein. Energi yang diperoleh dari reaksi adalah E = ∆mc². Untuk mendapatkan energi yang bermanfaat, kita perlu menjadi positif. Dalam reaksi fusi, ini berarti bahwa kita ingin massa produk sedikit lebih kecil dari massa reaktan, seperti atom helium yang sedikit lebih ringan dari empat atom hidrogen. Dalam fisi, ini berarti bahwa kita ingin massa produk lebih kecil dari massa reaktan, seperti atom uranium yang sedikit lebih masif daripada massa gabungan neutron dan atom krypton dan barium yang dihasilkan oleh reaksi. Dibutuhkan lebih banyak energi untuk melakukan reaksi dalam arah yang berlawanan dari yang akan dilepaskan: pada prinsipnya dimungkinkan untuk membagi atom helium menjadi hidrogen, tetapi proses ini akan mengkonsumsi lebih banyak energi daripada yang akan dilepaskan.

Mengikat energi

Meskipun jumlah nukleon tetap sama dalam reaksi, mengapa atom helium lebih ringan dari empat atom hidrogen, dan mengapa atom uranium lebih berat daripada massa gabungan kripton dan atom barium? Di mana tepatnya massa ekstra itu? Untuk mulai menjawab pertanyaan ini, mari tulis persamaan konservasi energi untuk reaksi. Biarkan Ep menjadi energi massa proton (yang hampir persis sama dengan energi massa atom hidrogen, kita mengabaikan elektron karena massanya ~ 1 / 2.000 dari proton), En energi massa sebuah neutron, E-He energi massa dari atom helium, dan ∆E energi yang dilepaskan oleh reaksi. Persamaan energi adalah:

Ini memberitahu kita bahwa ada dua istilah untuk total energi yang tersimpan dalam inti atom helium. Yang pertama adalah energi massa dari empat nukleonnya (dua proton dan dua neutron, kami memperlakukan energi massa mereka kira-kira sama karena energi massa proton sekitar 999/1000 dari neutron) dan yang kedua adalah istilah negatif dengan nilai absolut ∆E. Energi negatif ini disebut energi pengikat. Ini sesuai dengan energi potensial total dari interaksi di mana gaya nuklir kuat menyatukan semua nukleon bersama-sama dikurangi energi potensial listrik dari gaya Coulomb yang menjijikkan antara partikel bermuatan. Energi pengikat negatif karena suatu partikel harus melakukan pekerjaan (kehilangan energi kinetik) agar dapat melepaskan diri dari inti. Energi pengikat per nukleon adalah properti karakteristik atom dari elemen yang diberikan, dan energi ini digambarkan dalam bagan berikut:

Catatan: Menggambarkan nilai absolut dari energi ikat. Sumber: Wikimedia Commons

Aturan penting adalah bahwa jika inti produk dari suatu reaksi memiliki lebih rendah (lebih besar dalam nilai absolut dan karena itu lebih tinggi pada grafik, tetapi lebih rendah dalam arti lebih negatif) mengikat energi per nukleon daripada reaktan, maka energi akan dilepaskan. Untuk melihat mengapa hal ini terjadi, bayangkan keadaan antara setelah reaksi (baik fusi atau fisi) di mana nukleus produk ada untuk sekejap tunggal sebagai keadaan tidak terikat yang terdiri dari campuran proton dan neutron yang tidak berinteraksi. Untuk menjadi nukleus, tumpukan nukleon harus terikat dengan berinteraksi melalui gaya nuklir yang kuat. Energi interaksi ini adalah energi ikat, yang negatif, sehingga energi total sistem yang terdiri dari tumpukan nukleon diturunkan ketika berubah menjadi nukleus yang tepat. Tetapi energi harus dilestarikan, jadi agar sistem dapat menurunkan energi internalnya, ia harus mengeluarkan sejumlah energi ke lingkungannya.

Anda juga dapat melihat pada grafik bahwa unsur-unsur lebih berat dari energi pelepasan zat besi ketika mereka terbelah dan unsur-unsur lebih ringan dari energi pelepasan zat besi ketika mereka digabungkan. Besi adalah elemen yang paling stabil dan tidak ada reaksi yang dapat memecah atau meleburkan besi sambil melepaskan energi.

Cara menyebabkan fusi

Kami telah menetapkan apa yang terjadi selama fusi nuklir, tetapi kami juga perlu tahu bagaimana menyebabkan dua inti atom melebur.

Inti atom, yang terdiri atas neutron yang tidak bermuatan dan proton bermuatan positif, semuanya bermuatan positif dan karenanya saling tolak. Namun, ketika pemisahan antara dua inti sebanding dengan diameter nuklir, gaya baru yang disebut gaya nuklir kuat menjadi aktif. Tidak seperti gaya elektrostatik, yang memiliki jangkauan tak terhingga, gaya nuklir kuat memiliki jangkauan terbatas dan oleh karena itu interaksi nuklir kuat tidak akan terjadi antara inti yang dipisahkan oleh jarak yang lebih besar dari kisaran itu. Namun, tidak seperti gaya elektrostatik, gaya kuat itu menarik dan menyatukan proton dan neutron melawan gaya listrik yang menjijikkan. Dua inti akan berfusi jika kita bisa mendekatkan keduanya sehingga kekuatan nuklir yang kuat dapat mengalahkan kekuatan elektrostatik.

Daripada memikirkan kekuatan di sini, gambarannya akan lebih jelas jika kita berpikir dalam hal energi potensial, dan untuk lintasan pertama ambil pendekatan klasik yang naif yang mengabaikan mekanika kuantum. Partikel bermuatan positif q, seperti inti atom hidrogen (proton), menghasilkan medan potensial listrik yang diberikan oleh:

Satuan joule / Coulomb

Di mana ε0 adalah konstanta fisik yang disebut izin ruang bebas. Apa yang dikatakan bidang potensial ini adalah bahwa jika dua muatan Q dan q dipisahkan oleh jarak r, maka energi potensial yang terkait dengan interaksi timbal baliknya adalah:

Anda dapat melihat bahwa energi ini menjadi lebih besar karena jarak r menjadi lebih kecil. Oleh karena itu, untuk mendekatkan kedua tuduhan, kita perlu melakukan pekerjaan pada sistem kedua tuduhan tersebut. Bayangkan mencoba memaksa kutub utara dari dua magnet batang bersama-sama. Itu mungkin, tetapi membutuhkan usaha. Jumlah pekerjaan yang perlu kita lakukan untuk menginduksi fusi dua proton adalah jumlah pekerjaan yang harus kita lakukan untuk membawa dua muatan muatan q = Q = ~ 1,6 × 10 ^ –19 Coulombs pada jarak di mana gaya yang kuat mendominasi, r = 1,7 femtometer (1fm = 10 ^ -15 meter). Karena itu U = 1,35 × 10 ^ -13 Joule, atau sekitar 843 keV (1 keV = 1000 elektron volt).

Untuk memahami alasan di sini dengan cara yang lebih nyata, bayangkan mencoba menendang bola dengan massa m sehingga menggelinding ke atas bukit setinggi h. Di dekat permukaan bumi, energi potensial dari berat pada ketinggian h adalah U = mgh (Sifat fungsi potensial memungkinkan kita untuk secara sewenang-wenang menyatakan bahwa potensi adalah nol di dasar bukit terlepas dari ketinggian di atas permukaan laut) . Jika kita mengasumsikan bahwa bentuk bukit diberikan oleh beberapa fungsi y (x) maka kita dapat membayangkan bukit sebagai penghalang potensial spasial U (x) = mgy (x) bahwa bola harus memiliki energi kinetik lebih besar dari mgh di untuk menyeberang, jika tidak diblokir. Bentuk bukit itu sewenang-wenang asalkan kita mengabaikan hambatan udara dan gesekan.

Diagram ini memberi tahu kita perilaku bola selama tiga kondisi berbeda pada energi kinetiknya. Jika energi kinetik bola kurang dari mgh maka bola mencapai ketinggian kurang dari h dan kemudian bergulir kembali. Jika energi kinetik tepat sama dengan mgh maka bola berguling ke atas bukit dan tetap di sana. Jika energi kinetik lebih besar dari mgh maka bola menggulung ke atas bukit dan kemudian berguling ke sisi lain. Mari kita lihat diagram yang menggambarkan situasi untuk dua proton saat mereka saling mendekati.

Catatan: Sumbu vertikal tidak untuk skala.

Diagram ini menunjukkan energi total dari interaksi kedua proton. Jika energi potensial positif, maka proton harus melakukan pekerjaan untuk mengurangi pemisahan mereka dan oleh karena itu interaksi akan cenderung menyebabkan proton saling tolak. Jika energi potensial negatif, maka proton harus melakukan pekerjaan untuk meningkatkan pemisahan mereka sehingga interaksi akan cenderung menarik.

Pada bagian kurva yang diberi label oleh A, hanya interaksi elektrostatik yang aktif dan potensial positif. Pada jarak sekitar 1,7 fm, dilabeli oleh titik B, interaksi yang kuat "aktif" dan segera mengalahkan interaksi elektrostatik. Energi pada titik B disebut sebagai ketinggian penghalang dan, jika proton mulai di sebelah kanan penghalang dan memiliki energi kurang dari tinggi penghalang, maka kita merujuk ke daerah di sebelah kiri penghalang sebagai klasik wilayah terlarang. Pada jarak kurang dari sekitar 0,7 fm, dicatat oleh titik C, interaksi yang kuat beralih dari positif menjadi menjijikkan, sehingga partikel pada bagian kurva yang diberi label oleh D akan didorong kembali ke C.

Bagian dari kurva potensial di mana interaksi elektrostatik mendominasi, V (x) untuk x> 1,7 fm, disebut penghalang elektrostatik, atau Coulomb. Kita bahas sebelumnya bahwa energi penghalang Coulomb adalah ~ 843 keV. Dalam gambar klasik, jika proton yang masuk memiliki energi kinetik kurang dari jumlah ini, maka proton yang masuk tidak dapat melewati penghalang Coulomb, analog dengan situasi di mana bola harus ditendang dengan jumlah energi kinetik yang cukup untuk membuatnya lebih dari itu. bukit.

Jadi bagaimana kita memberi energi kinetik proton yang cukup? Cara paling sederhana dan paling efisien adalah membuatnya sangat "panas". Tentu saja, suhu tidak ditentukan untuk atom tunggal, tetapi kita dapat menentukan suhu untuk sampel atom hidrogen yang besar, sebut saja T. Energi kinetik rata-rata untuk sampel gas monatomik pada suhu T adalah ⟨K⟩ = (3 / 2) kT di mana k adalah Konstanta Boltzmann. Kami menemukan bahwa suhu yang diperlukan sangat tinggi: 6,5 miliar Kelvin. Tidak hanya urutan besarnya di atas apa pun yang dapat dicapai secara wajar di Bumi, tetapi inti Matahari memiliki perkiraan suhu "hanya" 15 juta Kelvin, yaitu sekitar 0,23% dari suhu yang kami peroleh melalui pendekatan naif kami. Jadi bagaimana mungkin fusi bintang bisa terjadi, dan bagaimana kita bisa berharap untuk melakukan fusi di Bumi?

Penetrasi penghalang

Jawabannya adalah dalam fenomena penetrasi penghalang, juga dikenal sebagai tunneling kuantum. Kita semua tahu bahwa posisi tidak terdefinisi dengan baik untuk partikel pada skala jarak atom dan subatomik. Jika kita mengambil satu pengukuran posisi proton yang masuk dan menemukan bahwa itu di sebelah kanan penghalang Coulomb, dengan energi kurang dari tinggi penghalang, maka ada probabilitas nol dari pengukuran kedua menemukan proton di terlarang secara klasik wilayah untuk nilai terbatas ketinggian penghalang. Perhitungan, yang menggunakan perkiraan WKB, terlalu maju dan terlibat untuk tingkat artikel ini, tetapi pada akhirnya kita dapat menemukan bahwa persamaan yang memberikan probabilitas adalah:

Untuk kasus fusi bintang dua proton, kami menemukan bahwa, dengan asumsi proton pada x = 0 tidak banyak bergerak selama proses tabrakan, dengan proton yang masuk memiliki energi rata-rata yang diberikan ⟨K⟨ = (3/2) kT sehingga E = 1935 eV, probabilitas penetrasi penghalang adalah sekitar 1,2 × 10 ^ -17. Ini mungkin tampak seperti jumlah yang sangat kecil, tetapi perlu diingat bahwa kita berurusan dengan jumlah atom hidrogen makroskopik. Jika satu gram atom hidrogen terjadi pada satu gram atom stasioner, maka 7,2 juta peristiwa fusi dapat terjadi.

Dalam kasus spesifik fusi bintang, kita harus mencatat bahwa fusi dua proton hanyalah langkah pertama dalam apa yang disebut siklus proton-proton. Dua inti hidrogen berfusi dan menjadi keadaan terikat yang sangat tidak stabil yang disebut diproton, yang akan membusuk dengan waktu paruh diperkirakan ~ 10 ^ -22 detik. Untuk menjadi inti deuterium yang stabil (yang kemudian akan menyatu menjadi Helium-3, dan akhirnya menjadi Helium-4), salah satu proton harus membusuk menjadi neutron dengan memancarkan positron dan neutrino elektron. Proses ini bahkan lebih tidak mungkin, tetapi bintang-bintang tetap dapat menghasilkan energi yang cukup karena ada begitu banyak atom hidrogen. Situasi ini khusus untuk kasus fusi bintang, dan lebih jauh lagi akan memerlukan penyimpangan panjang ke dalam interaksi nuklir, jadi kami tidak akan menghabiskan lebih banyak waktu di dalamnya dalam artikel ini.

Terlepas dari proses fusi yang kami coba lakukan, apakah itu dua atom hidrogen reguler, atau dua atom deuterium, deuterium, dan tritium, atau apa pun, ini adalah pendekatan dasar: gas atom dipanaskan hingga titik di mana energi kinetik dari gerakan termal acak mereka cukup besar untuk memberi mereka perubahan tunneling yang cukup tinggi, dan karenanya melebur, ketika mereka bertabrakan. Dalam fusi bintang, panas untuk pertama-tama menyalakan reaksi dihasilkan oleh gesekan dan tekanan ketika semua atom gas runtuh ke dalam sebagai bentuk bintang, dan dari sana panas yang diperlukan dihasilkan oleh reaksi berantai. Dalam fusi buatan, kita harus sedikit lebih kreatif. Ada tiga teknik utama yang saat ini sedang diteliti. Yang pertama disebut injeksi sinar netral, dan proses ini menghasilkan panas dengan menembakkan partikel berenergi sangat tinggi ke dalam plasma. Yang kedua menggunakan medan magnet berosilasi cepat untuk memompa energi ke dalam plasma. Ketiga adalah pemanasan Ohmik, yang mengeksploitasi kecenderungan konduktor (seperti plasma) untuk memanas ketika arus tinggi dilewatinya. Masalah utama yang menonjol adalah mencari tahu bagaimana mengatur reaksi sehingga reaksi fusi itu sendiri berkontribusi untuk menjaga plasma pada suhu yang dibutuhkan. Pemanasan yang efisien tetap menjadi salah satu perhatian utama penelitian fusi, terutama karena fusi buatan, yang membutuhkan laju reaksi lebih cepat daripada fusi bintang, membutuhkan suhu lebih dari 100 juta Kelvin.

Jenis reaktor

Sejauh ini, artikel ini agak abstrak dan beberapa mungkin merasa agak membosankan. Tetapi sekarang kita berada dalam posisi untuk mulai membuat ini lebih konkret dengan berbicara tentang beberapa jenis reaktor fusi yang sedang diteliti hari ini, yang diharapkan menjadi lebih menarik. Perhatikan bahwa tidak seperti fusi bintang, hampir semua reaktor buatan menghasilkan helium dengan menggabungkan deuterium dan tritium, baik dalam siklus D-D (dua atom deuterium untuk menghasilkan satu helium) atau siklus D-T (satu atom deuterium dan satu tritium untuk diproduksi di helium).

Tokamak

Reaktor Tokamak mungkin yang paling mudah dikenali dari teknologi di bagian ini. Namanya Rusia dan akronim untuk kata-kata Rusia untuk "ruang toroidal dengan kumparan magnetik", atau sebagai alternatif "ruang toroidal dengan medan magnet aksial". Dikembangkan di bekas Uni Soviet 1950-an, Tokamak adalah gaya reaktor fusi yang paling teliti diteliti dan dikembangkan dan tetap menjadi kandidat utama untuk produksi daya fusi skala besar.

Reaktor Tokamak memiliki ruang toroid (berbentuk donat). Medan magnet diproduksi oleh gulungan hijau pada gambar dan oleh arus listrik yang dilakukan oleh plasma itu sendiri. Medan magnet yang dihasilkan adalah heliks dan ditunjukkan oleh panah ungu gelap pada gambar. Oleh karena itu diklasifikasikan sebagai reaktor kurungan magnetik, yaitu, ia menggunakan medan magnet untuk memanaskan dan mengandung plasma.

Diagram skematis dari Tokamak dan medan magnetnya. Sumber: CCFE

Ini adalah jenis reaktor eksperimental yang paling umum, dengan sekitar tiga lusin saat ini aktif di dunia. Ketika ITER Tokamak di Prancis selesai pada tahun 2025, ia akan menjadi Tokamak terbesar di dunia.

Plasma di dalam reaktor MAST di Inggris. Sumber: ITER.

Stellerator

Pola Stellerator adalah alat pengungkung magnetik lain yang mengikuti prinsip operasi dasar yang sama dengan Tokamak, tetapi dengan perbedaan utama. Untuk mengandung plasma, Tokamak menghasilkan bidang heliks. Ini membutuhkan arus besar untuk dilewatkan melalui plasma itu sendiri. Ini menyebabkan plasma menjadi kurang stabil, meningkatkan kemungkinan kurungan magnetik akan gagal, menghentikan reaksi dan berpotensi merusak reaktor. Stellerator menghindari ini dengan memutar plasma dan reaktor itu sendiri daripada menciptakan medan magnet memutar.

Skema plasma (kuning) dan garis medan magnet (hijau) dalam reaktor Wendelstein 7-X yang direncanakan. Sumber: Wikimedia Commons

Masalah mendasar dengan Tokamaks ini dicatat oleh Enrico Fermi dan rekan-rekannya tak lama setelah desain Tokamak pertama kali diusulkan. Namun, merancang reaktor dengan cara ini memerlukan simulasi dan perancangan komputer yang sangat tepat, serta medan magnet yang sangat kuat yang dihasilkan oleh kumparan superkonduktor yang diproduksi secara tepat, yang semuanya tidak tersedia dalam waktu Fermi. Teknologi ini tidak tersedia sampai tahun 1990-an dan karena itu baru-baru ini Stellerator dapat diusulkan secara serius. Wendelstein 7-X di Jerman, selesai pada 2015, saat ini adalah Stellerator terbesar yang beroperasi dan diharapkan untuk mencapai operasi yang berkelanjutan - tonggak penting dalam penelitian fusi - pada tahun 2021.

Pengapian plasma pertama di Wendelstein 7-X. Sumber: Max Planck Institute.

Drive Langsung

Pendekatan ini sangat berbeda dari dua yang baru saja kita diskusikan. Reaktor penggerak langsung diklasifikasikan sebagai perangkat pengekangan inersia. Dalam kurungan inersia, jumlah energi yang sangat tinggi dikirim ke pellet bahan bakar padat, memanaskan pellet ke suhu ekstrem. Lapisan luar pelet menguap dan meledak ke luar dengan kekuatan besar, dan karena itu gaya reaksi mendorong kembali, menciptakan gelombang kejut. Gelombang kejut ini bertanggung jawab atas energi dan kompresi yang digunakan untuk memanaskan dan membatasi plasma yang dihasilkan. Hampir semua perangkat terbaru menggunakan laser.

Penggambaran disederhanakan dari proses batas inersia Sumber: Wikimedia Commons.

Anda dapat melihat proses ini diilustrasikan dalam diagram. Pada langkah 1, laser memanaskan lapisan luar pelet. Pada langkah 2, lapisan luar menguap dan menghasilkan gelombang kejut, menghasilkan gaya yang diarahkan ke dalam dan ke luar. Pada langkah ketiga, gelombang kejut memaksa pelet jatuh ke dalam, menyebabkan fusi pada langkah 4.

Pendekatan ini saat ini sedang diteliti di National Ignition Facility di Amerika Serikat.

Fusi kurungan inersia telah dikritik oleh beberapa orang yang menuduh bahwa itu adalah front untuk penelitian senjata nuklir yang menyamar sebagai penelitian energi. Hal ini mungkin terjadi pada beberapa aktor pemerintah tertentu (NIF khususnya didanai oleh badan pemerintah yang sama yang mengelola timbunan nuklir) tetapi seluruh bidang fusi kurungan inersia sangat luas dan ICF masih merupakan area yang penting dan aktif. penelitian.

Beam preamplifiers di NIF. Sistem laser digunakan untuk menghasilkan kekuatan 500 terawatt, meskipun hanya untuk sekejap waktu. Sumber: Wikimedia CommonsPelet bahan bakar untuk sistem NIF. Sumber: Wikimedia Commons.

Farnsworth Fusor

Proyek-proyek yang telah kita bahas sejauh ini merupakan usaha besar yang hanya bisa berharap untuk dicapai oleh beberapa pemikir besar di dunia, bekerja di lembaga-lembaga dengan dukungan keuangan dari seluruh negara-bangsa. Ini yang bisa Anda coba di rumah!

Ya tidak cukup. Anda masih membutuhkan landasan yang sangat kuat dalam fisika dasar dan elektronik. Proyek ini sesuai untuk seseorang dengan setidaknya gelar sarjana dalam bidang fisika, idealnya bekerja dalam tim, dengan anggaran beberapa ribu dolar. Sebagai pengukur tingkat yang Anda inginkan, bukan hal yang mustahil bagi jurusan fisika untuk membangunnya untuk proyek-proyek senior.

Farnsworth fusor, atau hanya fusor, berbeda dari sebagian besar perangkat fusi eksperimental karena tujuannya bukan untuk menghasilkan daya yang berguna. Fusor sangat tidak efisien. Namun, mereka memang memiliki beberapa kegunaan sebagai sumber radiasi neutron yang kompak dan mudah dikendalikan. Mereka juga membuat beberapa gambar yang sangat rapi.

Reaktor yang dibangun oleh fisikawan di University of Wisconsin-Madison. Pola “bintang dalam kendi” yang khas terlihat. Sumber gambar: UWM.

Fusors bekerja dengan kurungan elektrostatik inersia. Proses ini mirip dengan kurungan inersia, tetapi menggunakan medan listrik dan bukan gelombang tekanan. Mungkin juga pendekatan paling sederhana untuk mencapai fusi. Atom yang akan menyatu (sebagian besar desain menggunakan deuterium karena relatif murah) terionisasi dan karenanya menjadi terisi. Medan listrik dibuat oleh dua kisi-kisi bola konsentris dan berlawanan muatan. Atom-atom dilemparkan oleh lapangan ke pusat reaktor, di mana mereka bertabrakan dan memiliki peluang kecil untuk berfusi. Diagram berikut menggambarkan proses ini, meskipun hanya dalam satu dimensi.

Diagram disederhanakan kurungan elektrostatik inersia

Inti deuterium bermuatan positif jatuh ke daerah di mana medan listrik hadir dengan gerakan termal acak. Merupakan perkiraan yang masuk akal bahwa medan listrik terkandung sepenuhnya di dalam wilayah ini. Lapangan mempercepat mereka menuju pusat. Mereka kehilangan grid anoda dan momentum mereka membawa mereka ke depan. Nuklei dapat berfusi ketika mereka bertabrakan di tengah.

Fusor tidak mungkin pernah memiliki peran dalam produksi energi, tetapi karena mereka kecil, relatif murah, dan karena mereka dapat dibangun dan dioperasikan oleh seseorang tanpa PhD dalam fisika plasma, mereka tetap merupakan subjek penelitian profesional dan amatir yang intens. Komunitas "Fusioneers" yang kecil namun berkembang telah tumbuh online, menarik dari latar belakang yang beragam termasuk fisikawan profesional, penghobi sains, dan keajaiban anak sesekali.

Fusi dingin dan tipuan lainnya

Jika dan ketika fusi dimanfaatkan sebagai sumber energi yang layak, maka itu akan dianggap sebagai salah satu pencapaian ilmiah terbesar umat manusia, dan ketenaran dan kekayaan pasti menunggu para ilmuwan dan insinyur yang akhirnya menyelesaikan masalah. Efek samping yang tidak menguntungkan dari hal ini adalah bahwa sejarah penelitian fusi dinodai oleh proyek-proyek yang bermaksud baik tetapi terlalu berlebihan yang pada akhirnya gagal, bohong, penipuan langsung, dan ahli teori konspirasi energi gratis.

Terutama di antara ini disebut "fusi dingin", yaitu, reaktor fusi yang konon menghasilkan daya bersih pada atau dekat suhu kamar. Kami telah dijelaskan sebelumnya dalam artikel mengapa suhu yang sangat tinggi diperlukan untuk terjadinya fusi. Tidak ada jalan lain di sekitar fakta ini yang saat ini diketahui oleh sains, terlepas dari banyak, banyak klaim yang dibuat oleh para pendukung selama beberapa dekade. Setiap klaim bahwa fusi telah dicapai pada atau di dekat suhu kamar, atau benar-benar suhu apa pun di bawah 10 juta derajat Celcius, harus diperlakukan dengan sangat skeptis. Satu-satunya pengecualian untuk ini adalah fusi yang dikatalisis muon, proses yang sangat spekulatif tetapi valid yang melibatkan reaksi yang terjadi di dekat nol mutlak.

Sayangnya ada terlalu banyak dari ini mengambang di internet bagi saya untuk berharap dapat menyangkal mereka semua. RationalWiki memiliki dua artikel fantastis tentang hal ini:

  • Fusi dingin
  • Fusion woo

Ketika mengevaluasi klaim media tentang teknologi yang sangat mutakhir, yang terbaik adalah bersikap optimis tetapi skeptis, dan dalam situasi saat ini sebenarnya ada alasan bagus untuk bersikap optimis. Tetap saja, selalu berhati-hati agar tidak jatuh ke dalam jebakan media dan angan-angan, dan jangan pernah mempercayai siapa pun yang mencoba meyakinkan Anda tentang sesuatu yang terdengar terlalu bagus untuk menjadi kenyataan.

Kemana kita pergi dari sini?

Ada alasan kuat untuk meyakini bahwa kekuatan fusi adalah mungkin dan dapat menjadi komponen kunci dari pasokan energi kita dalam masa hidup kita. Pertanyaannya bukan lagi kelayakan teknis dan ilmiah, ini adalah masalah ekonomi dan politik. Di Amerika Serikat, saat ini kami memiliki pemerintah yang semakin tidak tertarik dalam mendanai penelitian dan yang tetap berada dalam gelombang industri bahan bakar fosil. Di panggung global, gerakan nasionalis dan reaksioner mengancam kemajuan upaya internasional untuk berkolaborasi dan mengembangkan teknologi baru dan berkelanjutan. Untuk perusahaan energi yang memotivasi keuntungan, perhitungan ekonomi dingin tidak meninggalkan insentif untuk mengganggu status quo teknologi. Jika kita ingin memiliki kekuatan fusi, dan dengan ancaman perubahan iklim yang semakin memburuk setiap hari kita membutuhkan kekuatan fusi, maka itu akan membutuhkan aksi politik.

Ada alasan untuk berharap. Perkembangan yang terjadi di Uni Eropa telah membawa fusi nuklir keluar dari dunia spekulasi dan kekuatan fusi sekarang menjadi prospek jangka pendek. Sebuah gerakan progresif muda dan enerjik telah menggerakkan dan sekarang memenangkan pemilihan dan agitasi agresif untuk kemajuan ilmiah dan lingkungan. Industri bahan bakar fosil pada akhirnya mulai kehilangan cengkeramannya pada masyarakat karena alternatif menjadi lebih layak dan geopolitik pasokan minyak dan batubara menjadi lebih tidak stabil. Kemajuan akan lambat dan stabil tetapi ada alasan untuk percaya bahwa fusi akan memberi daya pada rumah kita dalam kehidupan kita.

Komentar penutup / ocehan

Jika Anda berhasil sejauh ini, terima kasih banyak sudah membaca. Saya baru saja mengabaikan blog ini belakangan ini dan saya minta maaf untuk itu. Sisi positifnya, saya menemukan cara menggunakan loop di LaTeX sambil membuat grafik untuk artikel ini, yang rapi. Semoga saya akan segera dapat mulai mencurahkan lebih banyak perhatian untuk ini. Saya terus mengatakan bahwa saya akan mencoba untuk mengeluarkan setidaknya satu artikel per minggu tetapi hal-hal memiliki kebiasaan menghalangi. Saya sekarang berencana untuk memulai seri Essence of Quantum Mechanics saya kembali sekarang karena saya sudah memiliki pemikiran yang baik tentang gaya dan pendekatan yang harus saya gunakan dan arah yang harus saya ambil.

Seperti biasa, saya bertanggung jawab penuh atas kesalahan yang terjadi dan saya menghargai segala koreksi.