Para peneliti telah menggunakan gelombang Alfvén untuk melemahkan elektron yang melarikan diri dalam perangkat fusi tokamak, memberikan implikasi besar bagi proyek energi fusi di masa depan, termasuk ITER di Perancis.

Ilmuwan yang dipimpin oleh Zhang Liu dari Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) mengungkapkan pendekatan yang menjanjikan untuk mengurangi kerusakan elektron yang melarikan diri yang disebabkan oleh turbulensi pada perangkat fusi tokamak. Kunci dari pendekatan ini adalah memanfaatkan genre yang unik plasma Gelombang yang dinamai astrofisikawan Hans Alvén, yang memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1970.

Gelombang Alfvén telah lama diketahui dapat melonggarkan pengekangan partikel berenergi tinggi di reaktor tokamak, sehingga memungkinkan beberapa partikel terlepas dan mengurangi efisiensi perangkat berbentuk donat tersebut. Namun, temuan baru oleh Zhang Liu dan para peneliti di General Atomics, Universitas Columbia, dan PPPL telah mengungkapkan hasil yang berguna dalam kasus elektron yang melarikan diri.

Proses melingkar yang hebat

Para ilmuwan menemukan bahwa pelonggaran tersebut dapat menghamburkan atau menghamburkan elektron berenergi tinggi sebelum berubah menjadi longsoran salju yang merusak komponen tokamak. Proses ini dipastikan sangat melingkar: para pelarian menciptakan ketidakstabilan yang menimbulkan gelombang Alfvén yang mencegah terbentuknya longsoran salju.

“Temuan ini memberikan penjelasan komprehensif tentang pengamatan langsung gelombang Alfvén dalam percobaan inaktivasi,” kata Liu, peneliti di PPPL dan penulis utama makalah yang merinci temuan tersebut. Surat ulasan fisik. “Hasilnya menunjukkan hubungan yang jelas antara pola-pola ini dan generasi elektron yang melarikan diri.”

Chang Liu. Kredit: Elle Starkman

Para peneliti menyimpulkan teori untuk rangkaian interaksi yang diamati. Hasilnya cocok dengan para pelarian dalam percobaan yang dilakukan di Fasilitas Fusi Nasional DIII-D, sebuah tokamak Departemen Energi yang dioperasikan oleh General Atomics untuk Kantor Ilmu Pengetahuan. Pengujian teori juga terbukti positif pada superkomputer Summit yang berlokasi di Laboratorium Nasional Oak Ridge.

“Pekerjaan Zhang Liu menunjukkan bahwa ukuran kumpulan elektron yang lepas dapat dikendalikan oleh ketidakstabilan yang didorong oleh elektron yang lepas itu sendiri,” kata Felix Parra Diaz, Kepala Teori di PPPL. “Penelitiannya sangat menarik karena dapat mengarah pada desain tokamak yang secara alami mengurangi kerusakan elektron yang tidak terkendali melalui ketidakstabilan yang melekat.”

Pendinginan termal

Turbulensi dimulai dengan penurunan tajam suhu jutaan derajat yang diperlukan untuk reaksi fusi. Penurunan ini, yang disebut “pendinginan termal”, melepaskan longsoran tanah longsor yang serupa dengan tanah longsor yang dipicu oleh gempa bumi. “Mengendalikan turbulensi merupakan tantangan besar bagi keberhasilan tokamak,” kata Liu.

Reaksi fusi menggabungkan unsur-unsur ringan dalam bentuk plasma – materi panas dan bermuatan yang terdiri dari elektron bebas dan inti atom yang disebut ion – untuk melepaskan energi besar yang menggerakkan matahari dan bintang. Mengurangi risiko turbulensi dan pelarian elektron akan memberikan manfaat unik bagi fasilitas tokamak yang dirancang untuk mereproduksi proses tersebut.

Mengurangi risiko turbulensi dan pelarian elektron akan memberikan manfaat unik bagi fasilitas tokamak yang dirancang untuk mereproduksi proses tersebut.

Energi fusi nuklir dapat menjadi sumber energi berkelanjutan yang penting untuk melengkapi sumber energi terbarukan. Eksperimen fusi terbesar di dunia, ITER, kini sedang dibangun di Prancis. Kredit: ITER

Pendekatan baru ini dapat berdampak pada kemajuan proyek ITER, sebuah tokamak internasional yang sedang dibangun di Perancis untuk menunjukkan penerapan praktis energi fusi dan dapat mewakili langkah besar dalam pengembangan pembangkit listrik fusi.

“Temuan kami membuka jalan untuk menciptakan strategi baru untuk memitigasi elektron yang lepas,” kata Liu. Saat ini dalam tahap perencanaan terdapat kampanye eksperimental di mana ketiga pusat penelitian bertujuan untuk lebih mengembangkan hasil yang menakjubkan.