Menempa Jalan untuk Masa Depan Fusion

Menempa Jalan untuk Masa Depan Fusion


Chuck Kessel: Menempa Jalan untuk Masa Depan Fusion


Chuck Kessel masih di sekolah menengah saat dia melihat seorang ilmuwan mengangkat botol kecil berisi air dan berkata, “Ini bisa mengisi bahan bakar rumah selama setahun penuh.”

“Untuk beberapa alasan, itu benar-benar memicu minat saya,” kata Kessel, yang menghabiskan sisa sekolah menengahnya mencoba belajar tentang fusi, kemudian mengambil jurusan ganda dalam fisika dan teknik nuklir di Universitas California, Santa Barbara, khusus untuk memiliki latar belakang ramah fusi yang luas.

“Energi fusi tampaknya hampir menjadi sumber energi yang sempurna,” kata Kessel. “Kami meminimalkan limbah beracun; Anda menggabungkan isotop hidrogen untuk membuat helium. Ini adalah reaksi yang sangat sederhana – tetapi sangat sulit dilakukan pada tingkat tertentu untuk menghasilkan listrik, karena fisika plasma yang kompleks dan lingkungan yang ekstrem untuk sistem rekayasa. “

Ketika dia lulus dari Universitas California, Los Angeles, pada tahun 1987 dengan gelar doktor di bidang teknik fusi dan fisika plasma terapan, Kessel langsung bekerja di Laboratorium Fisika Plasma Princeton Departemen Energi. Semangat untuk penelitian fusi tinggi, katanya.

“Saat itu, masih ada harapan besar kami akan membuat eksperimen plasma pembakaran,” ujarnya.

Namun dalam 5 tahun, Kessel melihat programnya merosot, beralih dari energi fusi ke ilmu fusi.

“Itu membatasi banyak hal yang bisa kami coba lakukan,” katanya.

Kessel melakukan pekerjaan luar biasa dalam batasan tersebut. Dia melakukan neutronik – mempelajari neutron yang muncul dari plasma – dan kalkulasi kontrol plasma untuk Eksperimen Pembakaran Plasma, sebuah tokamak kompak dengan medan magnet tinggi yang dirancang tetapi tidak pernah dibuat. Dia merancang simulasi tentang bagaimana plasma berevolusi dalam perangkat fusi dan telah bekerja untuk fasilitas Riset Lanjutan Tokamak Superkonduktor Korea Selatan, atau KSTAR; Eksperimen Divertor Simetris Aksial Jerman, atau ASDEX; ITER; dan K-DEMO yang diusulkan Korea Selatan, dimaksudkan untuk memodelkan kelayakan pembangkit listrik fusi komersial di masa depan. Pada tahun 2015, ia menerima Penghargaan Teknologi Fusion dari Institut Ilmu Listrik dan Elektronik Insinyur Nuklir dan Ilmu Plasma sebagai pengakuan atas kontribusinya yang luar biasa pada teknik dan teknologi fusi. Pada 2018, dia datang ke Laboratorium Nasional Oak Ridge DOE.

Di sini, sebagai spesialis fusi dan staf Litbang terkemuka, Kessel memimpin program Selimut dan Siklus Bahan Bakar nasional, program Studi Sistem Energi Fusion nasional, dan Laboratorium Teknologi Virtual dan ikut memimpin program Komponen Menghadapi Plasma Logam Cair. Dan dia mulai melihat kebangkitan kembali kegembiraan tentang fusi – sebuah tekad, yang didorong oleh para ilmuwan yang lebih muda, untuk membawanya dari teori ke praktik.

“Mereka benar-benar ingin bergerak maju dan melihat fusi terjadi,” kata Kessel. “Mereka tidak ingin menghabiskan 30 atau 40 tahun karir hanya menulis makalah dan tidak melihat akhirnya.”

Kessel mencatat pergeseran ke arah perencanaan aktual fasilitas untuk menampung sumber daya fusi. Sampai titik ini, penelitian fusi “telah menghabiskan banyak upaya pada bagian plasma – sumber energi,” katanya, “sebagian besar mengabaikan sistem di luar yang harus benar-benar mengumpulkan semua daya itu dan menghasilkan listrik.”

Sifat multidisiplin ORNL menjadikannya tempat yang ideal untuk melakukan penelitian itu, katanya.

“Kami memiliki peneliti fisika plasma yang baik yang bekerja di sini, serta banyak sekali orang teknologi yang luar biasa dalam mengembangkan sistem kompleks yang dibutuhkan untuk tanaman seperti itu,” kata Kessel. “Di sinilah ceritanya benar-benar bisa digabungkan.”

Dia terutama senang melihat orang-orang muda direkrut untuk bekerja dengan ilmuwan yang lebih berpengalaman dalam program tersebut, yang dapat mewariskan pengetahuan institusional untuk dikembangkan oleh generasi berikutnya.

“Sungguh bermanfaat melihat generasi baru datang ke fusi,” katanya. “Ini adalah komitmen jangka panjang, untuk mencapai pembangkit listrik tenaga nuklir fusi, dan kami membutuhkan orang muda untuk membawa kami ke sana.”

Kessel adalah anggota Komite Penasihat Ilmu Energi Fusion, yang sedang mengumpulkan umpan balik dari seluruh komunitas energi fusi untuk membuat rencana strategis energi fusi nasional. Konsensusnya, katanya, adalah saatnya beralih ke teknik fusi dan melihat bagaimana membuat keseluruhan sistem.

Dalam program Blanket and Fuel Cycle, sembilan institusi AS berkolaborasi dalam lima area fokus:

  • Mengekstraksi tritium dari cairan. Isotop radioaktif langka harus diekstraksi untuk digunakan sebagai bahan bakar.
  • Memulihkan hidrogen dari knalpot plasma. Memisahkan hidrogen dari bahan lain yang keluar dari ruang plasma sangatlah menantang.
  • Mengembangkan bahan pengembangbiakan yang solid. Material yang menghasilkan tritium dapat berupa padat atau cair, tetapi harus mampu menahan perubahan pada reaktor fusi, dan harus dirancang agar tahan lama. Salah satu tantangannya adalah mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang perubahan yang akan dialami bahan-bahan ini di dalam reaktor.
  • Memastikan kompatibilitas bahan pengembangbiakan cair dengan baja dan bahan lainnya. Itu memberi para peneliti gagasan yang lebih baik tentang bahan apa yang terbaik untuk komponen reaktor.
  • Menggunakan komputer untuk mempelajari bahan pengembangbiakan cairan. Cairan yang rumit memiliki perilaku yang tidak biasa. Mempelajarinya secara komputasi membantu peneliti merancang eksperimen baru untuk memvalidasi model dan akan menghasilkan informasi yang diperlukan untuk merancang reaktor fusi di masa depan.

Latar belakang ilmu material warisan ORNL berarti para peneliti di sini akan melihat berbagai bahan: bagaimana mereka bereaksi, berapa lama mereka dapat bertahan di lingkungan yang keras tanpa menurunkan kualitas, dan bagaimana memperkuatnya untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Ini termasuk bahan untuk selimut, yang mengelilingi plasma hampir seluruhnya dan mengandung bahan untuk membiakkan bahan bakar. Ia harus menyerap sekitar 90% dari daya neutron yang keluar dan harus melindungi komponen di luar selimut dari neutron ini.

“Fungsi-fungsi ini sangat sulit untuk dicapai, dan desain selimut merupakan proses yang rumit,” kata Kessel. “Anda harus mengandalkan materi baru untuk mengakses kemampuan yang belum pernah Anda miliki sebelumnya.”

Saat ini, Kessel dan insinyur senior Dennis Youchison memimpin upaya untuk membangun loop aliran helium sehingga para peneliti ORNL dapat mempelajari sifat-sifat helium yang mengalir dengan detail desain yang sangat canggih pada tekanan dan suhu tinggi. Kessel mengharapkannya dapat beroperasi dalam satu tahun.

Perangkat fusi saat ini menggunakan bahan bakar yang terbuat dari deuterium, isotop hidrogen lain, yang tidak menghasilkan jumlah yang mendekati jumlah neutron pabrik fisi nuklir modern, dan neutron yang dibuat memiliki energi yang jauh lebih rendah. Selain itu, plasma beroperasi hanya untuk semburan singkat 5–10 detik.

“Anda dapat meminta orang-orang memasuki eksperimen fusi dan mengerjakan mesin tepat setelah mesin tersebut dijalankan di sebagian besar tokamaks saat ini,” kata Kessel.

Tetapi perangkat berbahan bakar tritium akan lebih kuat, menghasilkan cukup neutron untuk mengaktifkan materi di sekitar plasma, dan akan berjalan selama setahun tanpa jeda. Komponen-komponen akan diatur di sekitar inti dengan pemikiran ini, dan penghalang serta protokol keselamatan akan sangat berperan dalam bagaimana bangunan di sekitarnya disusun dan dipelihara.

“Di masa depan, tidak akan ada orang yang mendekati tokamak setelah mulai beroperasi — semuanya akan dirawat dengan robot dan peralatan yang ditangani dari jarak jauh,” kata Kessel.

Kessel tahu hampir tidak mungkin perangkat fusi berbahan bakar tritium pertama selesai saat dia masih bekerja – dia mungkin tidak melihatnya seumur hidupnya. Akankah pahit baginya untuk mengabdikan karier untuk sesuatu yang mungkin tidak pernah dilihatnya selesai?

“Sulit, kurasa,” kata Kessel. “Tapi saya pikir kontribusi saya yang paling penting adalah mengarahkan kapal besar ini ke arah yang benar. Kemudian saya bisa mundur dan membiarkan orang lain meneruskannya. “

UT-Battelle mengelola ORNL untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi, pendukung tunggal penelitian dasar terbesar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat. Kantor Sains sedang bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi energy.gov/science.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author