apa dan bagaimana kerja reaktor fusi nuklir

Kebutuhan akan energi bertambah semakin cepat dari tahun ke tahun, sementara sumber yang dapat langsung untuk digunakan untuk kebutuhan tertentu semakin terbatas. Meskipun energi yang bersumber pada radiasi matahari (energi surya) sangat berlimpah tetapi sejauh ini belum dapat pemanfaatannya masih belum dapat optimal. Secara ekonomis peralatan yang diperlukan untuk mengkonversi energi surya masih relatif mahal dibandingkan sumber-sumber energi yang bersumber pada minyak dan gas bumi serta batu bara.

Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan yang menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, sangat efisien, bersih dari polusi, tidak akan menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan sampah radioaktif yang merisaukan seperti pada reaktor fisi nuklir.

Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial. Prototip reaktor-reaktor fusi saat ini masih dalam tahap eksperimentasi pada beberapa laboratorium di USA dan di beberapa negara maju lainnya. Suatu konsorsium dari USA, rusia, Eropa dan Jepang telah mengajukan pembangunan suatu reaktor fusi yang disebut International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) di Cadarache (Perancis) untuk menguji kelayakan dan keberlanjutan penggunaan reaksi fusi untuk menghasilkan energi listrik. 

Reaktor-reaktor nuklir yang saat ini dioperasikan untuk menghasilkan energi (listrik) merupakan reaktor fisi nuklir. Dalam reaktor fisi nuklir energi diperoleh dari pemecahan satu atom menjadi dua atom. Dalam reaktor-reaktor fisi nuklir konvensional, neutron lambat yang menumbuk inti atom bahan bakar (umumnya Uranium) menghasilkan inti atom baru yang sangat tidak stabil dan hampir seketika pecah menjadi dua bagian (inti) dan sejumlah neutron dan energi yang besar. Pecahan hasil reaksi fisi tersebut merupakan sampah radioaktif dengan waktu paruh yang sangat panjang sehingga menimbulkan masalah baru pada lingkungan.

Dalam reaksi fusi nuklir dua inti atom ringan bergabung menjadi satu inti baru. Dalam suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium, deuterium, dan tritium) bergabung menjadi inti atom helium dan netron serta sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini sejenis dengan reaksi yang terjadi di dalam inti matahari dan bersifat jauh lebih bersih, lebih aman, lebih efisien dan menggunakan bahan bakar yang jauh lebih berlimpah dibandingkan dengan reaksi fisi nuklir.

Persyaratan untuk terjadinya reaksi fusi nuklir:

• suhu awal yang sangat tinggi (di atas 100 juta kelvin)
• tekanan yang sangat tinggi

Suhu setinggi yang dipersyaratkan tersebut dapat dicapai dengan bantuan microwaves dan laser. Pada suhu setinggi ini elektron-elektron atom terpisah dari intinya dan terbentuk wujud plasma. Inti-inti atom yang akan bergabung memiliki muatan listrik sejenis (positif) sehingga tolak-menolak sehingga diperlukan energi yang sangat besar (suhu tinggi) agar mereka dapat mengatasi tolakan listrik. Reaksi fusi baru dapat terjadi jika inti-inti atom tersebut dapat didekatkan hingga jarak 10⁻¹⁵ m (seper satu juta miliar meter). Pada jarak ini baru terjadi ikatan nuklir yang mampu mengatasi tolakan listrik dari kedua inti atom yang akan berfusi tersebut.

 

Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan inti-inti atom yang akan digabungkan. Persyaratan ini dicapai dengan bantuan medan magnet yang sangat kuat (yang dihasilkan oleh arus listrik dalam superkonduktor) dan dengan bantuan laser dengan daya tinggi.

 

Teknologi terkini baru mencapai suhu dan tekanan yang mampu menghasilkan fusi antara deuterium dan tritium  Fusi antara deuterium dan deuterium memerlukan suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Reaksi fusi yang kedua inilah yang menjadi tumpuan reaktor fusi nuklir masa mendatang, karena ketersediaan bahan bakar deuterium yang lebih mudah diperoleh (diekstrak dari air laut), tidak radioaktif dan menghasilkan energi yang lebih tinggi.   

 

Secara teknis ada dua cara untuk mencapai persyaratan suhu dan tekanan yang dipersyaratkan untuk terjadinya reaksi fusi, yaitu:

• menggunakan medan magnet dan medan listrik yang sangat kuat untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. ITER di Perancis menggunakan metode yang lebih dikenal sebagai metode Magnetic confinement ini.
• menggunakan berkas laser atau berkas ion untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. Metode ini (Inertial confinement) digunakan dalam pusat penelitian reaktor fusi nuklir di Lawrence Livermore Laboratory (USA).