In the time it takes to snap your fingers, the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years. So naturally, scientists and engineers have been working to build a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.
Dalam waktu kurang dari sedetik, Matahari melepaskan energi yang cukup untuk memberi daya seluruh peradaban kita selama 4.500 tahun. Jadi, tentu saja para ilmuwan dan insinyur berusaha untuk membangun miniatur bintang di sini di Bumi...
And the thing is, we already kind of have.
dan menyambungnya ke jaringan listrik kita.
It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.
Dan kenyataannya, kita sudah berhasil membangunnya. Hanya saja, itu tak terlihat seperti bintang kecil yang mengambang di lab.
The stars are made of an almost incomprehensible number of particles, which gravity compresses into a super dense core. This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together, forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion. The reverse process, where one atom splits into two, is called fission. In both processes, the mass of the end products is slightly less than the mass of the initial atoms. But that lost mass doesn’t disappear— it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation. And since c² is such a massive number, both fission and fusion generate a lot of energy.
Bintang-bintang terbuat dari partikel yang jumlahnya hampir tidak bisa dihitung, yang dimampatkan oleh gravitasi menjadi inti yang sangat padat. Inti ini cukup panas dan padat hingga memaksa inti atom menyatu, membentuk inti yang lebih besar dan berat melalui proses yang dikenal sebagai fusi. Proses sebaliknya, di mana satu atom terbelah menjadi dua, disebut fisi. Dalam kedua proses, massa produk akhir sedikit lebih kecil dari massa atom awal. Namun, massa yang hilang itu tidak benar-benar hilang— ia berubah menjadi energi menurut persamaan terkenal Einstein. Dan karena <i>c</i>² adalah angka yang sangat besar, baik fisi maupun fusi menghasilkan banyak energi.
Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei. In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus, which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus, which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus. But there’s a catch— that first step is incredibly rare. Only 1 in 100 septillion collisions between protons results in a deuterium nucleus. In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons that even a reaction this rare happens all the time. But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction, where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus to form a helium-4 nucleus and a neutron.
Fusi di Matahari kita sebagian besar menghasilkan inti helium. Dalam proses yang paling umum, dua proton bergabung membentuk inti deuterium, yang kemudian menyatu dengan proton lain untuk membentuk inti helium-3, yang kemudian menyatu dengan inti helium-3 lain untuk membentuk inti helium-4. Tetapi ada masalah— langkah pertama itu sangat jarang. Hanya 1 dari 100 septillion tabrakan antara proton menghasilkan inti deuterium. Pada Matahari, ini bukan masalah karena ada begitu banyak proton sehingga bahkan reaksi se-langka ini terjadi sepanjang waktu. Tetapi di Bumi, para peneliti mengandalkan reaksi yang lebih mudah direproduksi, di mana inti deuterium menyatu dengan inti tritium untuk membentuk inti helium-4 dan sebuah neutron.
We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators since the 1930s. But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases. Rather, they’re used to generate neutrons for a variety of scientific and military purposes. Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy, we’d need a device that can harness the energy released, channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going, and then send the rest out to our power grid. And for that job, we need a nuclear fusion reactor.
Kita sebenarnya telah melakukan reaksi seperti ini dalam akselerator partikel sejak tahun 1930-an. Namun, akselerator ini tidak dirancang untuk memanfaatkan energi dari reaksi ini, mereka digunakan untuk membuat neutron untuk berbagai tujuan ilmiah dan militer. Jika kita ingin menggunakan fusi untuk menghasilkan energi tanpa batas, kita butuh perangkat yang bisa memanfaatkan energi tersebut, mengembalikan cukup energi itu ke perangkat agar reaksi tetap berjalan, dan kemudian mengirimkan sisanya ke jaringan listrik kita. Dan untuk hal itu, kita butuh reaktor fusi nuklir.
Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.
Seperti akselerator partikel,
But that reaction would happen in a superhot core and the resulting neutrons would shoot outward to heat up a layer of lithium metal. That heat would then boil water, generating steam to run turbines and produce electricity. Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core and slam into other nuclei to keep the reaction going— and the electricity flowing.
reaktor akan menghasilkan inti helium dan neutron. Tetapi reaksi itu akan terjadi di inti yang sangat panas dan neutron hasil akan ditembakkan keluar untuk memanaskan lapisan logam litium. Panas itu akan merebus air, menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Sementara itu, inti helium akan tetap berada di inti dan menabrak inti lain untuk menjaga reaksi terus berjalan— dan listrik mengalir.
This tech has many practical challenges, including how to confine a swirling mass of million-degree matter. But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.
Teknologi ini memiliki banyak tantangan praktis, termasuk cara menahan massa materi bersuhu jutaan derajat yang terus berputar. Tetapi tantangan terbesar adalah mencapai apa yang disebut pengapian.
An energy technology is only commercially viable if it puts out more energy than it uses. And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough for fusion to occur. So there’s a tipping point: a moment when the fuel is hot enough to start the reaction and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature. This is ignition. Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity, but this approach is impossible on Earth since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth. So researchers typically rely on vast arrays of lasers, or methods that combine magnets with high energy particles or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.
Teknologi energi hanya layak secara komersial jika energi hasil lebih banyak dari yang digunakan. Dan reaktor fusi membutuhkan banyak energi untuk membuat inti cukup panas agar fusi bisa terjadi. Jadi ada titik kritis: saat ketika bahan bakar cukup panas untuk memulai reaksi dan melepaskan lebih banyak energi dari yang dibutuhkan untuk mencapai dan mempertahankan suhu itu. Ini adalah pengapian. Bintang-bintang mengalami pengapian akibat pengaruh gravitasi yang besar, tetapi pendekatan ini tak mungkin di Bumi karena Anda butuh ribuan kali massa Bumi. Jadi peneliti biasanya mengandalkan susunan laser yang besar atau metode yang menggabungkan magnet dengan partikel energi tinggi atau gelombang elektromagnetik, mirip yang ada di oven microwave Anda.
In 2022, scientists at the US National Ignition Facility demonstrated ignition for the first time ever, using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees. While this was a huge step forward, we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor that produces more energy than it uses. But once operational, these relatively small reactors could power a city of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel. Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal to produce that much energy. That is the promise of fusion: limitless, on-demand energy with almost no emissions. True star power, right here on Earth.
Pada tahun 2022, para ilmuwan di Fasilitas Pengapian Nasional AS mendemonstrasikan pengapian untuk pertama kalinya, menggunakan 192 laser untuk memanaskan deuterium dan tritium hingga 100 juta derajat. Meskipun ini adalah kemajuan yang besar, kami masih jauh dari reaktor yang mampu berjalan mandiri dan lama yang energi hasilnya lebih banyak dari yang digunakan. Namun setelah beroperasi, reaktor yang relatif kecil ini bisa memberi daya bagi kota dengan satu juta orang selama setahun hanya dengan bahan bakar sebanyak dua truk <i>pick-up</i>. Hingga saat ini, Anda harus membakar sekitar 3 juta ton batu bara untuk menghasilkan energi sebanyak itu. Itulah janji dari fusi: energi tanpa batas dan sesuai permintaan dengan hampir tanpa emisi. Kekuatan bintang sejati, di sini di Bumi.