Catatan blog ini mengkaji sama ada manusia boleh mendapatkan tenaga mampan melalui teknologi gabungan nuklear, meneroka keadaan semasa penyelidikan dan potensinya.
Dari mana datangnya tenaga yang kita gunakan? Bumi menerima tenaga daripada cahaya matahari, yang memacu kitaran air, menyimpan haba di dalam tanah, dan membolehkan tumbuhan melakukan fotosintesis. Proses ini bertindak sebagai elemen penting untuk bentuk kehidupan Bumi, menjadikan kemandirian semua makhluk hidup mungkin. Tenaga suria juga memainkan peranan penting dalam mengawal cuaca dan iklim Bumi. Terima kasih kepada sistem semula jadi yang kompleks dan canggih ini, kita boleh hidup dalam persekitaran yang stabil. Kami menggunakan tenaga ini, disimpan dalam pelbagai bentuk, untuk mengekalkan kehidupan, mencipta objek, dan menjana elektrik. Dengan kata lain, tenaga yang kita gunakan berasal daripada tenaga suria. Jadi, bagaimanakah Matahari memperoleh tenaganya? Jawapan yang betul ialah "melalui gabungan nuklear."
Pelauran nuklear ialah proses di mana nukleus atom ringan bergabung untuk membentuk nukleus atom yang lebih berat. Prinsip di sebalik mendapatkan tenaga melalui pelakuran nuklear ialah prinsip kesetaraan jisim-tenaga Einstein. Ringkasnya, prinsip ini menyatakan bahawa jisim boleh ditukar kepada tenaga, dinyatakan secara matematik sebagai E=mc². Di sini, E mewakili tenaga, m mewakili jisim, dan c mewakili kelajuan cahaya, yang merupakan nilai yang sangat besar pada 300,000 km/s. Ini bermakna perubahan jisim yang kecil boleh menghasilkan perubahan tenaga yang besar. Atom dengan nombor atom 26 atau lebih rendah kehilangan jisim dan membebaskan tenaga semasa pelakuran nuklear. Di Matahari, hidrogen (nombor atom 1) mengalami pelakuran nuklear untuk menjana tenaga. Jadi, bolehkah manusia memanfaatkan tenaga yang menakjubkan ini secara langsung?
Tekanan dan suhu tinggi diperlukan untuk pelakuran nuklear berlaku. Menurut undang-undang Coulomb, magnitud daya yang bertindak antara dua cas adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka. Oleh kerana nukleus atom membawa cas positif, daya tolakan antara dua nukleus meningkat secara mendadak apabila mereka mendekati satu sama lain untuk pelakuran. Tekanan dan suhu yang tinggi diperlukan untuk mengatasi daya tolakan ini. Matahari adalah sangat besar dan besar, jadi tekanan yang dikenakan pada terasnya oleh graviti adalah besar. Tekanan ini mencukupi untuk mengekalkan pelakuran nuklear pada suhu sekitar 15.7 juta darjah Celsius di teras Matahari. Terima kasih kepada tekanan yang besar ini, Matahari dapat mengekalkan pelakuran nuklear secara stabil, membekalkan tenaga secara berterusan kepada Bumi. Walau bagaimanapun, di Bumi, graviti lebih lemah, dan tiada bahan yang mampu menahan tekanan setinggi Matahari, menjadikan pelakuran dalam keadaan yang sama mustahil. Namun, jika suhu dinaikkan cukup tinggi untuk mengimbangi tekanan yang lebih rendah, persekitaran yang kondusif untuk pelakuran nuklear boleh diwujudkan. Untuk mencapai penjanaan kuasa gabungan di Bumi, persekitaran melebihi 100 juta darjah Celsius mesti dikekalkan. Namun karbon, unsur yang mempunyai takat lebur tertinggi, tidak boleh kekal pepejal melebihi 4,000 darjah Celsius sahaja. Adakah terdapat kapal yang mampu mengandungi bahan pada 100 juta darjah?
Untuk menyelesaikan masalah ini, institut penyelidikan seperti KSTAR Korea dan ITER Eropah menggunakan peranti yang dipanggil 'tokamak'. Tokamak diterjemahkan kepada 'bekas toroidal dengan gegelung magnet'. Gegelung magnet secara literal bermaksud gegelung yang membawa medan magnet, dan toroid ialah sejenis elektromagnet. Elektromagnet ialah magnet yang menggunakan prinsip bahawa medan magnet terhasil di sekeliling wayar apabila arus mengalir melaluinya. Tidak seperti magnet kekal konvensional, ia mempunyai kelebihan untuk membenarkan kekuatan magnet diselaraskan seperti yang dikehendaki dengan mengawal keamatan semasa. Contoh wakil elektromagnet ialah solenoid, iaitu elektromagnet yang dibuat oleh wayar penggulungan seperti spring di sekeliling bahan yang mudah dimagnetkan, seperti besi. Toroid ialah solenoid yang dibengkokkan menjadi bentuk donat. Apabila arus mengalir melalui toroid ini, medan magnet dijana di dalamnya. Tokamaks menggunakan ini untuk mengawal bahan suhu yang sangat tinggi di dalamnya. Sebab medan magnet boleh mengawal bahan bersuhu tinggi adalah kerana bahan itu adalah 'plasma'. Apabila gas dipanaskan secara berterusan pada suhu tinggi, nukleus atom bercas positif dan elektron bercas negatif terpisah, membentuk keadaan gas bercas yang dipanggil plasma. Memandangkan bahan bercas boleh dikawal oleh medan magnet, tokamak mengawal plasma untuk mengelakkannya daripada menyentuh dinding vesel, dengan itu mengurung bahan super panas.
Bahan api untuk kuasa pelakuran nuklear boleh didapati daripada air laut. Menggunakan deuterium, bahan api yang terkandung dalam kuantiti yang kecil dalam 1 liter air laut, penjanaan kuasa pelakuran nuklear boleh menghasilkan jumlah tenaga yang sama seperti membakar 300 liter petrol. Air laut, meliputi kira-kira 70% permukaan Bumi, adalah sumber yang luas. Menggunakan sumber ini mempunyai potensi untuk menyelesaikan secara asas cabaran tenaga yang dihadapi manusia. Tambahan pula, proses penjanaan kuasa menghasilkan hampir tiada gas rumah hijau. Tidak seperti loji janakuasa nuklear konvensional yang menggunakan pembelahan nuklear, walaupun jika berlaku kemalangan, tidak perlu risau tentang risiko seperti kebocoran radioaktif atau letupan. Atas sebab ini, kuasa pelakuran nuklear dianggap sebagai 'sumber tenaga muktamad masa depan'.
Walau bagaimanapun, laluan kepada kuasa pelakuran nuklear masih panjang. Sebab utama adalah kesukaran yang melampau dalam mengawal plasma. Plasma ialah cecair bercas dengan tenaga yang besar, menjadikan sifatnya kompleks dan pergerakannya sangat tidak dapat diramalkan. Akibatnya, meramal dan mengawal pergerakan plasma adalah amat mencabar. Pergerakan plasma kadangkala mempamerkan ketidakstabilan yang tidak dijangka, membingungkan penyelidik. Untuk menyelesaikan masalah ini, pakar dari pelbagai bidang di seluruh dunia bekerjasama dalam penyelidikan dan eksperimen. Korea Selatan juga telah mewujudkan pelan hala tuju pembangunan teknologi, yang bertujuan untuk mencapai kuasa gabungan komersial menjelang 2040-an. Melalui kerjasama dan penyelidikan antarabangsa ini, kami secara beransur-ansur meningkatkan kemungkinan pelakuran nuklear, menawarkan harapan besar untuk menyelesaikan masalah tenaga masa depan.
Penjanaan kuasa gabungan nuklear diunjurkan dapat dilaksanakan dalam masa terdekat. Tokamak dianggap sebagai teknologi terkemuka untuk merealisasikan kuasa gabungan ini. Sebaik sahaja kuasa gabungan berasaskan tokamak dikomersialkan, negara di seluruh dunia akan memiliki matahari kecil dalam magnet berbentuk donat untuk rakyat mereka. Kita boleh menantikan era tenaga masa depan yang bebas daripada kebimbangan tentang kehabisan sumber dan kemusnahan alam sekitar.
