Dalam catatan blog ini, kami akan menggunakan metafora "donat yang dipenuhi matahari" untuk meneroka prinsip kuasa pelakuran nuklear, struktur tokamak, kelebihan kuasa pelakuran nuklear, cabaran yang mesti diatasi untuk pengkomersialan dan trend penyelidikan terkini.
Donat yang kita makan mengandungi pelbagai jenis bahan. Tetapi bagaimana jika, suatu hari nanti, anda membeli donat dan menemui matahari di dalamnya? Ia mungkin kedengaran seperti fantasi liar, tetapi bagaimana jika "donat" ini memegang kunci untuk mengubah masa depan manusia secara radikal?
Matahari melepaskan sejumlah besar tenaga melalui tindak balas pelakuran nuklear. Walaupun hanya sebahagian kecil daripada tenaga itu sampai ke Bumi, jumlah yang kecil itu pun sudah cukup untuk mengekalkan ekosistem Bumi dan tamadun manusia. Jadi, jika kita dapat meniru tindak balas pelakuran nuklear yang berlaku di dalam Matahari di Bumi dengan selamat, bukankah itu akan membuka jalan baharu untuk menyelesaikan masalah tenaga yang telah lama melanda manusia?
Sudah tentu, membawa Matahari sebenar ke sini adalah mustahil secara fizikal. Sebaliknya, saintis telah mengalihkan perhatian mereka kepada plasma—sering dirujuk sebagai "keadaan jirim keempat"—sebagai medium yang mampu mencipta semula persekitaran yang serupa dengan di dalam Matahari. Peranti yang dibangunkan untuk mengurung plasma suhu ultra tinggi ini secara stabil ialah tokamak berbentuk donat. Nama "tokamak" berasal daripada istilah Rusia "Toroidalnaya Kamera Magnitnymi Katushkami" (ruang vakum berbentuk donat yang menggunakan gegelung magnet). Ia adalah peranti yang mengurung plasma—bahan api pelakuran—di dalam ruang vakum berongga berbentuk donat untuk mencetuskan tindak balas, melaksanakan fungsi yang serupa dengan reaktor dalam penjanaan kuasa pembelahan.
Struktur tokamak disusun di sekitar dua paksi utama: arah toroidal, yang berjalan di sepanjang lilitan donat, dan arah poloidal, yang berjalan di sepanjang keratan rentas donat. Pelbagai peranti disusun secara kompleks di dalam tokamak, termasuk magnet superkonduktor yang menghasilkan medan magnet yang kuat untuk menghalang plasma suhu ultra tinggi daripada menyentuh dinding saluran, gegelung solenoid pusat yang menghasilkan arus plasma, dan sistem vakum yang mengekalkan vakum ultra tinggi di dalam saluran.
Proses pelakuran nuklear yang berlaku dalam tokamak sering dibandingkan dengan ketuhar gelombang mikro. Sudah tentu, prinsip sebenar adalah jauh lebih kompleks, tetapi terdapat persamaan di mana kedua-duanya menggunakan gelombang elektromagnet yang kuat dari luar untuk memanaskan jirim. Selepas menyuntik deuterium dan tritium ke dalam tokamak, bahan api dipanaskan pada suhu ultra tinggi lebih 100 juta darjah Celsius menggunakan gelombang mikro, pancaran zarah neutral dan peranti pemanasan frekuensi radio, menyebabkannya memasuki keadaan plasma. Seterusnya, tindak balas pelakuran nuklear DT—di mana deuterium (D) dan tritium (T) bercantum—berlaku, menghasilkan helium dan neutron bertenaga tinggi. Semasa proses ini, sejumlah kecil jisim ditukar menjadi tenaga, dan menurut prinsip kesetaraan jisim-tenaga Einstein (E=mc²), sejumlah besar tenaga dibebaskan. Matlamat utama penjanaan kuasa pelakuran nuklear adalah untuk memanfaatkan tenaga ini dengan andal untuk pengeluaran elektrik.
Penjanaan kuasa pelakuran nuklear menawarkan beberapa kelebihan inovatif berbanding kaedah penjanaan kuasa konvensional. Pertama, deuterium—bahan api—boleh diperoleh daripada air laut, dan tritium boleh dihasilkan menggunakan litium, menjadikan ketersediaan bahan api jangka panjang sangat berkemungkinan. Akibatnya, ini dapat mengurangkan masalah sumber tenaga yang tertumpu di negara tertentu dengan ketara. Tambahan pula, walaupun beberapa komponen struktur menjadi radioaktif akibat neutron semasa proses pelakuran, jumlah sisa radioaktif dan beban pengurusannya agak rendah berbanding penjanaan kuasa pembelahan, yang menghasilkan sisa radioaktif peringkat tinggi dalam jangka masa panjang. Lebih-lebih lagi, memandangkan tindak balas pelakuran nuklear hanya boleh dikekalkan di bawah keadaan yang sangat spesifik—iaitu, suhu ultra tinggi dan medan magnet yang kuat—plasma menyejuk secara semula jadi dan tindak balas berhenti jika anomali berlaku. Akibatnya, ia menawarkan keselamatan yang lebih tinggi daripada penjanaan kuasa pembelahan, di mana tindak balas rantai berterusan.
Walaupun kuasa pelakuran nuklear merupakan sumber tenaga masa depan yang sangat menarik, masih terdapat banyak cabaran teknikal yang mesti diatasi sebelum ia dapat dikomersialkan. Pertama, bahan tahan haba dan sinaran yang mampu menahan persekitaran plasma yang menghampiri ratusan juta darjah dan neutron bertenaga tinggi dalam tempoh yang lama mesti dibangunkan. Tambahan pula, untuk mengehadkan plasma secara stabil, medan magnet yang kuat mesti dikekalkan untuk tempoh yang lama, yang memerlukan teknologi magnet superkonduktor yang mampu beroperasi pada suhu yang sangat rendah. Bidang kejuruteraan bahan dan teknologi superkonduktor ini kekal sebagai bidang utama penyelidikan aktif di seluruh dunia.
Tambahan pula, ketidakstabilan plasma itu sendiri menimbulkan cabaran besar. Pelbagai bentuk ketidakstabilan boleh berlaku di dalam plasma, menyebabkan ia berayun atau sebahagiannya runtuh; dalam kes yang teruk, ini boleh menyebabkan "gangguan", di mana seluruh plasma bersentuhan dengan dinding saluran darah. Memandangkan fenomena ini bukan sahaja mengurangkan kestabilan output tetapi juga boleh menyebabkan kerosakan pada peranti, ia dianggap sebagai salah satu bidang penyelidikan paling kritikal untuk pengkomersialan. Pada masa ini, institusi penyelidikan di seluruh dunia sentiasa menjalankan penyelidikan untuk meminimumkan ketidakstabilan ini dengan menggunakan teknologi kawalan berasaskan AI dan simulasi berprestasi tinggi.
Di Korea Selatan, penyelidikan pelakuran bertaraf dunia sedang dijalankan terutamanya melalui KSTAR (Peranti Penyelidikan Pelakuran Superkonduktor), yang dikendalikan oleh Institut Tenaga Pelakuran Korea. KSTAR terus memecahkan rekod untuk mengekalkan plasma suhu ultra tinggi secara stabil dalam tempoh yang lama, memainkan peranan penting dalam mendapatkan teknologi untuk kuasa pelakuran komersial. Di peringkat antarabangsa, projek Reaktor Eksperimen Termonuklear Antarabangsa (ITER)—yang melibatkan Korea Selatan, Kesatuan Eropah (EU), Amerika Syarikat, Jepun, China, India dan Rusia—sedang dalam pembinaan di Perancis. Walaupun ITER telah mengalami beberapa kelewatan berbanding jadual asal, ia terus bergerak maju sebagai projek penyelidikan kolaboratif antarabangsa terbesar di dunia yang bertujuan untuk mengesahkan kebolehlaksanaan kejuruteraan penjanaan kuasa pelakuran. Berikutan ini, pelan pembangunan berperingkat sedang dilaksanakan, yang membawa kepada loji janakuasa demonstrasi (DEMO) kepada loji janakuasa pelakuran komersial.
Kita kini sedang memegang "donat" yang akan mengubah masa depan. Ia mungkin masih mengambil sedikit masa sebelum kita dapat menikmati gigitan pertama itu. Walau bagaimanapun, manusia sudah bergerak maju, selangkah demi selangkah, ke arah matlamat monumental pelakuran nuklear. Jika tiba harinya apabila "donat yang mengandungi matahari" ini—yang mampu menyediakan tenaga yang bersih, selamat dan hampir tidak terbatas—menjadi sebahagian daripada kehidupan seharian kita, ia akan direkodkan sebagai salah satu titik perubahan terbesar dalam sejarah tenaga.
