Investasi $42 Juta! Departemen Energi AS Mendirikan 3 Pusat Penelitian Fusi Laser Utama

Pada hari Kamis waktu setempat, Departemen Energi AS mengumumkan bahwa mereka sedang mendirikan tiga pusat penelitian dengan harapan dapat memajukan ilmu pengetahuan dan teknologi fundamental energi fusi inersia (IFE) dan memanfaatkan miniatur ledakan termonuklir bertenaga laser di pembangkit listrik masa depan.
Ketiga pusat tersebut, yang berlokasi di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) di California, Colorado State University, dan University of Rochester di New York State, akan berbagi total $42 juta selama empat tahun. Dari jumlah tersebut, masing-masing $16 juta untuk Livermore dan Colorado State, dan $10 juta untuk Universitas Rochester – sebagian kecil dari anggaran ilmu energi fusi DOE – yang tahun ini berjumlah lebih dari setengah miliar dolar.
Scott Hsu, kepala koordinator fusi DOE, mengatakan penelitian masa depan di tiga pusat tersebut akan “lebih fokus pada teknologi dasar yang diperlukan untuk sistem fusi inersia.
Energi dihasilkan dengan menggabungkan dua atom kecil, biasanya hidrogen, menjadi atom yang lebih besar. Proses ini, yang dikenal sebagai “fusi”, merupakan sumber energi bagi matahari dan bintang-bintang lainnya. Jika fusi nuklir terkendali dapat direproduksi di Bumi, hal ini akan menghasilkan energi yang berlimpah tanpa menghasilkan karbon dioksida atau limbah radioaktif yang berumur panjang yang dapat menyebabkan pemanasan bumi.
Hingga saat ini, sebagian besar penelitian energi fusi, dan sebagian besar anggaran ilmu fusi Departemen Energi, berfokus pada reaktor yang menggunakan medan magnet kuat untuk menampung hidrogen super panas hingga inti atom bertabrakan dan bergabung. Namun percobaan sukses yang dilakukan tahun lalu di National Ignition Facility (NIF) Livermore menekankan pendekatan yang berbeda - menembakkan laser yang kuat pada partikel hidrogen individu untuk menyatukan atom-atomnya dan menghasilkan kilatan fusi.
LLNL telah mencapai penyalaan fusi di NIF sebanyak empat kali hingga saat ini. Yang terbaru dicapai dengan menembakkan energi 2,2 megajoule (MJ) pada target penyalaan, menghasilkan energi fusi 3,4 MJ. NIF tidak dirancang sebagai prototipe pembangkit energi fusi. Sejak penghentian uji coba nuklir pada tahun 1992, senjata ini telah digunakan terutama untuk membantu mempertahankan senjata nuklir AS. Dalam percobaan sebelumnya, percobaan sains NIF menembakkan pulsa laser ke dalam pelet berbahan bakar hidrogen. Pembangkit listrik praktis perlu menembakkan pulsa laser berulang kali dengan frekuensi 10 kali per detik, dengan setiap pulsa memasukkan pelet bahan bakar baru.
Laser ini harus lebih bertenaga, lebih andal, dan lebih hemat energi dibandingkan laser NIF. Target bahan bakar hidrogen harus murah dan mudah diproduksi. Sebuah pembangkit listrik akan membutuhkan pasokan jutaan pelet yang stabil. Pusat penelitian baru ini akan membantu mengatasi hambatan-hambatan ini.
Kramer Akli, yang mengelola program Ilmu Energi Inersia Fusion pemerintah, mengatakan DOE menerima banyak permohonan, dan panel juri memilih Livermore, Rochester dan Colorado State. Masing-masing program pemenang mencakup kerjasama dengan universitas lain, laboratorium nasional, dan perusahaan swasta.
Akli berkata, "Pertemukan para pemikir paling cerdas di bidang Anda sehingga Anda dapat lebih mempercepat inovasi dan memecahkan beberapa tantangan energi fusi inersia."
Salah satu tujuan utama pusat Universitas Rochester adalah menguji laser jenis baru yang dapat ditembakkan langsung pada bahan bakar hidrogen. Metode ini lebih hemat energi dibandingkan yang digunakan dalam percobaan NIF di Livermore. Namun jika variasi kecil pada laser menghasilkan ketidakstabilan, hal tersebut dapat menghambat fusi.
Ketidakstabilan ini dapat dikendalikan jika laser merambat pada rentang panjang gelombang tertentu. Para ilmuwan di Universitas Rochester telah mengerjakan pendekatan ini, yang disebut penggerak langsung, selama bertahun-tahun, dan dana penelitian dari pusat tersebut akan digunakan untuk eksperimen guna menguji apakah laser berdaya tinggi baru dapat mengatasi masalah ini. Ini membuka rute ke program penggerak langsung.
Pusat Negara Bagian Colorado akan mempelajari berbagai laser yang diusulkan untuk berbagai konsep fusi inersia dan memeriksa berbagai desain target bahan bakar. Carmen Menoni, seorang profesor teknik elektro dan komputer yang memimpin proposal pusat tersebut, mengatakan dia akan mempelajari material baru untuk pelapis optik laser sehingga material tersebut dapat lebih tahan terhadap serangan laser berenergi tinggi yang berkelanjutan.
Tammy Ma, ahli fisika plasma di Laboratorium Nasional Livermore (LLNL), mengatakan fokus pusat tersebut akan melampaui pendekatan penggerak tidak langsung yang digunakan oleh NIF dan mulai mengatasi masalah yang diperlukan untuk membangun pembangkit listrik yang sebenarnya. "Bukan hanya karena Anda memiliki target dan Anda mencapainya serta menciptakan energi."
Penelitian awal akan membantu menjelaskan pendekatan mana yang paling menjanjikan. “Investasi yang ada tidak akan cukup untuk menemukan jawaban-jawaban tersebut,” menurut Dr. Tammy Ma, “namun menurut saya dalam waktu empat tahun, kita dapat memetakan jalur yang menjanjikan bagi Amerika Serikat untuk benar-benar menunjukkan upaya yang penuh pabrik percontohan skala besar."
Menteri Energi AS Jennifer M. Granholm mengatakan, "Memanfaatkan energi fusi adalah salah satu tantangan ilmu pengetahuan dan teknologi terbesar di abad ke-21. Kami sekarang yakin bahwa energi fusi bukan hanya suatu kemungkinan, namun juga sangat menjanjikan. Para ilmuwan di pusat-pusat ini akan menjadi yang terdepan dalam terobosan yang mengubah keadaan dan menyelamatkan planet ini."
Proyek yang didanai oleh program Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) akan menyatukan keahlian dan kemampuan laboratorium nasional, akademisi, dan industri Departemen Energi AS untuk memajukan komponen sistem IFE. Fusi kurungan inersia adalah metode fusi terkemuka yang menggunakan laser atau teknologi lain untuk mengompresi dan memanaskan plasma padat. program IFE-star akan mengembangkan: rancangan target keuntungan tinggi; laser efisiensi tinggi dengan tingkat pengulangan yang tinggi; dan fabrikasi, pelacakan, dan keterlibatan target fusi yang relevan dengan kehidupan. program IFE-star dirancang untuk menyediakan berbagai teknologi untuk mendukung sistem IFE, termasuk penggunaan laser, laser, dan laser dalam berbagai aplikasi. Komponen utama dari proyek yang didanai ini adalah pengelolaan ekosistem fusi inersia, termasuk pengembangan tenaga kerja yang inklusif dan beragam.
Laboratorium Energi Laser (LLE) Universitas Rochester, yang digerakkan oleh 400 anggota stafnya di Rochester, telah lama berada di garis depan dalam bidang energi, sains, dan teknologi. Tahun lalu, para ilmuwan di Lawrence Livermore National Laboratory, yang didukung oleh LLE, mencapai pencapaian perolehan energi bersih yang pertama.
Sebagai hasil dari terobosan di Fasilitas Pengapian Nasional Lawrence Livermore National Laboratory, fusi kurungan inersia telah mendapatkan minat dan perhatian yang lebih besar. Proyek IFE-star bertujuan untuk mengatasi kesenjangan ilmiah dan teknologi yang umum dalam peta jalan teknologi yang diantisipasi oleh perusahaan fusi IFE yang berpartisipasi dalam Program Pengembangan Milestone Fusion di Office of Science dengan menangani peluang penelitian prioritas yang diuraikan dalam laporan Lokakarya IFE tentang Kebutuhan Penelitian Dasar. Kemajuan Berkelanjutan. Berbeda dengan fusi kurungan magnetik, yang dirancang untuk mempertahankan pembakaran plasma dalam jangka waktu lama, IFE memerlukan pembentukan denyut yang berulang. Salah satu tujuannya adalah untuk mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi yang diperlukan untuk mengubah fusi inersia dari eksperimen tunggal yang menghasilkan keuntungan rendah menjadi eksperimen yang memperoleh keuntungan tinggi dan tingkat pengulangan yang tinggi yang diperlukan untuk pembangkit listrik percontohan IFE yang potensial.
Departemen Energi Amerika Serikat sedang mengadakan program khusus melalui IFE-star. Proyek yang dipilih akan membangun dan memanfaatkan kemampuan, keahlian, diagnostik, dan fasilitas terdepan di dunia, dan bintang IFE juga akan memperluas penelitian IFE secara signifikan yang didanai bersama oleh DOE Advanced Research Projects Agency for Energy (ARPA-E) dan Office of Science. .