Ketika proses penyatuan itu terjadi, sebagian kecil massa berubah menjadi energi sesuai persamaan terkenal Albert Einstein, E = mc². Energi inilah yang dipancarkan Matahari dalam bentuk cahaya dan panas.

Berbeda dengan api biasa yang berasal dari proses pembakaran, Matahari bersinar karena reaksi fusi nuklir yang berlangsung tanpa henti di bagian intinya.

Karena mampu menghasilkan energi dalam jumlah sangat besar dengan emisi karbon yang sangat rendah, teknologi fusi nuklir selama bertahun-tahun disebut sebagai "holy grail" atau tujuan utama dalam pengembangan energi bersih.

Bagaimana China Meniru Matahari di Bumi?

Untuk mereplikasi proses yang terjadi di Matahari, China membangun reaktor berbentuk cincin menyerupai donat yang dikenal sebagai tokamak.

Di dalam reaktor tersebut, gas hidrogen dipanaskan hingga mencapai suhu lebih dari 100 juta derajat Celsius, bahkan jauh lebih panas dibanding inti Matahari.

Suhu yang jauh lebih tinggi diperlukan karena Bumi tidak memiliki gaya gravitasi sebesar Matahari yang mampu menekan partikel agar tetap rapat. Sebagai gantinya, para ilmuwan meningkatkan suhu agar partikel bergerak jauh lebih cepat sehingga peluang terjadinya fusi semakin besar.

Pada suhu setinggi itu, gas berubah menjadi plasma, yaitu kondisi ketika atom-atom telah terpisah menjadi inti dan elektron yang bergerak bebas.

Mengapa Plasma Tidak Menyentuh Dinding Reaktor?

Tantangan terbesar dalam reaksi fusi adalah tidak ada material di Bumi yang mampu menahan suhu plasma hingga ratusan juta derajat Celsius.

Jika plasma menyentuh dinding reaktor, material tersebut akan langsung meleleh.

Untuk mengatasinya, para ilmuwan menggunakan medan magnet superkuat yang membentuk plasma tetap melayang di tengah ruang vakum tanpa menyentuh dinding reaktor.

Di dalam kurungan magnet itulah inti-inti atom hidrogen bertabrakan dan menyatu, menghasilkan energi melalui proses yang sama seperti di Matahari.

Apa Itu Batas Greenwald?

Dalam pengembangan reaktor fusi, ilmuwan tidak hanya membutuhkan plasma yang sangat panas, tetapi juga plasma dengan kepadatan tinggi.

Semakin padat plasma, semakin sering partikel bertabrakan sehingga energi yang dihasilkan menjadi jauh lebih besar.

Namun selama puluhan tahun terdapat hambatan yang dikenal sebagai batas Greenwald.

Jika kepadatan plasma melewati batas tersebut, plasma menjadi tidak stabil, keluar dari kurungan magnet, lalu menghantam dinding reaktor dengan energi yang sangat besar. Kondisi ini dapat merusak reaktor dan menghentikan proses fusi.

Karena itu, batas Greenwald selama ini dianggap sebagai salah satu penghalang terbesar dalam pengembangan pembangkit listrik fusi.

Bagaimana China Berhasil Melewati Hambatan Ini?

Tim peneliti EAST berhasil menjaga plasma tetap stabil pada kepadatan sekitar 1,3 hingga 1,65 kali lebih tinggi dibanding batas Greenwald.

Keberhasilan tersebut dicapai melalui kombinasi beberapa teknologi, antara lain:

• Menggunakan metode pemanasan plasma Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH).

• Mengatur jumlah gas awal secara presisi melalui teknik pre-charged synergistic start-up.

• Mengganti dinding reaktor menjadi all-metal wall untuk mengurangi partikel pengotor.

• Memasang pelat khusus yang menekan pelepasan partikel dari lapisan tungsten pada dinding reaktor.

Serangkaian inovasi tersebut membuat plasma tetap stabil meskipun beroperasi pada tingkat kepadatan yang sebelumnya dianggap berbahaya.

Lahir Teori Baru tentang Interaksi Plasma

Selain menghasilkan pencapaian eksperimental, tim ilmuwan juga memperkenalkan teori baru yang dinamakan Plasma-Wall Interaction Self-Organisation (PWSO).

Teori ini menjelaskan bagaimana interaksi antara plasma dan dinding reaktor memengaruhi munculnya batas Greenwald.

Melalui teori tersebut, para peneliti menemukan bahwa radiasi di bagian tepi plasma berperan penting dalam menentukan kestabilan plasma. Dengan mengendalikan kondisi tersebut, EAST berhasil memasuki kondisi operasi baru yang disebut density-free region, yaitu wilayah operasi dengan kepadatan plasma tinggi namun tetap stabil.

Hasil eksperimen tersebut dinilai sesuai dengan prediksi teori PWSO dan menjadi konfirmasi pertama terhadap konsep tersebut pada reaktor tokamak.

Semakin Dekat Menuju "Matahari Mini"

Para peneliti meyakini pencapaian ini membuka peluang menuju kondisi fusion ignition, yaitu saat reaksi fusi mampu mempertahankan dirinya sendiri tanpa membutuhkan energi tambahan dari luar.

Kondisi tersebut merupakan karakteristik utama Matahari.

Jika reaktor mampu beroperasi secara stabil pada kepadatan plasma yang lebih tinggi, laju reaksi fusi akan meningkat secara signifikan. Dengan demikian, pembangkit listrik fusi di masa depan tidak lagi harus berukuran sangat besar atau menggunakan suhu yang jauh lebih ekstrem untuk menghasilkan energi dalam jumlah besar.

Masih Belum Siap Menjadi Pembangkit Listrik Komersial

Meski dianggap sebagai kemajuan besar, para ilmuwan menegaskan bahwa teknologi pembangkit listrik fusi komersial masih membutuhkan waktu untuk diwujudkan.

Masih terdapat sejumlah tantangan yang harus diselesaikan, seperti:

• Menjaga plasma tetap stabil dalam waktu yang jauh lebih lama.

• Mengembangkan material reaktor yang mampu bertahan pada kondisi ekstrem secara terus-menerus.

• Menyempurnakan berbagai aspek rekayasa agar sistem dapat dioperasikan secara ekonomis.

Penelitian EAST telah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Science Advances dan melibatkan kolaborasi antara Institute of Plasma Physics di bawah Chinese Academy of Sciences, Huazhong University of Science and Technology, serta Aix-Marseille University dari Prancis.

Reaktor EAST sendiri telah beroperasi sejak 2006 sebagai fasilitas riset internasional yang terbuka bagi ilmuwan dari berbagai negara, termasuk Indonesia.

Meskipun pembangkit listrik berbasis "matahari buatan" masih belum dapat digunakan secara komersial, keberhasilan EAST melewati batas Greenwald menunjukkan bahwa mimpi menghadirkan sumber energi bersih melalui fusi nuklir kini semakin mendekati kenyataan.

(seo)