TEKNOLOGI REAKTOR FUSI : INERTIAL CONFINEMENT AND MAGNETIC CONFINEMENT FUSION MAKALAH Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Aplikasi nuklir di industri
oleh
Rahandika Febri Arrivani
10211039
Cici Wulandari
10211041
Fitri Aulia Permatasari
10211087
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2013
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Pada umumnya kebutuhan energi dipenuhi oleh energi dari bahan fosil seperti
minyak, batu bara dan gas alam. Namun, sumber energi tersebut merupakan sumber energi yang terbatas ketersediaannya di alam. Oleh karena itu, diperlukan sumber energi alternatif yang tidak terbatas oleh ketersediaan di alam. Salah satu alternatif energi terbaharukan berasal dari energi nuklir. Konsep energi nuklir dapat dihasilkan dari reaksi pada reaktor nuklir atau yang biasa dikenal dengan Pembangkit listrik tenaga nuklir. Reaktor – reaktor nuklir yang saat ini dioperasikan untuk menghasilkan energi (listrik) merupakan reaktor fisi nuklir. Dalam reaktor fisi nuklir energi diperoleh dari pemecahan satu atom menjadi dua atom. Dalam reaksi fisi nuklir konvensional neutron lambat yang menumbuk inti atom bahan bakar (umumnya Uranium) menghasilkan inti atom baru yang tidak stabil dan hamper seketika pecah menajdi dua bagian inti dan sejumlah neutron dengan energi yang besar. Pecahan hasil reaksi fisi tersebut merupakan sampah radioaktif dengan waktu paruh yang relatif lama sehingga menimbulkan masalah baru pada lingkungan. Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan yang menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, sangat efisien, bersih dari polusi, tidak akan menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan sampah radioaktif yang menjadi masalah lingkungan seperti pada reaktor fisi nuklir. Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial. Salah satu kendala utama perkembangan reaktor fusi ini adalah reaksi ini hanya terjadi pada temperature dan tekanan yang tinggi sementara itu, belum ada material yang tahan dalam suhu tersebut. Oleh karena itu, diperlukan pembahasan mengenai metoda untuk mengatasi keterbatasan tersebut. Dalam makalah ini akan dibahas mengenai 2 metoda utama dalam reaktor fusi yaitu Inertial Confinement dan Magnetic Confinement [1].
1.2
Tujuan Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah : 1. Memahami reaksi fusi. 2. Memahami teknologi fusi, magnetic confinement dan inertial confinement.
1.3
Rumusan Masalah Rumusan masalah makalah ini adalah : 1. Apa yang dimaksud dengan reaksi fusi ? 2. Bagaimana prinsip kerja teknologi manetic confinement ? 3. Bagaimana prinsip kerja teknologi inertial confinement ?
1.4
Metode Penelitian Dalam penyusunan makalah ini, penulis menggunakan metode studi literatur.
Adapaun literatur yang digunakan adalah buku, jurnal dan artikel dari internet.
BAB II TEKNOLOGI REAKSI FUSI
2.1
Reaksi Fusi sebagai Sumber Energi Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan dua buah inti yang menghasilkan
inti baru yang lebih besar serta menghasilkan energi yang tinggi. Dalam prosesnya, reaksi fusi membutuhkan energi yang besar, tetapi energi yang dihasilkan dari reaksi ini lebih besar dari energi yang dibutuhkan untuk melakukan reaksi. Massa inti baru yang terbentuk lebih ringan dari massa awal. Reaksi fusi membutuhkan energi yang tinggi meskipun penggabungan inti yang ringan, misalnya hidrogen. Karena ketika dua buah inti didekatkan akan terjadi gaya tolak coulomb antar proton. Untuk menghalangi gaya coulomb maka inti perlu didekatkan dengan kelajuan yang tinggi. Kelajuan tinggi memerlukan energi kinetik yang sangat tinggi, energi kinetik yang tinggi artinya memerlukan suhu yang tinggi.
Gambar 2.1 reaksi fusi Dalam suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium, deuterium, dan tritium) bergabung menjadi inti atom helium dan netron serta sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini sejenis dengan reaksi yang terjadi di dalam inti matahari dan bersifat jauh lebih bersih, lebih aman, lebih efisien dan menggunakan bahan bakar yang jauh lebih berlimpah dibandingkan dengan reaksi fisi nuklir. Syarat terjadinya reaksi fusi nuklir:
suhu awal yang sangat tinggi (lebih dari 100.000.000 Kelvin)
kerapatan inti partikel n yang tinggi menjamin tumbukan sering
tekanan yang sangat tinggi Suhu tinggi yang dipersyaratkan tersebut dapat dicapai dengan bantuan
microwaves dan laser. Pada suhu setinggi ini elektron-elektron atom terpisah dari intinya dan terbentuk wujud plasma. Inti-inti atom yang akan bergabung memiliki muatan listrik sejenis (positif) sehingga tolak-menolak sehingga diperlukan energi yang sangat besar (suhu tinggi) agar mereka dapat mengatasi tolakan listrik. Reaksi fusi baru dapat terjadi jika inti-inti atom tersebut dapat didekatkan hingga jarak 10−15 m (seper satu juta miliar meter). Pada jarak ini baru terjadi ikatan nuklir yang mampu mengatasi tolakan listrik dari kedua inti atom yang akan berfusi tersebut. Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan inti-inti atom yang akan digabungkan. Persyaratan ini dicapai dengan bantuan medan magnet yang sangat kuat (yang dihasilkan oleh arus listrik dalam superkonduktor) dan dengan bantuan laser dengan daya tinggi. Teknologi terkini baru mencapai suhu dan tekanan yang mampu menghasilkan fusi antara deuterium dan tritium Fusi antara deuterium dan tritium memerlukan suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Reaksi fusi yang kedua inilah yang menjadi tumpuan reaktor fusi nuklir masa mendatang, karena ketersediaan bahan bakar deuterium yang lebih mudah diperoleh (diekstrak dari air laut), tidak radioaktif dan menghasilkan energi yang lebih tinggi. Secara teknis ada dua cara untuk mencapai suhu dan tekanan yang sesuai untuk terjadinya reaksi fusi, yaitu:
Menggunakan medan magnet dan medan listrik yang sangat kuat untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. menggunakan
metode
yang
lebih
dikenal
ITER di Perancis
sebagai
metode Magnetic
confinement ini.
Menggunakan berkas laser atau berkas ion untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. Metode ini dikenal sebagai metode Inertial confinement yang digunakan dalam pusat penelitian reaktor fusi nuklir di Lawrence Livermore Laboratory (USA).
2.2
Teknologi Magnetic Confinement Magnetic Confnement merupakan sebuah teknologi reaktor fusi yang
menggunakan medan magnet sebagai pembatas bahan bakar fusi dengan dinding reaktor. Bahan bakar fusi berbentuk plasma yang sangat panas. Magnetic confinement mencoba untuk menciptakan kondisi yang diperlukan untuk produksi energi fusi dengan menggunakan konduktivitas listrik plasma dan menampungnya dengan medan magnet. Medan magnet yang melingkupi plasma memberikan tekanan terhadap plasma. Begitu pula dengan plasma, memberikan tekanan kepada medan magnet dalam upaya melakukan ekspansi. Akibat kedua hal ini, terjadi keseimbangan antara tekanan plasma dan medan magnetik. Oleh karena itu, dalam reaktor diperlukan medan magnet yang sesuai dangan tekanan plasma untuk mencapai keseimbangan. Pada reaktor biasa (fisi), dinding reaktor dilapisi oleh gas tipis yang berfungsi sebagai pendingin. Sementara itu pada reaksi fusi, cairan plasma memiliki suhu yang tinggi sehingga saat cairan tersebut kontak dengan dinding reaktor, gas tipis ini tidak akan berfungsi. Maka disinilah diperlukan peran dari kurungan magnetik sebagai pengisolasi plasma dari dinding. Medan magnetik yang mengurung plasma menyebabkan adanya gaya magnetik pada setiap partikel bermuatan ( ion dan elektron). Gaya tersebut menyebabkan partikel bermuatan bergerak melingkar dalam orbit di sekitar garis medan magnet. Di sisi lain partikel tersebut dapat bergerak bebas dalam arah membujur[2]. Untuk saat ini telah dikembangkan teknologi magnetic confinement dalam sebuah
plant heat fusion. Pembangkit ini memiliki daya 500 MW dan menggunakan kurungan magnetic geometri tokamak seperti yang terlihat pada gambar 2.2. Pembangkit ini sedang dibangun di Perancis[1].
Gambar 2.2 Magnetic Confinement dengan Geometri Tokamak
2.3
Teknologi Inertial Confinement Inertial confinement adalah teknologi fusi yang mencoba untuk melakukan reaksi fusi
nuklir dengan pemanasan dan mengkompres target bahan bakar, dalam bentuk pellet yang berisi campuran deuterium dan tritium[3]. Untuk mengkompres dan memanaskan bahan bakar, energi dikirimkan ke lapisan luar dari target menggunakan energi tinggi sinar laser, electron atau ion. Namun hampir semua perangkat Inertial confinement menggunakan laser. Apabila lapisan luar diledakan, akan menghasilkan tekanan terhadap sisa bahan bakar dan akan mengkompres target. Proses ini dirancang untuk menghasilkan gelombang kejut yang bisa memampatkan panas bahan bakar dipusat sehingga reaksi fusi terjadi. Adapun mekanisme terjadinya reaksi fusi dijelakan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 prinsip kerja Inertial confinement Tujuan teknologi ini adalah untuk menghasilkan kondisi yang disebut pengapian, yaitu proses pemanasan yang menyebabkan reaksi pembakaran yang berantai pada sebagian besar bahan bakar. Pellet bahan bakar mengandung 10mg bahan bakar, namun dalam prakteknya hanya sebagian kecil bahan bakar ini akan mengalami reaksi fusi. Tetapi jika semua bahan bakar ini dikonsumsi akan melepaskan energi setara dengan membakar satu barel minyak. Teknologi ini pertama kali diusulkan pada tahun 1970-an, yaitu melalui pendekatan praktis. Namun efisisiensi perangkatnya jauh lebih rendah dari yang diharapkan dan mencapai proses pengapiannya tidak mudah. Sepanjang tahun 1980 sampai 1990-an banyak percobaan yang dilakukan untuk memahami interaksi kompleks dari intensitas sinar laser yang tinggi dan plasma. Ini menyebabkan suatu desain mesin baru, yang akhirnya akan mencapai energi pengapian.
BAB III SIMPULAN DAN SARAN
3.1
Simpulan Reaktor fusi merupakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan karena
bebas dari limbah radioaktif. Selain itu, energi yang dihasilkan pun lebih besar dibanding energi reaksi fisi. Namun reaksi fusi hanya dapat terjadi pada suhu dan tekanan yang relatif tinggi. Keadaan suhu dan tekanan yang tinggi dapat dicapai melalui dua teknologi, magnetic confinement dan inertial confinement. Teknologi magnetic confinement menggunakan magnetik sebagai pembatas plasma dari dinding reaktor sedangkan inertial confinement menggunakan laser untuk mengompres plasma sehingga dapat terjadi reaksi fusi.
3.2
Saran Perkembangan dua teknologi reaktor fusi ini masih dalam tahap penelitian. Oleh
karena itu diperlukan dukungan dari berbagai pihak untuk mendukung perkembangan reaktor fusi. Salah satu bentuk dukungan misalnya Pemerintah dapat mendukung secara materil dalam bentuk dana atau ketersediaan fasilitas fisik. Sementara itu, masyarakat dapat memberikan dukungan moril dan memberikan kepercayaan kepada peniliti. Dan mahasiswa sebagai civitas akademika dapat memberikan dukungan dalam ikut berkontribusi ide atau ilmu serta dapat membantu pemerintah untuk mensosialisasikan perkembangan reaktor fusi ini kepada masyarakat.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Magnetic Confinement Fusion Science Status and Challenges, S. Prager University of Wisconsin February, 2005 [2] The Future of Nuclear Power, J.N. Lillington Serco Assurance, Winfrith Technology Centre, Dorchester, Dorset, UK, 2004 [3] Wikipedia.org/wiki/Inertial_confinement_fusion diakses pada tanggal 19 september 2013
