Lakuran Panas (Hot Fusion) - Sumber Tenaga Elektrik Masa Hadapan?

Artikel tulisan Bahrain Samah ini telah terbit dalam Sinar Harian pada 25 November 2018

Lakuran nuklear (nuklear fusion) berlaku secara semulajadi di permukaan matahari dan bintang-bintang di mana daya graviti yang amat tinggi membentuk tekanan dan suhu tinggi. Ia menyebabkan partikel-partikel berlanggar dan melakur (fused: bersatu menjadi partikel baru). Selain menghasilkan partikel baharu, lakuran yang bersifat eksoterma juga membebaskan tenaga haba/cahaya. 

     Berdasarkan fenomena tersebut, saintis dari beberapa buah negara sedang gigih menjalankan kajian/ujian dalam usaha mencari kaedah dan peralatan yang sesuai bagi menampung penjanaan kuasa lakuran (fusion power) menggunakan reaktor nuklear yang melibatkan suhu melebihi 100 juta Celsius.

     Stewart Prager dan Michael C. Zarnstorff dalam artikel tulisan mereka berjudul Fusion energy: A time of transition and potential (30 November, 2016, The Conversation.com) menyatakan bahawa jika masalah teknikal yang amat rumit berjaya diatasi, maka kuasa lakuran bakal membekal sumber tenaga tanpa had selain bersih dan selamat.

      Mereka yang mengetuai pembangunan teknologi ‘star in a jar’ di Makmal Fizik Plasma Princeton (PPPL: Princeton Plasma Physics Laboratory) tajaan Jabatan Tenaga Amerika Syarikat di Universiti Princeton menyatakan bahawa sekilogram deuterium yang diekstrak dari air per hari dapat membekal keperluan tenaga elektrik kepada beberapa ratus ribu buah rumah. Deuterium merupakan isotop hidrogen stabil terdiri daripada satu proton dan satu neutron.

     Penulis telah membincangkan mengenai penggunaan deuterium oleh saintis dalam usaha membangun teknologi kuasa lakuran (fusion power) berasaskan ‘Tindak-balas Nuklear Tenaga Rendah’ (Low Energy Nuclear Reaction, LENR) dalam artikel berjudul ‘Sumber Tenaga Masa Hadapan’ (9 Oktober 2016, Sinar Harian). LENR merupakan panggilan umum bagi semua proses tindak-balas nuklear pada suhu bukan plasma (non-plasma temperature).

     Kedua-dua LENR dan lakuran panas (lakuran nuklear menggunakan suhu dan tekanan tinggi) menghasilkan helium dan membebaskan tenaga.  

     Berbalik semula kepada perbincangan mengenai lakuran panas. Dua cabaran penting yang harus diselesaikan bagi membina sistem lakuran yang cekap: mempertahan tindak-balas untuk jangka masa lama dan mencipta bahan yang sesuai bagi mengubah kuasa lakuran kepada tenaga elektrik.

     Prager dan Zarnstorff percaya bahawa stesyen janakuasa lakuran komersil hanya akan menjadi kenyataan  sekurang-kurangnya 25 dari sekarang. Namun, penggunaannya yang berpotensi manfaat besar memberi isyarat saintis harus terus berusaha hingga ia benar-benar dapat direalisasi.

Reaktor besar

     Menurut mereka lagi, ujian proses lakuran panas tidak boleh dijalankan menggunakan peralatan bersaiz kecil dan kemudian disusuli dengan ujian  menggunakan reaktor besar sebagaimana kajian penjanaan tenaga elektrik bentuk lain seperti suria, gas asli dan belahan nuklear (nuclear fission). Ia kerana penggunaan reaktor kecil dipercayai menghasilkan keputusan yang berbeza secara ketara berbanding dengan penggunaan reaktor besar.

      Jadi, penggunaan reaktor bersaiz besar memungkinkan ujian-ujian bagi mengenalpasti kebolehlaksanaan penjanaan kuasa lakuran dapat dilakukan lebih awal – agar ia dapat dimasukkan ke dalam perancangan sebagai sumber penjanaan kuasa masa hadapan.

      Pada keadaan normal nukleus-nuklues atom hidrogen iaitu isotop deuterium dan tritium (terdiri daripada satu proton dan dua neutron) yang bercas positif akan menolak antara satu sama lain. Sebaliknya, tekanan dan suhu tinggi dalam reaktor nuklear dikatakan menyebabkan kedua-dua atom bergerak pada kelajuan tinggi dan berlanggar. Perlanggaran menyebabkan kedua-dua nukleus melakur dengan membentuk helium serta membebaskan satu neutron dan tenaga haba.

     Magnet yang amat berkuasa digunakan bagi menampung gas terdiri daripada nukleus-nukleus dan elektron-elektron deuterium dan tritium bercas elektrik dengan suhu amat panas iaitu melebihi 100 juta darjah Celsius. Gas bercas dan panas ini dikenali sebagai plasma. 

     Saintis di Amerika Syarikat misalnya menggunakan beberapa konfigurasi magnet yang amat berkuasa yang membentuk struktur keseluruhan reaktor berbentuk sfera. Selain memerangkap plasma ia berfungsi membentuk tekanan tinggi. Tanpa medan magnet yang amat berkuasa tindak-balas yang dikehendaki tidak akan berlaku.

     Di Amerika Syarikat, saintis-saintis Massachuset Institute of Technology dengan bantuan Jabatan Tenaga Amerika Syarikat dan National Science Foundation mencadangkan pembinaan reaktor terdiri daripada magnet menggunakan lilitan pita nipis nadir bumi barium kuprum oksida (rare-earth barium copper oxide) bagi membentuk daya medan magnet tinggi.

Kelangsungan

    Sebelum proses lakuran berlangsung, suhu reaktor dinaikkan menggunakan tenaga yang besar. Sebaik-baik sahaja lakuran bermula, reaktor dikatakan menjana tenaga untuk diri sendiri dalam membantu kelangsungan pelakuran. Sebahagian tenaga dijangka akan disalurkan untuk penjanaan tenaga elektrik.

     Setakat ini komuniti saintifik antarabangsa sedang membina sebuah pusat kajian lakuran di Perancis dikenal sebagai ITER (dari bahasa Latin ‘the way’). Janakuasa tersebut dijangka akan mengeluarkan kuasa lakuran panas 500 megawatt selama 8 minit pada satu-satu masa.

     Jika kuasa tersebut diubah kepada tenaga elektrik ia dijangka mampu membekal elektrik kepada 150 ribu buah rumah. Pembinaan ITER adalah hasil kolaborasi kerajaan-kerajaan China, Kesatuan Eropah, India, Jepun, Russia, Korea Selatan dan Amerika Syarikat.

     Reaktor yang digunakan terdiri dari super magnet Tokamak di mana plasma terkurung dalam bentuk donut dikelilingi oleh medan magnet yang amat berkuasa. ITER dijangka menjana tenaga lakuran 10 kali ganda berbanding 50 megawatt yang akan digunakan untuk memanaskan plasma.

     German telah membina janakuasa kajian lakuran dilengkapi reaktor dikenali sebagai Wendelstein 7-X (W7-X). Berdasarkan artikel berjudul 'Star in a Jar' Fusion Reactor Works and Promises Infinite Energy  (9 Disember 2016, Livescience.com) reaktor tersebut telah membakar plasma buat pertama kali pada awal 2016. Kajian dijalankan dengan kolaborasi PPPL.

     Terkini, artikel berjudul Another nuclear fusion record just got broken in South Korea (16 Disember 2016, Sciencealert.com) melaporkan kejayaan saintis Korea Selatan yang menggunakan reaktor Tokamak memperoleh tindak-balas lakuran selama 70 saat. Ia merupakan rekod tindak-balas lakuran berlangsung paling lama setakat ini.

    Berdasarkan berita kos permulaan pembinaan janakuasa LENR dijangka jauh lebih murah berbanding lakuran panas. Begitu juga dengan kos pengeluaran tenaga elektrik. Kos bahanapi LENR dijangka amat rendah berbanding dengan sumber-sumber tenaga sedia ada iaitu sekitar 0.1 peratus.

    Prospek aplikasi lakuran panas dijangka hanya tertumpu kepada penjanaan tenaga komersil. Sebaliknya, selain penjaanaan tenaga komersil teknologi LENR dijangka digunakan lebih meluas termasuk untuk kegunaan pelbagai kenderaan darat, kapal terbang, keretapi, telefon bimbit dan komputer riba! 

Berita terkini berkaitan lakuran panas: 

UK hatches plan to build world's first fusion power plant

Hakcipta Terpelihara @ www.gayahidupholistik.blogspot.com