JAKARTA – Reaktor fusi Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) milik China kembali mencuri perhatian dunia. Fasilitas yang dijuluki sebagai “matahari buatan” itu berhasil mencapai terobosan yang selama puluhan tahun dianggap sebagai batas fundamental dalam pengembangan energi fusi nuklir.
Dalam eksperimen terbarunya, EAST mampu mengoperasikan plasma pada tingkat kepadatan yang melampaui batas Greenwald, ambang yang selama ini menjadi acuan aman bagi pengoperasian reaktor tokamak di berbagai negara. Keberhasilan tersebut membuat EAST menembus apa yang selama ini dianggap sebagai “limit mustahil” dalam dunia energi fusi.
Pencapaian ini tidak hanya memecahkan rekor, tetapi juga membuka peluang untuk menghasilkan energi yang jauh lebih besar tanpa harus membangun reaktor berukuran lebih besar atau meningkatkan suhu operasi secara drastis. Para peneliti bahkan menilai hasil tersebut dapat membuka jalan menuju kondisi fusion ignition, yaitu saat reaksi fusi mampu mempertahankan dirinya sendiri tanpa membutuhkan tambahan energi besar dari luar.
Meniru Proses di Matahari
EAST merupakan reaktor tokamak yang dirancang untuk meniru proses fusi yang terjadi di Matahari. Dalam sistem ini, plasma bersuhu sangat tinggi dikurung menggunakan medan magnet berbentuk toroidal atau menyerupai cincin. Pada kondisi ekstrem tersebut, inti-inti atom bertabrakan dan menyatu sehingga menghasilkan energi fusi.
Selama bertahun-tahun, teknologi fusi dipandang sebagai “cawan suci” dunia energi karena berpotensi menghasilkan listrik dalam jumlah besar dengan emisi karbon yang sangat rendah. Namun, mewujudkan pembangkit listrik tenaga fusi bukanlah perkara mudah.
Salah satu tantangan terbesar adalah menjaga plasma tetap stabil saat kepadatannya meningkat. Padahal, kepadatan plasma merupakan faktor penting dalam menghasilkan energi. Semakin banyak partikel yang terkandung di dalam plasma, semakin sering tumbukan terjadi dan semakin besar energi yang dihasilkan.
Para ilmuwan mengetahui bahwa energi hasil reaksi fusi meningkat sebanding dengan kuadrat kepadatan plasma. Dengan kata lain, peningkatan kepadatan yang relatif kecil dapat menghasilkan lonjakan energi yang jauh lebih besar.
Masalahnya, selama puluhan tahun terdapat batas yang dikenal sebagai batas Greenwald. Ketika kepadatan plasma mendekati atau melampaui ambang tersebut, plasma berisiko kehilangan kestabilannya. Kondisi ini dapat mengganggu operasi reaktor dan merusak berbagai komponen di dalamnya. Karena itu, batas Greenwald selama ini dianggap sebagai salah satu hambatan utama dalam meningkatkan performa reaktor fusi.
Berhasil Melampaui Batas Greenwald
Dalam eksperimen terbaru, EAST tidak hanya berhasil melewati batas Greenwald untuk sesaat. Tim peneliti melaporkan bahwa plasma tetap stabil dan terkendali saat beroperasi pada kepadatan sekitar 1,3 hingga 1,65 kali lebih tinggi dibandingkan batas tersebut.
Untuk mencapai hasil itu, para ilmuwan menerapkan sejumlah pendekatan khusus sejak tahap awal pembentukan plasma. Mereka memanfaatkan pemanasan tambahan melalui metode Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) serta mengatur jumlah gas awal secara sangat presisi menggunakan teknik pre-charged synergistic start-up.
Pendekatan tersebut membantu menjaga kondisi di area tepi plasma, wilayah yang selama ini dikenal paling rentan terhadap gangguan kestabilan. Selain itu, EAST juga menggunakan desain dinding logam penuh (all-metal wall) yang mampu mengurangi pelepasan partikel pengotor dari permukaan reaktor.
Tim peneliti turut mengendalikan kondisi target plate guna menekan sputtering yang didominasi pengotor tungsten dari material dinding reaktor. Upaya tersebut berkontribusi dalam menjaga kestabilan plasma selama eksperimen berlangsung.
Didukung Teori Baru
Keberhasilan EAST juga ditopang oleh pengembangan model teoritis baru bernama Plasma-Wall Interaction Self-Organisation (PWSO). Model yang dikembangkan oleh tim dari Institute of Plasma Physics (ASIPP), Chinese Academy of Sciences, itu menjelaskan bagaimana interaksi antara plasma dan dinding reaktor memengaruhi munculnya batas kepadatan plasma.
Melalui penelitian tersebut, para ilmuwan menemukan bahwa radiasi di wilayah batas plasma memiliki peran penting dalam memicu tercapainya batas Greenwald. Dengan mengendalikan kondisi tersebut, plasma EAST berhasil diarahkan menuju kondisi operasi baru yang disebut sebagai density-free region atau wilayah bebas kepadatan.
Menurut tim peneliti, hasil eksperimen menunjukkan kesesuaian yang tinggi dengan prediksi teori PWSO sekaligus menjadi konfirmasi pertama atas keberadaan kondisi tersebut pada reaktor tokamak. Temuan ini dinilai penting karena membantu menjelaskan mekanisme fisik yang selama ini diyakini berada di balik batas Greenwald, tetapi belum sepenuhnya dipahami komunitas ilmiah internasional.
Masih Banyak Tantangan
Meski menjadi terobosan besar, para peneliti menegaskan bahwa pencapaian ini belum berarti pembangkit listrik tenaga fusi siap dibangun dalam waktu dekat.
Jika reaktor dapat beroperasi pada kepadatan 1,3 kali lebih tinggi dibandingkan batas sebelumnya, laju reaksi fusi berpotensi meningkat jauh lebih besar dari 30 persen. Pada tingkat kepadatan 1,65 kali batas Greenwald, peningkatan energi bahkan dapat mencapai beberapa kali lipat.
Artinya, reaktor masa depan berpotensi menghasilkan energi yang jauh lebih besar tanpa perlu memperbesar ukuran perangkat atau menaikkan suhu operasi secara ekstrem.
Namun, berbagai tantangan besar masih harus diatasi, mulai dari kemampuan plasma mempertahankan panas dalam jangka waktu lama, ketahanan material dinding reaktor terhadap kondisi ekstrem, hingga beragam persoalan rekayasa lainnya.
Hasil penelitian ini telah dipublikasikan dalam jurnal Science Advances melalui kolaborasi antara Institute of Plasma Physics, Huazhong University of Science and Technology, dan Aix-Marseille University.
Sebagai informasi, EAST telah beroperasi sejak 2006 dan menjadi platform penelitian terbuka bagi ilmuwan China maupun peneliti internasional dalam pengembangan teknologi fusi nuklir.
Meski jalan menuju pembangkit listrik fusi komersial masih panjang, keberhasilan EAST menembus batas yang selama ini dianggap fundamental menunjukkan bahwa upaya menghadirkan “matahari buatan” sebagai sumber energi masa depan semakin mendekati kenyataan.[]
