Rekayasa Fusi

Rekayasa Fusi

Reaksi fusi di bumi ? Matahari atau bintang secara umum mendapatkan energi dari reaksi fusi. Tak diragukan lagi bahwa memang reaksi fusi dapat menghasilkan energi, namun tantangan yang masih perlu dijawab adalah apakah energi fusi digunakan bagi kesejahteraan manusia, memenuhi kebutuhan energi manusia. Awalnya komunitas ilmuwan fisika ragu mengenai kemungkinan eksploitasi energi fusi di bumi., bahkan salah satu tokohnya, Rutherford, menilai bahwa hal itu terlalu jauh. Namun, spekulasi mengenai hal itu semakin banyak sejak mulai muncul dugaan bahwa proses nuklir memiliki peran penting pada bintang. Dorongan semakin bertambah dengan meletusnya bom atom di akhir perang dunia II, dimana peristiwa itu seakan menjadi demonstrasi yang dramatis bahwa energi nuklir benar-benar dapat dihasilkan. Jika reaksi fisi nuklir dapat menghasilkan energi, kenapa reaksi fusi tidak? Tulisan ini membahas prinsip dasar tentang bagaimana energi fusi dapat dieksploitasi di bumi.

Mulai dari gabungan dua proton Rantai dari reaksi di matahari dimulai dengai reaksi fusi antara dua proton Apabila proton terdengar asing, maka sebenarnya yang dimaksud adalah

dengan menggabungkan dua inti atom hydrogen, karena sebagai atom paling sederhana hydrogen hanya memiliki satu proton pada inti atomnya. Dengan menggabungkan dua hydrogen akan terbentuk deuterium sebagai bentuk atom hydrogen yang lebih berat (karena inti atomnya memiliki dua proton). Ketika dua proton bergabung maka salah satunya harus berubah menjadi neutron. Ini termasuk tahap yang paling sulit dalam rantai reaksi yang menjadi sumber energi matahari, dan reaksi tahap ini terlalu lambat untuk dapat menjadi sumber energi di bumi. Namun, setelah tahap pertama yang lamban, reaksi fusi hanya melibatkan perubahan jumlah proton dan neutron di dalam inti atom, dan tahap ini terjadi lebih cepat. Sehingga tampak lebih menguntungkan untuk memulai rantai reaksi dengan deuterium. Meskipun deuterium jumlahnya sedikit di matahari karena proses hilangnya deuterium secepat reaksi yang melahirkan deuterium. Namn jumlah deuterium berlimpah di bumi sebagai sisa dari proses kosmologi purbakala.Sekitar satu dari 7000 atom hydrogen yang ada di bumi ini adalah deuterium, dan memisahkan kedua isotop ini bukan hal yang sulit.Bumi memiliki hydrogen berlimpah, umumnya dalam bentuk air di laut, sehingga dapat dikatakan bahwa kita memiliki persediaan deuterium yang tak terbatas. Gabungan dua deuterium

Reaksi fusi antara dua inti deuterium (DD) melibatkan dua proton dan dua neutron yang dapat muncul dalam dua kombinasi berbeda. Kombinasi pertama menghasilkan inti atom yang memiliki dua proton dan satu neutron ditambah sebuah neutron. Inti dengan dua proton dan satu neutron diatas adalah bentukan

helium

yang

sangat

jarang

yaitu

He-3.

Kombinasi

lainnya

menghasilkan inti atom dengan dua neutron dan satu proton ditambah satu proton. Inti yang muncul dari kombinasi kedua ini disebut tritium yang memiliki massa sekitar tiga kali massa hydrogen. Skema reaksi serta kedua kombinasi yang terjadi ketika terjadi fusi antara dua deuterium dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Reaksi fusi D-D Tritium dan Deuterium Tritium dan He-3 yang dihasilkan dari reaksi diatas dapat pula kembali bereaksi dengan deuterium. Kali ini partikel inti yang terlibat ada 5 yaitu tiga

proton dan dua neutron pada kasus He-3,(D – He-3) dan sebaliknya untuk kasus tritium (D-T). Inti atom yang terbentuk dari kedua reaksi ini sama yaitu inti atom dengan dua neutron dan dua proton. Inti inilah yang dikenal dengan helium (tepatnya He-4). Hanya saja sisa dari kedua reaksi berbeda sebagaimana terlihat pada gambar 2. berikut

Gambar 2. Reaksi D-T dan D - He-3 Helium merupakan gas yang bersifat inert (tidak mudah bereaksi) yang sering digunakan untuk mengisi balon atau pesawat udara.

Ketiga reaksi diatas digunakan dalam eksperimen untuk mempelajari reaksi fusi. Diantara opsi-opsi reaksi fusi diatas, reaksi gabungan antara tritium dengan deuterium (DT) memerlukan temperature yang paling rendah untuk dapat terjadi. Hal ini membuat reaksi DT menjadi kandidat kuat sebagai reaksi pilihan untuk melakukan rekayasa fusi di bumi.

Tritium tidak terdapat secara alami di bumi,artinya perlu proses atau reaksi lain terlebih dahulu untuk memperoleh tritium. Tritium juga bersifat radioaktif dengan paruh waktu 12.3 tahun, bila kita punya sejumlah tritium hari ini maka akan tinggal setengahnya setelah 12.3

tahun, lalu jumlahnya menjadi

seperempat setelah 24.6 tahun, dan seterusnya. Secara prinsip, tritium dapat diperoleh dengan merancang suatu terjadinya reaksi antara neutron yang dihasilkan dari reaksi DT untuk dengan unsure litihium. Lithium memiliki 3 proton pada inti atomnya, dengan dua kombinasi neutron. Yang pertama memiliki 3 neutron disebut Lithium-6, sedangkan yang kedua memiliki 4 neutron disebut lithium-7. Reaksi antara neutron dengan Lithium akan menhasilkan tritium dan helium. Sehingga dengan menggunakan deuterium dan tritium pada dasarnya rekayasa fisi bias dilakukan dengan menyisakan helium sebagai sampahnya (gambar 3.). Lebih jauh, deuterium diperoleh dengan mengekstraknya dari air sedangkan tritium diperoleh dari lithium.

Gambar 3. Mekanisme fusi dengan bahan bakar deuterium dan Lithium.

Kedua bahan dasar diatas merupakan unsur yang melimpah dan mudah diperoleh. Helium sebagai mengundang masalah lain.

gas buang sendiri bersifat inert sehingga tidak