Sebuah cara untuk mengontrol ukuran ketidakstabilan dalam plasma reaktor fusi telah ditemukan oleh tim peneliti internasional. Ketidakstabilan yang besar dapat merusak reaktor, sementara ketidakstabilan yang kecil terbukti berguna untuk menghilangkan limbah helium dari plasma. Oleh karena itu, penemuan tersebut dapat memberikan panduan penting untuk pengoperasian reaktor fusi skala besar.
Fusi inti hidrogen dalam plasma yang terkurung secara magnetis dapat menghasilkan energi ramah lingkungan dalam jumlah besar. Namun, mengendalikan plasma superhot tetap menjadi tantangan yang signifikan.
Dalam reaktor tokamak berbentuk donat yang paling banyak digunakan dalam percobaan fusi saat ini, plasma dibatasi oleh medan magnet yang kuat. Ini menghasilkan gradien tekanan yang curam antara tepi plasma dan dinding reaktor. Jika gradien tekanan di tepi terlalu besar, ini dapat menyebabkan ketidakstabilan yang disebut mode terlokalisasi tepi (ELM). Ini memancarkan semburan partikel dan energi yang dapat menyebabkan kerusakan serius pada dinding reaktor.
Kajian terbaru ini dipimpin oleh Georg Harrer di Universitas Teknik Wina. Untuk mempelajari kondisi yang menciptakan ELM, tim melakukan eksperimen di ASDEX Upgrade tokamak di Max Planck Institute for Plasma Physics di Jerman.
Meningkatkan kepadatan plasma
Mereka menemukan bahwa ELM yang besar dapat dihindari dengan meningkatkan densitas plasma, hasilnya adalah ELM yang lebih kecil yang terjadi lebih sering. Selain menyebabkan lebih sedikit kerusakan, ELM kecil dapat membantu menghilangkan limbah helium dari plasma.
Hasil rekaman JET dan pencarian energi fusi
Tim juga menemukan bahwa pada kepadatan plasma yang tinggi, kemunculan ELM dapat dikontrol dengan menyesuaikan topologi garis medan magnet yang membatasi plasma. Dalam tokamak, garis-garis medan ini berputar secara heliks di sekitar plasma, yang berarti gaya yang diberikannya bergantian dalam arah relatif terhadap gradien tekanan. Di beberapa wilayah plasma, gaya bekerja melawan ketidakstabilan sedangkan di wilayah lain gaya mendorong ketidakstabilan. Pertukaran ini dapat ditandai dengan ambang ketidakstabilan, yang menentukan gradien tekanan minimum yang diperlukan untuk membuat ELM.
Harrer dan rekannya menemukan bahwa peningkatan belitan heliks medan magnet meningkatkan ambang ketidakstabilan – dan karena itu mengurangi produksi ELM. Juga, meningkatkan geser magnetik di tepi plasma menyebabkan ambang ketidakstabilan yang lebih besar. Geser magnetik adalah sudut antara dua garis medan magnet yang bersilangan.
Menggunakan plasma dengan gradien tekanan besar meningkatkan perolehan energi fusi dari reaktor fusi, dengan trade-off berupa peningkatan risiko kerusakan ELM. Namun, ELM kecil terbukti berguna untuk membuang limbah helium. Akibatnya, fenomena ini harus seimbang untuk mengoptimalkan pengoperasian reaktor fusi masa depan. Penelitian terbaru ini memberikan wawasan penting tentang bagaimana hal itu bisa dilakukan.
Tim melaporkan temuannya di Physical Review Letters.
