Eksperimen “matahari buatan” China capai terobosan, temukan cara menembus batas kepadatan

(Hefei, 2 Jan) Tim peneliti dari Institut Fisika Plasma, Hefei Institutes of Physical Science, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, pada Jumat mengumumkan kemajuan penting dari eksperimen EAST—tokamak superkonduktor penuh yang kerap dijuluki “matahari buatan”. Eksperimen ini membuktikan adanya “wilayah bebas batas kepadatan (density-unconstrained regime)” pada tokamak dan menunjukkan cara praktis untuk menjalankan plasma pada kepadatan lebih tinggi secara stabil. Temuan ini menjadi landasan fisika yang penting untuk operasi tokamak berkepadatan tinggi dalam teknologi fusi terkurung magnetik.

Menurut Xinhua, hasil penelitian tersebut dipublikasikan di jurnal Science Advances.

Tokamak adalah perangkat berbentuk cincin yang menggunakan medan magnet untuk mengurung plasma bersuhu sangat tinggi—ibarat membuat “lintasan magnet” agar plasma tetap terkunci dan tidak menyentuh dinding, sehingga fusi dapat berlangsung secara terkendali.

Kepadatan plasma merupakan parameter kunci karena berpengaruh langsung pada laju reaksi fusi. Namun selama ini diketahui ada batas kepadatan: ketika plasma mendekati batas tersebut, sistem bisa menjadi tidak stabil, terjadi gangguan (disruption), plasma lepas dari kurungan magnet, dan energi besar dapat menghantam dinding bagian dalam—berisiko pada keselamatan operasi.

Komunitas fusi internasional menilai proses pemicu batas kepadatan terjadi di wilayah batas antara plasma dan dinding, tetapi mekanismenya belum sepenuhnya dipahami.

Dalam penelitian ini, tim mengembangkan model teori “pengorganisasian diri” tentang interaksi plasma batas dengan dinding, dan menemukan bahwa ketidakstabilan radiasi akibat pengotor (impuritas) di tepi plasma berperan kunci dalam memicu batas kepadatan, sehingga mekanismenya menjadi lebih jelas.

Memanfaatkan lingkungan dinding logam penuh di EAST, peneliti menerapkan pemanasan resonansi siklotron elektron serta strategi start-up dengan pra-injeksi gas untuk mengurangi sputtering (percikan material) pengotor di tepi plasma, sehingga batas kepadatan dan gangguan dapat ditunda. Dengan mengatur kondisi fisik target divertor, sputtering yang didominasi pengotor tungsten dapat ditekan, sehingga plasma mampu melampaui batas kepadatan dan masuk ke wilayah baru yang bebas dari batas kepadatan. Hasil eksperimen sangat sesuai dengan prediksi teori dan menjadi bukti pertama bahwa wilayah tersebut memang ada.

Penelitian ini dikerjakan bersama beberapa institusi, termasuk Huazhong University of Science and Technology serta Aix-Marseille University di Prancis, dan didukung program nasional fusi terkurung magnetik Tiongkok.