Sebuah tim peneliti di MIT percaya mereka telah berhasil mengurangi salah satu hambatan terbesar dalam mewujudkan fusi nuklir skala besar—membawa kita selangkah lebih dekat untuk mewujudkan sumber energi yang melimpah.
Dengan memanfaatkan proses yang sama yang menggerakkan bintang-bintang, kita akan memiliki akses ke sumber energi yang bersih, aman, dan praktis tanpa batas. Para ilmuwan telah membangun reaktor untuk mencoba mengendalikan fusi, dengan salah satu yang paling banyak diteliti adalah tokamak. Intinya, tokamak adalah tabung berbentuk donat yang menggunakan magnet kuat untuk membatasi plasma yang diperlukan untuk menyalakan reaksi fusi. Potensinya sangat besar. Namun, untuk sepenuhnya mewujudkannya, para ilmuwan pertama-tama harus mengatasi berbagai tantangan yang menyertai energi ini, termasuk cara memperlambat reaksi fusi setelah dimulai.
Di sinilah riset terbaru ini berperan: Dengan menggabungkan fisika dan pembelajaran mesin, para peneliti memprediksi bagaimana perilaku plasma di dalam reaktor tokamak berdasarkan serangkaian kondisi awal—sesuatu yang telah lama membingungkan para peneliti (bagaimanapun juga, sulit untuk melihat ke dalam reaktor fusi saat sedang beroperasi). Makalah tersebut diterbitkan pada hari Senin di Nature Communications.
“Agar fusi menjadi sumber energi yang berguna, ia harus dapat diandalkan,” ujar Allen Wang, penulis utama studi dan mahasiswa pascasarjana di MIT, kepada MIT News. “Untuk menjadi andal, kita perlu mahir dalam mengelola plasma kita.”
Dengan Kekuatan Besar Muncul Risiko Besar
Saat reaktor tokamak berjalan penuh, arus plasma di dalamnya dapat bersirkulasi dengan kecepatan hingga sekitar 62 mil (100 kilometer) per detik dan pada suhu 180 juta derajat Fahrenheit (100 juta derajat Celsius). Suhu ini lebih panas daripada inti Matahari.
Jika reaktor harus dimatikan karena suatu alasan, operator memulai proses untuk “menurunkan” arus plasma secara bertahap, mengurangi energinya secara perlahan. Namun, proses ini rumit, dan plasma dapat menyebabkan “lecet dan bekas luka di bagian dalam tokamak—kerusakan kecil yang tetap memerlukan waktu dan sumber daya yang cukup besar untuk diperbaiki,” jelas para peneliti.
“Penghentian plasma yang tidak terkendali, bahkan selama penurunan daya, dapat menghasilkan fluks panas intensif yang merusak dinding internal,” jelas Wang. “Seringkali, terutama dengan plasma berkinerja tinggi, proses penurunan justru dapat mendorong plasma mendekati batas ketidakstabilan tertentu. Jadi, ini adalah keseimbangan yang rumit.”
Memang, setiap kesalahan dalam mengoperasikan reaktor fusi dapat sangat mahal. Dalam dunia yang ideal, para peneliti dapat melakukan uji coba di tokamak yang berfungsi, tetapi karena efisiensi fusi yang masih rendah, menjalankan salah satu reaktor ini sangatlah mahal, dan sebagian besar fasilitas hanya akan menjalankannya beberapa kali dalam setahun.
Belajar dari Kearifan Fisika
Untuk model mereka, tim menemukan metode yang sangat cerdik untuk mengatasi keterbatasan dalam pengumpulan data—mereka kembali ke aturan dasar fisika. Mereka menggabungkan jaringan saraf model mereka dengan model lain yang menggambarkan dinamika plasma, lalu melatih model tersebut dengan data dari TCV, sebuah perangkat fusi eksperimental kecil di Swiss. Kumpulan data tersebut mencakup informasi tentang variasi suhu awal dan tingkat energi plasma, serta data saat dan di akhir setiap percobaan.
Dari sana, tim menggunakan algoritma untuk menghasilkan “trajektori” yang memberi tahu para operator reaktor tentang kemungkinan perilaku plasma seiring berjalannya reaksi. Ketika mereka menerapkan algoritma tersebut pada percobaan TCV yang sebenarnya, mereka menemukan bahwa mengikuti instruksi “trajektori” model tersebut berhasil memandu operator untuk menurunkan daya perangkat dengan aman.
“Kami melakukannya berkali-kali,” kata Wang. “Dan hasilnya secara keseluruhan jauh lebih baik. Jadi, kami memiliki keyakinan statistik bahwa kami telah membuat segalanya lebih baik.”
“Kami berusaha menjawab pertanyaan-pertanyaan ilmiah untuk membuat fusi berguna secara rutin,” tambahnya. “Apa yang kami lakukan di sini adalah awal dari perjalanan panjang yang masih harus ditempuh. Namun menurut saya, kami telah membuat kemajuan yang cukup baik.”