Menghasilkan tenaga nuklir memerlukan energi yang sangat besar—panas, tekanan, dan radiasi ekstrem—yang harus ditahan oleh setiap bagian reaktor secara terus-menerus. Secara alami, merekayasa peralatan yang sempurna merupakan tugas yang sulit, namun para peneliti terus menemukan cara-cara menakjubkan untuk memajukan teknologi nuklir. Yang terbaru melibatkan sebuah chip kecil dengan kinerja yang tidak kecil.
Dalam sebuah rilis terbaru, para peneliti dari University of Maine mengumumkan sensor mikroelektronik baru yang dapat menoleransi baik tingkat radiasi maupun suhu ekstrem di inti reaktor nuklir. Secara bersamaan, sensor ini menangkap data operasional secara real-time, memberikan wawasan yang sangat berharga bagi para insinyur dan operator mengenai aktivitas reaktor.
“Karena banyak reaktor mutakhir yang saat ini sedang dikembangkan beroperasi pada suhu seperti ini, terdapat permintaan tinggi akan sensor untuk memantaunya,” ujar Mauricio Pereira da Cunha, kepala peneliti proyek tersebut, dalam rilisnya. “Pengembangan sensor-sensor ini yang berhasil akan mengatasi dan meringankan hambatan teknologi yang saat ini menghambat peluncuran reaktor nuklir generasi lanjut.”
Meningkatkan Panas
Sensor ini dirancang untuk berada di dalam tungku reaktor untuk fisi nuklir, yang menghasilkan sejumlah besar energi dengan memisahkan dua molekul berat. Secara spesifik, para peneliti berharap dapat memasang sensor-sensor ini di reaktor suhu tinggi mutakhir, yang beroperasi dengan gas helium dan mengandung material keramik untuk menghasilkan energi nuklir dengan lebih efisien dan aman.
Akan tetapi, reaktor-reaktor ini mencapai suhu yang lebih tinggi daripada yang dapat ditahan oleh sensor yang ada, karena keunggulannya datang dari “efisiensi termal yang lebih tinggi yang dicapai pada suhu lebih tinggi,” jelas para peneliti.
Di sisi lain, tim ini memiliki keahlian selama dua dekade dalam menyempurnakan sensor serupa. Hal ini memotivasi mereka untuk menghabiskan dua tahun terakhir mengembangkan dan menguji sensor yang cukup kuat untuk reaktor generasi mendatang—dan, sambil mengerjakannya, membuat sensor tersebut berukuran kecil untuk memperluas jangkauan aplikasinya.
Chip Kecil, Implikasi Besar
Untuk proyek ini, tim menciptakan tujuh sensor, yang semuanya diuji di Laboratorium Reaktor Nuklir di Ohio State University, menurut sebuah laporan dari Kantor Energi Nuklir Departemen Energi AS. Setiap sensor memiliki ketebalan 100 nanometer—kira-kira 1.000 kali lebih tipis dari sehelai rambut—dan membawa elektroda paduan berbasis platinum yang dikemas dengan tutup alumina.
Foto-foto sensor yang dipasang di Laboratorium Reaktor Nuklir di Ohio State University. Kredit: Advanced Sensors and Instrumentation Newsletter/Department of Energy
Yang mengesankan, semua tujuh sensor “tetap berfungsi” dan “tidak menunjukkan tanda-tanda penurunan kinerja” meskipun reaktor mengujinya selama lima hari pada daya maksimum, pada suhu sekitar 1.500 derajat Fahrenheit (800 derajat Celcius), seperti yang dijelaskan dalam laporan tersebut. Analisis awal juga mengisyaratkan bahwa sensor-sensor tersebut juga tahan terhadap radiasi.
“Selain suhu ekstrem, kami sekarang juga memaparkan sensor-sensor ini ke tingkat radiasi nuklir yang intens, di dalam inti reaktor, pada saat yang bersamaan,” kata Luke Doucette, ilmuwan peneliti senior untuk proyek tersebut, dalam rilisnya. “Hal ini menambah dimensi kesulitan yang sama sekali baru dalam hal jenis material sensor apa yang dapat bertahan dalam kondisi ini dan tetap berfungsi.”
Artikel terkait: Cara yang Lebih Ramah Lingkungan untuk Bahan Bakar Fusi Nuklir