Terobosan Baru dalam Simulasi Turbulensi Plasma untuk Pembangkit Listrik Fusi

DALAM sebuah studi eksperimental yang komprehensif, tim peneliti internasional mengkonfirmasi perhitungan kode simulasi turbulensi terkemuka ke tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya. Ini menandai terobosan besar dalam memahami proses transportasi turbulen dalam perangkat fusi nuklir.

Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications itu meletakkan dasar penting untuk memprediksi kinerja pembangkit listrik fusi.

Pembangkit listrik fusi masa depan bertujuan menghasilkan energi yang dapat digunakan secara efisien dengan menggabungkan inti atom ringan. Pendekatan paling canggih, fusi kurungan magnetik, membatasi plasma, gas yang dipanaskan hingga jutaan derajat Celcius, dalam medan magnet. Plasma ini ditangguhkan tanpa kontak dinding di dalam ruang vakum berbentuk donat.

Baca juga : Banyaknya Turbulensi Jadi Perhatian Serius Dunia Penerbangan

Energi yang dilepaskan dari reaksi fusi nuklir tidak hanya ditujukan untuk pembangkit listrik, tetapi juga mempertahankan suhu plasma. Untuk mempertahankan proses, plasma harus mempertahankan energi sebanyak mungkin apa yang oleh para peneliti disebut sebagai pencapaian waktu kurungan energi tinggi.

Turbulensi yang Kuat Berdampak Negatif Pada Sifat Plasma 

Untuk mencapai tujuan ini, fisikawan harus terlebih dahulu memahami proses turbulen yang sangat kompleks dalam plasma dan, idealnya, menemukan cara untuk mengaturnya. Sampai batas tertentu, turbulensi sebenarnya bermanfaat, karena membantu mengangkut inti helium produk sampingan dari reaksi fusi yang keluar dari plasma sambil membawa bahan bakar segar ke dalam inti. Namun, turbulensi yang berlebihan mengurangi waktu penahanan energi karena energi keluar dari pusat plasma terlalu cepat.

"Anda dapat membandingkan ini dengan setetes susu dalam secangkir kopi, jika Anda mengaduk dengan sendok, pusaran yang bergejolak terbentuk, dan cairannya bercampur jauh lebih cepat daripada tanpa pengadukan," jelas fisikawan Dr. Klara Höfler, yang mempelajari fenomena ini di Institut Max Planck untuk Fisika Plasma (IPP) di Garching dekat Munich.

Baca juga : Singapore Airlines Tawarkan Kompensasi US$10 Ribu bagi Penumpang yang Terluka Akibat Turbulensi 

Bersama dengan rekan-rekan dari IPP dan lima lembaga penelitian lainnya di Eropa dan Amerika Serikat, dia membuat terobosan yang signifikan dalam memahami turbulensi dalam plasma fusi. Untuk pertama kalinya, tim mencapai kesepakatan komprehensif antara hasil eksperimen dan simulasi komputer. Para peneliti secara bersamaan membandingkan tujuh parameter turbulensi plasma utama secara signifikan lebih banyak daripada studi sebelumnya.

Untuk studi baru, Dr. Klara Höfler memanfaatkan peralatan diagnostik unik di dunia di perangkat fusi IPP ASDEX Upgrade. Hal ini memungkinkannya untuk secara tepat mengukur sifat-sifat plasma multi-juta derajat selama dua pelepasan dengan pengaturan yang berbeda.

Gelombang Mikro Memberikan Gambar Plasma yang Terperinci 

Jika Anda ingin menentukan suhu danau, Anda cukup menempatkan termometer di dalam air. Dalam penelitian fusi, suhu plasma biasanya diukur menggunakan gelombang mikro yang dipancarkan plasma itu sendiri. Dari emisi ini, fluktuasi suhu elektron juga dapat diturunkan.

Baca juga : 8 Penumpang Qatar Airways Dilarikan ke Rumah Sakit

Selain itu, dengan meluncurkan gelombang mikro ke dalam plasma, peneliti dapat menganalisis radiasi backscattered untuk mengekstrak informasi tentang fluktuasi kepadatan elektron yaitu jumlah elektron per satuan volume. Dengan menggunakan pendekatan ini, Höfler dan timnya mampu mengkarakterisasi fluktuasi suhu plasma dan kepadatan plasma.

Dua Metode Diagnostik Memainkan Peran Sentral:

• Reflekometer Doppler untuk mengukur fluktuasi kepadatan plasma. Menggunakan tiga reflekometer dari rangkaian diagnostik Peningkatan ASDEX, tim menganalisis pusaran dengan berbagai ukuran di lokasi yang berbeda.
• Radiometer Korelasi-Elektron-Siklotron-Emisi (CECE) dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT) di AS untuk pengukuran fluktuasi suhu elektron yang sangat tepat.

Simulasi plasma komparatif dalam ruang fase lima dimensi dilakukan menggunakan kode GENE, yang dikembangkan di IPP dan diakui secara global sebagai alat terkemuka untuk pemodelan proses turbulen secara numerik di dalam plasma. Kompleksitas fenomena ini sangat besar sehingga superkomputer yang digunakan untuk penelitian ini membutuhkan total dua bulan waktu komputasi untuk memodelkan turbulensi yang diamati hanya dalam beberapa milidetik.

Kolaborasi erat antara fisikawan eksperimental dan teoritis penting di sini. Tidak cukup bagi perhitungan GEN untuk mereproduksi turbulensi dengan benar. Mereka juga harus mensimulasikan proses pengukuran yang rumit, yang sekarang telah dicapai oleh para peneliti setelah bertahun-tahun bekerja. Hanya dengan cara ini perbandingan antara eksperimen dan perhitungan numerik dapat ditetapkan sama sekali. (phys/Z-2)