Fusi!

Terobosan baru-baru ini dalam reaktor fusi eksperimental telah menciptakan gelombang berita yang mengejutkan melalui media arus utama. Penulis dari semua kalangan membuat liris bagaimana ini merupakan langkah maju yang besar, dan bagaimana ini membawa kita lebih dekat ke sumber energi yang 'bersih, aman, hampir tak terbatas'. Namun kenyataannya sedikit lebih bernuansa.

Seperti biasa, apa yang tidak berkelanjutan, tidak akan dipertahankan. Fisika, bagian dari buku peraturan Alam, bekerja dengan prinsip sederhana seperti itu. Ini tidak rumit: sistem harus menghasilkan lebih banyak (lebih banyak) energi daripada yang dibutuhkannya untuk menopang dirinya sendiri agar berguna sebagai sumber energi. Itu harus menghasilkan energi surplus - tidak mengherankan jika para ilmuwan yang mengejar fusi menjadikan ini tujuan utama mereka. Fasilitas Pengapian Nasional AS (NIF) yang menghasilkan hasil luar biasa dilaporkan telah mencapai hal itu:

Fasilitas tersebut menggunakan rangkaian 192 lasernya untuk menghantarkan 2,05 megajoule energi ke dalam silinder emas seukuran kacang polong yang berisi butiran beku isotop hidrogen deuterium dan tritium. Denyut energi laser menyebabkan kapsul runtuh, mencapai suhu yang hanya terlihat pada bintang dan senjata termonuklir, dan isotop hidrogen menyatu menjadi helium, melepaskan energi tambahan dan menciptakan rangkaian reaksi fusi. Analisis laboratorium menunjukkan bahwa reaksi melepaskan sekitar 3,15 MJ energi - kira-kira 54% lebih banyak daripada yang masuk ke dalam reaksi, dan lebih dari dua kali lipat rekor sebelumnya yaitu 1,3 MJ.

Diterjemahkan ke bahasa manusia: sekelompok orang menggunakan kekerasan untuk menyalakan bom hidrogen mini di ruang uji (tanpa menggunakan bom atom sebagai sumbu). Prestasi yang luar biasa! Apakah itu menghasilkan energi surplus? Persetan. Sama seperti dalam eksperimen mengerikan tujuh puluh tahun yang lalu itu. Sebagai referensi, tanyakan kepada penduduk Enewetak Atoll seberapa tinggi kelebihan energi semacam ini yang dapat membuang karang ke atmosfer.

Apakah ini sumber energi yang berkelanjutan? Bisakah eksperimen yang dilakukan di NIF menghasilkan aliran energi yang terus menerus, bukannya ledakan mini? Tentu saja tidak. Mereka tidak pernah dimaksudkan untuk itu. Jika Anda membaca artikel itu dengan cermat, Anda mungkin menemukan apa tujuan sebenarnya dari percobaan itu:

Tetapi hasilnya sangat penting di NIF: fasilitas itu dirancang untuk membantu para ilmuwan senjata nuklir mempelajari panas dan tekanan yang hebat di dalam ledakan, dan itu hanya mungkin jika laboratorium menghasilkan reaksi fusi hasil tinggi. [...] pertanyaan besar sekarang adalah apa yang akan dilakukan Departemen Energi selanjutnya: menggandakan penelitian senjata di NIF atau beralih ke program laser yang diarahkan pada penelitian energi fusi.

Saya tidak tahu tentang Anda, Pembaca yang budiman, tetapi kata 'pivot' memberi kesan kepada saya bahwa seluruh eksperimen ini adalah 100% tujuan penelitian militer, dikemas ulang sebagai terobosan dalam energi fusi… Dengan kata lain: alih-alih menemukan energi yang berkelanjutan sumber NIF telah menemukan cara baru untuk menyalakan bom-H.

Untuk mencapai reaksi fusi yang berkelanjutan , Anda memerlukan bejana yang mampu menampung plasma hingga suhu 150 juta derajat. Dan di sinilah garukan kepala dimulai. Dalam dunia realitas teknik yang tidak begitu diiklankan, reaktor fusi adalah babi energi bermuatan turbo pada steroid. Agar plasma panas berjuta-juta derajat tidak terbakar melalui selubungnya, reaktor perlu menghasilkan medan elektromagnetik yang cukup kuat untuk menjaga partikel yang sangat panas di tengah reaktor, jauh dari dindingnya.

ITER reaktor fusi terbesar dan paling menjanjikan di dunia juga akan mencapai prestasi ini dengan magnet superkonduktor, yang membutuhkan pendinginan konstan hingga mendekati suhu nol mutlak. Menghasilkan medan magnet ini saja sudah menghabiskan tagihan listrik seseorang melalui atap, belum lagi banyak peralatan lainnya, semuanya sama dengan konsumsi listrik kota menengah:

Kebutuhan listrik untuk pabrik dan fasilitas ITER akan berkisar dari 110 MW hingga 620 MW untuk periode puncak 30 detik selama operasi plasma.

Ini bukan ketel listrik nenek Anda: kita berbicara tentang 365 MW listrik yang dikonsumsi (rata-rata) untuk pertunjukan kembang api selama 30 detik. Dari jumlah tersebut, hanya 50 MW yang akan digunakan untuk menyalakan plasma, sisanya akan diserap oleh air pendingin dan sistem kriogenik. Namun, menurut situs web proyek , bagian konsumsi yang tidak begitu penting itu akan sepenuhnya ditinggalkan dari pencapaian target:

ITER dirancang untuk menghasilkan dalam plasmanya pengembalian daya sepuluh kali lipat (Q=10), atau daya fusi 500 MW dari daya pemanas input 50 MW .

Jika Anda mendefinisikan kesuksesan karena perancang ITER berfokus pada input pemanas 50 MW ke ruang uji (tidak termasuk konsumsi kotor SEMUA peralatan yang memberikan dukungan kehidupan ke ruang), maka ya Anda mungkin bisa berhenti dan meraihnya uang. Dihitung dengan jujur, bagaimanapun, ITER akan mencapai pengembalian energi yang diinvestasikan hanya 1,37: 1 - paling banter di atas tingkat impas. Ini bahkan tidak mempertimbangkan energi yang dibutuhkan untuk membangun struktur serupa.

Masalahnya, fisika sama sekali tidak tertarik dengan apa yang kita ukur: apakah seluruh sistem itu berkelanjutan, atau tidak sama sekali.

Jika kita benar-benar serius untuk menyelamatkan peradaban ini, alih-alih bertindak seolah-olah kita memiliki sepanjang waktu di dunia sambil dengan senang hati mengumpulkan uang dari pemerintah dan pesanan dari industri senjata, maka kita akan membuat perhitungan input vs output kotor . Kemudian kita akan menyadari bahwa tujuan panas masuk vs panas keluar satu hingga sepuluh pasti tidak akan cukup di sini. Dengan menggunakan metrik yang disediakan oleh eksperimen saat ini, kita perlu membidik target bersih 500:1 (atau kotor 70:1), untuk membuktikan bahwa kita setidaknya dapat menyamai kinerja reaktor nuklir saat ini . Jika ini terdengar tidak mungkin, maka mungkin memang demikian - tetapi kita juga tidak boleh membuang waktu untuk itu.

Tambahkan fakta, bahwa a) kita tidak tahu apakah kita dapat mempertahankan fusi selama satu jam apalagi sehari tanpa merusak peralatan sepenuhnya (mungkin tidak), dan b) ITER tidak akan menghasilkan listrik (itu akan menjadi seseorang masalah orang lain (1)), dan Anda melihat bahwa percobaan ini benar-benar jembatan ke mana-mana.

Di sinilah ketidakmampuan umat manusia untuk memahami sifat terbatas dari peradaban kita benar-benar mengejutkan saya. Hari-hari teknologi tinggi sudah dihitung. Pada tingkat konsumsi saat ini, kita perlu menambang sebanyak mungkin mineral dalam dua puluh hingga tiga puluh tahun ke depan dibandingkan dalam sepuluh milenium terakhir — begitulah sifat pertumbuhan eksponensial.

Masalahnya adalah, kami tidak memiliki banyak sumber daya yang tersisa, tetapi kami akan tetap mencobanya. Kekurangan saat ini tidak ada apa-apanya dibandingkan dengan apa yang akan kita alami sepuluh, lima belas tahun dari sekarang… Perhatikan saja. ITER masih akan diinisialisasi (dijadwalkan mulai tahun 2035). Memulainya akan menjadi masalah terkecil kita…. Meskipun ada masalah lain, mari kita ambil contoh tritium, isotop hidrogen yang sangat langka:

Hari ini tritium dihasilkan oleh 19 reaktor fisi CANDU Kanada, setengahnya dijadwalkan untuk ditutup. […] Ini berarti cadangan tritium sekitar 25 kilogram akan mencapai puncaknya pada tahun 2030 dan mulai menurun secara stabil karena dijual dan membusuk.

Dan mengapa ini penting? Tentu, fusi dapat berjalan pada isotop yang jauh lebih melimpah sekali dan bersenandung… Namun untuk menyalakannya, Anda akan selalu membutuhkan sejumlah kecil barang yang sangat langka ini.

Para peneliti menyadari lebih dari 20 tahun yang lalu bahwa "jendela tritium" fusi pada akhirnya akan tertutup, dan keadaan menjadi semakin buruk sejak saat itu. ITER tidak akan membakar DT hingga paling cepat tahun 2035, ketika pasokan tritium akan menyusut. Setelah ITER selesai bekerja pada tahun 2050-an – jika tidak ada lagi penundaan – hanya tersisa 5 kilogram atau kurang tritium.

Baca seluruh artikel tentang topik ini di sini — menurut saya artikel ini sangat berwawasan dan memiliki sumber yang baik. Fusi, dalam arti tertentu, adalah produk sampingan dari upaya sekali seumur hidup umat manusia untuk membangun peradaban bertenaga nuklir… Semuanya didasarkan pada logam, bahan bakar fosil, dan pasir yang tidak dapat diperbarui — bahan-bahan yang akan kita habiskan di masa depan. dekade mendatang.

Sementara kita terus bermimpi tentang energi tak terbatas, baik yang ditangkap oleh panel surya atau diciptakan di Bumi ini melalui fusi, kita dengan sengaja melupakan jumlah bahan tak terbarukan yang perlu dibuat — dan akhirnya dikonsumsi — oleh teknologi rumit ini.

Sebagai contoh utama, lihat enam kumparan medan poloidal (menghasilkan medan magnet yang kuat - ngomong-ngomong, saya suka namanya), terbuat dari kabel Niobium-Titanium. Ini bukan sesuatu yang Anda beli di Home Depot:

Dengan diameter mulai dari 17 hingga 24 meter dan berat 200 hingga 400 ton , gulungan PF2, PF3, PF4, dan PF5 terlalu besar untuk diproduksi di luar lokasi dan dikirim ke ITER.

Orang-orang di ITER benar-benar tidak merahasiakan fakta betapa unicorn proyek mereka benar-benar tidak dapat diskalakan. Coba bayangkan seluruh rantai pasokan di belakang operasi, dimulai dengan tambang tanah jarang di Cina: mengekstraksi cadangan Niobium yang terbatas dengan truk dumper dan ekskavator yang membakar galon solar setiap menit, dan kilang meninggalkan limbah yang beracun dan sangat radioaktif. kolam di belakang. Kemudian bayangkan jumlah batu bara dan gas alam yang dibakar di peleburan untuk melelehkan logam-logam eksotis ini dan untuk membuat paduan khusus ini… Jumlah solar (sekali lagi) yang dibakar di kapal dan truk yang mengangkut ratusan ton di lokasi, listrik habis proses perakitan manufaktur dan sebagainya… Sekarang, Anda mulai memahami jenis input energi dan material terbatas yang saya bicarakan, yang diperlukan untuk membangun, memelihara, dan menjalankan reaktor fusi. Lagi,

Why shall we aim for building a practically limitless fusion power plant on Earth anyway, when it was exactly that, the use of limitless energy (in form of fossil fuels) that has lead to the 6th mass extinction we are witnessing at the moment? Whom do we want to impress with all this?

Keturunan kita, yang mewarisi biosfer setengah mati, berserakan dengan limbah radioaktif, bahan kimia selamanya, baterai bekas, dan kota metropolitan yang terendam di antara gurun kosong tentu tidak akan sedikit pun terhibur. Dengan setiap peningkatan konsumsi energi — seperti yang telah kita lihat — muncul peningkatan aktivitas ekosidal dari pertambangan, hingga manufaktur, dari penggundulan hutan hingga penggurunan dan akhirnya pemborosan — dan jika menurut Anda kali ini akan berbeda… Nah, maka saya punya jembatan untuk menjual Anda. Korporasi, dipersenjatai dengan sumber energi yang “bersih dan berlimpah”, pasti akan menghancurkan sedikit yang tersisa dari planet Bumi dalam hitungan dekade untuk mencari sumber daya, dan akhirnya, keuntungan.

Teman-teman, ini omong kosong. Kita terbukti berada di jurang penurunan panjang produksi minyak dan gas, di planet yang terlalu panas dengan ekosistem yang perlahan mati. Dan harapan terbaik kami adalah, bahwa kami dapat mempertahankan tingkat ekstraksi sumber daya yang benar-benar bunuh diri ini selama beberapa dekade lagi sampai perpaduan terbaik dan tercerdas kami? Betulkah? Hanya untuk menyadari bahwa kita akan kehabisan bahan bakar pada saat itu, dan unicorn kita yang luar biasa tidak akan lebih dari tumpukan besi tua (2) radioaktif bernilai miliaran dolar, tidak dapat menggerakkan dirinya sendiri, apalagi produksi reaktor baru dari jenisnya? Apakah seseorang, siapa pun , telah memikirkan hal ini dengan serius? Siapa yang waras menyetujui anggaran untuk semua ini?!

Serius, mengetahui kesulitan yang kita hadapi, kita harus sibuk belajar dan belajar kembali bagaimana menghasilkan makanan, pakaian, dan perumahan di planet yang sedang bertransisi ke iklim yang sangat berbeda. Kami sangat membutuhkan rencana bagaimana mengurangi penggunaan teknologi, seiring dengan penurunan alami dalam ketersediaan sumber daya dan energi. Kita harus melihat bagaimana orang hidup sebelum zaman kita, dan melihat teknologi dan pengetahuan ilmiah apa yang dapat berguna di dunia yang sangat terkuras baik dalam hal sumber daya/energi mineral maupun kehidupan itu sendiri.

Bahan bakar fosil dan mineral akan meninggalkan kita lebih cepat karena penipisan, daripada yang bisa kita tinggalkan. Sebagai akibatnya, peradaban industri akan memudar selama seratus tahun ke depan, apa pun yang kita lakukan. Namun, dengan anggapan bahwa kita tidak membuat diri kita sendiri terlupakan saat cerita terungkap, kita mungkin belajar sesuatu dalam prosesnya… Kemunduran teknologi tinggi juga akan memberi kesempatan bagi Alam untuk pulih dan kita menjadi lebih bijaksana dan lebih banyak lagi , berkelanjutan. Fusion, meskipun 'sukses' besar ini, akan tetap menjadi kue di langit selamanya. Itu akan selalu 25 tahun dari sekarang, sama seperti setengah abad yang lalu… sampai orang akhirnya melupakannya. Beberapa ratus tahun ke depan, orang-orang bahkan tidak akan dapat menjelaskan kepada anak-anak mereka apa yang harus dilakukan.

Namun untuk saat ini dan di sini, fusi hanya membuang-buang waktu, uang, dan sumber daya dalam skala besar. Itu mengurangi dan mencegah kita melakukan banyak hal lain yang sebenarnya bisa masuk akal dalam situasi kita dan bisa melihat kita melewati kemacetan di depan. Mari kita fokus pada itu, dan tinggalkan technutopia bertenaga fusi di tempatnya: untuk halaman buku sejarah yang belum ditulis.

Sampai Lain waktu,

B

Catatan:

(1) Saat ini kami hanya dapat menebak bagaimana memanfaatkan energi besar yang dilepaskan selama fusi. Sebagian besar datang dalam bentuk panas dan radiasi elektromagnetik ditambah beberapa partikel berenergi tinggi. Apa yang akan kita lakukan dengan itu? Merebus air dan memutar turbin uap? Apa yang akan menjadi tingkat konversi energi? 30% terbaik? Tunggu, apakah kita berencana untuk menggunakan ini dalam 30 detik? Bayangkan saja pembangkit listrik tenaga nuklir yang harus didinginkan, dibongkar, dan diperbaiki setiap 30 detik - itu tidak akan berfungsi.

(2) Neutron dihasilkan dan dilemparkan ke dinding ruang reaksi selama fusi. Menjadi muatan netral, medan elektromagnetik tidak dapat melakukan apa pun untuk menghentikannya melakukan kerusakan struktural pada dinding ruangan itu sendiri, mengubahnya menjadi potongan logam bekas radioaktif yang rapuh dari waktu ke waktu. Limbah berbahaya, perlu dikubur di samping batang bahan bakar uranium bekas, tanpa harapan untuk didaur ulang. Semoga berhasil menemukan tempat yang aman untuk keduanya.