Energi nuklir: Bintang yang meledak mungkin memegang kunci untuk membuka fusi nuklir di Bumi

Ancaman nuklir global meningkat dalam beberapa bulan terakhir menyusul klaim bahwa Korea Utara sedang membangun senjata nuklir dan ancaman presiden Donald Trump terhadap pemimpin berbahaya negara itu. Ketegangan yang meningkat bahkan menyebabkan Jam Kiamat bergerak mendekati tengah malam.

Namun, terlepas dari potensinya untuk menghancurkan dunia, dan mengancam keberadaan kita, energi nuklir juga berpotensi untuk memenuhi kebutuhan energi yang mendesak di planet ini.

Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah perusahaan swasta telah terjun ke kereta musik penelitian, karena kemajuan teknologi dan pemahaman kita tentang hal-hal seperti superkonduktor. Google baru-baru ini bekerja sama dengan para ahli fusi nuklir untuk mengembangkan algoritme untuk memecahkan masalah energi yang kompleks, dan MIT baru-baru ini mengatakan fusi nuklir dapat terjadi hanya dalam 15 tahun.

Baru-baru ini, para ilmuwan percaya bahwa mereka mungkin telah membuka salah satu misteri fusi nuklir dengan melihat bintang yang meledak. Tim, dariKelompok Riset Astrofisika Percobaan Laser Pusat Universitas Michigan, mempelajari bagaimana panas berperan dalam cara material bercampur selama supernova - titik cahaya yang tercipta saat sebuah bintang mencapai akhir hidupnya dan meledak. Ledakan ini mengirimkan energi dalam jumlah besar, dalam beberapa kasus lebih dari yang akan dihasilkan matahari kita selama masa hidupnya.

Peran panas dalam reaksi fusi semacam itu di luar angkasa sebagian besar telah diabaikan dan para ilmuwan telah mencoba meniru reaksi semacam itu di Bumi untuk membantu mendorong terobosan energi nuklir. Dengan mencampurkan plasma yang berbeda dengan berbagai elemen termasuk besi, karbon helium, dan hidrogen dalam kondisi laboratorium, para peneliti telah mampu menetapkan bahwa fluks energi menyebabkan panas naik dan turun, yang berdampak signifikan pada bagaimana elemen bercampur dengan plasma. Ini belum dipertimbangkan dengan cara ini, dalam eksperimen sebelumnya, dan akhirnya bisa menjadi kunci untuk membuat fusi nuklir lebih berkelanjutan di Bumi. Penelitian ini dipublikasikan di Komunikasi Alam.

Apakah energi nuklir itu?

Sementara tenaga nuklir berpotensi memberi manusia energi yang hampir tak terbatas, fisika di balik energi nuklir melibatkan interaksi antara beberapa partikel terkecil yang bisa dibayangkan. Di pusat setiap atom di alam semesta terletak sekumpulan kecil proton dan neutron yang disebut nukleus. Jumlah proton dan neutron dalam inti menentukan unsur mana atom itu, dan inti membentuk mayoritas massa atom itu.

Di dalam inti atom, proton dan neutron terikat bersama oleh salah satu dari empat gaya fundamental dalam fisika yang disebut gaya kuat. Seperti namanya, gaya kuat adalah yang terkuat dari keempatnya, tetapi hanya bekerja dalam jarak kecil - seperti yang ada di dalam nukleus. Yang lainnyagravitasi, elektromagnetik, dan lemah. Video ini menjelaskan perbedaannya, dan bagaimana pengaruhnya terhadap kita:

Atom sebagian besar adalah ruang kosong. Jika atom seukuran stadion sepak bola, nukleusnya kira-kira seukuran lalat di tengahnya. Bagian lain dari atom adalah elektron awan yang mengorbit inti atom, tetapi gaya kuat tidak berlaku untuk elektron. Mereka malah terikat oleh gaya elektromagnetik, karena mereka memiliki muatan negatif sedangkan inti bermuatan positif.

Secara umum, fisika nuklir melibatkan pembuatan atau pemutusan inti atom. Keduanya adalah proses di mana sedikit massa hilang, dan ini melepaskan energi dalam jumlah besar.

Mengapa tenaga nuklir begitu penting?

Sejak 1950-an, fisikawan telah mencoba meniru proses yang menggerakkan Matahari dengan mengendalikan fusi atom hidrogen menjadi helium. Kunci untuk memanfaatkan kekuatan ini adalah dengan membatasi bola ultra-panas gas hidrogen yang disebut plasma sampai jumlah energi yang keluar dari reaksi fusi setara dengan lebih dari yang dimasukkan. Hal inilah yang oleh para ahli energi disebut titik impas dan, jika bisa dicapai, ini akan mewakili terobosan teknologi dan dapat menyediakan sumber energi nol karbon yang tak terbatas dan berlimpah.

Anda mungkin akan mengetahui persamaan Einstein yang paling terkenal, E = mc ^ 2. Ini menyatakan bahwa jumlah energi yang dilepaskan ketika sebagian kecil massa hilang sama dengan massa tersebut dikalikan dengan kuadrat kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya adalah angka yang cukup besar.

Lihat pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl terapung Rusia yang terkait baru saja berlayar. Faraday Challenge: Pemerintah menginvestasikan £ 246 juta untuk menjadikan Inggris pemimpin dalam teknologi baterai Peta bom nuklir mengungkapkan seberapa besar kemungkinan Anda untuk selamat dari serangan nuklir Apa itu Trident? Penangkal nuklir Inggris menjelaskan bencana Chernobyl dan Fukushima: Apa yang terjadi pada zona pengecualian nuklir ketika manusia pergi?

Inti terkecil dari setiap unsur hanya terdiri dari satu proton, ditemukan dalam atom hidrogen. Hidrogen, bersama helium, litium, dan berilium adalah elemen paling ringan di alam semesta yang berarti tidak banyak energi yang dibutuhkan untuk membentuknya. Unsur-unsur cahaya ini terbentuk di awal alam semesta, ketika berumur sekitar tiga menit dan cukup dingin bagi proton dan neutron untuk mengikat bersama. Inilah salah satu alasan mengapa plasma hidrogen dipandang sebagai sumber terbaik untuk mengekstraksi energi nuklir di Bumi.

Setelah empat elemen pertama ini, alam semesta menabrak tembok. Lebih banyak energi dibutuhkan untuk 88 elemen berikutnya dalam tabel periodik, untuk mengatasi proton yang saling tolak menolak dengan muatan positifnya, dan untuk fusi nuklir ini harus ikut bermain.

Jadi, apakah fusi nuklir itu?

Hampir segala sesuatu di sekitar kita diciptakan di dalam sebuah bintang. Bintang-bintang mulai dengan hidrogen, yang mereka rapatkan untuk membentuk helium. Proses ini berlanjut, melepaskan energi dan memanaskan bintang.

Reaksi ini, menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, yang disukai para ilmuwan dan timTAE Technologiesmencoba meniru untuk mencapai tenaga fusi nuklir. Ketika inti deuterium dan tritium - yang dapat ditemukan dalam hidrogen - berfusi, mereka membentuk inti helium, neutron, dan banyak energi.

cara menghapus akun instagram kedua

Karena fusi nuklir membutuhkan energi dalam jumlah besar untuk memulai reaksi, proses tersebut terbukti sulit untuk ditiru di Bumi. Dibutuhkan tekanan besar dan suhu sekitar 150 juta derajat untuk membuat atom bergabung dalam reaktor fusi.

Ketika sebuah bintang seukuran inti matahari kita kehabisan hidrogen (sumber bahan bakarnya), ia mulai mati. Bintang yang sekarat berkembang menjadi raksasa merah dan mulai menghasilkan atom karbon dengan menggabungkan atom helium. Bintang yang lebih besar dapat menciptakan unsur yang lebih berat, dari oksigen menjadi besi, dalam rangkaian pembakaran nuklir selanjutnya. Benda yang lebih berat dari besi tercipta dalam supernova, ledakan raksasa di penghujung kehidupan bintang masif.

Bagaimana fusi nuklir berhubungan dengan fisi nuklir?

Tenaga nuklir, seperti yang kita kenal di Bumi, menggunakan reaksi nuklir yang berbeda, yang disebut fisi.

Ketika unsur-unsur mulai mengembang, seperti uranium atau plutonium, dengan lebih banyak proton dan neutron yang dikemas di dalam inti, dimungkinkan untuk memecahnya kembali menjadi unsur-unsur yang lebih kecil dengan memukulnya dengan neutron. Ini juga menghasilkan perubahan massa, melepaskan energi dalam jumlah besar.

Masalahnya terletak pada apa yang disebut hasil-hasil reaksi. Zat-zat ini sangat radioaktif, membuatnya sangat berbahaya dan ini adalah kerugian paling signifikan bagi energi nuklir.

Limbah radioaktif harus ditangani dengan sangat hati-hati dan cara terbaik yang saat ini kami miliki untuk membuangnya adalah menguburnya jauh di bawah tanah. Tapi reaktor nuklir menjadi tempat yang berbahaya, dan bencana di mana limbah radioaktif telah bocor menyebabkan konsekuensi yang mengerikan, seperti bencana di Chernobyl pada tahun 1986 dan Fukushima.

Perusahaan mana yang mengerjakan fusi nuklir?

DENGAN

Bekerja dengan perusahaan swasta Commonwealth Fusion Systems, para peneliti di MIT baru-baru ini merancang eksperimen fusi generasi baru dan pembangkit listrik menggunakan superkonduktor suhu tinggi. Meski belum terealisasi, kerja sama tersebut bertujuan untuk membangun perangkat kompak bernama SPARC.

Begitu elektromagnet superkonduktor untuk SPARC telah dikembangkan, diharapkan dalam tiga tahun ke depan, SPARC akan menggunakannya untuk menghasilkan 100 juta watt, atau 100 megawatt (MW), daya fusi. Meskipun tidak akan mengubah panas menjadi listrik, ia akan menghasilkan daya sebanyak yang digunakan oleh kota kecil - lebih dari dua kali lipat yang digunakan untuk memanaskan plasma, yang pada akhirnya menciptakan energi bersih positif dari fusi untuk pertama kalinya. Jika berhasil, ini dapat membantu membuat prototipe pembangkit listrik fusi skala penuh dan membawa dunia menuju fusi nuklir hanya dalam 15 tahun.

Google

Penelitian ini mengikuti pekerjaan yang dilakukan oleh Google danTAE Technologies, yang menyebut dirinya sebagai perusahaan fusi swasta terbesar di dunia, dan mesin plasma terionisasi raksasa C2-U. Google membuat algoritme yang dirancang untuk mempercepat eksperimen dalam fisika plasma dan tujuan akhir Tri Alpha Energy, mirip dengan CFS, adalah untuk membangun pembangkit listrik komersial berbasis fusi pertama. Semakin cepat ia menyelesaikan eksperimen, semakin cepat dan murah ia dapat mencapai tujuan ini dan menggerakkan dunia menuju sumber energi bersih yang lebih berkelanjutan.

BACA SELANJUTNYA: Selamat dari serangan nuklir

Peningkatan penelitian sektor swasta dalam fusi nuklir mencerminkan hadiah besar yang dipertaruhkan - cara baru yang berlimpah, bertanggung jawab terhadap lingkungan, dan aman untuk menghasilkan listrik, Profesor Ian Chapman, CEO Otoritas Energi Atom Inggris kata .

Untuk melakukan eksperimen semacam ini, plasma - bola gas ultra panas - perlu dikurung untuk jangka waktu yang lama.TAE Technologiesmembatasi plasma ini menggunakan metode yang disebut konfigurasi bidang terbalik yang diperkirakan akan menjadi lebih stabil dengan meningkatnya energi, berbeda dengan metode lain di mana plasma semakin sulit dikendalikan saat Anda memanaskannya.

TAE Technologies ’C-2U mendorong eksperimen ini ke batas seberapa banyak daya listrik dapat diterapkan untuk menghasilkan dan membatasi plasma dalam ruang sekecil itu dalam waktu sesingkat itu. Mengoptimalkan setelannya (mesin memiliki lebih dari 1.000 tombol) dan mengelola perilaku plasma adalah masalah yang kompleks dan di sinilah Algoritme Ahli Kacamata Google berperan.

Sebagai teknisi perangkat lunak staf senior Google Ted Baltz menjelaskan , mesin C-2U menjalankan tembakan plasma setiap delapan menit dan setiap proses melibatkan pembuatan dua gumpalan plasma berputar di dalam vakum C-2U. Gumpalan-gumpalan ini dihancurkan bersama-sama dengan kecepatan lebih dari 600.000 mil per jam untuk menciptakan bola plasma yang lebih besar, lebih panas, dan berputar.

BACA BERIKUTNYA: Apa itu algoritma ?

Bola plasma kemudian dipukul terus menerus dengan balok partikel yang terbuat dari atom hidrogen netral agar tetap berputar. Medan magnet menahan bola yang berputar selama 10 milidetik. Google algoritma mengambil semua parameter dari jumlah pengaturan hingga kualitas vakum dan stabilitas elektron untuk menyajikan solusi kepada fisikawan manusia.

Bagaimana cara kerja bom nuklir?

AS adalah negara pertama yang mengembangkan senjata nuklir, diikuti oleh Rusia pada tahun 1949. Pada 2016, diperkirakan AS memiliki sekitar 7.000 hulu ledak nuklir, termasuk pensiunan, penyimpanan, dan penyebaran senjata. Rusia dikatakan memiliki sekitar 7.300 hulu ledak, Prancis memiliki sekitar 300 dan Inggris memiliki 215. Korea Utara, dipandang sebagai salah satu ancaman nuklir paling signifikan di zaman modern, memiliki jumlah perangkat yang tidak diketahui, meskipun perkiraan menyebutkan jumlahnya sekitar 10. .

Semua senjata nuklir menggunakan fisi untuk menghasilkan ledakan dahsyat. Senjata awal, termasuk Little Boy yang dijatuhkan di Hiroshima selama PD II, menciptakan massa kritis yang dibutuhkan untuk memulai reaksi berantai fisi denganmenembakkan silinder uranium-235 berongga pada target yang terbuat dari bahan yang sama.

BACA SELENGKAPNYA: Apa itu bom hidrogen?

Teknik ini telah berkembang dalam beberapa tahun terakhir dan, dalam senjata modern, massa kritis bergantung pada kepadatan material. Senjata-senjata ini meledakkan bahan peledak kimia di sekitar yang disebut lubang logam uranium-235 atau plutonium-239. Isotop ini adalah unsur paling umum yang mampu melewati fisi. Uranium dan plutonium keduanya ditemukan secara alami dalam deposit mineral, meskipun dalam jumlah kecil (kurang dari 1% dalam kasus uranium dan bahkan lebih sedikit untuk plutonium) yang berarti mereka perlu diproduksi. Ini adalah proses yang mahal dan memakan waktu serta merupakan penghalang utama untuk membuat bom nuklir dengan lebih bebas.

BACA BERIKUTNYA: Apa perbedaan antara bom hidrogen dan bom atom?

hearthstone cara mendapatkan kartu pencarian

Dalam ledakan nuklir modern, ledakan tersebut bertiup ke dalam, memaksa atom-atom di dalam lubang tersebut bersama-sama. Setelah massa kritis tercapai, neutron digunakan untuk membuat reaksi berantai fisi yang, pada gilirannya, menciptakan ledakan atom. Senjata fusi termonuklir menggunakan energi dari ledakan fisi untuk memaksa isotop hidrogen bersama-sama menciptakan bola api yang mendekati suhu sepanas matahari.