Rekayasa Fusi

Reaksi fusi di bumi ?

Matahari atau bintang secara umum mendapatkan energi dari reaksi fusi.

Tak diragukan lagi bahwa memang reaksi fusi dapat menghasilkan energi,

namun tantangan yang masih perlu dijawab adalah apakah energi fusi

digunakan bagi kesejahteraan manusia, memenuhi kebutuhan energi manusia.

Awalnya komunitas ilmuwan fisika ragu mengenai kemungkinan eksploitasi

energi fusi di bumi., bahkan salah satu tokohnya, Rutherford, menilai bahwa hal

itu terlalu jauh. Namun, spekulasi mengenai hal itu semakin banyak sejak mulai

muncul dugaan bahwa proses nuklir memiliki peran penting pada bintang.

Dorongan semakin bertambah dengan meletusnya bom atom di akhir

perang dunia II, dimana peristiwa itu seakan menjadi demonstrasi yang

dramatis bahwa energi nuklir benar-benar dapat dihasilkan. Jika reaksi fisi nuklir

dapat menghasilkan energi, kenapa reaksi fusi tidak? Tulisan ini membahas

prinsip dasar tentang bagaimana energi fusi dapat dieksploitasi di bumi.

Mulai dari gabungan dua proton

Rantai dari reaksi di matahari dimulai dengai reaksi fusi antara dua proton

Apabila proton terdengar asing, maka sebenarnya yang dimaksud adalah

dengan menggabungkan dua inti atom hydrogen, karena sebagai atom paling

sederhana hydrogen hanya memiliki satu proton pada inti atomnya. Dengan

menggabungkan dua hydrogen akan terbentuk deuterium sebagai bentuk atom

hydrogen yang lebih berat (karena inti atomnya memiliki dua proton). Ketika

dua proton bergabung maka salah satunya harus berubah menjadi neutron. Ini

termasuk tahap yang paling sulit dalam rantai reaksi yang menjadi sumber

energi matahari, dan reaksi tahap ini terlalu lambat untuk dapat menjadi

sumber energi di bumi. Namun, setelah tahap pertama yang lamban, reaksi fusi

hanya melibatkan perubahan jumlah proton dan neutron di dalam inti atom, dan

tahap ini terjadi lebih cepat. Sehingga tampak lebih menguntungkan untuk

memulai rantai reaksi dengan deuterium. Meskipun deuterium jumlahnya

sedikit di matahari karena proses hilangnya deuterium secepat reaksi yang

melahirkan deuterium. Namn jumlah deuterium berlimpah di bumi sebagai sisa

dari proses kosmologi purbakala.Sekitar satu dari 7000 atom hydrogen yang

ada di bumi ini adalah deuterium, dan memisahkan kedua isotop ini bukan hal

yang sulit.Bumi memiliki hydrogen berlimpah, umumnya dalam bentuk air di

laut, sehingga dapat dikatakan bahwa kita memiliki persediaan deuterium yang

tak terbatas.

Gabungan dua deuterium

Reaksi fusi antara dua inti deuterium (DD) melibatkan dua proton dan dua

neutron yang dapat muncul dalam dua kombinasi berbeda. Kombinasi pertama

menghasilkan inti atom yang memiliki dua proton dan satu neutron ditambah

sebuah neutron. Inti dengan dua proton dan satu neutron diatas adalah

bentukan helium yang sangat jarang yaitu He-3. Kombinasi lainnya

menghasilkan inti atom dengan dua neutron dan satu proton ditambah satu

proton. Inti yang muncul dari kombinasi kedua ini disebut tritium yang memiliki

massa sekitar tiga kali massa hydrogen. Skema reaksi serta kedua kombinasi

yang terjadi ketika terjadi fusi antara dua deuterium dapat dilihat pada gambar

1.

Gambar 1. Reaksi fusi D-D

Tritium dan Deuterium

Tritium dan He-3 yang dihasilkan dari reaksi diatas dapat pula kembali

bereaksi dengan deuterium. Kali ini partikel inti yang terlibat ada 5 yaitu tiga

proton dan dua neutron pada kasus He-3,(D – He-3) dan sebaliknya untuk kasus

tritium (D-T). Inti atom yang terbentuk dari kedua reaksi ini sama yaitu inti atom

dengan dua neutron dan dua proton. Inti inilah yang dikenal dengan helium

(tepatnya He-4). Hanya saja sisa dari kedua reaksi berbeda sebagaimana

terlihat pada gambar 2. berikut

Gambar 2. Reaksi D-T dan D - He-3

Helium merupakan gas yang bersifat inert (tidak mudah bereaksi) yang sering

digunakan untuk mengisi balon atau pesawat udara.

Ketiga reaksi diatas digunakan dalam eksperimen untuk mempelajari reaksi

fusi. Diantara opsi-opsi reaksi fusi diatas, reaksi gabungan antara tritium

dengan deuterium (DT) memerlukan temperature yang paling rendah untuk

dapat terjadi. Hal ini membuat reaksi DT menjadi kandidat kuat sebagai reaksi

pilihan untuk melakukan rekayasa fusi di bumi.

Tritium tidak terdapat secara alami di bumi,artinya perlu proses atau reaksi lain

terlebih dahulu untuk memperoleh tritium. Tritium juga bersifat radioaktif

dengan paruh waktu 12.3 tahun, bila kita punya sejumlah tritium hari ini maka

akan tinggal setengahnya setelah 12.3 tahun, lalu jumlahnya menjadi

seperempat setelah 24.6 tahun, dan seterusnya. Secara prinsip, tritium dapat

diperoleh dengan merancang suatu terjadinya reaksi antara neutron yang

dihasilkan dari reaksi DT untuk dengan unsure litihium. Lithium memiliki 3

proton pada inti atomnya, dengan dua kombinasi neutron. Yang pertama

memiliki 3 neutron disebut Lithium-6, sedangkan yang kedua memiliki 4

neutron disebut lithium-7. Reaksi antara neutron dengan Lithium akan

menhasilkan tritium dan helium. Sehingga dengan menggunakan deuterium

dan tritium pada dasarnya rekayasa fisi bias dilakukan dengan menyisakan

helium sebagai sampahnya (gambar 3.). Lebih jauh, deuterium diperoleh

dengan mengekstraknya dari air sedangkan tritium diperoleh dari lithium.

Gambar 3. Mekanisme fusi dengan bahan bakar deuterium dan Lithium.

Kedua bahan dasar diatas merupakan unsur yang melimpah dan mudah

diperoleh. Helium sebagai gas buang sendiri bersifat inert sehingga tidak

mengundang masalah lain.