Gunakan sensor presisi seperti bolometer yang berperan penting dalam pengembangan dan penelitian energi fusi nuklir. Bagaimana perkembangan energi nuklir di Indonesia?
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer IMM (sumber): Sensor presisi mampu mengukur radiasi plasma dengan akurasi tinggi, dan dalam kondisi ekstrem seperti suhu tinggi dan radiasi neutron yang intens.
Data yang dihasilkan oleh sensor ini membantu para peneliti untuk memahami profil plasma fusi dan merupakan langkah penting untuk meningkatkan efisiensi reaktor fusi.
Dengan teknologi ini, eksperimen fusi lebih terkontrol, sehingga mendekati tujuan untuk menghasilkan energi lebih besar daripada yang dikonsumsi.
Fusi nuklir merupakan sumber harapan besar bagi keamanan energi masa depan, dan bidang ini terus dieksplorasi dalam reaktor penelitian di seluruh dunia termasuk di Indonesia.
Mendeteksi kinerjanya secara akurat maka diperlukan sistem pengukuran yang menyediakan data valid meski dalam kondisi ekstrem. Dan inti dari sistem tersebut adalah bolometer dari Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems IMM.
Chip bolometer yang sangat stabil seperti yang ditampilkan dalam reaktor fusi. Teknologi fusi menjadi solusi untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat sedangkan jumlah populasi global terus bertambah. Penggunaan teknologi ini sangat tepat untuk memenuhi kebutuhan penduduk dunia.
Akan tetapi, muncul tantangan yang dihadapi oleh para peneliti: saat melakukan eksperimen fusi yang menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dikonsumsi.
Untuk mencapai kemajuan di bidang ini secara akurat, para spesialis memerlukan instrumen pengukuran yang sangat sensitif untuk menganalisis dan mengendalikan proses kompleks yang terjadi di dalam reaktor.
Menentukan seberapa banyak daya yang dipancarkan dari plasma fusi sangat penting untuk ini.
Presisi dalam kondisi ekstrem
Detektor yang digunakan untuk mencapai presisi yang dikenal sebagai bolometer, harus menyediakan data yang valid secara andal dalam kondisi ekstrem.
Sensor presisi adalah perangkat yang dirancang untuk mengukur atau mendeteksi perubahan dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi. Contohnya, sensor berbasis teknologi induktif atau arus eddy (eddy current) digunakan untuk mengukur posisi, celah, atau pergerakan dengan skala mikrometer.
Sensor ini sering digunakan dalam industri otomotif, robotika, dan manufaktur untuk memastikan kualitas dan efisiensi tinggi, bahkan dalam kondisi lingkungan ekstrem seperti suhu tinggi atau getaran kuat.
“Kita berbicara tentang lingkungan yang intens, dan memiliki neutron berenergi tinggi pada kepadatan sangat tinggi, tingkat sinar-X ekstra keras yang tinggi, suhu ekstrem, beban yang berubah dalam hal vakum dan ventilasi,” ungkap Stefan Schmitt, Kepala Teknologi Sensor Khusus di Fraunhofer IMM.
Semua aspek yang memerlukan kehati-hatian yang cukup besar dalam memilih bahan, dan tim Stefan Schmitt berhasil mengembangkan sensor yang sesuai untuk persyaratan yang dibutuhkan daan di bawah aturan ketat yang berlaku untuk segmen penelitian ini.
Solusi mereka adalah chip silikon berukuran sekitar 20 x 23 milimeter yang menampung empat sensor individual. Setiap sensor memiliki dua area penyerap berukuran 1,5 x 4 milimeter.
Cahaya yang dipancarkan oleh plasma sepanjang garis pandang sempit ditangkap dalam setiap kasus oleh salah satu penyerap ini, sehingga meningkatkan suhu penyerap.
Peningkatan suhu diukur oleh resistor berkelok-kelok yang terbuat dari platinum di sisi yang menghadap jauh dari penyerap saat resistansi meningkat dengan ukuran yang setara.
Dengan cara ini, sensor secara langsung menangkap daya radiasi yang ada dalam plasma, dari inframerah hingga ujung spektrum sinar-X yang keras.
Para ahli dapat menggunakan data pengukuran dari berbagai garis pandang yang sejajar secara komplementer di dalam bejana reaksi untuk mengaitkan daya ini dengan titik-titik fisik dalam plasma, sehingga menghitung profil penampang plasma fusi.
Untuk mencapai hal ini, chip silikon yang diproduksi di Fraunhofer IMM dimasukkan ke dalam kamera yang terdiri dari kepala tempat chip berada dan sistem bukaan.
Kamera memungkinkan penggunaan sinyal pengukuran yang berbeda untuk menilai seberapa baik regulasi plasma di dalam reaktor berjalan sekaligus menentukan keseimbangan energi secara keseluruhan.
Solusi untuk diagnostik khusus
Salah satu tantangan lainnya adalah tingginya tingkat energi yang ada dalam reaktor fusi. Ini berarti bahwa radiasi hanya melewati sebagian besar material.
Untuk mengatasi masalah ini, tim Schmitt merancang penyerap emas atau platinum agar relatif tebal, pada 20 mikrometer, sekitar sepertiga diameter sehelai rambut manusia.
Konduktor, atau resistor berkelok-kelok, terbuat dari platinum, material yang tidak mengalami perubahan bahkan saat terkena radiasi tingkat tinggi.
Dengan menggunakan penyerap emas dan lapisan karbon khusus yang menyerap cahaya tampak lebih efektif pada permukaan penyerap, para ilmuwan mampu mengembangkan bolometer yang sangat stabil baik secara mekanis maupun elektrik untuk penggunaan apa pun.
Bolometer ini sudah digunakan di fasilitas penelitian fusi terkemuka di seluruh dunia, termasuk ASDEX Upgrade di Garching, Wendelstein 7-X di Greifswald, dan EAST di Tiongkok.
Bahan ini telah dimodifikasi khusus untuk ITER, eksperimen fusi terbesar di dunia di pusat penelitian nuklir Cadarache di selatan Prancis.
Stefan Schmitt bangga dengan pencapaian timnya, “Bolometer kami adalah bukti bahwa kami dapat menanggapi dengan sangat baik kebutuhan dan persyaratan yang sangat spesifik dari mitra kami.”
Terutama dalam kasus penelitian fusi, sangat bermanfaat bagi kami untuk berbicara dalam bahasa sains demikian Stefan Schmitt.
Fusi nuklir adalah proses di mana dua inti atom ringan, seperti hidrogen, bergabung untuk membentuk inti atom yang lebih berat, seperti helium.
Proses ini menghasilkan energi dalam jumlah besar karena sebagian massa inti berubah menjadi energi, sesuai dengan persamaan Einstein \(E=mc^2\).
Fusi nuklir adalah sumber energi yang sangat bersih dan aman, tanpa menghasilkan limbah radioaktif jangka panjang seperti pada fisi nuklir.
Proses ini terjadi secara alami di dalam bintang, termasuk matahari, dan sedang dikembangkan sebagai solusi energi masa depan yang berkelanjutan.
Para ahli tidak mengambil energi fusi langsung dari bintang atau matahari, mereka justru mencoba meniru proses fusi nuklir yang terjadi di plaet itu untuk menciptakan sumber energi di bumi.
Para ilmuwan mengembangkan perangkat seperti tokamak dan stellarator, yang merupakan reaktor fusi berbentuk donat. Di dalam reaktor ini, plasma (gas yang sangat panas dan terionisasi) dipanaskan hingga suhu lebih dari 100 juta derajat Celsius, mirip dengan kondisi di inti matahari.
Medan magnet yang sangat kuat digunakan untuk menahan plasma agar tidak bersentuhan dengan dinding reaktor. Ini memungkinkan inti atom hidrogen bertemu dan bergabung untuk membentuk helium, menghasilkan energi dalam bentuk panas.
Para peneliti menggunakan simulasi komputer dan eksperimen laboratorium untuk memahami dan mengoptimalkan proses fusi. Mereka juga mempelajari bagaimana reaksi fusi dapat berlangsung secara efisien dan berkelanjutan.
Energi panas yang dihasilkan dari reaksi fusi digunakan untuk memanaskan air, menghasilkan uap, dan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik, mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap.
Proses ini masih dalam tahap pengembangan, tetapi jika berhasil, fusi nuklir dapat menjadi sumber energi yang bersih, aman, dan hampir tak terbatas.
Bagaimana perkembangan energi nuklir di Indonesia? Indonesia menunjukkan kemajuan signifikan dalam teknologi nuklir, terutama dalam riset dan aplikasi non-energi seperti pertanian dan kesehatan.
Meskipun belum memiliki Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) skala besar, Indonesia memiliki tiga reaktor riset di Bandung, Yogyakarta, dan Serpong yang digunakan untuk penelitian dan produksi isotop.
Indonesia terus memperkuat infrastruktur nuklirnya melalui kolaborasi internasional, seperti dengan IAEA. Ambisi untuk membangun PLTN masih menghadapi tantangan, termasuk resistensi publik dan kebutuhan perencanaan yang matang.
Teknologi ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi eksperimen fusi nuklir, yang diharapkan menjadi solusi energi masa depan.
