Fondasi laser fusi hasil kolaborasi Lawrence Livermore National Laboratory dan Fraunhofer ILT melalui proyek ICONIC-FL bertujuan untuk mempercepat pengembangan teknologi fusi berbasis laser dengan energi tinggi, efisien, dan siap dioperasikan sebagai pembangkit listrik selama 24 jam, 7 hari.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer ILT (sumber): Dari laboratorium ke pembangkit listrik, para ahli berkolaborasi—Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dan Fraunhofer ILT—meletakkan dasar bagi generasi teknologi fusi berbasis laser berikutnya.
Kolaborasi transatlantik antara LLNL dari Amerika Serikat (AS) dan Fraunhofer ILT, Jerman, menandai langkah strategis dalam mentransformasikan teknologi fusi berbasis laser dari laboratorium menuju pembangkit listrik komersial.
Melalui proyek ICONIC-FL (International Cooperation on Next-gen Inertial Confinement Fusion Lasers), kedua institusi itu menyatukan keahlian dalam desain dan simulasi laser berenergi tinggi.
Proyek kerja sama bertujuan untuk mewujudkan sistem laser yang mampu memicu fusi (ignition) dan beroperasi secara efisien dan stabil dalam skala industri 24 jam sehari, 7 hari seminggu (24/7).
Untuk berhasil mentransisikan fusi inersia yang dipicu laser—disebut laser-ignited inertial fusion (IFE) dari tahap eksperimental ke aplikasi industri, kedua lembaga peneliti itu menggabungkan keahlian mereka untuk mendesain dan simulasi laser.
Kedua tim bekerja pada proyek ICONIC-FL atau akronim untuk Kerja Sama Internasional pada Laser Fusi Kurungan Inersia Generasi Berikutnya–Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL) yang bermarkas di AS dan Fraunhofer ILT (Aachen, Jerman) menyelaraskan model simulasi laser yang canggih.
Tujuan mereka adalah pengembangan laser berenergi tinggi yang dapat hidup dan beroperasi dengan efisiensi maksimum dalam operasi pembangkit Listrik dalam waktu 24/7.
Untuk mencapai tujuan, para ahli membutuhkan prediksi kinerja laser yang tepat dan sangat akurat. Oleh karena itu, simulasi komputer memainkan peran sentral dalam pengembangan arsitektur laser.
Sejak terobosan bersejarah di LLNL pada Desember 2022, di mana untuk pertama kalinya lebih banyak energi diekstraksi dari fusi daripada yang disuplai oleh laser (penyalaan), penelitian fusi menghadapi rintangan besar berikutnya yakni bagaimana membuat penskalaan teknologi.
Dari eksperimen ke pembangkit listrik: Rintangan besar berikutnya
Di National Ignition Facility, fokusnya adalah pada masalah fisika plasma; misalnya, kondisi apa yang dibutuhkan untuk memanaskan bahan bakar fusi deuterium-tritium hingga lebih dari 100 juta derajat Celcius, memampatkannya hingga tingkat ekstrem, dan memicu reaksi fusi mandiri.
Reaksi ini melepaskan lebih banyak energi daripada yang disuplai secara eksternal ke kapsul bahan bakar—target—oleh laser.
Sejak terobosan pada akhir tahun 2022, LLNL berulang kali menunjukkan peningkatan hasil energi bahwa prinsip fisika yang mendasarinya berhasil.
Untuk pembangkit listrik di masa depan, satu penyalaan saja tidak akan cukup: melainkan, dibutuhkan sekitar 15 penyalaan terus menerus per detik.
Uji stres virtual untuk perangkat keras masa depan
Hal ini memerlukan penggunaan laser solid-state yang dipompa diode atau diode-pumped solid-state lasers (DPSSLs) yang efisien dan mampu menembak puluhan kali per detik.
Untuk pengembangannya, LLNL dan Fraunhofer ILT menggabungkan keahlian yang saling melengkapi. LLNL ahli dalam teknologi laser berenergi tinggi, dan Fraunhofer ILT adalah pemimpin dunia dalam pengembangan dan penskalaan industri—diode-pumped solid-state lasers (DPSSLs).
Sebelum membangun prototipe yang berbiaya besar, desain laser harus divalidasi melalui simulasi.
Dalam proyek ICONIC-FL, para mitra mencapai tujuan bersama untuk mensimulasikan tahapan amplifikasi laser berenergi tinggi sedetail mungkin—sehingga meletakkan dasar untuk desain selanjutnya.
Fokus pekerjaan adalah pada jantung sistem: penguat laser. Ini memperkuat pulsa laser yang awalnya kecil menjadi energi laser yang dibutuhkan untuk teknologi fusi.
Dalam pulsa laser ini, foton mentransfer energi jutaan joule. Media laser yang digunakan terdiri dari tumpukan pelat kaca atau kristal laser dengan luas hingga 40 cm x 40 cm.
Sedangkan ketebalan hanya beberapa milimeter, yang didinginkan selama pengoperasian dengan media pendingin transparan. Dengan demikian, pelat penguat mengalami tekanan termal dan optik yang sangat besar.
“Pengoperasian 24/7 menyebabkan pemanasan, efek refraksi, dan aberasi yang dapat mendistorsi berkas laser. Bahkan efek terkecil dan tak terduga pun memiliki dampak signifikan dan menyebabkan kehilangan efisiensi atau kerusakan langsung pada optic,” papar Johannes Weitenberg, manajer proyek dari Fraunhofer ILT.
Tim Johannes Weitenberg ingin memahami secara tepat apa yang terjadi di setiap satuan pelat atau individual agar nantinya dapat mensimulasikan tumpukan pelat yang kompleks secara tepat.
Simak naskah berikutnya tentang Simulasi presisi tinggi kunci meminimalkan risiko biaya mahal. #SalamSobatTechnoMachinews
