Magnet gergasi 582 tan China lepasi ujian, bawa projek ‘Matahari Buatan’ selangkah ke arah jana elektrik

Pencapaian itu melibatkan magnet medan toroid (toroidal-field atau TF) terbesar pernah dibina untuk peranti pelakuran. Ia akan menjadi antara komponen utama BEST — Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak — sebuah tokamak eksperimen yang direka untuk menguji plasma berprestasi tinggi dan operasi jangka panjang.

Magnet 582 tan yang berfungsi sebagai “sangkar” plasma

Magnet TF berbentuk D ini menghasilkan medan magnet yang sangat kuat untuk memerangkap plasma panas supaya tidak menyentuh dinding reaktor. Dalam eksperimen pelakuran, plasma perlu dipanaskan melebihi 100 juta darjah Celsius — kira-kira enam kali lebih panas daripada teras Matahari .

Antara spesifikasi utamanya ialah:

• Berat: 582 tan metrik
• Ukuran: 21 meter panjang, 12 meter lebar dan 3.3 meter tinggi
• Arus stabil semasa ujian: 60 kiloampere
• Tenaga tersimpan: 6.03 megajoule bagi setiap gegelung
• Kekuatan medan magnet: kira-kira 6.5 tesla, sekitar dua hingga empat kali lebih kuat berbanding mesin MRI hospital
• Jangka hayat reka bentuk: kira-kira 40,000 denyutan plasma

Sebanyak 16 gegelung berbentuk D akan dipasang bersama untuk membentuk medan magnet toroid reaktor BEST . Secara mudah, susunan ini bertindak seperti sangkar magnet yang mengekalkan plasma di tengah ruang reaktor.

Bagaimana ia dibandingkan dengan ITER?

Dari segi komponen magnet TF, magnet China itu mempunyai isipadu 1.3 kali ganda berbanding magnet setara dalam projek ITER dan menyimpan kira-kira tiga kali lebih banyak tenaga .

Namun, perbandingan ini perlu difahami dalam konteks yang betul. ITER — International Thermonuclear Experimental Reactor — ialah projek antarabangsa yang jauh lebih besar sebagai sebuah mesin keseluruhan. Jejari utamanya kira-kira 6.2 meter, berbanding 3.6 meter bagi BEST .

Justeru, BEST bukanlah pengganti ITER. Ia dirancang sebagai langkah perantaraan antara tokamak EAST milik China dan projek yang lebih besar, iaitu China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). Apabila siap, BEST disasarkan menjadi tokamak deuterium-tritium beroperasi terbesar di dunia sebelum ITER .

Solenoid tengah: “pencetus” reaktor tokamak

Selain magnet TF, model gegelung solenoid tengah (central solenoid atau CS) turut melepasi ujian akhir di bawah program CRAFT .

Jika magnet TF berfungsi sebagai “sangkar” plasma, solenoid tengah pula boleh diibaratkan sebagai “pencetus” tokamak. Ia penting untuk menghasilkan aruhan serta membantu memulakan dan mengekalkan arus plasma . Penyelidik Institut Fizik Plasma dan Akademi Sains China menyifatkan prestasi komponen ini sebagai faktor yang secara langsung menentukan sama ada peranti pelakuran boleh dimulakan dan terus beroperasi .

Enam tahun pembangunan menggunakan teknologi domestik

Kedua-dua magnet itu dibangunkan melalui Comprehensive Research Facility for Fusion Technology (CRAFT), kemudahan penyelidikan sains dan teknologi berskala besar negara China di Hefei. CRAFT diwujudkan untuk membangunkan serta menguji komponen reaktor pelakuran bersaiz penuh sebelum dipasang pada BEST .

Projek tersebut mengambil masa kira-kira enam tahun. China menyatakan bahawa bahan superkonduktor, reka bentuk struktur dan proses pembuatannya dibangunkan secara domestik, dengan semua teknologi teras mencapai tahap pengeluaran 100 peratus dalam negara .

Pencapaian ini penting kerana magnet superkonduktor ialah antara cabaran kejuruteraan paling sukar dalam pembinaan reaktor pelakuran. Komponen itu perlu menghasilkan medan magnet yang amat kuat, menyimpan tenaga yang besar dan beroperasi dengan stabil dalam keadaan ekstrem.

Bila China mahu menghasilkan elektrik daripada pelakuran?

China menetapkan beberapa sasaran utama untuk programnya:

• Pembinaan BEST: Bermula pada 30 Jun 2023 dan dijadualkan siap pada penghujung 2027
• Plasma pertama: Dijangka dicapai pada penghujung 2027
• Demonstrasi elektrik pelakuran: Disasarkan sekitar 2030, sering digambarkan sebagai menyalakan “lampu pertama” menggunakan kuasa pelakuran
• Langkah seterusnya: CFETR yang lebih besar diunjurkan beroperasi sekitar 2030, manakala loji pelakuran komersial yang disambungkan kepada grid elektrik disasarkan pada dekad-dekad berikutnya

Menurut The Economist, garis masa ini meletakkan China kira-kira sedekad di hadapan negara lain dalam usaha mengejar tenaga pelakuran . Namun begitu, ujian magnet ini masih merupakan pencapaian kejuruteraan — bukannya bukti bahawa loji kuasa pelakuran komersial sudah tersedia. Cabaran seterusnya ialah menggabungkan semua sistem, menghasilkan plasma yang stabil dan membuktikan bahawa pelakuran boleh menghasilkan elektrik secara berterusan.