Penyelidikan tenaga boleh diperbaharui sedang dijalankan untuk menyelesaikan masalah pelepasan karbon dioksida daripada penjanaan kuasa bahan api fosil, salah satunya adalah tenaga gabungan nuklear yang dijana dalam tokamak menggunakan superkonduktor. Superkonduktor mempunyai rintangan sifar pada suhu yang sangat rendah, membolehkan elektrik yang kuat mengalir melaluinya, yang penting untuk mencipta matahari buatan. Kemajuan masa depan dalam teknologi superkonduktor boleh menyediakan tenaga hijau tanpa mencemarkan alam sekitar.
Penjanaan kuasa bahan api fosil telah dikritik kerana pelepasan karbon dioksida yang berlebihan, yang telah menyebabkan kesan rumah hijau dan mempercepatkan pemanasan global. Sebagai penyelesaian, sumber tenaga boleh diperbaharui yang tidak mencemarkan alam sekitar sedang dikaji secara aktif, dan salah satunya ialah tenaga gabungan nuklear. Pelauran nuklear ialah apabila dua atau lebih nukleus atom berkumpul untuk mencipta nukleus baru. Proses ini membebaskan sejumlah besar tenaga akibat kehilangan jisim, yang dipanggil 'tenaga gabungan'.
Matahari adalah contoh utama sumber yang menggunakan proses ini untuk menghasilkan sejumlah besar tenaga. Matahari menggunakan suhu tinggi dan tekanan tinggi untuk mencipta tenaga dengan menggabungkan nukleus hidrogen bersama-sama. Tenaga ini sangat besar sehingga ia cukup untuk menggerakkan fotosintesis dalam tumbuh-tumbuhan dan memastikan banyak hidupan hangat di Bumi. Keajaiban semula jadi ini telah memberi inspirasi kepada manusia, dan kami telah bekerja keras untuk meniru sumber tenaga yang sama ini di Bumi.
Penggunaan tenaga gabungan nuklear memerlukan keadaan suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Untuk memenuhi syarat ini, kapal dan teknologi khusus diperlukan. Sangat mudah untuk menganggapnya sebagai kapal untuk "matahari tiruan." Jadi saintis telah membangunkan jenis kapal baru yang dipanggil tokamak.
Tokamak itu kelihatan seperti donat pada pandangan pertama. Di dalam, atom hidrogen mengalami tindak balas pelakuran nuklear untuk mencipta matahari buatan. Bagaimana untuk mengekalkan keadaan suhu ultra tinggi dan tekanan ultra tinggi yang menciptanya tersembunyi dalam bentuk donatnya. Tokamak mempunyai wayar berbentuk lingkaran yang mengelilingi bentuk donat, dan apabila elektrik digunakan pada wayar tersebut, medan magnet terbentuk di dalam lingkaran - bentuk tokamak - yang meningkatkan suhu dan tekanan di dalam tokamak dan memerangkap tiruan. matahari di dalam medan magnet. Walau bagaimanapun, adalah tidak mungkin untuk mencipta suhu dan tekanan ultra tinggi menggunakan wayar biasa, seperti wayar kuprum ringkas, kerana rintangan wayar itu sendiri dan haba yang dihasilkannya akan menyebabkan tokamak tidak dapat berfungsi jika ia mengalirkan jumlah elektrik yang berlebihan. Untuk mengimbangi ini, kita perlu menggunakan wayar yang diperbuat daripada bahan khas yang tidak mempunyai rintangan dan oleh itu tidak menghasilkan haba. Inilah kunci kepada tokamak.
Adakah bahan tanpa rintangan wujud? Ya, mereka memang wujud. Sudah tentu, hanya dalam keadaan khas, tetapi terdapat bahan yang mempunyai rintangan sifar: "superkonduktor". Superkonduktor ialah bahan yang rintangannya turun kepada sifar pada satu titik pada suhu yang sangat rendah, seperti suhu kriogenik. Untuk menggunakan wayar superkonduktor, Tokamak mengalirkan helium cecair, iaitu tolak 269 darjah Celsius, di sekeliling wayar. Tujuan helium cecair ini adalah untuk mengekalkan suhu superkonduktor pada suhu kriogenik.
Jadi mengapa superkonduktor mempunyai rintangan sifar pada suhu kriogenik? Sebabnya ialah apabila suhu jatuh di bawah titik tertentu, elektron berpasangan dan mempamerkan tingkah laku yang tidak dilihat pada suhu bilik. Titik itu dipanggil "suhu kritikal" dan pasangan dipanggil "pasangan Cooper." Secara elektrik, apabila elektron bercas negatif melalui kekisi elektron bercas positif, tarikan elektrostatik menyebabkan kekisi condong sedikit ke arah laluan elektron. Elektron yang mengikuti akan lebih dipengaruhi oleh cas positif daripada elektron yang berlalu sebelum itu. Dalam proses ini, dua elektron membentuk sepasang.
Apabila dua elektron membentuk pasangan Cooper dan berkelakuan seperti zarah tunggal, mereka menjadi "berorientasikan". Sebelum ini, elektron individu adalah "simetri" dan bukannya "arah" kerana mereka semua bergerak dalam arah yang berbeza, tetapi selepas membentuk pasangan Cooper, semua pasangan Cooper mempunyai sifat ingin mengalir ke satu arah, jadi semua elektron berkelakuan seolah-olah mereka adalah satu jisim. Pasangan Cooper berorientasikan yang sama ini akan terus mengalir walaupun mereka menghadapi sebarang halangan, bermakna rintangan elektrik dihapuskan sepenuhnya. Atas sebab ini, pada suhu yang lebih rendah daripada suhu kritikal, rintangan dihapuskan, membolehkan aliran elektrik yang lebih kuat.
Setakat ini, kita telah melihat bagaimana superkonduktor adalah elemen utama dalam tenaga gabungan nuklear. Dalam beberapa dekad, apabila superkonduktor dengan suhu kritikal yang lebih tinggi dibangunkan dan teknologi superkonduktor menjadi lebih maju, tenaga gabungan nuklear akan dikomersialkan, dan orang di seluruh dunia akan dapat menikmati faedah tenaga yang bersih dan boleh diperbaharui tanpa mencemarkan alam sekitar. Beberapa projek penyelidikan yang sedang dijalankan juga memainkan peranan penting dalam merealisasikan visi ini. Kemajuan teknologi ini akan membuka jalan kepada persekitaran yang lebih baik dan tenaga mampan untuk generasi akan datang.
