Enam puluh tahun yang lalu, pada bulan Maret 1965, tokamak T-6 mulai beroperasi. Lima puluh tahun yang lalu, tokamak T-11 diluncurkan — perangkat ini merupakan hasil modifikasi dari T-6. Tokamak T-11 juga mengalami peningkatan, dan kini, dengan nama T-11M, ia terus beroperasi di sebuah institut di Troitsk (Oblast Moskwa). Para ilmuwan dari Pusat Penelitian Ilmiah Negara Federasi Rusia TRINITI mengembangkan teknologi untuk instalasi fusi nuklir masa depan menggunakan perangkat ini.
T-6, seperti yang terlihat dari namanya, bukanlah yang pertama dan tentu bukan yang terakhir dalam rangkaian tokamak. Ngomong-ngomong, peringatan penting lainnya juga jatuh tahun ini — diskusi ilmiah pertama tentang kemungkinan penggunaan fusi nuklir terkendali (FNT) dalam pembangkit energi industri juga merayakan ulang tahunnya. Pada tahun 1950, seorang sersan muda bernama Oleg Lavrentyev yang sedang menjalani wajib militer di Sakhalin, menulis surat kepada Komite Sentral Partai Komunis Uni Soviet. Dalam surat itu, ia mengemukakan dua gagasan, salah satunya adalah tentang FNT. Oleg Lavrentyev mengusulkan rancangan reaktor di mana plasma suhu tinggi diisolasi menggunakan medan listrik bertegangan tinggi. Surat itu diteruskan kepada para fisikawan nuklir, yang kemudian mengapresiasi orisinalitas dan keberanian ide sang penulis.
Gagasan yang lebih layak diterapkan tentang reaktor fusi toroidal dengan penahanan plasma secara magnetik diajukan oleh Andrei Sakharov dan Igor Tamm. Konsep tersebut disetujui pada Januari 1951. Instalasi pertama dirakit di tahun yang sama. Bentuknya berupa torus kaca yang dilapisi selubung tembaga berdinding tebal. Direncanakan bahwa plasma akan dipanaskan oleh arus listrik yang dialirkan langsung ke dalamnya, dan ditahan agar tidak menyentuh dinding dengan memanfaatkan arus eddy (arus Foucault) yang diinduksi pada selubung tembaga. Beberapa tahun kemudian, pada 1957, murid Igor Kurchatov, Igor Golovin, mengusulkan nama untuk sistem FNT yang sedang dikembangkan oleh ilmuwan Soviet — “tokamak”, singkatan dari “toroidalnaya kamera s magnitnymi katushkami” (kamera toroidal dengan kumparan magnet).
Konsep toroidal pernah bersaing dengan pendekatan stellarator. Namun, pada konferensi internasional mengenai fusi nuklir terkendali (FNT) yang diselenggarakan di Novosibirsk pada tahun 1968, para ilmuwan Soviet mempresentasikan hasil eksperimen di tokamak yang secara signifikan melampaui pencapaian di instalasi jenis lain. Secara kiasan, laporan-laporan tersebut menjadi semacam “ledakan termonuklir intelektual”.
Sejak saat itu, tokamak mulai bermunculan di seluruh dunia dan menempati posisi terdepan dalam komunitas ilmiah fusi nuklir. Dari tahun 1960 hingga 1988, hanya di Uni Soviet saja telah dibangun 21 tokamak, beberapa di antaranya bahkan diserahkan ke negara lain. Dan yang paling penting: proyek internasional ITER, yang bertujuan membuktikan kelayakan komersial dari FNT, juga merupakan tokamak.
Perancang tokamak T-6 adalah seorang peneliti junior di Institut Kurcatov, Vladimir Mukhovatov — sosok paling cerdas dan berpengetahuan di lingkaran ilmiah dekat Lev Artsimovich, dan kelak menjadi peraih Penghargaan Negara Uni Soviet. Tokamak T-6 dirancang olehnya sebagai mahakarya kehalusan medan magnet toroidal, yaitu tanpa efek bergelombang. Perangkat ini dilengkapi dengan selubung tembaga penstabil di dalam ruang plasma, yang ditempatkan sedekat mungkin ke plasma untuk memungkinkan operasi dengan arus maksimum dan cadangan kestabilan minimal. Di perangkat ini, stabilitas plasma dipelajari secara mendalam dan sangat rinci.
Pada tahun 1975, perangkat tersebut dimodernisasi dan dinamai ulang menjadi T-11. Di tokamak ini mulai dilakukan eksperimen terarah mengenai pemanasan tambahan plasma melalui injeksi berkas atom netral berenergi tinggi. Hal ini menjadi penting karena pemanasan tambahan plasma di tokamak pada waktu itu telah menjadi masalah tersendiri. Perhitungan menunjukkan bahwa suhu maksimum plasma yang dapat dicapai melalui pemanasan biasa 4–5 kali lebih rendah dari suhu yang dibutuhkan untuk terjadinya reaksi fusi termonuklir yang intensif. Gagasan injeksi atom netral menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan.
Pada tahun 1985, instalasi ini dibongkar, lalu dimodernisasi kembali dan dihidupkan ulang dengan nama T-11M berkat inisiatif E. Azizov — kali ini untuk menyelesaikan tugas-tugas diagnostik. Saat ini, tokamak T-11M di Troitsk adalah salah satu dari tiga instalasi aktif di Rusia yang menerapkan sistem penahanan plasma secara magnetik. Ia berfungsi sebagai stasiun uji material untuk menyelesaikan persoalan paling penting dari dinding pertama reaktor dan untuk menguji usulan teknologi baru dalam kondisi nyata.
Keberhasilan besar pertama adalah penerapan boronisasi menggunakan karboran untuk melapisi dinding pertama di semua tokamak Rusia dan beberapa tokamak asing guna mengurangi tingkat kontaminasi plasma oleh unsur pengotor. Keberhasilan kedua adalah penggunaan litium dengan sistem kapiler berpori untuk tujuan yang sama.
Parameter T-11M menurut standar saat ini terbilang sederhana: arus plasma hingga 0,1 MA, suhu elektron plasma hingga 500 eV, kepadatan maksimum plasma beberapa 7×10¹³ cm³. Namun demikian, nilai-nilai ini cukup untuk meneliti interaksi plasma dengan dinding pertama tokamak dan dengan material dinding itu sendiri, mengembangkan metode perlindungannya, mempelajari dinamika gangguan plasma (disruption), serta menguji sistem diagnostik plasma terbaru.
Saat ini, di T-11M sedang dikembangkan sistem perlindungan litium cair untuk tokamak. Sistem ini dibutuhkan untuk menangani aliran partikel dari plasma dan mengurangi beban panas pada dinding. Pada tahun 2022, para ilmuwan institut berhasil melakukan pengisian eksternal sistem emitor litium T-11M tanpa mengganggu kondisi vakum di ruang kerja — pencapaian yang diakui sebagai hasil bertaraf dunia.
Kini, di T-11M sedang diuji seluruh rangkaian sistem dan teknologi perlindungan litium untuk dinding pertama reaktor fusi termonuklir. Secara khusus, sedang diuji beberapa perangkat dan teknologi menjanjikan: limiter, kolektor, dan injektor. Hasil-hasil penelitian di T-11M digunakan dalam proyek yang lebih kompleks: di tokamak T-15MD, di tokamak Rusia dengan teknologi reaktor (TRT), serta dalam proyek internasional ITER, khususnya dalam bagian boronisasi dinding menggunakan karbida boron. Perlu dicatat bahwa di TRT direncanakan akan digunakan perlindungan litium cair.
