Ø   REAKTOR NUKLIR

REAKTOR NUKLIR

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (Fisi) atau penggabungan inti (Fusi). Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi Plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Hingga saat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran reaktor nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton.

Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan, diantaranya sebagai reaktor penelitian dan reactor daya. Saat ini reaktor nuklir banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Hal ini biasanya melibatkan panas dari reaksi nuklir untuk tenaga turbin uap. Sedangkan reaktor penelitian digunkan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan penelitian lebih lanjut.

Sebagaimana diketahui bahwa reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (Fisi) atau penggabungan inti (Fusi). Reactor menghasilkan panas dalam beberapa cara:

1.      Energi kinetik produk-produk fisi diubah menjadi energi panas ketika inti bertabrakan dengan atom di dekatnya 

2.      Sebagian dari sinar gamma yang dihasilkan selama fisi deserap oleh reaktor, energy mereka diubah menjadi panas

3.      Panas yang dihasilkan oleh peluruh radioaktif produk fisi dan bahan-bahan yang telah diaktifkan oleh penyerapan neutron. Sumber panas pembusukan ini akan tetap selama beberapa waktu bahkan setelah reaktor mati. Kekuatan panas yang dihasilkan oleh reaksi nuklir adalah 1.000.000 kali dari massa yang sama batubara

Ø KOMPONEN DASAR REAKTOR NUKLIR

 

1.    Elemen Bahan Bakar

Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kira-kira 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan
teras reaktor. Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235.

2.    Moderator Netron
Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 eV (atau lebih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu, sebuah reaktor atom harus memiliki materaial yang dapat mengurangi kelajuan netron-netron yang energinya sangat besar sehingga netron-netron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan netron dinamakan moderator.
Moderator yang umum digunakan adalah air. Ketika netron berenergi tinggi keluar dari sebuah elemen bahan bakar, netron tersebut memasuki air di sekitarnya dan bertumbukan dengan molekul-molekul air. Netron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk molekul air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat.

3.    Batang Kendali
Jika keluaran daya dari sebuah reactor dikehendaki konstan, maka jumlah netron yang dihasilkan harus dikendalikan. Sebagaimana diketahui, setiap terjadi proses fisi ada sekitar 2 sampai 3 netron baru terbentuk yang selanjutnya menyebakan proses berantai. Batang kendalli terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkan kondisi itu kembali ke kondisi kritis.
Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reactor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (missal untuk perawatan) batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti.

4.    Pendingin
Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Suhu ini dipindahkan dari reaktor dengan menggunakan bahan pendingin misalnya air atau karbon dioksida. Bahan pendingin (air) disirkulasikan melalui system pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reactor digantikan air dingin yang masuk melalui bagian bawah teras reactor.

5.    Perisai/Wadah
Terbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reactor dapat bekerja dengan aman dari radiasi.

Ø REAKSI NUKLIR
Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir.

1.      Reaksi Fusi
Fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar dan bom Hidrogen meledak.

2.      Reaksi Fisi
Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi ini bereaksi dengan melepas energy dalam bentuk panas.

Ø PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

Listrik pada umumnya dibangkitkan dari turbin yang digerakkan uap air. Uap air dihasilkan dengan mendidihkan air dalam bejana (boiller). Bahan bakar yang sering digunakan untuk mendidihkan air inilah yang membedakan nama pembangkit listrik. Ada yang menggunakan bahan bakar fosil, seperti minyak bumi, gas, batu bara atau nuklir.

Pembangkit yang menggunakan bahan bakar fosil, biasanya disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan yang menggunakan nuklir disebut PLTN.PLTU telah banyak didirikan di Indonesia, dan telah banyak pula pengalaman yang kita rasakan, baik masalah pergiliran pasokan arus listrik, harga, dan polusi. Masalah pergiliran pasokan arus listrik disebabkan masalah pasokan yang terbatas, karena tak adanya cadangan sumber listrik. Harga telah dipastikan naik terus mengikuti harga minyak bumi. Padahal minyak bumi dan gas dapat dimanfaatkan untuk pembuatan plastik, pupuk, kain, kendaraan bermotor atau keperluan lain yang lebih bermanfaat untuk kehidupan.

PLTN memang merupakan salah satu pilihan yang tepat untuk mengatasi krisis ekonomi di Indonesia. Selain bersih dan tak mencemari lingkungan, harga listriknya sangat murah dan dapat bersaing. Bahkan dengan reaktor temperatur tinggi, selain listrik yang dihasilkan, pendinginnya dapat digunakan untuk memproses batu bara menjadi bahan bakar minyak dan gas untuk kendaraan bermotor, serta desalinasi air laut, untuk menjadi air minum dan garam. Harga listrik yang murah tidak hanya didukung harga bahan bakar nuklir yang lebih murah dari harga minyak bumi atau batu bara, tetapi volume bahan bakar nuklir yang diperlukan jauh lebih kecil, sehingga harga transportasinya murah.

a.       Prinsip Kerja PLTN

Pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu: air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti : batu bara, minyak dan gas. Dampak dari pembakaran bahan bakar fosil ini, akan mengeluarkan karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (S02) dan nitrogen oksida (Nox), serta debu yang mengandung logam berat. Sisa pembakaran tersebut akan teremisikan ke udara dan berpotensi mencemari lingkungan hidup, yang bias menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global. Sedangkan pada PLTN panas yang akan digunakan untuk menghasilkan uap yang sama, dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisi (uranium) dalam reaktor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disalurkan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.

Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel sperti C02, S02, atau Nox, juga tidak mengeluarkan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian LTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :

·         Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar.

·         Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan.

·         Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik). Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

b.      Perbandingan Energi
Densitas energi nuklir sangat tinggi, lebih tinggi dibandingkan dengan batu bara ataupun minyak bumi. Sebagai ilustrasi, dalam 1 kg uranium dapat menghasilkan energi listrik sebesar 50.000 kWh bahkan dengan proses lebih lanjut dapat mencapai 3.500.000 kWh. Sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak bumi hanya dapat menghasilkan energi sebesar 3 kWh dan 4 kWh.
Pada sebuah pembangkit listrik non-nuklir berkapasitas 1000 MWe diperlukan 2.600.000 ton batu bara atau 2,000,000 ton minyak bumi sebagai bahan bakarnya. Sementara pada pembangkit listrik tenaga nuklir dengan kapasitas listrik yang sama hanya memerlukan 30 ton uranium dengan teras reaktor 10 m3, sebagai bahan bakarnya. Saat ini, kontribusi energi nuklir terhadap pasokan kebutuhan energi primer dunia sekitar 6% dan pasokan kebutuhan energi listrik global sekitar 17%.

c.       Proteksi
PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dan berlapis-lapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil. Desain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan berlapis (defence in depth). Pertahanan berlapis ini meliputi :

a.       Lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang, dibangun dan diperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu yg tinggi dan teknologi mutakhir.

b.      PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan/ keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan mengatasi akibat-akibat dari kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur PLTN. .

c.       PLTN dilengkapi dengan sistim pengamanan tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat mengatasi kecelakaan hipotesis, atau kecelakaan terparah yang diperkirakan dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun kecelakaan tersebut kemungkinannya tidak akan pernah terjadi selama umur PLTN.

Keselamatan Terpasang :

Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi.

d.      Keselamatan Reaktor Nuklir
Aspek keselamatan yang digunakan pada reaktor nuklir adalah mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan dan memperkecil dampak yang dapat diakibatkan oleh kejadian kecelakaan, yang lebih dikenal dengan nama sistem pertahanan berlapis (defence in depth). Ada 5 pertahanan yang utama, yaitu:

a.       Komponen-komponen reaktor

b.      Sistem proteksi reaktor

c.       Konsep hambatan ganda

d.      Pemeriksaan dan pengujian

e.       Operator

Desain keselamatan reaktor adalah memanfaatkan sifat-sifat alam yang menjamin adanya keselamatan inheren sehingga reaktor nuklir mempunyai sistem yang forgiving terhadap kekeliruan yang dilakukan oleh operator. Disamping itu reaktor nuklir dilengkapi dengan peralatan keselamatan yang dirancang menggunakan prinsip-prinsip sebagai berikut:

1.      Pemisahan: komponen-komponen sistem keselamatan yang berbeda dipisahkan secara fisis satu dengan yang lainnya. Hal ini dimaksudkan bahwa kegagalan mekanis pada satu lokasi tidak mempengaruhi unjuk kerja komponen yang berada di tempat lain.

2.      Diversiti: maksudnya adalah selalu terdapat lebih dari satu cara untuk melakukan suatu pekerjaan. Contohnya dengan sistem yang berbeda-beda akan dapat memadamkan reaktor.

3.      Redundansi: selalu terdapat lebih dari satu komponen yang diperlukan. Contohnya terdapat 2 pompa yang dipasang paralel, namun yang dipergunakan hanya satu.

4.      Saling tak gayut: sistem keselamatan saling tak gayut dengan yang lain. Contohnya terdapat beberapa jalur pemasok daya.

Kegagalan yang aman (fail safe): dimaksudkan bahwa bila terjadi kegagalan pada suatu komponen/sistem, maka secara otomatis akan merangsang untuk bergerak pada kondisi yang aman. Contohnya daya listrik dibutuhkan untuk mematikan reaktor, tetapi bila suatu saat kehilangan daya listrik, reakto akan tetap mati dengan jatuhnya elemen kendali secara gravitasi.

Konsep Hambatan Ganda

Konsep hambatan ganda mengusahakan tetap terkungkungnya zat-zat radioaktif dalam sistem reaktor daya (PLTN) dan tidak menyebar ke lingkungan yang mengakibatkan bahaya radiasi bagi penduduk yang tinggal di daerah sekitarnya. Hambatan ganda tersebut terdiri dari:

·         Elemen bakar: unsusr-unsur hasil belahan nuklir harus selalu tetap berada bersama elemen bakar

·         Kelongsong elemen bakar: apabila unsur hasil belahan nuklir dapat lepas dari elemen bakar, maka diusahakan agar unsur hasil belahan tersebut masih di dalam kelongsong elemen bakar

·         Sistem pendingin primer: terdiri dari sistem pipa, katup-katup, pompa dan juga pembangkit uap berfungsi pula sebagai penghambat hasil belahan, seandainya kolongsong tidak dapat menghambat bocornya hasil-hasil belahan.

·         Bangunan reaktor (sistem pengungkung): merupakan penghambat terluar sebelum zat radioaktif lepas ke lingkungan. Bangunan reaktor juga didesain untuk menahan gangguan-gangguan dari luar, seperti gempa bumi, tornado, banjir, kejatuhan pesawat terbang, dan sebagainya

·         Daerah eksklusif: Apabila zat radioaktif dapat lepas dari sistem pengungkung, maka kemungkinan sampainya zat radioaktif tersebut kepada masyarakat diperkecil dengan adanya jarak antara reaktor dengan tempat tinggal penduduk, yang disebut daerah eksklusif

Ø KEUNTUNGAN DAN KEKURANGAN

1.      Keuntungan PLTN
Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

a.       Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) – gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas

b.      Tidak mencemari udara – tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia

c.       Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)

d.      Biaya bahan bakar rendah – hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan

e.       Ketersedian bahan bakar yang melimpah – sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan

2.      Kekurangan PLTN

a.       Resiko kecelakaan nuklir – kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building

b.      Limbah nuklir – limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan

SEJARAH ATOM

Ø TEORI  ATOM  DALTON

Berdasarkan pemikiran bahwa konsep atom Democritus sesuai dengan Hukum Kekekalan Massa (berbunyi: massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama) dan Hukum Perbandingan Tetap (berbunyi: perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa adalah tetap dan tertentu), maka John Dalton tahun 1803 merumuskan teori atom sebagai berikut.

1.     Materi tersusun atas partikel-partikel terkecil yang disebut atom.

2.     Atom-atom penyusun unsur bersifat identik (sama dan sejenis).

3.     Atom suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain.

4.     Senyawa tersusun atas 2 jenis atom atau lebih dengan perbandingan tetap dan tertentu.

5.     Pada reaksi kimia terjadi penataulangan atom-atom yang bereaksi. Reaksi kimia terjadi karena pemisahan atom-atom dalam senyawa untuk kemudian bergabung kembali membentuk senyawa baru.

Dalam perkembangannya tidak semua teori atom Dalton benar, karena pada tahun 1897 J.J.Thomson menemukan partikel bermuatan listrik negatif yang kemudian disebut elektron. Tahun 1886 Eugene Goldstein menemukan partikel bermuatan listrik positif yang kemudian disebut proton. Dan tahun 1932 James Chadwick berhasil menemukan neutron.
Salah satu hipotesis Dalton adalah reaksi kimia dapat terjadi karena penggabungan atom-atom atau pemisahan gabungan atom. Misalnya, logam natrium bersifat netral dan reaktif dengan air dan dapat menimbulkan ledakan. Jika logam natrium direaksikan dengan gas klorin yang bersifat racun dan berbau merangsang, maka akan dihasilkan NaCl yang tidak reaktif terhadap air, tidak beracun, dan tidak berbau merangsang seperti logam natrium dan gas klorin.

Karena ada banyak hal yang tidak dapat diterangkan oleh teori atom Dalton, maka para ilmuwan terdorong untuk melakukan penyelidikan lebih lanjut tentang rahasia atom

Berdasarkan berbagai penemuan pada masa itu, John Dalton merumuskan teori atom yang pertama sekitar tahun 1803-1807, yang kita kenal sebagai teori atom Dalton. Berikut adalah postulat-postulat dalam teori atom Dalton.

• Setiap unsur terdiri atas partikel yang sudah tak terbagi yang dinamai atom.
• Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom dari unsur yang berbeda mempunyai sifat-sifat yang berbeda, teimasuk mempunyai massa yang berbeda.
• Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya merupakan penataan ulang atom- atom.
• Senyawa terbentuk ketika atom-atom dari dua jenis unsur atau lebih bergabung dengan perbandingan tertentu.

Namun pada perkembangannya, terdapat kelemahan dari teori atom Dalton ini, di antaranya :

• Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
• Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
• Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.

Meskipun demikian, Teori atom Dalton diterima karena dapat menjelaskan dengan baik beberapa fakta eksperimen pada masa itu, di antaranya Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap dengan baik.

Ø  MODEL ATOM THOMSON

Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.

Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:

"Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron"

Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson

Kelebihan
Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Kelemahan
Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Ø TEORI ATOM RUTHERFORD

Setelah diusulkannya teori atom Dalton dan Thomson, muncul teori yang lebih baru yang digagas oleh Ernerst Rutherford, yang sekarang dikenal dengan teori atom Rutherford. Pada tahun 1911, Rutherford menyangkal kebenaran teori atom Thomson yang mengatakan bahwa atom merupakan bermuatan positif, dan disekelilingnya terdapat elektron bermuatan negatif layaknya roti kismis.

Atom Rutherford tersusun dari : 

·        Inti atom yang bermuatan positif

·        Elektron-elektron yang bermuatan negatif dan mengelilingi inti.

·        Semua proton terkumpul dalam inti atom dan menyebabkan inti atom bermuatan positif.

·        Sebagian besar ruangan dalam atom merupakan ruangan kosong/hampa.

·        Jumlah muatan inti sama dengan jumlah muatan elektron sehingga ataom bersifat netral. 

Gambar 1.1 Model atom rutherford

a.     Pengertian Teori atom rutherford

Teori atom Rutherford mengatakan bahwa atom mempunyai inti yang merupakan pusat massa yang kemudian dinamakan nukleus, dengan dikelilingi awan elektron bermuatan negatif.

b.    Dasar Teori atom rutherford

Teori atom Rutherford didasarkan pada eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa yang dikenal dengan percobaan Geiger-Marsden. Pada saat itu, Rutherford menysun desain rancangan percobaan penembakan atom emas oleh partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Ternyata, sinar radioaktf tersebut ada yang dipantulkan, dibelokkan, dan diteruskan.

 Perhatikan gambar berikut:

Seperti pada gambar di atas, Rutherford menjelaskan bahwa jika partikel alfa mengenai inti atom, maka akan terjadi tumbukan yang mengakibatkan pembelokan atau pemantulan partikel alfa. Hal itu disebabkan karena massa dan muatan atom terpusat pada inti (nukleus). Rutherford menyarankan bahwa muatan inti atom sebanding dengan massa atom dalam sma( satuan massa atom). Partikel alfa yang mengenai awan elektron tidak dibelokkan maupun dipantulkan.

c.      Dalil Rutherford

Dari penjabaran di atas, maka sekiranya model atom Rutherford dapat disimpulkan sebagai berikut:

• Sebagian besar volume atom merupakan ruang hampa. 
• Massa atom terpusat di inti atom.
• Muatan atom terkonsentrasi pada pusat atom dengan volume yang sangat kecil. Kelipatan muatan ini sebanding dengan massa atom.
• Awan elektron tidak mempengaruhi penyebaran partikel alfa.

d.    Kelebihan dan Kelemahan Atom Rutherford

a)    Kelebihan Atom Rutherford

·     Bahwa atom memiliki inti atom yang bermuatan positif dan disekelilingnya terdapat elektron yang mengelilinya.

·     Dapat menerangkan fenomena penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas

·     Jari-jari inti atom dan jari-jari atom sudah dapat ditemukan

·     Sudah dapat menerangkan / menentukan bentuk lintasan elektron yang mengelilingi inti atom

·     Dapat menggambarkan gerak elektron disekitar inti

·     Elektron dapat bergerak dalam lintasan apapun, dari lintasan yang tak terhingga jumlahnya

b)    Kekurangan Atom Rutherford

·     Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap ini atom.

·     Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil

·     Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).

·     Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengelilingi inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama-kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti. 

Ø  TEORI ATOM BOHR

Diawali dari pengamatan Niels Bohr terhadap spektrum atom, adanya spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada lintasan-lintasan dengan energi tertentu. Dengan teori Mekanika Kuantum Planck, Bohr (1913) menyampaikan 2 postulat untuk menjelaskan kestabilan atom.
Dua Postulat Bohr:

1.     Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioner yang disebut orbit/kulit. Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti.

2.     Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi. Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah-pindah kulit disebut foton. Besarnya foton dirumuskan:
E = hv = hc/panjang gelombang
Energi yang dibawa foton ini bersifat diskrit (catu). Jika suatu atom menyerap energi, maka energi ini digunakan elektron untuk berpindah kulit dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi. Pada saat elektron kembali ke posisi semula akan dipancarkan energi dengan besar yang sama. Jadi, hanya elektron pada kulit tertentu dengan tingkat energi tertentu yang dapat bergerak, sehingga frekuensi cahaya yang ditimbulkan juga tertentu. Hal inilah yang digunakan untuk menjelaskan spektrum diskrit atom hidrogen.

Kelemahan teori atom Bohr:

1.     Hanya mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen tetapi tidak mampu menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks (dengan jumlah elektron yang lebih banyak).

2.     Orbit/kulit elektron mengelilingi inti atom bukan berbentuk lingkaran melainkan berbentuk elips.

3.     Bohr menganggap elektron hanya sebagai partikel bukan sebagai partikel dan gelombang, sehingga kedudukan elektron dalam atom merupakan kebolehjadian.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2007/Vika%20Susanti/Thomson.html

https://lismurtini270992.wordpress.com/2013/04/30/sejarah-atom/

http://belajarsejarahfun.blogspot.co.id/2011/01/sejarah-dan-perkembangan-teori-atom.html

http://dhidhiloctavia.blogspot.co.id/2013/09/kelemahan-dan-kelebihan-atom-rutherford.html

Ø REAKTOR NUKLIR

REAKTOR NUKLIR

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (Fisi) atau penggabungan inti (Fusi). Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi Plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Hingga saat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran reaktor nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton.

Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan, diantaranya sebagai reaktor penelitian dan reactor daya. Saat ini reaktor nuklir banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Hal ini biasanya melibatkan panas dari reaksi nuklir untuk tenaga turbin uap. Sedangkan reaktor penelitian digunkan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan penelitian lebih lanjut.

Sebagaimana diketahui bahwa reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (Fisi) atau penggabungan inti (Fusi). Reactor menghasilkan panas dalam beberapa cara:

1.      Energi kinetik produk-produk fisi diubah menjadi energi panas ketika inti bertabrakan dengan atom di dekatnya 

2.      Sebagian dari sinar gamma yang dihasilkan selama fisi deserap oleh reaktor, energy mereka diubah menjadi panas

3.      Panas yang dihasilkan oleh peluruh radioaktif produk fisi dan bahan-bahan yang telah diaktifkan oleh penyerapan neutron. Sumber panas pembusukan ini akan tetap selama beberapa waktu bahkan setelah reaktor mati. Kekuatan panas yang dihasilkan oleh reaksi nuklir adalah 1.000.000 kali dari massa yang sama batubara

Ø KOMPONEN DASAR REAKTOR NUKLIR

 

1.    Elemen Bahan Bakar

Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kira-kira 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan
teras reaktor. Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235.

2.    Moderator Netron
Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 eV (atau lebih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu, sebuah reaktor atom harus memiliki materaial yang dapat mengurangi kelajuan netron-netron yang energinya sangat besar sehingga netron-netron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan netron dinamakan moderator.
Moderator yang umum digunakan adalah air. Ketika netron berenergi tinggi keluar dari sebuah elemen bahan bakar, netron tersebut memasuki air di sekitarnya dan bertumbukan dengan molekul-molekul air. Netron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk molekul air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat.

3.    Batang Kendali
Jika keluaran daya dari sebuah reactor dikehendaki konstan, maka jumlah netron yang dihasilkan harus dikendalikan. Sebagaimana diketahui, setiap terjadi proses fisi ada sekitar 2 sampai 3 netron baru terbentuk yang selanjutnya menyebakan proses berantai. Batang kendalli terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkan kondisi itu kembali ke kondisi kritis.
Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reactor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (missal untuk perawatan) batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti.

4.    Pendingin
Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Suhu ini dipindahkan dari reaktor dengan menggunakan bahan pendingin misalnya air atau karbon dioksida. Bahan pendingin (air) disirkulasikan melalui system pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reactor digantikan air dingin yang masuk melalui bagian bawah teras reactor.

5.    Perisai/Wadah
Terbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reactor dapat bekerja dengan aman dari radiasi.

Ø REAKSI NUKLIR
Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir.

1.      Reaksi Fusi
Fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar dan bom Hidrogen meledak.

2.      Reaksi Fisi
Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi ini bereaksi dengan melepas energy dalam bentuk panas.

Ø PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

Listrik pada umumnya dibangkitkan dari turbin yang digerakkan uap air. Uap air dihasilkan dengan mendidihkan air dalam bejana (boiller). Bahan bakar yang sering digunakan untuk mendidihkan air inilah yang membedakan nama pembangkit listrik. Ada yang menggunakan bahan bakar fosil, seperti minyak bumi, gas, batu bara atau nuklir.

Pembangkit yang menggunakan bahan bakar fosil, biasanya disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan yang menggunakan nuklir disebut PLTN.PLTU telah banyak didirikan di Indonesia, dan telah banyak pula pengalaman yang kita rasakan, baik masalah pergiliran pasokan arus listrik, harga, dan polusi. Masalah pergiliran pasokan arus listrik disebabkan masalah pasokan yang terbatas, karena tak adanya cadangan sumber listrik. Harga telah dipastikan naik terus mengikuti harga minyak bumi. Padahal minyak bumi dan gas dapat dimanfaatkan untuk pembuatan plastik, pupuk, kain, kendaraan bermotor atau keperluan lain yang lebih bermanfaat untuk kehidupan.

PLTN memang merupakan salah satu pilihan yang tepat untuk mengatasi krisis ekonomi di Indonesia. Selain bersih dan tak mencemari lingkungan, harga listriknya sangat murah dan dapat bersaing. Bahkan dengan reaktor temperatur tinggi, selain listrik yang dihasilkan, pendinginnya dapat digunakan untuk memproses batu bara menjadi bahan bakar minyak dan gas untuk kendaraan bermotor, serta desalinasi air laut, untuk menjadi air minum dan garam. Harga listrik yang murah tidak hanya didukung harga bahan bakar nuklir yang lebih murah dari harga minyak bumi atau batu bara, tetapi volume bahan bakar nuklir yang diperlukan jauh lebih kecil, sehingga harga transportasinya murah.

a.       Prinsip Kerja PLTN

Pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu: air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti : batu bara, minyak dan gas. Dampak dari pembakaran bahan bakar fosil ini, akan mengeluarkan karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (S02) dan nitrogen oksida (Nox), serta debu yang mengandung logam berat. Sisa pembakaran tersebut akan teremisikan ke udara dan berpotensi mencemari lingkungan hidup, yang bias menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global. Sedangkan pada PLTN panas yang akan digunakan untuk menghasilkan uap yang sama, dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisi (uranium) dalam reaktor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disalurkan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.

Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel sperti C02, S02, atau Nox, juga tidak mengeluarkan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian LTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :

·         Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar.

·         Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan.

·         Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik). Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

b.      Perbandingan Energi
Densitas energi nuklir sangat tinggi, lebih tinggi dibandingkan dengan batu bara ataupun minyak bumi. Sebagai ilustrasi, dalam 1 kg uranium dapat menghasilkan energi listrik sebesar 50.000 kWh bahkan dengan proses lebih lanjut dapat mencapai 3.500.000 kWh. Sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak bumi hanya dapat menghasilkan energi sebesar 3 kWh dan 4 kWh.
Pada sebuah pembangkit listrik non-nuklir berkapasitas 1000 MWe diperlukan 2.600.000 ton batu bara atau 2,000,000 ton minyak bumi sebagai bahan bakarnya. Sementara pada pembangkit listrik tenaga nuklir dengan kapasitas listrik yang sama hanya memerlukan 30 ton uranium dengan teras reaktor 10 m3, sebagai bahan bakarnya. Saat ini, kontribusi energi nuklir terhadap pasokan kebutuhan energi primer dunia sekitar 6% dan pasokan kebutuhan energi listrik global sekitar 17%.

c.       Proteksi
PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dan berlapis-lapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil. Desain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan berlapis (defence in depth). Pertahanan berlapis ini meliputi :

a.       Lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang, dibangun dan diperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu yg tinggi dan teknologi mutakhir.

b.      PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan/ keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan mengatasi akibat-akibat dari kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur PLTN. .

c.       PLTN dilengkapi dengan sistim pengamanan tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat mengatasi kecelakaan hipotesis, atau kecelakaan terparah yang diperkirakan dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun kecelakaan tersebut kemungkinannya tidak akan pernah terjadi selama umur PLTN.

Keselamatan Terpasang :

Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi.

d.      Keselamatan Reaktor Nuklir
Aspek keselamatan yang digunakan pada reaktor nuklir adalah mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan dan memperkecil dampak yang dapat diakibatkan oleh kejadian kecelakaan, yang lebih dikenal dengan nama sistem pertahanan berlapis (defence in depth). Ada 5 pertahanan yang utama, yaitu:

a.       Komponen-komponen reaktor

b.      Sistem proteksi reaktor

c.       Konsep hambatan ganda

d.      Pemeriksaan dan pengujian

e.       Operator

Desain keselamatan reaktor adalah memanfaatkan sifat-sifat alam yang menjamin adanya keselamatan inheren sehingga reaktor nuklir mempunyai sistem yang forgiving terhadap kekeliruan yang dilakukan oleh operator. Disamping itu reaktor nuklir dilengkapi dengan peralatan keselamatan yang dirancang menggunakan prinsip-prinsip sebagai berikut:

1.      Pemisahan: komponen-komponen sistem keselamatan yang berbeda dipisahkan secara fisis satu dengan yang lainnya. Hal ini dimaksudkan bahwa kegagalan mekanis pada satu lokasi tidak mempengaruhi unjuk kerja komponen yang berada di tempat lain.

2.      Diversiti: maksudnya adalah selalu terdapat lebih dari satu cara untuk melakukan suatu pekerjaan. Contohnya dengan sistem yang berbeda-beda akan dapat memadamkan reaktor.

3.      Redundansi: selalu terdapat lebih dari satu komponen yang diperlukan. Contohnya terdapat 2 pompa yang dipasang paralel, namun yang dipergunakan hanya satu.

4.      Saling tak gayut: sistem keselamatan saling tak gayut dengan yang lain. Contohnya terdapat beberapa jalur pemasok daya.

Kegagalan yang aman (fail safe): dimaksudkan bahwa bila terjadi kegagalan pada suatu komponen/sistem, maka secara otomatis akan merangsang untuk bergerak pada kondisi yang aman. Contohnya daya listrik dibutuhkan untuk mematikan reaktor, tetapi bila suatu saat kehilangan daya listrik, reakto akan tetap mati dengan jatuhnya elemen kendali secara gravitasi.

Konsep Hambatan Ganda

Konsep hambatan ganda mengusahakan tetap terkungkungnya zat-zat radioaktif dalam sistem reaktor daya (PLTN) dan tidak menyebar ke lingkungan yang mengakibatkan bahaya radiasi bagi penduduk yang tinggal di daerah sekitarnya. Hambatan ganda tersebut terdiri dari:

·         Elemen bakar: unsusr-unsur hasil belahan nuklir harus selalu tetap berada bersama elemen bakar

·         Kelongsong elemen bakar: apabila unsur hasil belahan nuklir dapat lepas dari elemen bakar, maka diusahakan agar unsur hasil belahan tersebut masih di dalam kelongsong elemen bakar

·         Sistem pendingin primer: terdiri dari sistem pipa, katup-katup, pompa dan juga pembangkit uap berfungsi pula sebagai penghambat hasil belahan, seandainya kolongsong tidak dapat menghambat bocornya hasil-hasil belahan.

·         Bangunan reaktor (sistem pengungkung): merupakan penghambat terluar sebelum zat radioaktif lepas ke lingkungan. Bangunan reaktor juga didesain untuk menahan gangguan-gangguan dari luar, seperti gempa bumi, tornado, banjir, kejatuhan pesawat terbang, dan sebagainya

·         Daerah eksklusif: Apabila zat radioaktif dapat lepas dari sistem pengungkung, maka kemungkinan sampainya zat radioaktif tersebut kepada masyarakat diperkecil dengan adanya jarak antara reaktor dengan tempat tinggal penduduk, yang disebut daerah eksklusif

Ø KEUNTUNGAN DAN KEKURANGAN

1.      Keuntungan PLTN
Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

a.       Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) – gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas

b.      Tidak mencemari udara – tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia

c.       Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)

d.      Biaya bahan bakar rendah – hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan

e.       Ketersedian bahan bakar yang melimpah – sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan

2.      Kekurangan PLTN

a.       Resiko kecelakaan nuklir – kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building

b.      Limbah nuklir – limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan

DAFTAR PUSTAKA

https://id.wikipedia.org/wiki/Reaktor_nuklir

http://ruddysusanto.blogspot.co.id/2011/12/makalah-pembangkit-lisytrik-tenaga.html