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