1 A.Definisi dan Sejarah Reaktor Nuklir
Reaktornukliradalahalatyangdidesainuntukmempertahankanreaksiberantai,
dimanaaliranneutronyangstabildanterkontroldihasilkandarireaksifisisuatuinti
berat.Reaktornuklirdapatdibedakanberdasarkanfungsinyaataupunberdasarkanciri
khaspadadesainnya.Kesadaranbahwareaksifisinuklirmenghasilkanenergidengan
jumlah sangat besar membuat para ilmuan berlomba-lomba menciptakan
alat yang dapat
mengontroldanmemanfaatkanenergiyangdihasilkantersebut.Namunhalitupada
awalnya sulit dilakukan, karena reaktor nuklir haruslah memiliki
kriteria seperti: Memiliki keamanan yang terjamin Memiliki sistem
perlakuan limbah yang baik Mempertimbangkan proliferasi nuklir
Reaktor nuklir pembangkit listrik yang pertama kali dibangun di
Idaho, Amerika
Serikat,yaitustasiunpembangkitpercobaanEBR-1pada20Desember1951.PLTN
yangpertamaberoperasimenghasilkanjaringanlistrikberadadiObninsk,UniSoviet.
Sedangkan, PLTN komersial pertama adalah Calder Hall di Inggris
yang dibuka pada 17 Oktober
1956.Pada2012telahterdapat440reaktornuklirkomersialyangberoperasidi31
negara,yangmenyediakan14%kebutuhanlistrikdunia(WorldNuclearAssociation).
Amerika menjadi negara penghasil listrik tenaga nuklir terbesar di
dunia, yaitu sepertiga dari total energi yang dihasilkan, diikuti
oleh Perancis, dan 60 reaktor nuklir yang masih
beradadalamtahappembangunan.BeberapareaktornuklirterbesaradalahIsarIIdanBrokdorfdiJerman,Civaux1dan2,ChoozB1danB2diPerancis,sertakashiwazaki-kariwa
di Jepang. B.Reaksi Fisi
Reaksifisinukliradalahreaksisebuahintiberatyangditumbukolehpartikel
(misalnyaneutron)dapatmembelahmenjadiduaintiyanglebihringandanbeberapa
partikellain.Mekanismeyangsemacaminidisebutpembelahanintiataufisinuklir.
Contohreaksifisinukliriniadalahuraniumyangditumbuk(ataumenyerap)neutron
lambat yang akan menghasilan neutron selain dua buah inti atom yang
lebih ringan.235U + n 148La + 85Br + 3n
Neutroninimampumenumbuk(diserap)kembaliolehintiuraniumuntuk
membentuksuatureaksifisiberikutnya.Mekanismeiniterusterjadidalamwaktuyang
2 sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali. Akibatnya,
jika terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat maka
akan sangat membahayakan jiwa manusia.
Mekanismeinisebenarnyaseringterjadididalambomnukliryangmenghasilkan
ledakandahsyat.Jadi,reaksifisidapatmembentukreaksiberantaiyangtakterkendali
serti memiliki potensi daya ledak dahsyat dan dapat dibuat dalam
bentuk bom nuklir. Gambar 1. Reaksi fisi berantai Isotop elemen
kimia yang dapat meneruskan reaksi rantai fisi disebut bahan bakar
nuklir dan bersifat fisil. Jenis bahan bakar nukliryang paling umum
adalah 235U (isotop
uraniumdenganmassaatom235dandigunakandireaktornuklir)dan
239Pu(isotop
plutoniumdenganmassaatom239).Bahanbakarnukliriniakanterpecahmenjadi2
bagianmembentukelemenkimiadenganmassaatommendekati95dan135 u(produk
fisi).Kebanyakanbahanbakarnuklirmelaluitahapfisispontandenganamatlambat,
meluruhmelaluisebuahreaksipeluruhanpartikelalfa/partikelbetadenganwaktuyang
sangatlama.Dalamreaktornukliratausenjatanuklir,reaksifisiyangbesarini
disebabkan karena induksi neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi
sebelumnya. Reaktor Fisi Reaktor fisi kritis adalah jenis reaktor
nuklir yang paling umum. Di dalam reaktor
fisikritis,neutronyangdiproduksiolehfisidariatombahanbakardigunakanuntuk
menginduksireaksifisilainnya,sehinggauntukmenjagaagarenergiyangdilepaskan
bisa dikendalikan. Alatyang dapat melakukan reaksi fisi tapi tidak
bisa mandiri disebut 3
sebagaireaktorfisisubkritis.Beberapaalatmenggunakanpeluruhanradioaktifatau
akselerator partikel untuk menggerakkan fisi. Reaktor fisi kritis
biasanya dibangun untuk 3 tujuan utama, yang dilihat dari hasil
panas yang bisa diambil atau neutron yang diproduksi dari reaksi
rantai nuklir:
Pembangkitlistrikadalahreaktoryangtujuannyauntukmemproduksipanasuntuk
dayanuklir,biasanyadipakaiuntukmemenuhikebutuhanlistrikataujugauntuk
sumber tenaga bagi kapal selam.
Reaktorpenelitiandibangundengantujuanuntukmemproduksineutrondan/atau
sumberradioaktifuntukkeperluanilmu,kedoketan,teknik,atautujuanpenelitian
lainnya.
Reaktorperanakandibangundengantujuanuntukmemproduksibahanbakarnuklir
dariisotopyangterabaikan.Reaktorperanakancepatdapatmembuat
239Pu(bahan bakarnuklir)daribahanyangsebelumnyaterabaikanyaitu
238U(bukanbahanbakar
nuklir).Reaktorperanakantermalsebelumnyatelahditesmenggunakan
232Thuntuk memperbanyak isotop 233U yang dilanjutkan untuk
dipelajari dan dikembangkan lebih jauh. Semua PLTN komersialyangada
di dunia menggunakan reaksi nuklir fisi. Pada
umumnyareaktorjenisinimenggunakanbahanbakarnuklirUraniumdanreaktorjenis
iniakanmenghasilkanPlutonium,meskipundimungkinkanjugamenggunakansiklus
bahan bakar Thorium. C.Komponen Reaktor Nuklir
Secaraumumdidalamreaktornuklirkomersialyangada,memilikikomponen
utama, antara lain: 1.Bahan Bakar Nuklir
BatanganU3O8diperkayadengankandunganuranium-235yangberfungsi
sebagaibahanbakarsuatureaktornuklir.Bijihuraniumhanyamengandungsekitar
0,7%
.Sebagianbesarsisanyaadalah
nonfisi.Untukmendapatkan
uranium-235inidilakukandengancarapengolahandanpemrosesankembalidengan
memisahkan 235UF6 gas dari 238UF6 yang terdapat di dalam bijih
uranium. Pemisahan
dengancaradifusiyangdidasarkanpadakemampuandifusiyanglebihlambatdari
molekul gas. Prosedur pemisahan lain dapat pula menggunakan
ultrasentrifus. 4 Sebuah metode yang berpotensi lebih efisien untuk
mendapatkan uranium-235
sebagaibahanbakar,melibatkanpenggunaanlasercanggihuntukmengionisasi
secaralebihselektifdanmenghilangkan
.
yangterionisasikemudianbisa
dibuatuntukbereaksidenganionnegatifuntukmembentuksenyawalainsehingga
mudah untuk dipisahkan dari campuran. Dalam metode ini, kita harus
membuat laser
yangmampumenghasilkanradiasimonokromatikyangcukupuntukmerangsang
terbentuknya satu isotop. 2.Moderator Neutron Neutron dengan
kecepatan tinngi dihasilkan selama fisiyang memiliki energi
besar.Energiiniakandiserapsecaraefisienolehintilainnya.Dengandemikian,
neutrondengankecepatantinggiiniharusdiperlambatolehtabrakandenganatom
yang memiliki massa yang sebanding dan tidak menyerap neutron
tersebut. Alat yang
digunakandisebutmoderator.Moderatoryangpalingumumdigunakanadalahair,
meskipungrafitjugaterkadangdigunakan.Moderatoryangpalingefisienadalah
helium,yangdapatmemperlambatneutrontetapitidakmenyerapnya.Berikutnya
yang paling efisien adalah air berat (deuterium oksida,
2O atau
2O). Penggunaan air berat ini sangat mahal, terutama dalam
penerapan reaktor riset. 3.Control Rods
Kadmiumdanboronadalahperedamneutronyangbaikdidalamreaktor
nuklir.Lajureaksifisidikendalikandenganmenggunakancontrolrodsataubatang
kendali.Batangkendalibiasanyaterbuatdarikadmiumataubajaboron.Secara
otomatis, batang kendali dimasukkan ke dalam atau dikeluarkan dari
ruang antara di
dalamwadahbahanbakar.Semakinbanyakneutrondiserapolehbatangkendali,
makasemakinsedikitfisiyangterjadidanlebihsedikitpanasyangdihasilkan.Oleh
karena itu, output panas dari reaktor nuklir diatur oleh sistem
kontrol yang beroperasi pada control rods. 4.Sistem Pendingin
Dalamreaktornuklirumumnyamenggunakanduabuahsistempendingin.
Pendinginpertamaadalahdenganpenggunaanmoderatoryangberfungsisebagai
pendingin untuk reaktor. Hal ini karena terjadi proses transfer
fisi yang menghasilkan 5
panaskegeneratoruap.Panasyangdihasilkaniniakanmengubahairmenjadiuap.
Uapkemudianmengalirkearahturbinyangmenggerakkangeneratoruntuk
menghasilkan listrik. Pendingin kedua adalah penggunaan pendingin
lain (seperti air sungai, air laut,
atauairdiresirkulasi)yangakanmengembunkanuapdariturbindanembunini
kemudian didaur ulang ke dalam pembuat uap. Bahaya muncul jika
reaktor dimatikan dengan cepat. Disintegrasi produk fisi radioaktif
masih berlangsung pada tingkat yang
tinggi,sehinggaakancepatmenaikkansuhudanberakibatpadapemanasanelemen
bahan bakar dan
meleburkannya.Jadipenggunaansatupendingintidakakancukupjikaditujukanuntuk
menutupreaksifisi.Pendinginanyangefisienharusdigunakansampaiisotop-isotop
yangdihasilkanmemilikiusiayangsingkatdanpanasdaridisintegrasiyangterjadi
dapat dikurangi. 5.Shielding (Pelindung)
Sangatpentingbahwamasyarakatdandaerahdisekitarreaktornuklirharus
cukup terlindung dari kemungkinan terpapar nuklida radioaktif.
Seluruh reaktor nuklir harus tertutup oleh penahan baja. Pelindung
ini dilapisi dengan sebuah tembok beton
yangberdindingtebal.Setiappegawaiyangbekerjasebagaioperatorlebihlanjut
dilindungi oleh pelindung biologis, misalnya lapisan tebal bahan
organik yang terbuat dari serat kayu yang dikompresi. Pelindung
biologis ini menyerap neutron dan radiasi sinar beta dan sinar
gamma yang dapat diserap oleh tubuh manusia. D.Cara Kerja Reaktor
Nuklir Gambar 2. Reaktor Nuklir Secara umum, cara kerja reaktor
nuklir adalah sebagai berikut: 6 1.Di dalam inti reaktor,terjadi
reaksi fisi karena adanya penembakan neutron terhadap bahan bakar
nuklir (Uranium-235) yang menghasilkan energi panas yang cukup
besar. Setiap reaksi fisi, rata-rata membebaskan 2-3 neutron.
2.Energineutroncepatyangdihasilkandarireaksifisi(5MeV)akanditurunkanoleh
moderatormenjadineutrontermal(2MeV)sehinggareaksifisinuklirakanterus
berlanjut. Air yang berfungsi sebagai moderator akan memperlambat
kelajuan neutron
karenaneutronakankehilangansebagianenerginyasaatbertumbukandengan
molekul-molekul air.
3.Sebagianneutronyangdihasilkandarireaksifisiakandiserapolehbatangkendali
sehingga hanya ada satu neutron saja yang melangsungkan reaksi fisi
lanjutan. Batang
kendalididesainsedemikianrupaagarsecaraotomatisdapatkeluar-masukinti
reaktor.Jikajumlahneutrondidalamintireaktormelebihijumlahyangdiizinkan
(kondisikritis),makabatangkendalidimasukkankedalamintireaktoruntuk
menyerapsebagianneutronagartercapaikondisikritis.Batangkendaliakan
dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi
kritis (kekurangan neutron) untuk mengembalikan kondisi reaktor ke
kondisi kritis yang diperbolehkan.
4.Energipanasyangdihasilkandariintireaktorakanmelelehkanbahanbakar.Oleh
karenaitu,panasyangdibebaskankemudiandibawaolehairbertekananmenuju
pendingin.
5.Cairanyangberadadidalampendinginkemudianmenjaditerpanaskandan
terbentuklahuap.Uapyangdihasilkandiarahkanketurbinuapuntukmemutar
generator dan akhirnya dapat menghasilkan listrik. E.Klasifikasi
Reaktor Nuklir 1.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan penggunaan
bahan bakar a.Reaktor Pembakar
Reaktorpembakaradalahjenisreaktornukliryangmenggunakan
Uranium-235sebagaibahanbakar.Padareaktorinidigunakanuraniumyang
perkaya untuk meningkatkan efisiensi. Untuk memperpanjang reaksi
fisi, neutron
cepatdiperlambatdengansuatumoderator(grafitatauairberat)danlajureaksi
disesuaikandenganmengaturbatangkendali(boron)yangdapatmenyerap
neutron.Beberapaneutronbereaksiuntukmembentukplutonium,tapidalam
jumlahyanglebihsedikitdariuraniumawal,sehinggareaktortersebutdisebut
dengan istilah reaktor pembakar. 7 b.Reaktor Pembiak
ReaktornuklirkonvensionalmenggunakanUranium-235sebagaibahan
bakar,meskipunUranium-235terdapatdalamjumlah1%lebihsedikitdari
uraniumyangterjadisecaraalami.Kebanyakanuraniumterdapatsebagaiisotop
Uranium-238.Uranium-238tidakdapatdigunakanpadareaktornuklir
konvensional,tidakterjadireaksifisisepertiUranium-235.Akantetapi,jika
Uranium-238 dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir, maka dapat
digunakan untuk menjalankan raktor nuklir sampai ratusan tahun.
ReaktorpembiakdikembangkanmenggunakanUranium-238.Reaktorini
dibangundengansuatuinti/bijihplutoniumyangdapatmelakukanreaksifisi,
yaituPlutonium-239.IntiPlutonium-239dikelilingiolehlapisanUranium-238.
DenganberlangsungnyareaksifisidariPlutonium239,makaakanmelepaskan
neutron.NeutroniniakanmengubahUranium-238menjadiPlutonium-239.
Dengankatalain,reaktoriniakanmenghasilkanbahanbakar(Plutonium-239)
ketika beroperasi. Setelah semua Uranium-238berubah menjadi
Plutonium-239, reaktor akan terisi kembali.
Meskipundemikian,adabeberapamasalahutamapadareaktorpembiak ini, di
antaranya Plutonium-239 sangat bersifat toksik. Jika seseorang
menghirup
sejumlahkecilPlutonium-239,iaakanterkenakankerparu-paru.Selainitu,
waktuparuhmaterialsangatlama,sekitar24.000tahun.Halinimenciptakan
penyelesaianmasalahyanghampirtidakmungkinjikainginmenghasilkan
materialinidalamjumlahbanyak.Karenasifatdasardaribijihreaktor,airtidak
dapatdigunakansebagaipendingin,cairannatriumharusdigunakan.Suatu
kecelakan/bencanadapatterjadikarenanatriumbereaksidenganairdanudara
secarareaktif.Walaupunreaktorpembiakdapatmenyelesaianmasalahbahan
bakar uranium, masih ada sejumlah masalah yang harus dipecahkan.Dua
jenis reaktor pembiak tradisional, yaitu: Fast Breeder Reactor atau
FBR.Neutronungguldarireaktorneutroncepatmemungkinkandibangunnya
reaktorini,setelahbahanbakarplutoniumawaldimasukkan,hanya
dibutuhkan uranium untuk siklus bahan bakarnya. Thermal Breeder
Reactor KarakteristikpenangkapneutronyangluarbiasadariUranium-233
memungkinkanuntukmembangunreaktordenganmoderatorairberat, 8
setelahbahanbakarawaldiperkayauranium,plutoniumatauMOX, dibutuhkan
hanya thorium sebagai masukan siklus bahan bakarnya.
Thorium-232menghasilkanUranium-233setelahmenangkapneutronatau
memancarkan beta. 2.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan energi
reaktora.Reaktor Neutron Termal
Reaktorjenisinimenggunakanneutronlambatatauneutronthermal.
Hampirsemuareaktoryangadasaatiniadalahreaktortermal.Reaktorini
mempunyaibahanmoderasineutronyangdapatmemperlambatneutronhingga
mencapai energi termal. Reaktor ini memiliki kemungkinan lebih
besar terjadinya reaksi fisi antara neutron termal dan bahan fisil
seperti Uranium-235,
Plutonium-239danPlutonium-241,sertaakanmempunyaikemungkinanlebihkecil
terjadinyareaksifisidenganUranium-238.Dalamreaktorjenisini,biasanya
pendinginjugaberfungsisebagaimoderatorneutron,reaktorjenisiniumumnya
menggunakan pendingin air dalam tekanan tinggi untuk meningkatkan
titik didih
airpendingin.Reaktorinidiwadahidalamsuatutankireaktoryangdidalamnya
dilengkapidenganinstrumentasipemantaudanpengendalireaktor,pelindung
radiasi dan gedung containment.
Padatermalreaktortekananair(pressurized-water),airmurniyang
melewatiintipanastidakakanmenjadiradioaktif,tetapidapatdialirkankeluar
pelindunguntukmemanasanpemanas.Karenaairberfungsisebagaipendingin
danmoderator,makareaksinuklirakanberhentijikauntukbeberapaalasanair
tersebut keluar dari reaktor. Reaktor yang menggunakan pendingin
dan moderator
airinidinilaistabilkarenamemilikikarateristtikkontrolyangmenarik.Akan
tetapi,reaktortermalmembutuhkanUranium-235tigakalilebihbanyakdari
reaktor sedang. b.Reaktor Neutron
SedangReaktorneutronsedang,menawarkantransferkaloryanglebihefisien,
akantetapicairanlogamyangdigunakandalamreaktormenjadibersifat
radioaktif dan membutuhkan perlindungan. Reaktor ini dinilai kurang
aman. Jika
airmembanjirireaktor,akanbereaksidengannatrium.Untukmasalahtersebut,
9 kebocoranpadapengaliranpenukarkalorakanmenyebabkannatriumkontak
langsung dengan air. c.Reaktor Cepat
Reaktorjenisinimenggunakanneutroncepatuntukmenghasilkanfisi
dalambahanbakarreaktornuklir.Reaktorjenisinitidakmemilikimoderator
neutrondanmenggunakanbahanpendinginyangkurangmemoderasineutron.
Untuktetapmenjagaagarreaksinuklirberantaitetapberjalanmakadiperlukan
bahanbakaryangmempunyaibahanbelah(fissilematerial)dengankandungan
uranium-235yanglebihtinggi(lebihdari20%).Reaktorcepatmempunyai
potensi menghasilkan limbah transuranic yang lebih kecil karena
semua aktinida dapat terbelah dengan menggunakan neutron cepat,
namun reaktor ini sulit untuk dibangun dan mahal dalam
pengoperasiannya.
BeberapanegarasudahmengembangkanFastBeederReactor(FBR),
yangmerupakanjenisReaktorNeutronCepat.Reaktorinimenggunakan
Uranium-238padabahanbakarreaktorsebagiamanaisotopUranium-235
digunakanpadakebanyakanreaktor.FBRdapatmenggunakanuraniumpaling
sedikit 60 kali lebih efisien dari reaktor normal. 3.Klasifikasi
reaktor nuklir berdasarkan bahan bakara.Uranium alam 99,3% uranium
alam terdiri dari238U, sisanya 0,7% 235U, dan sedikit sekali 234U.
Untukmenggunakan 238Usebagaibahanbakarmakaharusdisediakanneutron
cepat dalam reaktor. Reaktor yang digunakan adalah reaktor cepat.
b. 235U yang diperkaya
Neutoncepatsangatsulitdiperolehkarenaneutroncepatmudahsekali
kehilanganenergi(menjadilambat)ketikabertumbukandenganintiuranium,
sehinggadigunakanneutronlambat.Reaktoryangdigunakanadalahreaktor
lambat.Untukmenggunakanneutronlambatmakadiperlukan 235Usebagai
bahan bakar, namun keberadaannya sangat sedikit sekali di alam
(0,7%) sehingga 235U perlu diperkaya. 10 c. 232Th atau campuran
239Pu umumnya/ 238U Reaktorberbahanbakar
232ThdisebutLFTRatauLiquidFluorideThorium Reactor. 4.Klasifikasi
reaktor nuklir berdasarkan moderator a.Reaktor Air Berat Reaktor
air berat menggunakanair beratatau D2O sebagai moderator. Air berat
yang dimaksud adalah D2O. Deutrium merupakan isotop hidrogen dengan
nomor massa 2. Reaktor dalam kelompok ini adalah : PHWR
(Pressurized Heavy Water Reactor) dan Reaktor Candu
(Canadium-Deuterium-Uranium). b.Reaktor Grafit
Bahanmoderasiyangdigunakanadalahgrafit.Reaktordalamkelompokini
adalah:MR(MagnoxReactor),AGR (AdvancedGas-CooledReactor), GMBWR
(Graphite Moderated Boiling Water Reactor) dan RBMR (reaktor yang
digunakan oleh Rusia). 5.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan
pendingin a.Reaktor Berpendingin
AirMeliputireaktorjenisPWR(PressurizedWaterReactor),BWR(BoilingWater
Reactor),GMBWR(GraphiteModeratedBoilingWaterReactor),PHWR
(Pressurized Heavy Water Reactor) b.Reaktor Berpendingin Gas
GasyangbiasadigunakanadalahCO2danN2.Reaktoryangtermasukdalam
jenisiniadalahMR(MagnoxReactor)danAGR(AdvancedGas-Cooled Reactor).
6.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan fasa bahan bakar/moderator
Berdasarkanfasabahanbakarataumoderatornya,reaktornuklirdibagi
menjadiraktorheterogendanreaktorhomogen.Reaktorheterogenmempunyai
sejumlahbesarbatangbahanbakardenganpendinginyangbersirkulasi
mengelilinginyadanmembuangpanasyangdilepaskanolehpembelahan/fisinuklir.
Padareaktorhomogen,bahanbakardanmoderatordicampur,misalnyagaram 11
uraniumsepertiuraniumsulfat(ataunitrat)yanglarutdidalammoderatorseperti
H2O atau D2O.Sehubungan dengan kesulitan pada perawatan komponen,
yang mempengaruhi keradioaktifan, erosi, dan korosi, reaktor
homogen tidak umum digunakan. Sekarang
inireaktornuklirlebihbanyakjenisheterogen.Reaktor-reaktorinidiklasifikasikan
kembaliberdasarkantipebahanbakaryangdigunakan,spektrumfluksneutron,
pendingin, dan moderator yang digunakan. 7.Klasifikasi reaktor
nuklir berdasarkan kegunaannya a.Reaktor Penelitian/Riset
Padareaktorpenelitian,yangdiutamakanadalahpemanfaatanradiasi
neutronyangdihasilkandarireaksinukliruntukkeperluanberbagaipenelitian
danproduksiradioisotop.Sedangkan,kaloryangdihasilkandirancangsekecil
mungkin, sehingga dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan kalor
pada reaktor dilakukan dengan sistem pendingin yang terdiri dari
sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Kalor yang
berasal dari teras reaktor dibawa ke sistem
pendinginprimerkemudiandilewatkanmelaluialatpenukarkalordan
selanjutnya kalor dibuang ke lingkungan melalui sistem pendingin
sekunder. Pada alat penukar kalor, sistem pendingin primer
dansistem pendingin sekunder tidak
terjadikontaklangsungantarauap/airyangmengandungradiasidenganair
pendingin yang dibuang ke lingkungan. Reaktor Penelitian di
Indonesia.
ReaktorTRIGAMarkIIBandungmerupakanreaktorpenelitian,sesuai
dengannamanyaTRIGA(TrainingReseachIsotopesproductionbyGeneral
Atomic). Pada awalnya yaitu tahun 1965 reaktor mempunyai daya
maksimum 250
kW,kemudiantahun1971dayanyaditingkatkanmenjadi1000kW.Padatahun
2000dayanyaditingkatkanlagimenjadi2000kW.SelaindiBandung,terdapat
reaktorTRIGAMarkIIYogyakarta,dengandayamaksimum250kW,dan reaktor
RSG (Reaktor Serba Guna) di Serpong dengan daya maksimum 30 MW.
Sejaktahun2000,namareaktorTRIGAMarkIIBandungdiubahmenjadi Reaktor
TRIGA 2000 Bandung. 12
ReaktorTRIGAMarkIIBandung,merupakanreaktortipekolam,teras
reaktorterendamdidalamkolamatautangkireaktor,berpendinginairringan
(aquades), serta berfungsi sebagai pelatihan, riset, dan produksi
radioisotop b.Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/PLTN)
Padareaktordayayangdimanfaatkanadalahuappanasbersuhudan
bertekanantinggiyangdihasilkanolehreaksifisiuntukmemutarturbin,
sedangkanneutroncepatdihasilkandiubahmenjadineutronlambatuntuk
berlangsungnya reaksi berantai dan sebagian lagi tidak
dimanfaatkan. Reaksi fisi
berantaihanyaterjadiapabilaneutrontermal/lambatmampumenembak
Uranium-235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara
terus menerus.
Caramengubahneutronyangberkecepatantinggimenjadineutronberkecepatan
rendah(neutronlambat)adalahdenganmenumbukkannyapadaintiatom
hidrogendalamair.Jadi,airdidalamkolamreaktoriniberfungsisebagai
pemerlambat(moderator),sebagaipendingin,danjugasebagaiperisairadiasi.
Beberapabahanpadaumumnyayangdipergunakansebagaibahanpendingin
reaktor nuklir adalah air ringan (H2O), air berat (D2O), gas, dan
grafit. Ditinjau dari jenis pendingin yang dipergunakan, maka
reaktor daya dapat dikelompokkan menjadi: Reaktor daya berpendingin
air (H2O) - PWR, BWR Reaktor daya berpendingin air berat (D2O)
CANDU PHW Reaktor daya berpendingan gas (gas Helium, gas CO2) HTGR,
AGR Reaktor daya berpendingin logam cair (Natrium) - LMFBR
Nama-nama reaktor daya: PWR dan BWR disebut dengan LWR (Light Water
Reactor) LWR : Reaktor air ringan PHWR : Reaktor air berat
(Pressurized Heavy Water Reactor) PWR : Reaktor air bertekanan
(Pressurized Water Reactor) BWR : Reaktor air didih (Boiling Water
Reactor) CANDU PHWR : Canadian Deuterium Pressurized Heavy Water
Reactor HTGR : Reaktor temperatur tinggi berpendingan gas (High
Temperature Gas-cooled Reactor) AGR : Reaktor berpendingin gas
(Advanced Gas cooled Reactor) 13 LMFBR : Reaktor pembiak
berpendingin metal cair (Liquid Metal Fast Breeder Reactor)
c.Reaktor Pembiak (Breeder Reactor) Reaktor pembiak menggunakan
bahan bakar Uranium, tetapi tidak seperti
reaksinuklirkonvensional,reaktorinimenghasilkanbahanterfisikanlebih
banyakdaripadayangdigunakan.Denganreaktorpembiak,bahanbakaryang
mengandungUranium-235atauplutonium-239dicampurdenganplutonium-238
agarterjadipembiakandidalamterasreaktor.Untuksetiapintiuranium-235
(atau plutonium-239) yang mengalami fisi, lebih dari satu neutron
ditangkap oleh uranium-238 untuk menghasilkan plutonium-239. Jadi
tumpukan bahan terfisikan dapat terus meningkat sewaktu bahan bakar
nuklir mulai dikonsumsi. Diperlukan
sekitar7sampai10tahununtukmenghasilkanjumlahbahanyangcukupuntuk
mengisiulangreaktoraslidanuntukmenghasilkanjumlahbahanyangcukup
untuk mengisi ulang reaktor asli dan untuk mengisi bahan bakar
reaktor lain yang ukurannya sama. F.Kelebihan dan Kekurangan
Reaktor Nuklir
Reaktornuklirmerupakanperangkatuntukmemulaidanmengendalikanreaksi
nuklirberantai.Reaktornuklirmenghasilkanenergi.Prosesyangterjadidalamreaktor
adalahreaksifisi.Uranium-235digunakansebagaibahanbakardalamreaktornuklir.
Reaksifisimembuatairmenjadipanasdanmenguap,kemudianmembuatturbin
bergerakuntukmemproduksilistrik.Penggunaantenaganuklirmasihmenjadi
perdebatan.Halinikarenapadapenggunaantenaganuklirterdapatkelebihandan
kekuranganyangmemberikanpotensiancamanterhadaplingkungandankehidupan
manusia.Adapun kelebihan energi nuklir, yaitu: 1.Menghasilkan
energi dalam jumlah besar
Reaksinuklirmelepaskanenergisatujutakalilebihbanyakdibandingkandengan
energi air dan angin. Oleh karena itu, sejumlah besar tenaga
listrik dapat dihasilkan
melaluienerginuklir.Saatini,sekitar10-15%darilistrikdiduniadihasilkan
melaluienerginuklir.1kguranium-235diperkirakandapatmenghasilkanenergi
yang setara dengan 1500 ton batu bara. 14 2.Tidak menghasilkan gas
rumah kaca
Padareaktornuklir,tidakdihasilkangaskarbondioksida,gasmetana,ozon,dan
kloroflorokarbon yang merupakan gas-gas yang menyebabkan terjadinya
efek rumah
kaca.Gasrumahkacamerupakanancamanyangmenyebabkanterjadinya
pemanasan global dan perubahan iklim. Sementara itu, kekurangan
dari energi nuklir, yaitu: 1.Radiasi
Kebocoranradiasiadalahsalahsatukelemahanterbesardariadanyareaktornuklir.
Radiasiyangdihasilkanapabilaterjadikontakdenganlingkungandapat
mengakibatkan kerusakan parah pada ekosistem dan hilangnya nyawa.
2.Bahan Bakar
Meskipunreaktornuklirmenghasilkansejumlahbesarenergi,reaktornuklir
menggunakan uranium sebagai bahan bakar,yang merupakan bahan bakar
terbatas.
Setelahuraniumhabis,makareaktornuklirakanmenempatilahantersebutdan
mencemari lingkungan. 3.Biaya
Selainreaktornuklirakanberfungsiselamauraniummasihtersedia,adajuga
kekurangandarisegibiaya.Meskipundalamreaktornuklirdihasilkanenergiyang
sangatbesar,namundalampenyusunanataupembuatanreaktornuklirdibutuhkan
biaya yang sangat besar pula. G.Manfaat Reaktor Nuklir
Energiyangdihasilkandarireaktornuklirsangatbesar.Energiinidapat
digunakan untuk berbagai kepentingan. Namun, implementasi
terbesarnya adalah sebagai
sumberpanasdanlistrik.Berikutbeberapamanfaatdarienergiyangdihasilkanreaktor
nuklir adalah: 1.Sebagai sumber energi listrik
ReaktornuklirpenghasillistrikpertamadiciptakandiAmerikapada1942,oleh
Enrico Fermi. Prinsip dari pembangkit listrik tenaga nuklir mirip
dengan pembangkit 15
listrikkonvensionallainnya.Perbedaannyaterletakpadamekanismepemutarturbin.
Padapembangkitlistriktenaganuklir,energiyangdihasilkandarireaksifisinuklir
digunakanuntukmemanaskanair.Uapyangdihasilkandigunakanuntukmemutar
turbin, sama seperti pada pembangkit listrik konvensional. 2.Sumber
panas bagi industri Industri-industri yang membutuhkan panas dalam
jumlah yang cukup besar contohnya adalah: Industri makanan Industri
kertas Industri pupuk dan bahan kimia Industri penghasil batu bara
dan minyak bumi Industri penghasil dan pengolah logam 3.Sebagai
sumber pemanas distrik
DiNegara-negaradenganempatmusim,pemanasrumahsangatlahdibutuhkan.
BeberapaNegarasepertiBulgaria,Cina,Hungaria,Romania,SwissdanSwitzerland
telah menggunakan energi nuklir untuk menyediakan pemanas bagi
rumah-rumah.4.Desalinasi air laut Air memiliki peran yang sangat
penting bagi kehidupan. Dengan bertambahnya
populasi,sertaperubahaniklimsemakinmemperbesarkebutuhanairmasyarakat.
Kelangkaanairjugasudahmenjadihalyanglumrahdidaerah-daerahtertentu.
Desalinasi air menyediakan alternatif penyediaan air bersih, dari
air laut. Energi yang dihasilkan dari reaktor nuklir digunakan
untuk menjalankan proses desalinasi, melalui metode destilasi yang
membutuhkan energi panas serta listrik. 5.Sebagai sumber energi
listrik alat transportasi
Semakinmenipisnyaminyakbumiseagaibahanbakar,membuatsumberenergi
alternatifbagialattransportasisangatdiperlukan.Beberapasumberenergialternatif
yang telah ditemukan adalah energi listrik. Namun, penggunaan
energi listrik sebagai
sumberbahanbakahmasihmenemuikebuntuan,karenapadasaatinienergilistrik
sebagianbesarmasihdihasilkandaridiesel,yangpadadasarnyaadalahproses
16
pembakaranminyakbumi.Denganreaktornuklir,dapatdihasilkansumberenergi
listrikyangbesaryangdapatdigunakansebagaibahanbakaralat-alattransportasi
seperti mobil, motor, kereta listrik, dan berbagai alat
transportasi lainnya. 17 DISKUSI 1.Vetty Pertanyaan: -Neutron awal
pada reaksi fisi dalam reaktor nuklir berasal dari
mana?-Controlrodsmerupakansenyawakimiayangbereaksidenganneutron.Apakah
produk dari reaksi control rods dengan neutron diproses lebih
lanjut? Jawab:
-Fisinuklirdapatmuncultanpaadanyapenembakanneutron,sebagaitipedari
peluruhanradioaktif.Namun,padareaktornuklir,neutronawalberasaldarisuatu
komponen yang mampu menyimpan partikel neutron. -Untuk
mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir
digunakan
bahanyangdapatmenyerapneutronmisalnyaBorondanCadmium,yangbertujuan
untukmengaturkerapatanneutron.Denganmengaturkerapatanneutroninidapat
ditentukantingkatdayaraktornuklir,bahkanreaksidapatdihentikansamasekali
(tingkatdayamencapaititik0)padasaatsemuaneutronterserapolehbahan
penyerap.Perangkatpengaturkerapatanneutronpadareaktornuklirinidisebut
elemenkendaliataucontrolrods.Jikaelemenkendalidisisipkanpenuhdiantara
elemenbakar,makaelemenkendaliakanmenyerapneutronsecaramaksimum
sehinggareaksiberantaiakandihentikandandayaserapbatangkendaliakan
berkurangbilabatangkendaliditarikmenjauhielemenbakar.Reaksipenangkapan
neutronolehboron-10menghasilkanpartikelalfadanlitium-7yangmerupakan
partikel dengan rentang ukuran sekitar 10 mikron. 2.Desri
Pertanyaan: Apakah mungkin neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi
bereaksi dengan air (H2O) yang berperan sebagai moderator? Jawab:
Fragmen fisi (misalnya neutron) melaju dengan kecepatan yang tinggi
(mayoritas energi
reaksifisiadalahenergikinetikdarifragmenfisi).Ketikaberinteraksidenganneutron,
akanmenyebabkanelektron-elektrondariatombahan(dalamhalinimolekulair)akan
tereksitasikeluardariorbitnya.Halinimembuatmolekulairterionisasi,yaitu
terbentuknyaionpositifdanionnegatif.Prosesionisasiinimemerlukanenergidan
18
energiiniberasaldarienergikinetikneutron.Ketikaberinteraksidenganairdan
menyebabkanairterionisasi,nutronakankehilanganenergikinetiknya,dangerakannya
semakinmelambat.Sedangkanpasanganionpositifdanionnegatifyangterbentuk
ketika dilewati oleh fragmen fisi, akan segera kembali bergabung.
Proses penggabungan
inimelepaskanenergiberupapanas.Dengandemikian,neutronyangdihasilkantidak
bereaksi dengan air membentuk senyawa lain (misalnya deuterium).
3.Ihsan Pertanyaan:
Apakahenergiyangdiperolehdarireaksifisidandaritumbukandenganmoderator
besarnya tetap atau tidak? Jawab: Produk FisiJenis EnergiJumlah
Energi (MeV) Produk fisiKinetik165 Neutron fisiKinetik5 Gamma
fisiElektromagnetik7 Peluruhan betaKinetik7 Peluruhan
gammaElektromagnetik10 NeutrinoKinetik10 Gamma
tertangkapElektromagnetik7 Energi peluruhanElektromagnetik +
Kinetik3 Jumlah energi yang dihasilkan200 Dalam reaktor nuklir,
terjadi reaksi fisi sebagai berikut: n +
+
+ 2n + 200 MeV
Besarnyaenergikinetikneutronbaruyangdihasilkanpadareaksifisimemilikienergi
kinetikrata-rata5MeV.Akantetapi,besarnyaenergikinetikneutronsetelah
bertumbukandenganmoderatortidaktetap,bergantungbanyaknyamolekulmoderator
dalamsistemtersebut.Neutronyangmelewatimoderatorakanmendisipasikanenergi
yangdimilikinyakepadamoderator.Setelahneutronberinteraksidenganmolekul-molekul
moderator, energi neutron akan berkisar pada 2 MeV. 19 4.Sabila
Pertanyaan:
Agarterjadireaksifisiharusmemilikiambangenergi.Apakahmoderatortidak
berpengaruh pada energi ambang reaksi fisi? Jawab:
Energiambanguntukkarbon-12adalah4.8MeV,untukoksigen-166.4MeV.Namun
untukunsuryanglebihberatmemilikienergiambangyanglebihkecil,misalnya
uranium-235yangmemilikienergiambang0.04MeV.Untukbahanfertil,reaksifisi
jugatermasukreaksiyangbersifatsebagaireaksiambang.Padauranium-238neutron
perlu memiliki energi tertentu untuk dapat menyebabkan reaksi fisi.
Energi ambang pada
uranium-238untukreaksifisisekitar1.0MeV.Dengandemikian,adanyamoderator
tidak terlalu berpengaruh pada energi ambang reaksi fisi
uranium-235. 20 POIN-POIN TAMBAHAN Reaksi Penangkapan Neutron
oleh
Uranium-235merupakansatu-satunyabahanfisilyangterdapatsecaraalami.
Kandungannyadalamuraniumalamhanya0.7%,sedangkansisakandunganuranium
alam mayoritas adalah uranium-238 sekitar 99.3%. Dengan reaksi
penangkapan neutron, uranium-238 akan menjadi radioaktif kemudian
meluruh menjadi plutonium-239 dengan reaksi sebagai berikut: Biloks
U3O8 (Bahan Bakar dalam Reaktor Nuklir) Uranium atau uranium
dioksida adalah salah satu bahan bakar nuklir yang banyak
digunakandidalamreaktornuklir.Secarakimiauraniummempunyai4valensi,atau
bilanganoksidasiyaituIII,IV,V,danVI.Darikeempatspesiesuraniumtersebutyang
paling stabil terhadap udara adalah adalah U(VI) sedangkan U(IV)
relatif stabil terhadap udara, di lain pihak spesies U(III) dan
U(V) sangat tidak stabil terhadap oksigen di udara. Bahan Bakar
Uranium-235
ReaktornuklirkonvensionalmenggunakanUranium-235sebagaibahanbakar,
meskipunUranium-235terdapatdalamjumlah1%lebihsedikitdariuraniumyang
terjadisecaraalami.Uranium-235digunakansebagaibahanbakardalamreaktornuklir
karenaUranium-235merupakansatu-satunyabahanfisilyangterdapatsecaraalami.
KebanyakanuraniumterdapatsebagaiisotopUranium-238.Uranium-238tidakdapat
digunakanpadareaktornuklirkonvensional,tidakterjadireaksifisisepertiUranium-235.Untukmenggunakanuraniumsebagaibahanbakar,perludigunakanreaktor
pembiak. Mekanisme kerja reaktor pembiak, antara lain: -Inti
Plutonium-239 dikelilingi oleh lapisan Uranium-238.-Berlangsungnya
reaksi fisi dari Plutonium-239 akan melepaskan neutron.-Neutron ini
akan mengubah Uranium-238menjadi
Plutonium-239.Dengankatalain,reaktoriniakanmenghasilkanbahanbakar(Plutonium-239)ketika
beroperasi.SetelahsemuaUranium-238berubahmenjadiPlutonium-239,reaktorakan
terisi kembali dengan bahan bakar. 21 Namun, ada beberapa masalah
utama pada reaktor pembiak ini, di antaranya: -Plutonium-239 sangat
bersifat toksik.
-Waktuparuhmaterialsangatlama,sekitar24.000tahun.Halinimenciptakan
penyelesaianmasalahyanghampirtidakmungkinjikainginmenghasilkanmaterial
ini dalam jumlah
banyak.-Karenasifatdasardaribijihreaktor,airtidakdapatdigunakansebagaipendingin,
sehinggacairannatriumharusdigunakansebagaipendingin.Suatu
kecelakan/bencana dapat terjadi karena natrium bereaksi dengan air
dan udara secara reaktif. Mekanisme Kerja Control Rods
Untukmengendalikanataumengaturreaksiberantaidalamreaktornuklir
digunakanbahanyangdapatmenyerapneutronmisalnyaBorondanCadmium,yang
bertujuanuntukmengaturkerapatanneutron.Jikaelemenkendalidisisipkanpenuh
diantaraelemenbakar,makaelemenkendaliakanmenyerapneutronsecaramaksimum
sehingga reaksi berantaiakan dihentikan dan daya serap batang
kendaliakan berkurang
bilabatangkendaliditarikmenjauhielemenbakar.Reaksipenangkapanneutronoleh
boron-10menghasilkanpartikelalfadanlitium-7yangmerupakanpartikeldengan
rentang ukuran sekitar 10 mikron. Interaksi H2O (sebagai Moderator)
dengan Neutron Fragmen fisi (misalnya neutron) melaju dengan
kecepatan yang tinggi (mayoritas energi
reaksifisiadalahenergikinetikdarifragmenfisi).Ketikaberinteraksidenganneutron,
akanmenyebabkanelektron-elektrondariatombahan(dalamhalinimolekulair)akan
tereksitasikeluardariorbitnya.Halinimembuatmolekulairterionisasi,yaitu
terbentuknyaionpositifdanionnegatif.Prosesionisasiinimemerlukanenergidan
energiiniberasaldarienergikinetikneutron.Ketikaberinteraksidenganairdan
menyebabkanairterionisasi,nutronakankehilanganenergikinetiknya,dangerakannya
semakinmelambat.Sedangkanpasanganionpositifdanionnegatifyangterbentuk
ketika dilewati oleh fragmen fisi, akan segera kembali bergabung.
Proses penggabungan
inimelepaskanenergiberupapanas.Dengandemikian,neutronyangdihasilkantidak
bereaksi dengan air membentuk senyawa lain (misalnya
deuterium).