PLTN

IPEMBANGKITPENGENALAN

L|STR|K TENAGA NUKLTR (PLTN)

_ Sampai saat ini nuklir khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara

luas dalam berbagai bidang seperti industri, kesehatan, pertanian, peternakan,sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanano danbidang hidrologi, aplikasi tersebut adalah dalam bidang non energi.

Salah satu pemanfaatan teknik nuklir dalam bidang energi saat ini sudahberkembang dan dimanfaatkan secara besar-besaran dalam bentuk PembangkitListrik Tenaga Nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan untukmembangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, aman dan tidak mencemarilingkungan.

Pemanfaatan teknik nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secarakomersial sejak tahun 1954.Pada waktu itu di Uni Sovyet (USSR), dibangun dandioperasikan satu unit PLTN air ringan bertekanan tinggi (WER=PWR) yangsetahun kemudian mencapai daya 5 Mwe. Di Amerika Serikat juga telah

dioperasikan jenis reaktor yang sama dengan daya 60 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkanjenis Gas Cooled Reactor (GCR = reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe.

Hingga tahun 2010 di seluruh dunia baik di negara maju maupun berkembang telah dioperasikansebanyak 438 unit PLTN tersebar di 30 negara dengan kontribusi sekitar 18 7o dari pasokan tenagalistrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 314Mwe. Sementara itu 143 PLTN dalamtahap konstruksi di 24 negara, dengan negara yang sedang membangun PLTN terbanyak adalahChina 36 unit, India 20 unit dan Rusia 16 unit. Selain yang memasuki tahap konstruksi344 unit PLTNlainnya di dunia sedang dalam tahap perencanaan.

. ; : : t

Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTNDalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran

bahan fosil (minyak, batubara, dan gas). Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akanbergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya digunakan untuk menggerakkangenerator, sehingga akan menghasilkan tenaga listrik.

Pembangkit l istrik dengan bahan bakar batubara, minyak dan gas mempunyai potensimenimbulkan dampak negatif ke lingkungan serta masalah transportasi bahan bakar dari tambangmenuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akibat pembakaran bahan fosil tersebut dapatberupa CO, (karbon dioksida), SO, (sulfur dioksida) dan NO, (nitrogen oksida), serta debu yangmengandung logam berat. Kekhawatiran terbesar dalam pembangkitan listrik dengan bahan bakarfosil adalah dapat menimbulkan hujan asam dan peningkatan pemanasan global.

PLTN beroperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untukmenghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahaninti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebut digunakan untuk

. - ' . ;

Desain PLTN tipe ACR-1000 (Advance Candu Reactor)

Bahan bakar(uranium)

Moderator Reaktorneutron

l i

J",;;;"''*Air dingin darisungai/danau/[aut

Transmisi

Transformer

Skema Pembangkit Listrik Tenagct Nuklir eLfN)

membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap (Steam Generator) dan selanjutnya sama sepertiPLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbin-generator sebagai pembangkit tenaga listrik. Sebagaipemindah panas digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.

Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logamberat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya seperti CO2, SO2, NO^ke lingkungan, sehingga PLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbahradioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentukpadat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN sebelum dilakukanpenyimpanan secara lestar i .

Pembelahan Inti

Panas yang dipergunakan untuk membangkitkan uap diproduksi dari pembelahan inti atomyang dapat diuraikan sebagai berikut:

Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh inti atom U-235, intiatom akan terbelah menjadi 2 atau3 bagian/fragmen. Energi yang semula mengikat fragmen tersebutdiubah menjadi energi kinetik sehingga mereka bergerak dalam kecepatan tinggi. Karena fragmen-fragmen itu berada dalam struktur kristal uranium maka gerakannya akan diperlambat.

Dalam proses perlambatan inilah energi kinetik dikonversi menjadi energi panas (energi termal).Energi termal pembelahan 1 kg U-235 murni sekitar 17 milyar kkal atau setara dengan energi termalyang dihasilkan dari pembakaran 2,4 jutakg (2.400 ton) batubara.

Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan inti juga menghasilkan 2 atau 3 neutronyang dilepaskan dengan kecepatan 10.000 km/detik. Neutron-neutron ini disebut neutron cepat

yang mampu bergerak bebas tanpa dirintangi oleh atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya.Agar mudah ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkan reaksi pembelahan, maka kecepatanneutron ini harus diperlambat. Zatyang dapat memperlambat kecepatan neutron disebut moderator.

Panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan didinginkan oleh air yang bertekanan 160 atmdan suhu 300'C secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor.Tidak hanya sebagai pendingin air ini juga berfungsi sebagai moderator, yaitu medium yangmemperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan energinya selama menumbuk atom-atomhidrogen, setelah kecepatannya turun sampai 2000 m/s atau sama dengan kecepatan molekul gaspada suhu 300'C barulah ia mampu membelah inti atom U-235, neutron yang telah diperlambat inidisebut neutron termal dan menvebabkan teriadinva reaksi berantai.

Skema reaksi berantai yanp dikendalikan oleh batanp kendali

Reaksi Berantai Terkendali

Reaksi berantai dapat berlangsung dalam waktu singkat dan menghasilkan energi yang sangatbesar. Untuk dapat dimanfaatkan tenaga panasnya reaksi berantai yang berlangsung di reaktor nuklirharus dikendalikan sehingga dihasilkan energi yang sesuai dengan kebutuhan.

Pengendalian ini dilakukan dengan menggunakan batang kendali yang mampu menyerapneutron. Batang kendali dibuat dari bahan yang dapat menyerap neutron seperti Boron atau Cadmium.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam reaksi nuklir pada PLTN:o Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada moderatoro Kandungan U -235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum adalah 3,27o. Katdungan ini kecil sekali

dan terdistribusi secara merata dalam isotop U-238, sehingga tidak mungkin terjadi reaksipembelahan berantai secara tidak terkendali di dalamnya.

Beherapa tipe PLTN diantaranya:

ReaktorAir Mendidih (Boiling Water Reactor)Reaktor jenis ini memanfaatkan air (HrO) sebagai pendingin reaktor dan moderator. Panas yang

dihasilkan oleh reaksi fisi dalam elemen bakar akan diserap oleh air, sehingga air akan mendidih danberubah menjadi uap. Uap yang dihasilkan akan dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin-generatorsehingga dihasilkan listrik. Uap yang telah menggerakkan turbin kemudian didinginkan sehinggaberubah menjadi air kembali dan dipompa kembali ke dalam reaktor. Dalam reaktor BWR hanyaterdapat satu sistem sirkulasi pendingin.

Reaktor Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor)Reaktor PWR menggunakan air (HrO) sebagai pendingin. Reaktor ini memiliki dua sistem sirkulasi

pendingin, yaitu pendingin primer dan pendingin sekunder. Sirkulasi pendingin primer berisi airyang berhubungan langsung dengan sumber panas. Air pendingin sekunder dibuat bertekanantinggi sehingga tidak akan mendidih walaupun berada dalam temperatur yang sangat tinggi. Panasdari sistem pendingin primer kemudian akan dipindahkan ke sistem pendingin sekunder. Air dalamsistem sekunder ini akan berubah menjadi uap dan kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkanturbin-generator dan menghasilkan listrik.

Reaktor Air Berat Bertekanan (Pressurized Heavy Water Reactor)Reaktor ini prinsip kerjanya mirip dengan jenis PWR. Letak perbedaan adalah pendingin yang

digunakan adalah air berat (DrO). Penggunaan air berat membuat reaktor jenis ini bisa menggunakanuranium alam yang tidak diperkaya sebagai bahan bakar.

Reaktor Berpendingin Gas (Gas Cooled Reactor, GCR)Gas CO, yang disirkulasikan ke dalam bahan bakar reaktor berfungsi sebagai pendingin siklus

primer. Gas panas yang keluar dari reaktor kemudian masuk ke dalam steam generator untuk

PLTN Vattenfall Jerman di malam hari

Desain PLTN portabel generasi baru Ruang kendali PLTN

membangkitkan uap pada siklus sekunder yang menggunakan air sekaligus mendinginkan gas COztersebut sebelum kembali masuk ke dalam reaktor. Pada tipe ini, grafit dipergunakan sebagai moderatorsehingga bisa mempergunakan uranium alam tidak diperkaya sebagai bahan bakar.

Reaktor Grafit Berpending in Air (Light Water Graphite Reactor, LWGR)Reaktor ini mempergunakan grafit sebagai moderator dan air sebagai pendingin. Air pendingin

dibiarkan mendidih di dalam reaktor dan uapnya kemudian dipisahkan dari air dalam steam drum.Uap kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Reaktor yang mengalami kecelakaan diChernobyl termasuk ke dalam reaktor tipe ini.

Reaktor Pembiak Cepat (Fast Breeder Reactor, FBR)Reaktor ini mempergunakan plutonium (Pu-239) sebagai bahan bakar plutonium ditempatkan di

bagian tengah inti reaktor, kemudian disebelah luarnya dikelilingi oleh U-238. Uranium-238 inimenyerap neutron yang berasal dari reaksi hasil fisi di bagian tengah reaktor, sehingga berubahmenjadi Pt-239. Produksi Pu-239 inilah yang dikenal sebagai pembiakan bahan bakar. Dengan tanpaadanya moderator di dalam reaktor untuk menurunkan energi neutron membuat reaktor ini disebutpembiak cepat. Sebagai pendingin dipakai logam cair sodium (Na) yang tidak bersifat memoderasidan tahan terhadap temperatur ekstrim di dalam reaktor.

Reaktor Pebble Bed (Pebble Bed Reactor)Reaktor ini mempergunakan bahan bakar keramik uranium (U), plutonium (Pu) dan thorium (Th)

berbentuk bola (pebble). Bola-bola diletakkan ke dalam silinder reaktor yang bagian bawahnyaberbentuk seperti corong sebagai tempat keluarnya bahan bakar yang sudah habis terpakai. Gashelium yang dialirkan di sela-sela tumpukan bola-bola keramik berfungsi sebagai pendingin yangmenyerap panas hasil reaksi fisi untuk kemudian dipindahkan ke air pendingin melalui steqm generator.Grafit pada struktur bahan bakar atau bola-bola grafit yang dicampur dengan bola-bola bahan bakarberfungsi sebagai moderator. Aliran tipikal dari pebble ini adalah satu pebble setiap menit.

Pusat Diseminasi lptek NuklirGedung Perasten :Jl. Lebak Bulus Raya No.49, PasarJum'at, Jakarta 12440Kotak Pos :4390, Jakarta 12043, Indonesia, Telp. : (021 ) 7659a01,7659402

Fax. : (02 1 ) 7591 3833, Email : pdin @ batan.go.id, infonuk @ jkt.bozz.comwww.batan.oo.id. www.infonuklir.com