Reakor Nuklir dan Aplikasinya
- 1. SYNOPSIS REAKTOR NUKLIR DAN APLIKASINYA PENDAHULUAN Disamping sebagai senjata nuklir, manusia juga memanfaatkan energi nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Salah satu pemanfaatan energi nuklir secara besar-besaran adalah dalam bentuk pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Energi nuklir di sini digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Macam-macam reaktor berdasarkan kegunaannya antara lain adalah : 1. Reaktor daya Reaktor daya merupakan reaktor komersial yang menghasilkan energi listrik untuk dijual misalnya PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). 2. Reaktor riset termasuk uji material dan latihan. Reaktor riset/penelitian adalah suatu reaktor yang dimanfaatkan untuk berbagai macam tujuan penelitian. Misalnya reaktor uji material 1
- 2. yang digunakan secara khusus untuk uji iradiasi, reaktor untuk eksperimen fisika reaktor, reaktor riset untuk penelitian dengan menggunakan berkas neutron dan alat eksperimen kekritisan, reaktor untuk pendidikan dan pelatihan. Di antara reaktor-reaktor tersebut, yang disebut reaktor riset pun terdiri dari berbagai macam, misalnya reaktor untuk eksperimen berkas neutron dan uji iradiasi material. Reaktor untuk eksperimen perisai, reaktor untuk uji pulsa dan lain-lain. Tipe-tipe reaktor riset antara lain tipe kolam berpendingin dan bermoderator air berat, tipe kolam berpendingin dan bermoderator air ringan dan tipe kolam berpendingin air ringan dan bermoderator air berat. 3. Reaktor produksi isotop yang kadang-kadang digolongkan juga kedalam reaktor riset. Ditinjau dari tenaga neutron yang melangsungkan reaksi pembelahan, reaktor dibedakan menjadi reaktor cepat dan reaktor therma. Berdasarkan parameter yang lain dapat disebut reaktor berreflektor grafit, reaktor berpendingin air ringan dan reaktor suhu tinggi. Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (fisi) atau penggabungan inti (fusi). Fungsi reaktor fisi dibedakan menjadi dua, yaitu reaktor penelitian dan reaktor daya. Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan netron hasil 2
- 3. pembelahan untuk berbagai penelitian dan iradiasi serta produksi radioisotop. Panas yang ditimbulkan dirancang sekecil mungkin sehingga panas tersebut dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor penelitian dilakukan dengan sistem pendingin, yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Panas yang berasal dari teras reaktor diangkut oleh air di sekitar teras reaktor (sistem pendingin primer) dan dipompa oleh pompa primer menuju alat penukar panas. Selanjutnya panas dibuang ke lingkungan melalui menara pendingin (alat penukar panas pada system pendingin sekunder). Perlu diketahui bahwa antara alat penukar panas, sistem pendingin primer atau sekunder tidak terjadi kontak langsung. Sementara, pada reaktor daya, panas yang timbul dari pembelahan dimanfaatkan untuk menghasilkan uap yang bersuhu dan bertekanan tinggi untuk memutar turbin. Sebuah reaktor merupakan sumber energi yang efisien. Jadi secara umum reaktor nuklir adalah tempat berlangsungnya reaksi nuklir yang terkendali. Untuk mengendalikan operasi dan menghentikannya digunakan bahan penyerap neutron yang disebut batang kendali. 3
- 4. Jenis reaktor nuklir dibedakan berdasarkan besarnya energi kinetik neutron yang merupakan faktor utama dalam reaksi fisi berantai, yaitu reactor neutron panas, reaktor neutron cepat dan lain-lain. Berdasarkan jenis materi yang digunakan sebagai moderator dan pendingin, reaktor diklasifikasikan menjadi reaktor air ringan, reaktor air berat, reaktor grafit dan lain-lain. Berdasarkan tujuannya, diklasifikasikan menjadi reaktor riset, reaktor uji material, reaktor daya dan lain-lain. 4
- 5. ISI A. Prinsip Kerja Reaktor Nuklir I. Komponen Reaktor Nuklir Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas Chicago. Hingga saat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton. Gambar 1. Skema Dasar Reaktor Nuklir II. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) a. Elemen Bahan Bakar Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kira-kira 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan 5
- 6. air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat. c. Batang Kendali Jika keluaran daya dari sebuah reaktor 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. Jika netron yang dihasilkan selalu konstan dari waktu ke waktu (faktor multiplikasinya bernilai 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi kritis. Sebuah reaktor normal bekerja pada kondisi kritis. Pada kondisi ini reaktor menghasilkan keluaran energi yang stabil. Jika netron yang dihasilkan semakin berkurang (multiplikasinya kurang dari 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi subkritis dan daya yang dihasilkan semakin menurun. Sebaliknya jika setiap saat netron yang dihasilkan meningkat (multiplikasinya lebih besar dari 1), reaktor dikatakan dalam keadaan superkritis. Selama kondisi superkritis, energi yang dibebaskan oleh sebuah reaktor meningkat. Jika kondisi ini tidak dikendalikan, meningkatnya energi dapat mengakibatkan mencairkan sebagain atau seluruh teras reaktor, dan pelepasan bahan radioaktif ke lingkungan sekitar. Jelas bahwa sebuah mekanisme kendali sangat diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal atau kondisi kritis. Kendali ini 7
- 7. elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan teras reaktor. Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235. oleh karena isotop ini hanya kira-kira 0,7% terdapat dalam uranium alam, maka diperlukan proses khusus untuk memperkaya (menaikkan prosentase) isotop ini. Kebanyakan reaktor atom komersial menggunakan uranium- 235 yang telah diperkaya sekitar 3%. b. Moderator Netron Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 eV (atau leih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu, sebuah raktor 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 molekula 6
- 8. ISI A. Prinsip Kerja Reaktor Nuklir I. Komponen Reaktor Nuklir Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas Chicago. Hingga saat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton. Gambar 1. Skema Dasar Reaktor Nuklir II. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) a. Elemen Bahan Bakar Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kira-kira 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan 5