Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama dari reaktor nuklir yaitu: elemen bakar, batang kendali, moderator, pendingin dan perisai. Reaksi fisi berantai terjadi apabila inti dari suatu unsur dapat belah (Uranium-235, Uranium-233) bereaksi dengan neutron termal/lambat yang akan menghasilkan unsur-unsur lain dengan cepat serta menimbulkan energi kalor dan neutron-neutron baru.
Reaktor nuklir berdasarkan fungsinya dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu:
1. Reaktor Penelitian/Riset
2. Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/PLTN)
Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan radiasi neutron yang dihasilkan dari reaksi nuklir untuk keperluan berbagai penelitian dan produksi radioisotop. Sedangkan kalor yang dihasilkan dirancang sekecil 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 pendingin primer kemudian dilewatkan melalui alat penukar kalor dan selanjutnya kalor dibuang ke lingkungan melalui sistem pendingin sekunder. Perlu diketahui bahwa pada alat penukar kalor sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder tidak terjadi kontak langsung antara uap/air yang mengandung radiasi dengan air pendingin yang dibuang ke lingkungan. Pada raktor daya yang dimanfaatkan adalah uap panas bersuhu dan bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk memutar turbin, sedangkan neutron cepat dihasilkan diubah menjadi neutron lambat untuk berlangsungnya reaksi berantai dan sebagian lagi tidak dimanfaatkan. Reaksi fisi berantai hanya terjadi apabila neutron termal/lambat mampu menembak Uranium-235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Cara mengubah neutron yang berkecepatan tinggi menjadi neutron berkecepatan rendah (neutron lambat) adalah dengan menumbukkannya pada inti atom hidrogen dalam air. Jadi air di dalam kolam reaktor ini berfungsi sebagai pemerlambat (moderator), sebagai pendingin dan juga sebagai perisai radiasi. Beberapa bahan pada umumnya yang dipergunakan sebagai bahan pendingin reaktor nuklir adalah air ringan (H2O), air berat (D2O), gas dan grafit.
Diketemukannya reaksi pembelahan nuklir oleh sarjana-sariana Jerman Otto Hahn dan Fritz Straussman pada bulan Januari tahun 1939 telah membuka pintu bagi perkembangan tenaga nuklir. Adapun permulaan zaman tenaga nuklir sesungguhnya terjadi kira-kira tiga tahun kemudian yaitu ketika sekelompok sarjana di bawah pimpinan Enrico Fermi dapat membuktikan bahwa reaksi pembelahan nuklir berantai dapat dilaksanakan dan lebih penting lagi yaitu bahwa reaksi tersebut dapat dikendalikan. Percobaan Fermi dengan reaktor nuklir yang pertama dimulai pada tanggal 2 Desember 1942 di sebuah laboratorium sederhana di bawah stadion Universitas Chicago. Percobaan tersebut terutama dimaksudkan untuk menunjang program persenjataan nuklir Amerika Serikat selama perang dunia ke-2.
Sesudah perang dunia ke-2 selesai, gagasan untuk memanfaatkan tenaga nuklir guna maksud-maksud damai mulai berkembang. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yang pertama di Amerika Serikat mulai bekerja bulan Desember 1957 di Shippingport, Pennsylvania. Sejak itu, berpuluh-puluh PLTN lain mulai dibangun dan mulai membangkitkan tenaga listrik untuk maksud-maksud damai. Dalam akhir tahun 1960-an, mulai dibangun PLTN yang berukuran besar dan mampu membangkitkan tenaga listrik secara ekonomis. Sejak tahun 1967, pesanan-pesanan PLTN mulai melonjak tidak saja di Amerika Serikat tetapi juga di negara-negara lain di seluruh dunia.
BAB II
REAKSI FISI DAN FUSI
REAKSI FISI
Reaktor tak lain adalah tempat bereaksi. Dalam hal ini, pengertian sehari hari yang dipakai ialah reaksi inti. Reaksi fisi adalah suatu reaksi pembelahan, yang disebabkan oleh neutron yang secara umum dapat ditulis sebagai:
X + n ——> X1 + X2 + (2 – 3) n + E.
Beberapa hal yang perlu diketahui dalam jenis reaksi tersebut adalah:
1). X disebut inti bahan fisil (fisile material), yang secara populer disebut “bahan bakar” karena dalam reaksi ini dibebaskan sejumlah energi. Hanya beberapa inti dapat bereaksi fisi yaitu 238U, 235U, 233U dan 239Pu di mana kedua unsur terakhir merupakan unsur buatan manusia karena tidak terdapat di alam sebagai hasil dari reaksi inti-inti 232Th dan dan 238U dengan neutron.
2). Keboleh jadian suatu inti berfisi dinyatakan dengan ?f (fission microscopic cross section = penampang fisi mikroskopik), di mana besaran tersebut tergantung dari energi neutron yang bereaksi dengan suatu inti-tertentu. Sebagai contoh dapat disebutkan bahwa nilai ?f 238U besar pada energi neutron rendah (termal) tetapi kecil pada energi tinggi. Sebaliknya nilai ?f 238U kecil pada saat neutron berenergi besar. Untuk 239Pu dan 233U mempunyai ?f besar pada energi tinggi, oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai bahan bakar pada reaktor cepat.
3). Dari reaksi dihasilkan dua inti baru sebaga hasil fisi, X1 dan X2 yang berupa inti-inti yang tidak stabil. Untuk menjadi stabil inti-inti tersebut meluruh (decay) dengan mengeluarkan sinar-sinar maupun partikel.
4). Adanya neutron-neutron baru yang dihasilkan dari reaksi inti tersebut dapat melanjutkan reaksi fisi hingga mungkin terjadi reaksi berantai, dan pada keadaan tertentu bila tidak dikendalikan maka reaksi berantai ter¬sebut dapat menjadi suatu ledakan. Reaksi nuklir yang tidak terkendali merupakan prinsip kerja bom nuklir. Neutron yang dihasilkan oleh fisi mempunyai energi yang tinggi, ? 2 MeV, jika fisii diharapkan terjadi pada En rendah (energi termal 0,025 eV), maka neutron yang baru lahir tersebut harus diturunkan energinya dahulu dengan jalan hamburan-hamburan. Di dalarn reaktor neutron mempunyai kemungkinan-kemungkinan untuk:
a. diserap tanpa menimbulkan fisi
b. diserap mengakibatkan fisi
c. hilang dari sistim
d. hamburan
Jadi penurunan energi neutron berkompetisi dengan kemungkinan¬kemungkinan yang lain, dan untuk dapat menghitung masing-masing kemungkinan perlu diselidiki mekanisme reaksi masing-masing.
5). Reaksi fisi mengeluarkan energi total E, sebesar 200 MeV. Dengan meng¬gunakan data konversi satuan dan data fisika, dapat dihitung bahwa bila semua inti-inti 1 gram uranium melakukan fisi maka kalor yang dikeluar¬kan setara dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 ton batu bara. Jelas dari gambaran tersebut bahwa, kalor yang dikeluarkan dari reaksi inti sangat besar.
Telah dijelaskan bahwa reaktor yang lazim dipakai saat ini bekerja atas dasar reaksi fisi (pemecahan) inti atom. Sebagai bahan bakar umumnya digunakan Uranium 235U yang kandungannya telah diperkaya. Uranium alam mempunyai kandungan 235U hanya sekitar 0,7 persen, selebihnya adalah 238U. Untuk memecah inti isotop Uranium digunakan neutron lambat (‘thermalneutron’). Uraniumyang menangkap neutron segera menjadi tidak stabil. Inti Uranium yang tidak stabil hanya dapat bertahan selama kurang lebih sepertriliun detik (10-12 detik) sebelum mengalami proses fisi menjadi inti-inti X1 dan X2 serta sekitar dua sampai tiga neutron yang siap untuk memecah inti 235U lainnya. Kemudian ketiga neutron tadi diserap oleh inti-inti isotop Uranium lain, tiga proses yang sama akan terjadi dengan produksi akhir sekitar sembilan neutron. Proses berulang-ulang ini dinamakan reaksi berantai (‘chain reaction’) yang merupakan prinsip kerja reaktor. Pada setiap proses pemecahan tadi, inti atom akan melepaskan energi yang sesuai dengan hilangnya jumlah massa inti-inti di akhir proses rumus E=mc2. Jadi jumlah energi yang dihasilkan akan sebanding dengan banyak proses yang terjadi dan sebanding dengan jumlah neutron yang dihasilkan.
Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur populasi neutron. Dengan mengatur populasi neutron ini dapat ditentukan tingkat daya raktor, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap. Perangkat pengatur populasi neutron pada reaktor ini disebut batang kendali. Jika batang kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka batang kendali akan menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar.
Reaksi Fusi
Proses reaksi fusi adalah kebalikan dari reaksi fisi seperti arti harfiahnya, proses ini merupakan reaksi penggabungan dua inti menjadi inti lain yang lebih besar. Reaksi jenis ini tidak terjadi secara alamiah di permukaan bumi, namun merupakan prinsip kerja pembakaran Hidrogen di pusat matahari serta bintang-bintang. Sebenarnya, banyak tipe reaksi fusi yang dapat terjadi di matahari yang sering disebut siklus proton-proton, mulai dari penggabungan dua inti Hidrogen menjadi inti Deuterium hingga penggabungan inti Deuterium dan inti Tritium. Kebanyakan reaksi ini membutuhkan kondisi tertentu yang hanya terdapat di dalam inti matahari ataupun bintang-bintang, misalnya tekanan yang sangat tinggi. Di dalam inti matahari, tekanan yang sangat tinggi dihasilkan oleh gaya gravitasi. Gaya gravitasi pada pusat matahari haruslah sangat besar untuk mempertahankan strukturnya, mengingat komposisi matahari kebanyakan terdiri dari gas Hidrogen. Reaksi fusi di dalam teras reaktor membutuhkan Deuterium dan Tritium sebagai bahan bakar, yang jika bergabung pada kondisi tertentu akan menghasilkan inti Helium yang stabil disertai sebuah neutron yang membawa sebagian besar energi hasil fusi. Saat ini, Deuterium bukan merupakan masalah, sebab tersediaannya di alam boleh dikatakan tak terbatas. Deuterium dapat diekstraksi dari air biasa, untuk setiap satu meter kubik air dapat diperoleh sekitar 200 gram Deuterium. Berlainan dengan Deuterium, Tritium bersifat radioaktif. Tritium alam sangat jarang dijumpai. Untungnya, Tritium dapat dihasilkan melalui proses ‘breeding’ dengan menggunakan sebagian kecil neutron hasil reaksi fusi serta dua jenis isotop Litium yang terdapat di alam, yaitu Litium-6 dan Litium-7. Litium-6 dapat menangkap neutron cepat dan neutron lambat, sedangkan Litium-7 hanya menangkap neutron cepat. Litium yang menangkap neutron akan pecah menjadi Tritium serta Helium.
Reaktor Fusi
Banyak masalah yang harus dipecahkan sebelum reaktor fusi dapat digunakan secara komersil. Untuk menggabungkan inti Deuterium dengan Tritium, gaya tolak-menolak (‘repulsive’) akibat muatan positif kedua inti harus diatasi. Cara yang paling mungkin adalah dengan menaikkan suhu kedua inti hingga energi kinetiknya dapat mengatasi gaya ‘Coulomb’ tadi. Masalahnya, untuk mengatasi gaya ini dibutuhkan suhu jutaan Celsius! Suhu setinggi ini tidak aneh jika kita melihat suhu inti matahari dimana proses fusi dapat dengan mudah terjadi (suhu inti matahari sekitar 15 juta Celsius). Karena tidak ada material di atas permukaan bumi yang dapat menahan suhu setinggi ini, diperlukan teknik supercanggih untuk melokalisir plasma (inti bermuatan yang memiliki suhu sangat tinggi) pada proses fusi agar tidak bersentuhan dengan komponen-kompnen reaktor.
Ada dua cara yang paling efektif untuk melokalisir plasma selama proses fusi berlangsung, yaitu cara magnetis dan cara inersial.
Cara pertama dilakukan di dalam instrumen berbentuk ‘donat’, yang disebut ‘Tokamak’. Ide untuk membangun ‘Tokamak’ pertama kali diusulkan oleh fisikawan Rusia Igor E. Tamm dan Andrei D. Sakharov, serta secara terpisah oleh Lyman Spitzer di Princeton USA, pada awal 1950-an. Tokamak menggunakan kombinasi dua medan magnet yang sangat kuat yang dihasilkan oleh superkonduktor untuk menahan plasma bersuhu sekitar 50 juta Celsius agar tetap berada di tengah-tengah ‘donat’ tersebut.
Cara kedua adalah dengan menggunakan target yang memiliki kerapatan sangat tinggi yang ditembaki dengan puluhan sinar laser terfokus secara simultan. Intensitas sinar laser disini harus cukup tinggi agar target dapat seketika menguap. Partikel-partikel yang dihasilkan akan berusaha bergerak keluar sehingga menimbulkan tekanan ke dalam yang sangat dahsyat. Tekanan yang naik secara drastis ini akan mengakibatkan naiknya suhu target yang pada akhirnya dapat menyalakan proses fusi. Sebenarnya, proses ini merupakan bentuk miniatur dari bom hidrogen.
BAB III
REAKTOR NUKLIR
Penggolongan Reaktor
Reaktor nuklir dapat diklasifikasi, selain menurut tujuannya, juga menurut sifatnya, atau menurut tipe bahan bakar dan menurut susunan bahan bakar. Tabel 1 memuat berbagai kemungkinan dalam penggolongan reaktor. Dalam reaktor ini bahan bakar dalam bentuk U02 ada dalam kelongsong yang terbuat dari paduan-logam zirkonium. Kelongsong ini berfungsi sebagai pendukung mekanik, sebagai pembungkus untuk mencegah agar produk-produk fisi tidak keluar dari elemen bahan bakar, dan sebagai pelindung uranium terhadapat korosi oleh zat pendingin. Biasanya elemen bahan bakar disusun secara teratur dengan moderator. Teras yang terdiri dari bahan bakar moderator dikelilingi oleh reflektor, yang dapat juga berfungsi sebagai moderator.
Fungsi reflektor adalah untuk mempertinggi ekonomi neutron dengan mencegah kebocoran neutorn yang berarti pelepasan dari teras reaktor. Pada lapisan luar terdapat perisai yang mengelilingi seluruh reaktor untuk menyerap neutron dan sinar gamma yang telah lepas dari teras reaktor. Pengendalian reaktor dilaksanakan dengan batang pengendali
Desain Reaktor
Usaha mendisain reaktor nuklir adalah untuk membuat suatu instalasi sesuai dengan tujuannya dengan pembiayaan serta hasil yang seoptimal mungkin. Pada umumnya dikehendaki agar reaktor daya mencapai efisiensi teknik yang sebesar-besarnya. Akan tetapi perlu diinsafi pula bahwa dalam reaktor terdapat bahan dan material yang relatif sangat mahal, misalnya bahan bakar, moderator, dan berbagai sistem keamanan, sehingga yang diusahakan oleh pendisain adalah untuk mencapai efisiensi material yang sebesarnya, yang berarti bahwa yang diinginkan adalah memperoleh energi listrik yang sebesarnya dari tiap unit sistem/material yang mahal itu. Lain dari pada itu diinginkan pula agar sistem reaktor mencapai ekonomi neutron yang sebaik-baiknya, yang berarti bahwa neutron yang dibangkitkan dalam teras reaktor sebanyak-banyaknya menghasilkan pembelahan atom uranium dan kalor (dalam keadaan terkendali) dengan mengurangi penyerapan neutron oleh bahan dan material lainnya dalam bejana reaktor.
Komponen reaktor Nuklir
1. Bahan Bakar Nuklir
Pada hakekatnya reaktor nuklir itu adalah suatu wadah yang mengandung bahan nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi yang terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar adalah bahwa bahan tersebut dapat mengadakan fisi atau pembelahan atom. Untuk maksud ini dikenal hanya tiga macam isotop, yaitu 235U, 239Pu dan 233U. Diantara isotop ini hanya 235U yang terdapat dalam alam, yaitu dengan kadar 0,7 % dalam uranium alam, sedangkan selebihnya terdiri dari 235U dan sedikit 234U.
Bahan bakar uranium biasanya dipergunakan dalam bentuk padat, meskipun dalam berbagai reaktor eksperimentil dalam tahun limapuluhan sering pula dipergunakan sebagai larutan atau cairan dalam bentuk garam uranium (plutonium). Dalam bentuk padat bahan bakar uranium umumnya diperguna¬kan sebagai oksida, yaitu UO2, karena ternyata bahwa dalam bentuk logam murni terdapat keberatan-keberatan yang secara teknik sukar dapat dipecah¬kan.
2. Moderator Dan Reflektor
Neutron yang dilepaskan oleh fisi mempunyai energi kinetik yang relatif sangat tinggi (sekitar 2 MeV) dengan kecepatan yang sangat tinggi. Agar neutron dapat menyebabkan fisi yang berikutnya lagi, energinya harus diku¬rangi sampai mencapai energi termik (0,025 eV). Untuk memperlambat neu¬tron cepat sampai mencapai tingkat energi yang lebih rendah, neutron yang berenergi tinggi itu ditumbukkan pada atom-atom yang terdapat dalam bahan-bahan tertentu, yang disebut moderator. Syarat untuk memilih dan menentukan bahan moderator (dan reflektor) adalah:
1) Pada tiap tumbukan terdapat kehilangan energi neutron yang besar.
2) Penampang penyerapan yang rendah.
3) Penampang penghamburan yang tinggi.
Zat yang mengandung hidrogen merupakan moderator yang baik jika dilihat pada kehilangan energi neutron setelah terjadi tumbukan. Akan tetapi hidrogen mempunyai penampang penyerapan yang relatif tinggi, yang dilihat dari sudut ekonomi neutron tidak menguntungkan. Dalam bentuk persenyawaan, misalnya air normal dan hidrida logam, zat hidrogen itu dapat dipakai sebagai moderator, asalkan dipergunakan uranium diperkaya sebagai bahan bakar. Bahan-bahan lain yang dipergunakan sebagai moderator adalah D20, grafit, berillium dan berillium oksida.
Reflektor dipasang disekeliling teras reaktor dengan maksud agar neutron yang dihamburkan keluar dapat dipantulkan kembali ke teras reaktor. Dengan demikian kebocoran neutron dapat dikurangi. Sifat reflektor jadinya hampir sama dengan moderator, kadang-kadang moderator yang mempunyai sifat yang baik dapat dipergunakan sekaligus sebagai reflektor. Akan tetapi dalam reaktor pembiak cepat yang tidak memerlukan bahan moderator, dipergunakan suatu bahan sebagai reflektor, yang fungsinya hanyalah untuk memantulkan neutron cepat kembali ke teras reaktor.
3. Bahan Pengendali
Untuk menjalankan reaktor nuklir dengan baik diperlukan reaksi pembelahan berantai yang dapat dikendalikan secara teliti. Syarat utama bagi pe¬ngendalian reaktor adalah bahwa keadaan kritis dan nyaris super-kritis dapat tercapai dengan lancar dan teratur. Kemudian kenaikan daya harus dapat ter¬capai dengan kecepatan yang teratur pula, sedangkan pada tiap tingkat daya hendaknya dapat tercapai suatu keadaan yang stabil. Syarat lain adalah bahwa tiap keadaan transien (perobahan cepat yang tidak terkendali dalam reaktor) dapat dikoreksi dengan penggunaan mekanik pengendalian. Akhirnya dikehendaki pula bahwa reaktor pada tiap waktu dapat diberhentikan (shutdown) atau dapat dijalankan (startup).
Pengendalian reaktor biasanya dapat dilakukan dengan mengatur banyaknya penyerapan neutron. Dalam tipe-tipe reaktor yang tertentu pengendalian itu dilakukan dengan mengatur pembangkitan neutron, misalnya dalam tipe bahan bakar cairan dengan merobah konsentrasi bahan bakar.
Pengendalian penyerapan neutron dilakukan dengan mengatur posisi batang-batang pengendali terhadap teras reaktor. Batang pengendai mengandung bahan yang memiliki penampang penyerapan neutron yang tinggi. Dalam operasi jangka panjang perlu diperhatikan empat faktor, yaitu:
1) Deplesi bahan bakar (berkurangkan bahan bakar)
2) Tambahan bahan bakar baru
3) Akumulasi racun radioaktif;
4) Burnout batang pengendali.
Syarat-syarat bahan untuk batang pengendali adalah sebagai berikut:
1) Dapat menyerap neutron dengan mudah
2) Mempunyai kekuatan mekanik yang cukup besar
3) Mempunyai massa yang
4) Tahan korosi.
5) Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.
6) Dapat memindahkan kalor dengan baik.
Sebagai bahan batang pengendali biasanya dipergunakan paduan logam kadmium atau borium. Kadmium murni adalah logam berwarna putih kebiru-biruan yang sangat lunak. Sebagai logam murni kadmium tidak dapat dipergunakan sebagai bahan pengendali karena titik leburnya relatif rendah (320°C) sedangkan pada suhu tinggi mudah dioksidasi menjadi serbuk berwarna coklat. Sebagai bahan pengendali biasanya kadmium dicampur dengan perak dan indium sehingga membentuk paduan logam dengan sifat mekaniknya cukup kuat.
Borium murni tidak mempunyai sifat seperti logam; titik leburnya sangat tinggi (2100°C) dan kekerasan kristalnya hanya dilebihi oleh intan. Sebagai bahan pengendali, borium biasanya dipergunakan sebagai karbida (B4C), sebagai paduan logam dengan aluminium (boral) dan belakangan ini sebagai boron baja (boron steel)
4. Pendingin
Setiap inti atom U-235 yang mengalami pembelahan melepaskan sejumlah energi sebesar kira-kira 200 MeV, yang kemudian hampir seluruhnya keluar dalam bentuk kalor. Suatu zat pendingin diperlukan untuk menghindarkan terjadinya suhu yang berlebihan dalam bejana reaktor.
Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh zat pendingin ialah:
1) Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.
2) Mempunyai perpindahan kalor yang baik.
3) Dapat menggunakan daya pompa yang rendah.
4) Mempunyai titik beku yang rendah.
5) Mempunyai titik didih yang tinggi.
6) Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.
7) Tidak peka terhadap keradioaktivan yang di-induksi.
8) Tidak korosi.
9) Aman dalam penanganan.
Berbagai bahan yang dapat dipergunakan sebagai pendingin ialah:
1) Bentuk gas: udara, helium, C02, uap.
2). Bentuk cair: air ringan (H2O), air berat (D2O).
3) . Logam cair: Na, NaK
5. Bahan Perisai
Dalam reaktor yang sedang beroperasi akan terdapat berbagai macam radiasi yaitu partikel alfa dan beta, fragmen (produk) pembelahan, proton, sinar gamma dan neutron. Proteksi terhadap radiasi yang berbahaya ini dila¬kukan dengan memasang bahan perisai sebagai pelindung disekitar bejana reaktor.
Partikel alfa merupaka inti helium, terdiri dari dua neutron dan dua proton dan oleh karena itu mengandung muatan listrik positif yang relatif besar. Partikel alfa diemisi selama peluruhan radioaktif oleh isotop radioaktif dengan massa berat dan energi diskrit yang khas untuk isotop tersebut dan besarnya pada umumnya lebih dari 5 MeV. Partikel alfa melepaskan energinya dalam udara dengan membentuk ion. Jarak tempuh partikel alfa dalam udara hanya 2 sampai 4 cm dan karena itu radiasi alfa tidak merupakan suatu problem dalam disain perisai. Proton juga menyebabkan ionisasi dalam udara, meskipun kurang karena muatan listriknya lebih kecil. Jarak tempuh proton kira-kira 5 sampai 10 kali jarak tempuh partikel alfa, akan tetapi seperti juga partikel alfa, proton tidak menimbulkan kesulitan dalam desain perisai. Partikel beta (elektron dan positron} di-emisi dengan energi yang meliputi spektrum yang luas dengan kecepatan yang lebih besar dari pada partikel al¬fa. Partikel beta dapat juga menimbulkan radiasi jika melalui medan listrik inti atom berat. Pelepasan energi ini timbul sebagai sinar X dengan spektrum yang kontinyu dan disebut “brermstrahlung”, yang mengandung bahaya disamping partikel betanya sendiri. Positron mempunyai sifat yang sama seperti elektron akan tetapi lain dari itu ia dapat bereaksi dengan elektron dan dapat menimbulkan dua foton gamma.
Neutron, seperti juga sinar gamma, mempunyai daya tembus yang cukup be¬sar. Oleh karena neutron tidak mempunyai muatan listrik maka cara satu-sa¬tunya agar neutron melepaskan energinya adalah dengan tumbukan, hamburan elastis dan tidak elastis dan penyerapan. Kesulitan yang timbul untuk menahan neutron adalah karena pada umumnya penyerapan neutron oleh bahan disertai dengan reaksi (n, gamma). Jadi meskipun neutron dapat ditahan, akan tetapi segera diikuti oleh emisi gamma. Dengan demikian suatu perisai untuk menahan neutron harus juga sanggup untuk menahan sinar gamma yang dikeluarkan pada akhir jarak tempuh neutron.
Jika diringkaskan, syarat untuk bahan perisai adalah:
1). Dapat memperlambat neutron
2). Dapat menyerap neutron
3). Dapat menyerap radiasi gamma
Bahan-bahan yang dipergunakan sebagai perisai:
1). Air ringan
2). Beton, dicampuri dengan bahan lainnya, misalnya barit
3). Logam, seperti Fe, Pb, Bi, W, Boral dan lain-lain.
6. Bahan Struktur
Dalam reaktor dengan disain tertentu material untuk bahan bakar moderator (reflektor), pengendalian, pendinginan dan perisai dipilih sedemikian¬ sehingga memenuhi syarat-syarat yang khusus berlaku untuk reaktor terse¬but. Biasanya bahan-bahan yang disebut tidak pasti mempunyai sifat fisika dan mekanika yang baik pula. Oleh karena itu untuk menambah kekuatan konstruksi reaktor diperlukan bahan-bahan lain yang biasanya, dilihat dari sudut ekonomi neutron, merugikan, akan tetapi diperlukan juga, agar komponen komponen tetap utuh dalam disainnya yang semula.
Untuk bahan struktur dalam bejana reaktor berlaku syarat-syarat berikut:
1). Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.
2). Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.
3). Mempunyai kekuatan mekanik yang baik.
4). Tahan korosi.
5). Mempunyai sifat perpindahan kalor yang baik.
Sebagai bahan struktur dalam bejana reaktor biasanya dipergunakan besi-baja, aluminium, zirkonium, nikkel, pada umumnya dalam bentuk paduan logam.
Catatan
1. Bahan bakar
Terdapat dalam teras reaktor diatur sedemikian rupa hingga luas per¬mukaannya cukup besar untuk memperbesar perpindahan kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar.
2. Pendingin (primer)
Cairan/gas yang mempunyai sifat-sifat perpindahan kalor yang baik, berfungsi untuk mendinginkan bahan bakar. Kadang-kadang pendingin primer berfungsi pula sebagai moderator.
3. Moderator
Berfungsi untuk menurunkan energi neutron dari energi tinggi ke ter maik. Moderator harus mempunyai sifat-sifat kemampuan menghamburkan neutron besar, tetapi kemampuan penyerapannya kecil. Seperti yang akan diterangkan kemudian moderator dipilih dari unsur-unsur yang mempunyai A kecil agar penurunan energi per tumbukan dapat besar.
4. Batang kendali
Terbuat dari bahan yang mempunyai serap neutron yang sangat besar berfungsi untuk mengendalikan jumlah populasi neutron yang terdapat di dalam reaktor, jadi juga mengendalikan jumlah reaksi fisi yang terjadi.
5. Perisai (shielding)
Menahan radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisi, agar para pekerja dapat melakukan tugas-tugasnya di sekitar reaktor dengan aman.
6. Pemindah kalor (heat exchanger)
Pendingin primer biasanya merupakan suatu rangkaian tertutup, artinya pendingin primer dikembalikan lagi oleh pompa ke reaktor setelah kalor yang dibawa dari reaktor dipindahkan ke pendingin sekunder di dalam alat penukar kalor.
BAB IV
MANFAAT TENAGA NUKLIR
Reaktor nuklir dapat digolongkan menurut tujuannya, yaitu untuk penelitian, pembangkit daya atau untuk produksi. Penggolongan menurut cara ini bukanlah eksklusif dalam tujuannya masing-masing, akan tetapi hanya bermaksud untuk menonjolkan tujuan utamanya.
Reaktor penelitian didesain untuk menghasilkan neutron dan dipergunakan untuk berbagai eksperimen fisika reaktor, untuk menghasilkan radioisotop, untuk penelitian dalam berbagai bidang, pengamatan, terutama fisika, kimia dan biologi, untuk menguji dan mengadakan evaluasi terhadap berbagai, komponen nuklir yang didisain untuk suatu reaktor daya dan untuk maksud pendidikan dan latihan. Reaktor uji material adalah reaktor penelitian yang menghasilkan neutron dengan fluks yang tinggi, yaitu dalam orde 1014 — 1016 n/cm2s.Tujuan utama reaktor daya adalah untuk pembangkitan listrik. Disamping itu uap kalor yang dihasilkan sering dipergunakan dalam perindustrian sebagai kalor proses (process heat}, untuk pemanasan gedung dan untuk menawarkan air laut (desalinasi).
Reaktor produksi dalam tahun lima puluhan dibangun khusus untuk menghasilkan Pu-239 dari U-238, kemudian reaktor-reaktor produksi yang masih beroperasi itu dimodifikasi sehingga juga dapat membangkitkan listrik, sedangkan produksi plutonium kini menjadi tujuan sekunder, oleh karena persediaan bahan ini telah mulai berlebihan.
Manfaat suatu sistem pembangkit tenaga dapat dinilai dengan mudah apabila sistem tadi dibandingkan dengan sistem pembangkit tenaga lain sehingga ke¬lebihan dan kekurangannya dapat diperinci dengan jelas. Dalam hal ini tenaga nuklir harus dibandingkan dengan tenaga fosil karena tenaga fosil dewasa ini memikul sebagian besar kebutuhan tenaga di dunia. Karena bentuk sumber bahan bakar fosil yang masih melimpah cadangannya di bumi adalah batu bara, maka perbandingan akan dilakukan terhadap sistem pembangkit tenaga batu bara. Dibandingkan dengan Pusat Listrik Tenaga Batu-bara, Pusat Listrik Tenaga Nuklir mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
1. tidak mencemarkan udara
2. menghasilkan bahan-bahan sisa padat lebih sedikit
3. cadangan sumber bahan bakar nuklir melimpah
4. penyediaan bahan bakarnya memerlukan penambangan yang lebih sedikit
5. lebih ekonomis
6. persoalan pangangkutan bahan bakar lebih mudah
7. pemilihan letak lebih luwes.
Sebaliknya, PLTN mempunyai beberapa kekurangan antara lain sebagai ber¬ikut:
1. Menghasilkan bahan sisa radioaktif yang berumur sangat panjang sehingga harus disimpan dan diamankan untuk jangka waktu yang sangat lama.
2. Dapat melepaskan bahan-bahan radioaktif. Perlu ditambahkan bahwa pelepasannya adalah sedemikian rendahnya sehingga tidak begitu berarti apabila dibandingkan dengan latar belakang radiasi yang sudah ada dalam alam. Pelepasan bahan-bahan radioaktif dari suatu Pusat Listrik Tenaga Batu-bara yang berasal dari radio-aktivitas alam dalam batu bara dapat melebihi pelepasan radioaktif dari Pusat Listrik Tenaga Nuk!ir.
3. Dalam PLTN terdapat himpunan bahan-bahan radioaktif dalam jumlah amat besar yang harus dikungkung, dalam keadaan bagaimanapun juga. Oleh karena itu, segi-segi keselamatan yang bersangkutan dengan kemungkinan terjadinya kecelakaan dapat lebih berat dibandingkan dengan PLT-Batu bara.
4. Modal yang diperlukan untuk pembangunan PLTN lebih besar dan waktu pembangunannya lebih lama dibandingkan dengan PLT-Batubara
Pada umumnya dapatlah dikatakan bahwa keberatan-keberatan yang ditu¬jukan terhadap PLTN dewasa ini lebih bersifat emosional dari pada riil yaitu sebagai akibat dari gambaran tenaga nuklir sebagai tenaga penghancur yang maha dahsyat, dengan diledakkannya dua buah bom atom di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia ke-2 yang lalu. Ditinjau dari segi teknik, hampir semua persoalan yang bersangkutan dengan operasi PLTN telah tersedia pemecahannya dewasa ini. Hal ini terbukti dari sejarah operasi PLTN, yang jumlahnya dewasa ini sudah hampir 400 di seluruh dunia, yang telah berjalan dengan aman sampai saat ini tanpa terjadi kecelakaan yang berarti. Pada dasarnya, persoalan-persoalan yang bersangkutan dengan pelepasan bahan radioaktif, pembuangan bahan sisa dan persoalan keselamatan lain hanyalah merupakan persoalan biaya. Dengan mengeluarkan biaya yang lebih besar, kemungkinan terjadinya kecelakaan dapat ditekan menjadi lebih rendah. Tetapi sudah jelas bahwa kemungkinan terjadinya kecelakaan tersebut tidaklah mungkin untuk ditiadakan sama sekali. Hal ini berlaku pula untuk setiap sistem teknologi lain yang manapun.
BAB V
JENIS-JENIS PLTN
Sebagian besar dari PLTN yang dipakai dewasa ini adalah dari jenis reaktor berpendingin air ringan (LWR = Light Water Reactor) baik yang berasal dari reaktor sistem bertekanan (PWR = Pressurized Water Reactor) maupun dari reaktor sistem mendidih (BWR = Boiling Water Reactor). Kedua jenis sistem LWR ini merupakan hasil dari program penelitian dan pengembangan di Amerika Serikat yang kemudian diikuti oleh banyak negara lain seperti Jerman, Perancis, Rusia, Jepang dan lainnya.
Di samping LWR, juga dikembangkan jenis reaktor berpendingin air berat (HWR = Heavy Water Reactor) terutama di Kanada dan diikuti oleh banyak negara berkembang. Jenis reaktor lainnya adalah reaktor berpendingin gas dengan moderator grafitt (GCR = Gas Cooled, graphite moderated Reactor) yang mula-mula dikembangkan di Inggris dan Perancis tetapi kemudian ternyata tidak diteruskan pengembangannya. Jenis-jenis yang sampai saat ini masih dalam taraf pengembangan, yaitu jenis reaktor suhu tinggi (HTGR = High Temperatur Gas-cooled Reactor) dan jenis reaktor pembiak cepat (FBR = Fast Breeder Reactor). Jenis HTGR diharapkan dapat lebih memanfaatkan sumber bahan bakar nuklir termasuk torium dan di samping sebagai pembangkit tenaga listrik yang mempunyai kemampuan untuk dipakai sebagai sumber kalor proses. Jenis FBR baik yang menggunakan pendingin natrium cair (LMFBR= Liquid Meta Fast Breeder Reactor) maupun yang menggunakan pendingin gas (GCFBR = Gas-Cooled, Fast Breede Reactor) diharapkan akan dapat mendaya-gunakan sepenuhnya sumber-sumber bahan bakar nuklir yang sudah jelas terbatas cadangannya di dunia.
Sifat-sifat khas PLTN jenis PWR dan BWR adalah sebagai berikut:
1. Keduanya menggunakan bahan bakar yang sedikit diperkaya (kurang dari 3% U235)
2. Keduanya memberikan perbandingan konversi yang rendah
3. Segi-segi ekonomi dan keselamatan, effisiensi termik dan kemampuan mendayagunakan sumber bahan bakar uranium kurang lebih sebanding.
PLTN jenis HTGR dikembangkan terutama di Jerman, Inggris dan Amerika Serikat. Diagram alir HTGR dilukiskan dalam Gambar 4. Pemakaian jenis PLTN ini diharapkan dapat menghemat persediaan sumber uranium sampai pada saat program reaktor cepat pembiak dapat dilaksanakan. PLTN jenis reaktor pembiak cepat masih dikembangkan dengan giat di beberapa negara besar. Dorongan untuk mengembangkan reaktor jenis ini terutama ialah:
1. Untuk memanfaatkan bahan bakar plutonium yang dihasilkan dalam program PLTN jenis LWR.
2. Untuk menghemat sumber-sumber uranium
3. Untuk membangkitkan tenaga listrik dengan biaya murah
4. Untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi pengaruh terhadap lingkungan.
Karena kemampuan pembiakannya, introduksi PLTN jenis ini dalam program ketenagaan nuklir di seluruh dunia diharapkan dapat mengatasi persoalan kebutuhan/keterbatasan sumber-sumber bahan nuklir, persoalan mana mau tidak mau harus dihadapi apabila program pembangkitan tenaga listrik nuklir di laksanakan hanya dengan PLTN jenis LWR saja.
A. Reaktor Air Didih (BWR)
pada saat ini, diantara PLTN jenis “boiling water reactor” yang paling banyak jumlahnya, baik yang sudah beroperasi, sedang dalam taraf pembangunan. Disainnya telah mengalami berbagai perubahan pokok dari disain pertama pada tahun 1955, sampai desain terkini yang disebut ABWR. Kalor yang dihasilkan oleh reaksi pembelahan inti didalam teras reaktor (core) digunakan untuk mendidihkan air. Uap yang terjadi, setelah dipisahkan dari butir-butir air oleh separator dan pengering (separators & ryers) keluar dari bejana reaktor (reactor vessel) menuju turbin turbine). Turbin ini terdiri dari dua tingkat yaitu bagian tekanan tinggi (high pressure = HP) dan dua paralel bagian tekanan rendah (low pressure= LP), dimana uap sebelum masuk ke bagian tekanan dipisahkan dari butir-butir air serta dikalor kan kembali dalam separator dan pemanas ulang (moisture separator & reheater). Turbin ini memutar generator listrik (generator) sehingga listrik tiga fase dapat dihasilkan. Sebagian besar uap dari turbin mengalir ke kondenser (condenser) dimana uap ini akan berkondensasi menjadi air lagi. Ini dimungkinkan karena kondenser selalu didinginkan oleh air dari luar, yaitu dengan air laut. dengan air sungai ataupun dengan air dari menara/kolam pendingin. Selanjutnya air kondensat dialirkan ke penyaring demineral (de¬mineralizer) oleh pompa kondensat (condensate pump). Dari sini, air yang telah bersih dari mineral pengotor dimasukkan kedalam pemanas (heaters) dimana air secara bertahap dipanaskan.
Semua pemanas dan pemanas ulang mendapat kalor dari uap yang di. ambil dari turbin tekanan tinggi. Kemudian pompa umpan (feed pump) memompa air hingga bertekanan tinggi, mengalirkan lewat pemanas tekanan tinggi. (HP heaters) dan memberikannya kembali ke bejana reaktor. Untuk mengintensifkan pendidihan dan juga pengaturan daya maka aliran didalam teras dibantu dengan sitem resirkulasi, yang dilaksanakan aengan mengambil air (sepertiga dari debit air umpan) dari bejana dengan pompa resirkulasi (racirculation pump) dan menyemprotkan kembali kedalam bejana dengan nozel. Kecepatan tinggi aliran dari nozel ini mengikutkan air pada tepi bejana, sehingga aliran pendingin lewat teras mencapai debit yang diperlukan. Reaktor jenis BWR menggunakan bahan bakar uranium dalam bentuk kimia U02 (uranium dioxida). Perkayaan isotop U-235 pada uranium bisa bermacam-macam, berkisar antara 1,6% berat s/d 2,8 % berat. Uranium dioxida digunakan dalam bentuk pil (pellet) yang dipres dari serbuk U02 dan disinter supaya memperoleh massa jenis tertinggi. Pil-pil ini disusun di dalam tabung yang terbuat dari bahan zircaloy-2, dengan tutup rapat di kedua ujungnya, yang akan merupakan batang bahan bakar. Dalam batang bahan bakar ini udara didalamnya diganti dengan gas helium yang bertekanan sekitar satu atmosfir. Disamping itu pada tabung bahan bakar, di atas pil U02 yang paling atas tersedia ruangan dan per yang selalu menekan pil-pil berimpitan satu sama lain. Ruangan di ujung atas ini disediakan untuk gas-gas hasil fisi yang nantinya terbebaskan. Diameter luar tabung 12,5 mm, tebal tabung 0,86 mm panjang susunan pil 3759 mm. Sedang ruang gas setinggi 305 mm. Bahan penyerap neutron untuk batang kendali adalah borium dalam bentuk karbida boron B4C. Karbida ini dipres didalam tabung baja tahan karat berdiameter 4,8 mm, dilas rapat pada kedua ujungnya. Dalam bekerjanya, batang kendali disisipkan dari bawah teras ke atas. Batang kendali ini dihubungkan kebawah oleh batang penerus sampai kebawah alas bejana reaktor, dimana terdapat piston hidrolik sebagai penggerak. Batang kendali dapat digerakkan kontinyu dengan kecepatan tertentu ke posisi-posisi tetap tertentu pula
B. Reaktor Air Tekan (PWR)
Reaktor jenis Reaktor Air Tekan atau PWR (pressurized water reactor) ialah jenis yang paling banyak dibandingkan dengan jenis-jenis lainnya, baik bagi PLTN yang telah beroperasi, yang sedang dibangun maupun yang sedang dalam pemesanan. PLTN-PWR bekerja berdasarkan prinsip dua daur, dimana pendingin pada masing-masing daur terpisah satu sama lain. Pendingin yang mendinginkan reaktor pada daur primer terpisah dari uap yang dihasilkan. Daun primer berisi air pendingin yang bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi, mengambil kalor yang dihasilkan oleh reaksi fisi didalam teras reaktor. Dari bejana reaktor ari menuju suatu alat penukar kalor , yang disebut generator uap, dimana air ini melalui pipa-pipa berbentuk U. Dengan aliran ini kalor dipindahkan ke darurat sekunder, dimana air umpan dididihkan dan uap dihasilkan dari dalam generator uap ini. Air dari daur primer dipompa kembali kedalam bejana reaktor oleh pompa primer. Alat pembuat tekanan, pressurizer, mempertahankan tekanan daur primer tetap sekitar 158 atmosfer.Uap yang dihasilkan oleh generator uap dialirkan ke turbin, memutarnya dan memutar generator. Hasil putaran generator ini menghasilkan listrik yang merupakan produk akhir PLTN. Uap itu selanjutnya berkondensasi didalam kondenser, sedang air kondensat tersebut diumpankan kembali ke generator uap. Uranium dengan perkayaan sekitar tiga persen digunakan sebagai bahan bakar dalam bentuk persenyawaan uranium dioksida. Serbuk U02 ini dikompakkan menjadi bentuk pil dengan melalui proses”cold pressing” dan “sintering” untuk memperoleh massa jenis yang mendekati harga teori. Pil-pil ini disusun secara aksial didalam tabung dari logam zircaloy-4 yang dilas rapat pada kedua tutup ujungnya, membentuk sebuah batang bahan bakar. Aloi zirkonium ini digunakan untuk kelongsong bahan bakar, karena serapan terhadap neutron kecil tetapi mempunyai sifat penghantaran kalor yang baik. Batang bahan bakar ini diberi tekanan gas helium untuk mengurangi besarnya tegangan/regangan yang akan dialami pada operasinya didalam reaktor. Perangkat kendali berbentuk yang berfungsi sebagai penyerap neutron adalah kadmium (Cd). Disaat bekerja perangkat digerakkan oleh batang penggerak yang disambung keatas, sedang penggeraknya dipasang diatas tutup bejana reaktor. Dibandingkan dengan perangkat bahan bakar BWR, maka pada PWR pe¬rangkat bahan bakar tidak berselubung. Batang kendali bukannya berpenampang palang yang tersisip dari bawah diantara perangkat, tetapi dari atas sedang batang-batang kendalinya menusuk kedalam perangkat bahan bakar sepanjang tabung-tabung pengarah. Oleh karena itu perangkat ini disebut perangkat bahan bakar-kontrol (rod cluster control assembly) perangkat kendali digerakkan oleh penggerak magnetik, sedang pada BWR digerakkan dengan cara hidrolik.Reaktor didinginkan oleh air bertekanan tinggi yang bersirkulasi membentuk sistem tertutup, disebut sistem primer. Tekanan tinggi ini diperlukan agar dalam pemindahan kalor dari teras reaktor air tersebut tidak mendidih. Alat pembuat tekanan dan menjaga agar tetap tinggi disebut pressurizer. Alat ini bekerja berdasarkan sifat bahwa air yang dijaga dalam keseimbangan dengan uap air pada suatu suhu tertentu akan bertekanan tertentu pula. Jadi didalam pressurizer terdapat air dan uap yang diusahakan dalam keseimbangan, yaitu tinggi permuka air tertentu. Selanjutnya suhu diusahakan tertentu pula, pemanasan air akan bekerja bila air kurang panas, serta dengan semportan air dingin pada uapnya bila terlalu panas. Dalam bekerjanya 60% ruangan terisi air, 40% terisi uap. Berbeda dengan BWR, PWR membutuhkan pembangkit uap. Pembangkit uap sebenarnya adalah suatu alat penukar kalor (heat exchanger), dimana pendingin yang kedua mendidih jika menerima kalor, sehingga keluar sebagai uap. Pembangkit uap berbentuk silinder vertikal, dimana pendingin primer yang bertekanan tinggi mengalir lewat pipa-pipa U. Pendingin primer masuk dari ruang masuk ujung bawah, kemudian terbagi dalam aliran lewat pipa-pipa U dan keluar melalui ruang keluar di ujung bawah. Ruang keluar dan masuk ini dipisahkan olen suatu dinding. Air sekunder masuk pada bagian bawah, pada bagian mana pipa-pipa pindah kalor bersuhu terendah. Bagian ini disebut bagian preheater, dimana air sekunder dikalor kan sampai hampir suhu didihnya. Selanjutnya air mengalir ke bagian lain, di mana air mendidih. Uap air bercampur butiran air yang terbebas keluar permukaan air masuk ke moisture separator, dimana karena aliran yang memutar di dalamnya menyebabkan butiran air terlemparkan kepinggiran dan turun lagi ke permukaan air. Selanjutnya uap dikeringkan lagi pada waktu melewati steam dryer, dimana aliran yang zig-zag menggugurkan butiran air yang masih terikut, untuk seterusnva keluar lewat steam nozzle di ujung atas Bangunan unit PLTN terdiri dari 4 gedung pokok yaitu gedung sungkup reaktor (containmen-building) (1). Gedung turbo-generator (2), gedung penanganan bahan bakar (3) dan gedung peralatan pembantu (4). Gedung sungkup ini melingkupi seluruh daur primer bejana reaktor uap, generator uap, dan pompa-pompa primer, gedung ini diperhitungkan untuk menahan radiasi dan akibat-akibat suatu kejadian musibah kehilangan pendingin (loss of coolant accident). Gedung turbo-generator gedung biasanya merupakan yang terbesar diantara gedung- gedung yang ada. Turbo generator, pemisah lengas (moisture separator) dan preheater terletak di lantai atas gedung tersebut. Untuk menghindari vibrasi tersebut ke seluruh bangunan, maka turbo-generator biasanya terpasang pada penyangga tersendiri terpisah dari fondasi gedung.Gedung penanganan bahan bakar berfungsi sebagai tempat penyimpanan bahan bakar baik yang baru maupun yang telah terpakai. Bahan bakar terpakai di simpan dibawah permukaan air untuk menahan radiasi yang dipancarkan dan mendinginkan kalor peluruhan. Disini juga terdapat peralatan untuk memasukkan bahan bakar bekas kedalam kotak pengiriman (shippng cask). Gedung ini dihubungkan ke gedung sungkup oleh suatu kolong tranfer dengan sistem transfer secara mekanik.Gedung peralatan pembantu berisikan sistem-sistem pembantu dan pengaman. Pipa-pipa dan kabel-kabel memasuki gedung sungkup reaktor lewat gedung ini melalui suatu penetrasi yang kedap air. suatu penetraReaktor PWR dan BWR juga dilengkapi dengan sistem pendingin teras darurat. Sistem ini yang biasanya disebut ECCS (Emergency Core Cooling System) atau SIS (Safety Injection System) dimaksudkan untuk menyediakan air pendingin teras reaktor pada keadaan musibah kebocoran besar (LOCA, loss of cooling accident). Kalor yang dihasilkan oleh peluruhan hasil fisi didalam teras harus dipindahkan oleh sistem ini, agar batang bahan bakar tidak terlalu tinggi suhunya sehingga terjaga keutuhannya.
C. PHWR—CANDU
Jenis reaktor ini sudah mirip dengan PWR, dalam pengertian bahwa memiliki pemisahan antara daur air pendingin primer yang mendinginkan teras reaktor dan daur sekunder yang berhubungan dengan turbo-generator dan kondenser. Pada PHWR—CANDU (Pressurized Heavy-Water Reactor – Canadian Deuterium Uranium) air berat (D2O) digunakan dalam daur primer sebagai ganti air ringan (H2O). Hal ini memungkinkan digunakannya uranium-alam sebagai ganti uranium-kaya pada PWR. Keistimewaan selanjutnya adalah adanya pemisahan D2O menurut fungsinya. Pertama sebagai pendingin D2O mengalir melalui teras reaktor dalam pipa-tekan yang berisi tekanan bahan bakar. Kedua, D2O mengisi diantara pipa tekan didalam suatu tanki (calandria) yang berfungsi sebagai moderator. Khususnya mengenai PHWR-CANDU, teras reaktor memiliki susunan pipa tekan yang mendatar, tanpa dump tank dibawah calandri.Air berat yang digerakkan pompa primer mengalir me¬nuju reaktor. Pada pipa pembagi aliran terbagi mengikuti pipa-pipa tekan masuk ke teras reaktor. Pada bagian ini pipa-pipa tekan berisi sederet¬an bundel batang bahan bakar dari mana kalor dihasilkan. Keluar dari teras reaktor kemudian aliran disatukan lagi dan masuk generator uap (steam generator). Disini D2O mengalihkan kalornya ke pendingin air dan mengubah¬nya menjadi uap, sedang D2O yang lebih dingin keluar dari boiler untuk dipompa dan mengambil kalor dari teras reaktor lagi. Tidak semua kalor yang dihasilkan dari bahan bakar bisa dipindahkan oleh D2O pendingin dan dipindahkan di boiler. Disamping kalor yang bocor keluar lewat perisai sebagai kalor tidak termanfaatkan karena terbuang ke D2O moderator, dalam calandria. Jumlah yang dipindahkan lewat sistem moderator sekitar 6% dari kalor yang terpindahkan ke boiler. Uranium dioxida tersinter bebentuk pil-pil panjang 16 mn disusun dalam pipa zircalloy-4, membentuk elemen bahan bakar, Diameter luar elemen 13,08 mm dan tebal zircalloy adalah 0,38 mm. Setiap 37 elemen bahan bakar disusun menjadi satu bundel yang akan merupakan satu bundel panjang 495 mm, dengan ukuran luar berdiameter 102,4 mm. Setiap duabelas bundel tersusun horizontal dalam pipa tekan zircalloy yang berukuran diameter103,4 mm. Tabel pipa tekan 4,16 mm. Bagian ujung pipa tekan diberi end-fitting, yang terbuat dari baja takkarat 403, untuk aliran masuk atau keluar dan juga untuk penyambungannya dengan mesin pengganti bahan bakar. Pipa-pipa tekan ini terletak dalam pipa calandria yang sedikit lebih besar. Sedang pipa calandria dalam susunan kisi persegi merupakan bagian dari calandria. Kalau pipa calandria terbuat dari zircalloy-2, maka dinding silinder dan lembarannya terbuat dari baja takkarat 304L Dengan cara ini 380 pipa tekan yang berisi bahan bakar dan air berat pendingin ditambah dengan ca¬landria yang berisi air berat moderator. Calandria ini berbentuk silinder mendatar dengan diameter dalam 7,6 m dan panjang 5,94 m.
PENUTUP
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:
1. Komponen-komponen reaktor
2. Sistem proteksi reaktor
3. Konsep hambatan ganda
4. Pemeriksaan dan pengujian
5. Operator
Komponen Reaktor
Komponen-komponen reaktor harus memenuhi standar kualitas yang tinggi dan dapat diandalkan, sehingga kemungkinan kegagalan komponen tersebut sangat kecil. Komponen-komponen tersebut antara lain pompa-pompa, katup-katup, pemipaan, tangki, instrumentasi, dan kontrol.
Sistem Proteksi Reaktor
Desain keselamatan reaktor adalah memanfaatkan sifat-sifat alam yang menjamin adanya keselamatan inheren sehingga reaktor nuklir mempunyai sistem yang aman dan selamat 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.
5. 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:
1. Elemen bakar: unsusr-unsur hasil belahan nuklir harus selalu tetap berada bersama elemen bakar
2. 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
3. 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.
4. 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 (gambar 6)
5. 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.
Pemeriksaan dan pengujian
Setiap PLTN secara rutin dilakukan pemeriksaan dan pengujian terhadap sistem keselamatan dan komponen-komponen reaktor untuk menjamin kelangsungan operasi dan juga perbaikan jika terdapat kerusakan. Seluruh persyaratan konstruksi, peralatan sistem keselamatan dan prosedur pengoperasian untuk reaktor riset dan PLTN selalu diawasi dengan ketat oleh isntansi/badan pengawas yang berwenang. Badan tersebut berhak mencabut izin operasi sewaktu-waktu jika kondisi persyaratan tidak dipenuhi.
Operator
Pendidikan dan pelatihan operator reaktor nuklir merupakan aspek penting dari falsafah keselamatan nuklir pertahanan berlapis. Operator sebagai pengendali PLTN maupun reaktor riset diseleksi secara ketat. Mereka harus melalui serangkaian ujian sebelum mendapatkan izin untuk mengoperasikan reaktor nuklir. Izin dikeluarkan oleh badan yang berwenang mengawasi penggunaan tenaga nuklir. Pengetahuan dan kemampuan operator harus selalu dipertahankan setiap saat dengan cara pendidikan/pelatihan dan penyegaran secara berkala.
RANGKUMAN
Jenis Reaktor Nuklir
Reaktor Nuklir dapat dikelompokkan menjadi dua bagian :
1. Reaktor Penelitian (Research Reactor)
2. Reaktor Daya (Power Reactor)
Reaktor Penelitian di Indonesia.
Reaktor TRIGA Mark II Bandung merupakan reaktor penelitian, sesuai dengan namanya TRIGA (Training Reseach Isotopes production by General Atomic). Pada awalnya yaitu tahun 1965 reaktor mempunyai daya maksimum 250 kW, kemudian tahun 1971 dayanya ditingkatkan menjadi 1000 kW. Dalam tahun 2000 dayanya ditingkatkan lagi menjadi 2000 kW. Selain di Bandung, terdapat reaktor TRIGA Mark II Yogyakarta, dengan daya maksimum 250 kW, dan reaktor RSG (Reaktor Serba Guna) di Serpong dengan daya maksimum 30 MW. Sejak tahun 2000, nama reaktor TRIGA Mark II Bandung diubah menjadi Reaktor TRIGA 2000 Bandung.
Reaktor TRIGA Mark II Bandung:
a) Merupakan reaktor tipe kolam.
Teras reaktor terendam di dalam kolam atau tangki reaktor
b) Berpendingin air ringan (aquades)
c) Berfungsi sebagai pelatihan, riset, dan produsi radio-isotop
Reaktor Daya
Ditinjau dari jenis pendinngin yang dipergunakan, maka reaktor daya dapat dikelompokkan menjadi
a) Reaktor daya berpendingin air (H2 O) - PWR, BWR
b) Reaktor daya berpendingin air berat (D2O) CANDU – PHW
c) Reaktor daya berpendingan gas (gas Helium, gas CO2) – HTGR, AGR
d) Reaktor daya berpendingin logam cair (Sodium atau 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)
LMFBR : Reaktor pembiak berpendingin metal cair
(Liquid Metal Fast Breeder Reactor)
