BAB 1

LATAR BELAKANG

A. Pengertian Nuklir

Menurut Wikpedia Bahasa Indonesia ,Kata nuklir berarti bagian dari atau yang berhubungan dengan nukleus atom (inti atom).. Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei ataupartikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.

Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen(terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

B. BAHAN PEMBUATAN NUKLIR

1. Deuterium

Deuterium disebut juga Hidrogen-2, atau hidrogen berat (simbol ditulis D atau 2H) merupakan salah satu daripada tiga bentuk isotop hidrogen yang terdiri daripada protium, deuterium, dan tritium. Deuterium merupakan isotop stabil dengan kelimpahan alami di samudra Bumi kira-kira satu dari 6500 atom hidrogen (~154 PPM). Dengan demikian deuterium merupakan

0.015% (0.030% berat) dari semua hidrogen yang terbentuk secara alami. Inti deuterium, disebut deuteron, mengandung satu proton dan satu netron, sementara inti hidrogen paling umum terdiri dari hanya satu proton dan tanpa netron. Nama isotop berasal dari bahasa Yunani, deuteros yang berarti “dua”, untuk menunjukkan 2 partikel sub-atomik yang menyusun inti.

a. Lambang kimia, keberadaan, dan sifat

Sebagai sebuah isotop hidrogen, lambang kimia yang disetujui untuk deuterium adalah 2H. Meskipun demikian, lambang tidak resmi, D, sering juga digunakan. Perbedaan signifikan pada berat atom relatif dibandingkan dengan protium murni (1H) mungkin adalah alasan mengapa lambang D, yang mirip lambang sebuah unsur, digunakan. Berat atom dari deuterium adalah 2,014 amu, sementara berat rata-rata hidrogen sebesar 1,007947 amu, dan protium 1,007825 amu. Pada unsur-unsur kimia yang lain, rasio berat isotop sangat tidak signifikan, yang menjelaskan mengapa tidak ada simbol isotop yang unik digunakan di tempat lain.

Secara alami, deuterium ditemukan dalam jumlah kecil sebagai gas deuterium, ditulis 2H2

atau D2, tetapi kebanyakan keberadaanya secara alami di alam semesta terikat dengan atom 1H membentuk gas yang disebut hidrogen deuterida (HD atau 1H2H).

Deuteron memiliki spin +1, sehingga merupakan sebuah boson. Frekuensi resonansi magnetik nuklir (NMR = Nuclear Magnetic Resonance) dari deuterium berbeda secara signifikan dari hidrogen ringan yang biasa. Spektroskopi inframerah juga dengan mudah dapat membedakan banyak senyawa yang bersifat deuterium, karena perbedaan besar dalam frekuensi serapan inframerah dapat terlihat dalam vibrasi sebuah ikatan kimia yang mengandung deuterium, dibandingkan dengan yang mengandung hidrogen ringan. Kedua isotop stabil hidrogen tersebut juga bisa dibedakan dengan memakai spektrometri massa.

Sifat-sifat fisik senyawa-senyawa deuterium dapat berbeda dari senyawa-senyawa hidrogen yang analog dengannya; sebagai contoh, D2O lebih kental daripada H2O.

Secara kimia, kelakuan deuterium sama dengan hidrogen biasa, tetapi ada perbedaan dalam energi ikat dan panjang senyawa isotop-isotop hidrogen berat yang lebih besar daripada perbedaan isotopik di unsur mana pun. Ikatan yang melibatkan deuterium dan tritium sedikit lebih kuat daripada ikatan serupa pada hidrogen ringan, dan perbedaan ini cukup untuk membuat perubahan signifikan di dalam reaksi-reaksi biologis (lihat air berat).

Deuterium dapat menggantikan hidrogen normal dalam molekul air untuk membentuk air berat, yang 10,6% lebih padat daripada air biasa (es yang terbuat darinya akan tenggelam di air biasa). Air berat cukup beracun bagi organisme eukariota, dimana penggantian 25% air di dalam tubuh dengan air berat dapat menyebabkan masalah pembelahan sel dan kemandulan, 50% penggantian menyebabkan kematian yang disebabkan oleh sindrom sitotoksik (kegagalan sumsum tulang dan pelapisan gastrointestinal). Organisme prokariota masih mampu untuk bertahan dalam air berat murni (meskipun dengan pertumbuhan yang lambat). Konsumsi air berat bukan merupakan ancaman bagi manusia kecuali dalam jumlah yang sangat besar

(melebihi 10 liter). Dosis kecil air berat (beberapa gram adalah jumlah yang sebanding dengan yang ada di dalam tubuh) secara rutin digunakan sebagai pelacak metabolis yang tak berbahaya bagi manusia dan binatang.

Keberadaan deuterium di Bumi, di Tata Surya (sebagaimana yang telah dikonfirmasi oleh wahana-wahana keplanetan), dan pada spektrum bintang, adalah sebuah fakta penting di dalam kosmologi. Reaksi fusi nuklir dalam bintang yang menghancurkan deuterium, dan tidak ada proses alami penciptaan deuterium yang diketahui selain nukleosintesis Big Bang, yang bisa jadi telah memproduksi deuterium dalam kelimpahan yang teramati saat ini. Kelimpahan ini nampak sebagai fraksi hidrogen yang tidak berubah banyak dimanapun hidrogen ditemukan. Jadi, keberadaan deuterium adalah salah satu argumen yang mendukung teori Big Bang.

Kanada adalah negara terdepan dalam pengayaan deuterium dalam bentuk air berat. Kanada menggunakan air berat sebagai moderator netron untuk operasi reaktor model reaktor CANDU.

1. Plutonium(IV) oksida

Plutonium(IV) oksida adalah senyawa kimia dengan rumus kimia PuO2. Padatan bertitik lebur tinggi ini merupakan senyawa utama plutonium. Warna senyawa bervariasi dari kuning sampai hijau zaitun tergantung pada metode produksi, temperatur, dan ukuran partikel.

Plutonium(IV) oksida  Nama IUPAC Plutonium(IV) oksida Nama lain Plutonium dioksida Identifikasi Nomor CAS [12059-95-9] Sifat Rumus molekul PuO2 Massa molar 276,06 g/mol Penampilan Padatan kuning kecoklatan. Densitas 11,5 g/cm3 Titik leleh ~2400 °C Titik didih~2800 °C

Kelarutan dalam air tak larut Struktur Struktur kristal Fluorit (kubik), cF12 Grup ruang Fm3m, No. 225 Geometrk koordinasi Tetrahedral (O2–); kubik (PuIV) Bahaya Bahaya utama Radioaktif Titik nyala Tak terbakar Senyawa terkait Senyawa terkait Uranium(IV) oksida Neptunium(IV) oksida Amerisium(IV) oksida Kecuali dinyatakan sebaliknya, data di atas berlaku pada temperatur dan tekanan standar (25°C, 100 kPa)

2. Plutonium-239

Plutonium-239 adalah isotop plutonium yang penting dan dihasilkan/ diproduksi melalui reaktor nuklir, yang memiliki waktu paruh 24110 tahun (atau 2,411 x 104 tahun). Plutonium-239 dan uranium-235 , digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.

a. Produksi Plutonium-2391) Reaktor neutron lambat

Dalam reaktor nuklir yang menghasilkan/ memproduksi plutonium, batangan-batangan uranium-238 digunakan sebagai sumber neutron lambat (thermal neutron ), dan batangan-

batangan uranium-238 lain-nya sebagai sasaran-nya. Reaktor ini, butuh Air berat ( Heavy water ), yang mana penting, air berat tidak menyerap neutron, mendukung keberhasilan Uranium-238 dalam menangkap neutron lambat.

Reaktor ini, lebih murah, tidak menggunakan uranium-235, tetapi kurang efisien, uranium-238 lebih mudah untuk menangkap neutron cepat daripada menangkap neutron lambat.

2) Reaktor neutron cepat

Dalam reaktor nuklir yang menghasilkan/ memproduksi plutonium, batangan-batangan uranium-235 digunakan sebagai sumber neutron cepat, dan batangan-batangan uranium-238 sebagai sasaran-nya. Air biasa ( H2O ), digunakan sebagai pendingin. Air berat ( Heavy water ) tidak dibutuhkan. Reaktor ini, lebih mahal, tetapi jauh lebih efisien, uranium-238 lebih mudah untuk menangkap neutron cepat daripada menangkap neutron lambat.

Uranium-238 menangkap neutron, dan berubah menjadi uranium-239, suatu unsur yang tidak stabil, yang akan meluruh menjadi neptunium-239, yang selanjutnya akan meluruh lagi, dengan waktu paruh 2,355 hari, menjadi Plutonium-239.

Dalam reaksi itu, juga dibantu oleh beryllium (Be), yang mana untuk memantulkan dan menghasilkan lebih banyak neutron, dan otomatis mempercepat reaksi nuklir tersebut.

n + 9Be → 8Be + 2n – 1.67 MeV

(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level energi yang tinggi)

Uranium-238 , umumnya digunakan selama beberapa minggu saja dalam reaktor nuklir, kemudian diangkat/ diambil untuk diproses secara kimia, untuk didapatkan plutonium-239. Hal ini untuk mencegah kandungan plutonium-240 yg terlalu banyak, yang mana juga terbentuk disamping plutonium-239.

Plutonium-240 tidak dapat dibedakan secara kimia, dan sangat mahal serta sulit untuk dipisahkan dari plutonium-239. Plutonium-240 tidak digunakan dalam bom nuklir, karena radiasi-nya yang terlalu kuat, menyebabkan kerusakan dan kesulitan untuk menanganinya, kandungan Plutonium-240 tidak boleh dari 7% dalam bom nuklir.

Plutonium-239 , juga harus dicampur dengan bahan galium ( antara 0,9 hingga 1% per kg plutonium), ini untuk menstabilkan radiasi dari plutonium, sehingga lebih mudah menanganinya, dan sesuai untuk digunakan dalam bom nuklir dan reaktor nuklir.

3. Plutonium-244

Plutonium-244 memiliki waktu paruh selama 80 juta tahun. Ini berarti lebih lama daripada berbagai isotop plutonium lainnya, dan lebih lama daripada aktinida manapun kecuali tiga jenis alami yang dapat diperoleh secara berlimpah, yaitu U-235 (700 juta tahun), U-238, dan Torium-232. Waktu peruh tersebut juga lebih lama daripada isotop lainnya kecuali Samarium-146 (103 juta tahun), Potasium-40 (1.25 miliar tahun), dan sejumlah isotop-isotop hampir stabil yang memiliki waktu paruh lebih lama dari usia alam semesta.

Pengukuran yang lebih akurat yang dimulai pada awal tahun 1970-an telah mendeteksi adanya Pu-244 primordial.Mengingat usia Bumi adalah sekitar 50 waktu paruh, maka jumlah Pu-244 yang ada kini seharusnya sangatlah sedikit. Namun karena Pu-244 tidak dengan mudah dapat dihasilkan dalam penangkapan neutron alami yang terjadi pada lingkungan dengan aktivitas neutron rendah pada bijih uranium (lihat di bawah), keberadaannya tersebut tidak dapat dijelaskan secara masuk akal selain melalui penciptaan yang terjadi oleh proses r pada nukleosintesis di supernova. Pu-244 dengan demikian demikian adalah isotop primordial berusia terpendek dan terberat yang telah terdeteksi atau terprediksi secara teoritis.

Tidak seperti Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241, dan Pu-242, 244Pu tidak diproduksi dalam kuantitas banyak oleh siklus bahan bakar nuklir, karena penangkapan neutron selanjutnya terhadap 242Pu menghasilkan 243Pu yang memiliki paruh waktu singkat (5 jam) dan cepat mengalami peluruhan beta menjadi Amerisium-243, sebelum memiliki cukup kesempatan untuk menangkap lebih banyak neutron di lingkungan yang seharusnya memiliki fluks neutron yang sangat tinggi. Namun demikian, suatu ledakan senjata nuklir dapat menghasilkan sejumlah Pu-244 melalui penangkapan neutron secara pesat berturutan.

4. Uranium-235

Uranium-235 adalah isotop uranium yang penting disamping uranium-238. Hanya 0,72% uranium alami adalah uranium-235, yang memiliki waktu paruh 7,038 x 108 tahun.

Uranium-235 juga digunakan sebagai sumber utama penghasil neutron dalam reaksi nuklir, yang mana neutron-neutron ditembakkan ke arah uranium-238, dalam hal ini untuk membuat/ memproduksi plutonium. Uranium-235 dan plutonium-239 digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.

a. Produksi Uranium-235 & Uranium-238

Biji-biji uranium diambil/ dikeruk dari pertambangan, yang kemudian dihancurkan/ dihaluskan, dan kemudian diproses secara kimia (bertahap-tahap), hingga akhirnya dihasilkan/ didapatkan uranium murni (dalam bentuk U308 ). Kemudian diproses lagi (bertahap-tahap), dengan

menggunakan bahan-bahan kimia, dari: U308 menjadi UO2(NO3)2 ,kemudian menjadi ADU ,lalu menjadi UO2 ,menjadi UF4 ,dan akhirnya menjadi UF6 ( Uranium hexafluoride ).

UF6 , sudah bisa diproses secara kimia, untuk didapatkan uranium dalam bentuk logam murni, Uranium-238. Dalam bentuk UF6 , untuk meningkatkan kandungan Uranium-235 dalam materi tersebut, yang mana kandungannya kurang dari 1% (sisanya 99% lebih adalah uranium-238), maka perlu dilakukan pengayaan uranium ( uranium enrichment ).

Setelah kandungan Uranium-235 nya, mencapai lebih dari 90%, yang mana sudah sesuai untuk senjata nuklir, materi UF6 diproses lagi secara kimia, untuk didapatkan uranium dalam bentuk logam murni, Uranium-235 . Sisanya, dalam bentuk UF6 ,yang mana kandungan Uranium-238 nya, lebih dari 99% ,diproses lagi secara kimia, untuk didapatkan uranium dalam bentuk logam murni, Uranium-238.

BAB II

TEKNOLOGI PEMANFAATAN NUKLIR

Teknologi nuklir adalah teknologi yang melibatkan reaksi dari inti atom (inti=nuclei). Teknologi nuklir dapat ditemukan pada bebagai aplikasi, dari yang sederhana seperti detektor asap hingga sesuatu yang besar seperti reaktor nuklir.

Sebuah detektor asap yang menggunakan teknologi nuklir.

A. Sejarah

Kejadian pada kehidupan sehari-hari, fenomena alam, jarang sekali berkaitan dengan reaksi nuklir. Hampir semuanya melibatkan gravitasi dan elektromagnetisme. Keduanya adalah bagian dari empat gaya dasar dari alam, dan bukanlah yang terkuat. Namun dua lainnya, gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat adalah gaya yang bekerja pada range yang pendek dan tidak bekerja di luar inti atom. Inti atom terdiri dari muatan positif yang sesungguhnya akan saling menjauhi jika tidak ada suatu gaya yang menahannya.

Henri Becquerel pada tahun 1896 meneliti fenomena fosforesensi pada garam uranium ketika ia menemukan sesuatu yang akhirnya disebut dengan radioaktivitas. Ia, Pierre Curie, dan Marie Curie mulai meneliti fenomena ini. Dalam prosesnya, mereka mengisolasi unsur radium yang sangat radioaktif. Mereka menemukan bahwa material radioaktif memproduksi gelombang yang intens, yang mereka namai dengan alfa, beta, dan gamma. Beberapa jenis radiasi yang mereka temukan mampu menembus berbagai material dan semuanya dapat menyebabkan kerusakan. Seluruh peneliti radioaktivitas pada masa itu menderita luka bakar akibat radiasi, yang mirip dengan luka bakar akibat sinar matahari, dan hanya sedikit yang memikirkan hal itu.

Fenomena baru mengenai radioaktivitas diketahui sejak adanya paten di dunia kedokteran yang melibatkan radioaktivitas. Secara perlahan, diketahui bahwa radiasi yang diproduksi oleh peluruhan radioaktif adalah radiasi terionisasi. Banya peneliti radioaktif di masa lalu mati karena kanker sebagai hasil dari pemaparan mereka terhadap radioaktif. Paten kedokteran mengenai radioaktif kebanyakan

telah terhapus, namun aplikasi lain yang melibatkan material radioaktif masih ada, seperti penggunaan garam radium untuk membuat benda-benda yang berkilau.

Sejak atom menjadi lebih dipahami, sifat radioaktifitas menjadi lebih jelas. Beberapa inti atom yang berukuran besar cenderung tidak stabil, sehingga peluruhan terjadi hingga selang waktu tertentu sebelum mencapai kestabilan. Tiga bentuk radiasi yang ditemukan oleh Becquerel dan Curie temukan juga telah dipahami; peluruhan alfa terjadi ketika inti atom melepaskan partikel alfa, yaitu dua proton dan dua neutron, setara dengan inti atom helium; peluruhan beta terjadi ketika pelepasan partikel beta, yaitu elektron berenergi tinggi; peluruhan gamma melepaskan sinar gamma, yang tidak sama dengan radiasi alfa dan beta, namun merupakan radiasi elektromagnetik pada frekuensi dan energi yang sangat tinggi. Ketiga jenis radiasi terjadi secara alami, dan radiasi sinar gamma adalah yang paling berbahaya dan sulit ditahan.

a. Fisi

Pada radiasi nuklir alami, hasil sampingannya sangat kecil dibandingkan dengan inti di mana mereka dihasilkan. Fisi nuklir adalah proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian yang hampir setara, dan melepaskan energi dan neutron dalam prosesnya. Jika neutron ini ditangkap oleh inti lainnya yang tidak stabilm inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi berantai. Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang melakukan fisi ke inti atom lain disimbolkan dengan k, maka nilai k yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi melepaskan lebih banyak neutron dari pada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan bahwa reaksi ini dapat berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu melakukan reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis.

Ketika neutron ditangkap oleh inti atom yang cocok, fisi akan terjadi dengan segera, atau inti atom akan berada dalam kondisi yang tidak stabil dalam waktu yang singkat.

Ketika ditemukan pada masa Perang Dunia II, hal ini memicu beberapa negara untuk memulai program penelitian mengenai kemungkinan membuat bom atom, sebuah senjata yang menggunakan reaksi fisi untuk menghasilkan energi yang sangat besar, jauh melebihi peledak kimiawi (TNT, dsb). Proyek Manhattan, dijalankan oleh Amerika Serikat dengan bantuan Inggris dan Kanada, mengembangkan senjata fisi bertingkat yang digunakan untuk melawan Jepang pada tahun 1945. Selama proyek tersebut, reaktor fisi pertama dikembangkan, meski awalnya digunakan hanya untuk pembuatan senjata dan bukan untuk menghasilkan listrik untuk masyarakat.

Namun, jika neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dihambat, misalnya dengan penyerap neutron, dan neutron tersebut masih menjadikan massa material nuklir berstatus kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang membuat reaktor nuklir dibangun. Neutron yang bergerak cepat tidak boleh menabrak inti atom, mereka harus diperlambat, umumnya dengan menabrakkan neutron dengan inti dari pengendali neutron sebelum akhirnya mereka bisa

dengan mudah ditangkap. Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk menghasilkan listrik.

b. Fusi

Jika inti atom bertabrakan, dapat terjadi fusi nuklir. Proses ini akan melepas atau menyerap energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih ringan dari besi, maka pada umumnya fusi nuklir melepaskan energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih berat dari besi, maka pada umumnya fusi nuklir menyerap energi. Proses fusi yang paling sering terjadi adalah pada bintang, yang mendapatkan energi dari fusi hidrogen dan menghasilkan helium. Bintang-bintang juga membentuk unsur ringan seperti lithium dan kalsium melalui stellar nucleosynthesis. Sama halnya dengan pembentukan unsur yang lebih berat (melalui proses-S) dan unsur yang lebih berat dari nikel hingga uranium, akibat supernova nucleosynthesis, proses-R.

Tentu saja, proses alami dari astrofisika ini bukanlah contoh dari teknologi nuklir. Karena daya dorong energi yang tinggi dari inti atom, fusi sulit untuk dilakukan dalam keadaan terkendali (contoh: bom hidrogen). Fusi terkontrol bisa dilakukan dalam akselerator partikel, yang merupakan cara bagaimana unsur sintetis dibuat. Namun fusi nuklir konvensional tidak menghasilkan energi secara keseluruhan, mempercepat partikel dalam jumlah sedikit membutuhkan energi lebih banyak dari pada total energi yang dihasilkan dari fusi nuklir. Kesulitan teknis dan teoritis menghalangi pengembangan teknologi fusi nuklir untuk kepentingan sipil, meski penelitian mengenai teknologi ini di seluruh dunia terus berlanjut sampai sekarang.

Fusi nuklir mulai diteliti pada tahap teoritis ketika Perang Dunia II, ketika para peneliti Proyek Manhattan yang dipimpin oleh Edward Teller menelitinya sebagai metode pembuatan bom. Proyek ini ditinggalkan setelah menyimpulkan bahwa hal ini memerlukan reaksi fisi untuk menyalakan bom. Hal ini terus terjadi hingga pada tahun 1952, peledakkan bom hidrogen pertama dilakukan. Disebut bom hidrogen karena memanfaatkan reaksi antara deuterium dan tritium, isotop dari hidrogen. Reaksi fusi menghasilkan energi lebih besar per satuan massa material dibandingkan reaksi fisi, namun lebih sulit menjadikannya bereaksi secara berantai.

B. PEMANFAATAN TEKNOLOGI NUKLIR1. Senjata Nuklir

Senjata nuklir adalah alat peledak yang mendapatkan daya ledaknya dari reaksi nuklir, entah itu reaksi fisi atau kombinasi dari fisi dan fusi. Keduanya melepaskan sejumlah besar energi dari sejumlah kecil massa, bahkan alat peledak nuklir kecil dapat menghancurkan sebuah kota dengan ledakan, api, dan radiasi. Senjata nuklir disebut sebagai senjata pemusnah massal, dan penggunaan dan pengendaliannya telah menjadi aspek kebijakan internasional sejak kehadirannya.

Desain senjata nuklir lebih rumit dibandingkan apa yang terlihat dari luarnya, senjata ini harus menyimpan satu atau lebih massa subkritis yang stabil untuk dibawa, dari pada menginduksi massa kritis untuk peledakan. Kerumitan ini juga dirasakan ketika harus

memastikan bahwa reaksi berantai harus menghabiskan sejumlah besar material sebelum material tersebut terpental jauh. Proses pengadaan material nuklir juga lebih rumit dari yang terlihat, substansi nuklir yang tersedia secara alami cukup stabil, sedangkan proses ini memerlukan material nuklir yang tidak stabil.

Satu isotop uranium, yang dinamakan uranium-235, ada secara alami dan tidak stabil, namun selalu ditemukan bercampur dengan isotop uranium-238 yang lebih stabil, yang jumlahnya sekitar 99%. Sehingga, beberapa cara pemisahan isotop berdasarkan perbedaan berat sebesar tiga neutron harus dilakukan untuk mengisolasi uranium-235. Cara alternatif lainnya, unsur plutonium memiliki isotop yang tidak stabil untuk digunakan dalam proses ini. Plutonium tidak terdapat secara alami, sehingga harus dibuat di reaktor nuklir.

Proyek Manhattan membuat senjata nuklir berdasarkan pada setiap jenis unsur tersebut. Amerika Serikat meledakan senjata nuklir pertama dalam sebuah percobaan dengan nama "Trinity", dekat Alamogordo, New Mexico, pada tanggal 16 Juli 1945. Percobaan ini untuk menguji cara peledakan nuklir. Bom uranium, Little Boy, diledakan di kota Hiroshima, Jepang, pada tanggal 6 Agustus 1945, diikuti dengan peldakkan bom plutonium Fat Man di Nagasaki. Dengan segera ledakan itu menghentikan Perang Dunia II. Sejak peledakan tersebut, tidak ada senjata nuklir yang dilepaskan secara ofensif. Namun, perlombaan senjata untuk mengembangkan senjata pemusnah massal terjadi. Empat tahun berikutnya, pada 29 Agustus 1949, Uni Soviet meledakkan senjata fisi nuklir pertamanya. Inggris mengikuti pada tanggal 2 Oktober 1952, Prancis pada 13 Februari 1960, dan Cina pada 16 Oktober 1964.

Tidak seperti senjata pemusnah konvensional, cahaya yang intensif, panas, dan daya ledak tidak hanya menjadi komponen mematikan bagi senjata nuklir. Setengah dari korban yang tewas di Hiroshima dan Nagasaki meninggal dua hingga lima tahun setelah ledakan nuklir akibat radiasi.

Senjata radiologis adalah tipe senjata nuklir yang dirancang untuk menyebarkan material nuklir yang berbahaya ke wilayah musuh. Senjata tipe tidak memiliki kemampuan ledakan seperti bom fisi atau fusi, namun mengkontaminasi sejumlah besar wilayah untuk membunuh banyak orang. Senjata radiologis tidak pernah dilepaskan karena dianggap tidak berguna bagi angkatan bersenjata konvensional. Namun senjata tipe ini meningkatkan kekhawatiran terhadap terorisme nuklir.

Telah lebih dari 2000 percobaan nuklir dilakukan sejak tahun 1945. Pada tahun 1963, seluruh negara pemilik dan beberapa negara non pemilik senjata nuklir menandatangani Limited Test Ban Treaty, yang berisi bahwa mereka tidak akan melakukan percobaan senjata nuklir di atmosfer, bawah air, atau luar angkasa. Perjanjian ini masih mengijinkan percobaan nuklir bawah tanah. Prancis melanjutkan percobaan nuklir di atmosfer hingga tahun 1974, Cina hingga tahun 1980. Percobaan bawah tanah terakhir oleh Amerika Serikat dilakukan pada tahun 1992, Uni Soviet pada tahun 1990, dan Inggris pada tahun 1991, sedangkan Prancis dan Cina hingga tahun 1996. Setelah mengadopsi Comprehensive Test Ban Teaty pada tahun 1996,

seluruh negara tersebut telah disumpah untuk menghentikan seluruh percobaan nuklir. India dan Pakistan yang tidak termasuk ke dalam negara-negara tersebut melakukan percobaan nuklir terakhirnya pada tahun 1998.

Senjata nuklir adalah senjata yang paling mematikan yang pernah diketahui. Ketika Perang Dingin, dua kekuatan besar memiliki sejumlah besar persenjataan nuklir yang cukup untuk menghancurkan ratusan juta orang. Berbagai generasi manusia hidup dalam bayang-bayang penghancuran oleh nuklir, direfleksikan dalam film-film seperti Dr. Strangelove dan Atomic Cafe.

2. Penggunaan sipil

Energi nuklir adalah tipe teknologi nuklir yang melibatkan penggunaan tekendali dari reaksi fisi nuklir untuk melepaskan energi, termasuk propulsi, panas, dan pembangkitan energi listrik. Energi nuklir diproduksi oleh reaksi nuklir terkendali yang menciptakan panas yang lalu digunakan untuk memanaskan air, memproduksi uap, dan mengendalikan turbin uap. Turbin ini digunakan untuk menghasilkan energi listrik dan/atau melakukan pekerjaan mekanis. Lihat teknologi reaktor nuklir

Saat ini, energi nuklir menghasilkan sekitar 20,8% listrik yang dihasilkan di seluruh dunia (data tahun 2008) dan digunakan untuk menggerakkan kapal induk, kapal pemecah es, dan kapal selam.

3. Aplikasi medis

Aplikasi medis dari teknologi nuklir dibagi menjadi diagnosa dan terapi radiasi, perawatan yang efektif bagi penderita kanker. Pencitraan (sinar X dan sebagainya), penggunaan Teknesium untuk diberikan pada molekul organik, pencarian jejak radioaktif dalam tubuh sebelum diekskresikan oleh ginjal, dan lain-lain.

4. Aplikasi industri

Pada eksplorasi minyak dan gas, penggunaan teknologi nuklir berguna untuk menentukan sifat dari bebatuan sekitar seperti porositas dan litografi. Teknologi ini melibatkan penggunaan neutron atau sumber energi sinar gamma dan detektor radiasi yang ditanam dalam bebatuan yang akan diperiksa.

Pada konstruksi jalan, pengukur kelembaban dan kepadatan yang menggunakan nuklir digunakan untuk mengukur kepadatan tanah, aspal, dan beton. Biasanya digunakan cesium-137 sebagai sumber energi nuklirnya.

5. Apikasi komersial

Ionisasi dari americium-241 digunakan pada detektor asap dengan memanfaatkan radiasi alfa. Tritium digunakan bersama fosfor pada rifle untuk meningkatkan akurasi penembakan pada malam hari. Perpendaran tanda “exit” menggunakan teknologi yang sama.

6. Pemrosesan makanan dan pertanian

Logo Radura digunakan untuk menunjukkan bahwa makanan tu sudah diberikan ionisasi radiasi.

Irradiasi makanan adalah proses memaparkan makanan dengan ionisasi radiasi dengan tujuan menghancurkan mikroorganisme, bakteri, virus, atau serangga yang diperkirakan berada dalam makanan. Jenis radiasi yang digunakan adalah sinar gamma, sinar X, dan elektron yang dikeluarkan oleh pemercepat elektron. Aplikasi lainnya yaitu pencegahan proses pertunasan, penghambat pemasakan buah, peningkatan hasil daging buah, dan peningkatan rehidrasi. Secara garis besar, irradiasi adalah pemaparan suatu bahan ke radiasi untuk mendapatkan manfaat teknis. Teknik seperti ini juga digunakan pada peralatan medis, plastic, tuba untuk jalur pipa gas, saluran untuk penghangat lantai, lembaran untuk pengemas makanan, bagian-bagian otomotif, kabel, ban, dan bahkan batu perhiasan. Dibandingkan dengan pemaparan irradiasi makanan, volume penggunaan nuklir pada aplikasi tersebut jauh lebih besar namun tidak diketahui oleh konsumen.

Efek utama dalam pemrosesan makanan dengan menggunakan ionisasi radiasi berhubungan dengan kerusakan DNA, informasi dasar kehidupan. Mikroorganisme tidak mampu lagi berkembang biak dan melanjutkan aktivitas mereka. Serangga tidak akan selamat dan menjadi tidak mampu berkembang. Tanaman tidak mampu melanjutkan proses pematangan buah dan penuaan. Semua efek ini menguntungkan bagi konsumen dan industri makanan.

Harus diperhatikan bahwa jumlah energi yang efektif untuk radiasi cukup rendah dibandingkan dengan memasak bahan makanan yang sama hingga matang. Bahkan energi yang digunakan untuk meradiasikan 10 kg bahan makanan hanya mampu memanaskan air hingga mengalami kenaikan temperatur sebesar 2,5 oC.

Keuntungan pemrosesan makanan dengan ionisasi radiasi adalah, densitas energi per transisi atom sangat tinggi dan mampu membelah molekul dan menginduksi ionisasi (tercermin pada nama metodenya) yang tidak dapat dilakukan dengan pemanasan biasa. Ini adalah alasan untuk efek yang menguntungkan, dan di saat yang sama, menimbulkan kekhawatiran. Perlakuan bahan makanan solid dengan radiasi ionisasi dapat menciptakan efek yang sama dengan pasteurisasi bahan makanan cair seperti susu. Namun, penggunaan istilah pasteurisasi dingin dan iradiasi dalah proses yang berbeda, meski bertujuan dan memberikan hasil yang sama pada beberapa kasus.

Iradiasi makanan saat ini diizinkan di 40 negara dan volumenya diperkirakan melebihi 500.000 metrik ton setiap tahunnya di seluruh dunia.

Perlu diperhatikan bahwa iradiasi makanan secara esensial bukan merupakan teknologi nuklir; hal ini berhubungan dengan radiasi ionisasi yang dihasilkan oleh pemercepat elektron dan konversi, namun juga mungkin menggunakan sinar gamma dari peluruhan inti nuklir. Penggunaan di dunia industri untuk pemrosesan menggunakan radiasi ionisasi, menempati sebagian besar volume energi pada penggunaan pemercepat elektron. Iradiasi makanan hanya sebagian kecil dari aplikasi nuklir jika dibandingkan dengan aplikasi medis, material plastik, bahan mentah industri, batu perhiasan, kabel, dan lain-lain.

BAB III

TEKNOLOGI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

A. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir atau yang lebih dikenal dengan singkatan PLTN, sudah digunakan teknologinya lebih dari 50 tahun yang lalu. Keunggulan PLTN adalah tidak menghasilkan emisi gas CO2 sama sekali. Selain itu PLTN juga mampu menghasilkan daya stabil yang jauh lebih besar jika dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya. Perlu diketahui juga bahwa bahan bakar uranium yang sudah habis dipakai dapat didaur ulang kembali menghasilkan bahan bakar baru untuk teknologi di masa depan.

Indonesia sebenarnya sangat cocok mengembangkan pembangkit listrik ini, sebagai upaya diversifikasi penggunaan pembangkit listrik primer berbahan bakar fosil, seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam. Dengan penanggulangan radiasi yang cermat dan berlapis, PLTN dapat menjadi solusi kebutuhan energi listrik yang besar di Indonesia.

1. Prinsip Kerja PLTN

Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.

Seperti terlihat pada gambar 1, PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas alam dan sebagainya untuk menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air di dalam boiler sehingga menghasilkan uap air, uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin uap, dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena ikut berputar seporos dengan turbin uap.

PLTN juga memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam reaktor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi.

2. Struktur Atom Uranium dan Reaksi Fisi

Agar dapat lebih mudah memahami bagaimana terjadinya reaksi fisi didalam reaktor PLTN, pada sub-bab ini akan disampaikan tentang bagaimana strutur atom didalam uranium dan apakah itu reaksi fisi.

a. Strukut Atom Uranium

Sejatinya segala unsur yang terdapat di alam terbentuk dari kumpulan atom-atom. Ada 92 jenis atom yang telah didefinisikan hingga saat ini. Inti dari suatu atom terdiri atas proton yang bernilai positip dan neutron yang bersifat netral. Disekitar intinya terdapat elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama dengan proton dan terikat dengan gaya elektromagnetiknya. Jumlah proton pada atom menjadi ciri khas suatu jenis atom dan lebih dikenal dengan sebutan nomer atom, yang menentukan unsur kimia atom tersebut.

Unsur uranium memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomer atom Uranium adalah 92. Namun di alam, terdapat 3 jenis unsur yang memiliki jumlah proton 92 buah, masing-masing memiliki jumlah neutron sebanyak 142, 143, dan 148 buah. Unsur yang memiliki 143 buah neutron ini disebut dengan Uranium-235, sedangkan yang memiliki 148 buah neutron disebut dengan Uranium-238. Suatu unsur yang memiliki nomer atom sama namun jumlah neutron yang berbeda biasa disebut dengan isotop. Gambar berikut adalah struktur dari atom Uranium dan tabel yang menjelaskan tentang isotopnya.

Uranium yang terdapat di alam bebas sebagian besar adalah Uranium yang sulit bereaksi, yaitu Uranium-238. Hanya 0,7 persen saja Uranium yang mengandung isotop Uranium-235. Sedangkan bahan bakar Uranium yang digunakan di PLTN adalah Uranium yang kandungan Uranium-235 nya sudah ditingkatkan menjadi 3-5 %.

Gambar 2 Struktur atom Uranium

b. Reaksi Fisi Uranium

Perlu diketahui bahwa reaksi fisi bisa terjadi disetiap inti atom dari suatu unsur tanpa terkecuali. Namun reaksi fisi yang paling mudah terjadi adalah reaksi pada inti atom Uranium. Uranium pun sama halnya, yang paling mudah terjadi reaksi adalah Uranium-235, sedangkan Uranium-238 memerlukan energi yang lebih  besar agar dapat terjadi reaksi fisi ini.

Reaksi fisi terjadi saat neutron menumbuk Uranium-235 dan saat itu pula atom Uranium akan terbagi menjadi 2 buah atom Kr dan Br. Saat terjadi reaksi fisi juga akan dihasilkan energi panas yang sangat besar. Dalam aplikasinya di PLTN, energi hasil reaksi fisi ini dijadikan sumber panas untuk menghasilkan uap air. Uap air yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin dan membuat generator menghasilkan listrik.

Pada saat Uranium-235 ditumbuk oleh neutron, akan muncul juga 2-3 neutron baru. Kemudian neutron ini akan menumbuk lagi Uranium-235 lainnya dan muncul lagi 2-3 neutron baru lagi. Reaksi seperti ini akan terjadi terus menerus secara perlahan di dalam reaktor nuklir.

Neutron yang terjadi akibat reaksi fisi sebenarnya bergerak terlalu cepat, sehingga untuk menghasilkan reaksi fisi yang terjadi secara berantai kecepatan neutron ini harus diredam dengan menggunakan suatu media khusus. Ada berbagai macam media yang digunakan sampai saat ini antara lain air ringan/tawar, air berat, atau pun grafit.   Secara umum kebanyakan teknologi PLTN di dunia menggunakan air ringan (Light Water Reactor, LWR).

Perlu diperhatikan disini bahwa di dalam reaktor nuklir, bahan bakar Uranium yang digunakan dijaga agar tidak sampai terbakar atau mengeluarkan api. Sebisa mungkin posisi bahan bakarnya diatur sedemikian hingga agar nantinya hasil reaksi fisi ini masih bisa diolah kembali untuk dijadikan bahan bakar baru untuk digunakan pada teknologi PLTN di masa yang akan datang.

Gambar 3 Proses terjadinya reaksi fisi

a) Besarnya Energi Reaksi Fisi

Gambar 4 berikut ini adalah data tentang jumlah bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun untuk masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW. Disini terlihat bahwa untuk 1 gram bahan bakar Uranium dapat menghasilkan energi listrik yang setara dengan 3 ton bahan bakar batubara, atau 2000 liter minyak bumi. Oleh karena energi yang dihasilkan Uranium sangat besar, bahan bakar PLTN juga dapat menghemat biaya di pengakutan dan penyimpanan bahan bakar pembangkit listrik

Gambar 4 Banyaknya bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun

untuk masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW

B. Macam Macam Reaktor Nuklir

1. Reaktor Air Tekan (Pressurized Water Reactor Pwr)

Dalam PLTN tipe Reaktor Air Tekan, air ringan digunakan sebagai pendingin dan medium pelambat neutron (moderator neutron). Teras reaktor diletakkan dalam satu bejana. Sistem air pendingin yang melalui teras reactor disebut sistem pendingin primer. Didalam sistem primer tidak diperbolehkan terjadi pendidihan, karena itu system dibuat bertekanan yang tinggi. Dari sistem pendingin primer yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi ini, air pendingin dialirkan ke pipa-pipa dalam alat pembangkit uap. Di luar pipa ini air (dalam sistem pendingin sekunder) menerima panas dari air pendingin primer dan mengalami penguapan. Uap yang terjadi dari air pendingin sekunder ini kemudian dialirkan ke turbin untuk memutar generator listrik.

Reaktor Air Tekan yang beroperasi pada saat ini dapat dibagi menjadi dua, yaitu tipe reaktor Barat (Amerika-Eropa) dan tipe reaktor Rusia (VVER). Tipe reaktor Barat diwakili oleh tipe Combustion Engineering (CE) dan Bibcock & Wilcock (B & W). Kedua tipe mempunyai bentuk perangkat bahan bakar yang sama dengan tampang lintang potongan berbentuk bujur sangkar , dan menggunakan pembangkit uap vertikal. terdapat sedikit perbedaan dalam sistem pendingin dan pembangkit uap. Bentuk tam pang lintang potongan perangkat bahan bakar reactor air tekan Rusia adalah segi enam, dan pembangkituap diletakkan secara horisontal. Kini sedang dikembangkan reaktor air tekan yang lebih aman dan ekonomis. Reaktor tersebut adalah Reaktor Air Tekan Maju (Advanced Pressurized Water Reactor) buatan Westinghouse (WH), System80+ buatan CE. Keduanya berukuran besar . Untuk yang berukuran menengah dengan pembangkitan daya sebesar 600 MWth, terdapat reaktor AP600 buatan WH. Dalam waktu dekat di Jepang direncanakan akan dibangun reaktor air tekan maju.

a. Karakteristika Reaktor Air Tekan (RAT)

1) Konstruksi Dasar

Dalam reaktor air tekan terdapat konstruksi sistem pendinginan primer (system reaktor) dan system pendinginse kunder (system uap). Keduanya mengungkung material radioaktif agar tidak menyebar keluar dari reaktor. Pada sistem primer air tidak diperbolehkan mendidih dengan cara memberi tekanan yang cukup tinggi. Air pendingin bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi (tekanan 157 kg/cm2) dan temperature 325oC) dari sistem primer dialirkan ke perangkat pembangkit uap (steam generator) dengan pompa sirkulasi primer . Setelah melepaskan energi panasnya, air ini kemudian dikembalikan ke bejana reaktor . Pada perangkat pembangkit uap, panas dialihkan ke pendingin pada system sekunder .Dengan panas tersebut air sistem sekunder diubah menjadi uap dalam perangkat pembangkit uap.

Temperatur uap di sistem sekunder pada saat reaktor beroperasi adalah 277oC dan tekanannya 62 kg/cm2. Uap yang terbentuk ini kemudian dialirkan untuk menggerakkan turbin yang digandengkan dengan generator listrik. Uap dari turbin dialirkan ke Kondenser untuk diembunkan (diubah menjadi fase cair), selanjutnya air ini dikembalikan ke pembangkit uap dengan bantuan pompa sekunder .

Cara kerja sistem primer dan sekunder yang dijelaskan di atas dianut oleh reaktor air tekan buatan Westinghouse dan Mitsubishi.

2) Konstruksi Dan Struktur Dalam Bejana Reactor

Gambar 3 memperlihatkan konstruksi dan struktur dalam bejana tekan dri reactor air tekan dengan kapasitas daya 1100 MW. Di dalam bejana reaktor terdapat teras reaktor yang disusun dari gabungan perangkat bahan bakar, batang kendali dalam bentuk kluster. Pada bagian atas teras terdapat pengarah dan penggerak batang kendali. Di sekitar teras terdapat bafel teras dan perisai termal teras.

Konstruksi perangkat bahan bakar ditunjukkan pada Gambar 4. Pada gambar tersebut diperlihatkan salah satu contoh perangkat bahan bakar dengan penampang lintang bujur sangkar yang terdiri dari susunan 17 x 17 (=264) batang bahan bakar. Dalam bejana reaktor terdapat 1 buah teras reaktor , 24 buah pengarah bahan batang kendali dan 9 buah kisi. Pada bagian atas dan bagian bawah teras terdapat nosel. Batang bahan bakar terbuat dari pelet uranium oksida dengan pengayaan rendah hasil proses sinter. Pelet bahan bakar dimasukkan ke dalam kelongsong zirkalloy-4 . Kedua ujung kelongsong ditutup dengan tutup zirkalloy-4 yang dilas. Pada bagian atas didalam kelongsong dipasang perpenekan yang terbuat dari stainless-steel. Bagian didalam kelongsong bahan bakar diisi gas helium. Pada batang bahan bakar ini terdapat ruang pada bagian atas yang disebut plenum.

Diantara pelet bahan bakar dan kelongsong terdapat celah, dengan demikian hasil-hasil reaksi fisi yang berbentuk gas yang keluar dari pelet bahan bakar uranium dapat tertampung pada dua ruang tersebut (plenum dan celah). Selain untuk menampung gas hasil fisi, kedua ruang tersebut dirancang untuk dapat mengakomodasi pemuaian logam maupun gas yang akan menghasilkan kenaikan tekanan.

Dalam suatu kluster batang kendali terdapat 24 batang kendali yang digabungkan dan digerakkan secara bersama-sama. Batang kendali berisi bahan penyerap neutron seperti logam paduan Ag-Ni-Cd (Argentum-Nicke l-Cadmium). Konstruksi dari perangkat penggerak batang kendali diperlihatkan pada Gambar 4. Konstruksi penggerak batang kendali terdiri dari sistem batang ulir yang dilengkapi dengan penggerak motor listrik

dengan pemegang "jack " magnetik yang dilengkapi dengan mekanisme pengunci. Gambar 5 memperlihatkan mekanismep engunci pada "jack" magnetik dengan 3 macam lilitan penggerak yang bekerja secara bergantian antara dua kondisi (melawan dan mendukung) magnetik. Pengendalian reaktivitas (reaksi fisi) dilakukan dengan menggunakan batang kendali untuk pengendalian jangka pendek,sedangkan untuk pengendalian jangka panjang dilakukan dengan mengatur konsentrasi cairan asam yang menghalangi reaksi fisi (pengendalian kompensasi kimiawi, chemical-shim control).

Jika dalam pengoperasian reactor terdapat suatu kondisi anomali atau kondisi yang dapat membahayakan reaktor , maka arus listr ik pada seluruh lilitan "jack" magnetik putus, sehingga semua batang kendali secara cepat jatuh ke bawah dan masuk ke dalam teras melalui jalur pengarahnya. Akibatnya reaktor berhenti secara otomatis dan hal ini disebut pancung daya (scram). Kasus berhentinya reaktor secara otomatis oleh karena anomali atau pancung daya dalam reaktor air tekan disebut "trip" reaktor.

b. Pengendalian Daya Reaktor

Tekanan dalam sistem primer, baik pada bejana tekan maupun jalur pemipaan yang berkaitan, dijaga tetap pada 157 kg/cm2. Dengan demikian, walaupun dalam teras reaktor terjadi kenaikan daya. pendidihan tidak akan terjadi. Kondisi ini menyebabkan densitas air pendingin yang juga berfungsi sebagai moderator akan cukup untuk memoderasi neutron dengan baik. Oleh karena itu pengendalian daya (reaktivitas) reaktor dilak ukan dengan penyerapan neutron dengan batang kendali dan racun kimia-dapat-bakar (pengendalian kompensasi kimiawi).Pengendalian kompensasi kimiawi dilakukan dengan melarutkan cairan asam borak (senyawa kimia penyerap neutron) ke dalamp endingin system primer. Konsentrasi asam ini diatur sedemikian rupa sehingga dapatmengendalikan proses penyerapan neutron yang menghambat reaksi fisi dalam teras reaktor. Jika asam borak ini menyerap neutron, unsur borak akan mengalami reaksi inti dan berubah menjadi unsur lain (terbakar). Oleh karena itu senyawa kimia seperti asam borak disebut sebagai racun-dapat-bakar (burnable poison) .Pelarutan cairan asam borak akan menyebabkan distribusi reaksi fisi (distribusi daya panas) menjadi rata padaseluruh teras sehingga menurunkan daya maksimum relatif dalam teras reaktor . Dalam system primer, jumlah untai (loop) dan jumlah perangkat pembangkit uap bergantung pada daya yang akan dibangkitkan.Pada reaktor air tekan terdapat perangkat pengatur tekanansistem primer yang di dalamnya terdiri dari pemanas untuk menaikkan tekanan dan penyemprot air untuk menurunkan tekanan. Perangkat pengatur tekanan ini dapat mengendalikan tekanan, termasuk jika terjadi kenaikan tekanan pada sistem primer karena perubahan temperatur .

Hal penting yang perlu dicatat tentang hubungan antara reaktor dan turbin pembangkit listrik (turbin listrik: turbin dan generator listrik ) adalah, daya reaktor harus selalu mengikuti beban listrik yang dipikul oleh turbin pembangkit listrik. Pada reaktor air te an, berdasarkan prins ip koefisien reaktivitas temperature moderator (dalam hal ini adalah sama dengan pendingin system primer) daya reactor dapat mengikuti beban yang dipikul oleh turbin pembangkit listr ik. Jikabeban listrik meningkat, maka diperlukan kenaikan jumlah pembangkitan uap (kapasitas uap naik). Hal ini menyebabkan temperaturair pendingin yang masuk ke bejana tekan turun. Penurunan temperature pendingin primer akan menaikkan kemampuan moderasi neutron dan meningkatkan daya term al yang dibangkitkan reaktor .

Fenomena ini secara otomatis menyebabkan reaktor melak ukan pengendalian diri untuk mengikuti beban listrik, namun prins ip ini hanya akan bekerja dengan baik untuk perubahan beban listrik yang kecil. Bila beban listrik mengalami perubahan cukup besar, maka untuk mengikuti perubahan listrikdigunakan cara pengendalian dengan mekanisme batang kendali. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa pengendalian reaktor air tek an mengikuti prinsip "reaktor mengikuti beban turbin listrik ".

c. Sistem Keselamatan Rekayasa

Gambar 6 menunjukkan diagram alir system pendingin darurat reactor (Emergency Core Cooling System, ECCS). Sistem pendingin darurat ini digunakan, jika terjadi kebocoran (misalnya pipa-pipa penyalur air pendingin primer terpotong atau bocor) pada sistem pendingin primer yang mengakibatkan air pendingin keluar dari sistem primer sehingga sistem primer kekurangan pendinginan. Dalam kondisi kekurangan pendingin, untuk menjaga keutuhan bahan bakar digunakan sistem pendingin teras reaktor darurat. ECCS terdiri dari tiga sistem, yaitu sistem injeksi pendingin tekanan tinggi, sistem injeksi pendingin tekanan rendah dan sistem injeksi pendingin dari akumulator atau penampung air p endingin.

Pendingin bertemperatur tinggi dan bertekanan tinggi yang keluar dari system primer membawa material radioaktif dan tidak diperbolehkan keluar dari sistem. Karena itu pada reaktor nuklir disediakan bejana tekan pengungkung (containment). Dalam sistem pengungkung tersebut diantaranya terdapat bejana tekan, perangkat yang berkaitan dengan sistem pendinginan teras reactor serta perangkat yang berkaitan dengan sistem proteksi keselamatan terekayasa. Jika terjadi kecelakaan, bahan bakar yang kehilangan pendingin dapat meleleh dan kemudian

diikuti dengan kenaikan temperatur dan tekanan dalam bejana tekan. Pada saat ini unsur-unsur radioaktif (radioisotop) yang berbentuk gas dapat keluar dari sistem. Untuk itu, agar tidak terjadi pelepasan radioisotop keluar sistem, pada bagian atas bejana tekan pengungkung diletakkan system penampung air yang dapat memancarkan air pada bagian-bagian dibawahnya (Gambar 2). Selain itu, untuk mencegah terjadinya iradiasi udara disekitar bejana pengungkung oleh bahan radioaktifyang ada dalam bejana, maka diluar bejana terdapat konstruksi anulus yang mengalirkan udara disekitar bejana pengungkung ke bagian pemurnian udara.

d. Bentuk dan Konstruksi Teras Reaktor

Bentuk dan konstruksi reaktor air tekan dapat digolongkan atas reaktor buatan Westinghouse (WH), Bibcock & Wilcock (B&W), Combustion Engineering (CE) dan reaktor Rusia (VVER). Reaktor tipe WH, B&W dan CE menganut prinsip yang sama dalam hal pemisahan sistem primer dan sekunder , tetapi konstruksi system pendingin,konstruksi pembangkit uap dan beberapa hal lain terdapat perbedaan di an tara ketiganya.

1) Reaktor Air Tekan Westinghouse

Dengan penambahan daya pembangkitan listrik, reaktor tipe WH mengalami penambahan jumlah pembangkit uap dan sistem pendingin pendukungnya. Seperti terlihat pada Gambar 7, reaktor WH dengan kapasitas daya 1000 MWe mempunyai 4 buah sistem pendingin (4 buah pembangkit uap dan system saluran pendingin, 4 buah pompa pendingin). Gambar 8 memperlihatkan konstruksi dari pembangkit uap reactor tipe WH. Terlihat pada gambar tersebut bahwa pembangkit uap diletakkan berdiri tegak lurus dengan pipa-pipa U berada di dalamnya. Pipa U berisi air panas dari pendingin sistem primer, sedangkan air diluar pipa U akan menerima panas dan mengalami pendidihan.

Beberapa pembangkit uap yang sama dengan tipe ini adalah buatan Mitsu bishi-Jepang, Framatom-Perancis dan KWU -Jerman. Reaktor N4 (1516 MWe) buatan Framatom-Perancis dirancang berdasarkan pengalaman kecelakaan reaktor Three Mile Island (pada tahun 1979), yaitu peningkatan keandalan operasi dengan sentralisasi kendali,selain itu dilakukan juga peningkatan efisiensi ekonomi. Sementara itu reactor Chooz-B1, B2 dan Civaux-1,2 sudah mulai beroperasi. Pengembangan reaktor air tekan terus berlanjut, EPR (Europan Pressurized Water Reactor: Reaktor Air Tekan Eropa) dikembangkan oleh Perancis dan Jerman berdasarkan rancangan reaktor air tekan Perancis N4 dan reaktor air tekan Jerman Konvoy. Dalam pengembangan EPR, dilakukan peningkatan faktor keselamatan dengan memperhitungkan adanya kecelakaan terparah (Severe Accident), faktorefisiensi dengan pengoperasian yang mudah serta peningkatan efisiensi ekonomis dengan umur reaktor yang relative panjang (60 tahun) dan derajat bakar bahan bakar mencapai 70 GWd/t, bahan bakar MOX hingga 50%.

Sementara itu, perusahaan Westinghouse mengembangkan reaktor air tekan dengan nama APWR 1530 MWe (Tabel 1). Reaktor air tekan ini dirancang dengan peningkatan pada faktor keandalan (tingkat redundansi tinggi, rapat daya rendah), faktor ekonomi (perangkat bahan bakar tingkat zirkalloy ). Sepertiga teras reaktor berbahan bakar MOX dengan kemampuan derajat bakar bahan bakar lebih tinggi, yaitu mencapai 55 GWd/t.J ika terjadi kecelakaan, probabilitas risiko yang ditanggung satu tingkat lebih rendah dari reaktor air tekan yang ada. Jepang berencana untuk memakai reaktor tipe baru tersebut pada T suruga 3 dan 4, tetapi hingga saat ini reaktor-reaktor tipe baru tersebut belum ada yang beroperasi.

Pada saat ini kelompok Westinghouse memfokuskan diri merancang reaktor air tekan lanjut tipe AP600 (daya reactor 600 MWe) yang dapat memenuhi aturan tentang reactor air tekan lanjut dari EPRI/DOE yang menganut prinsip keselamatan pasif (reakto akan terkondisi kepada keselamatan secara pasif, tanpa adanya faktor dinamis seperti gerak katup, pompa dsb). Reaktor ini memenuhi kriteria pendinginan pasif (lihat konstruksi bejana pengungkungreaktor,pada Gambar 9), penyederhanaan desain (secara umum dibandingkan

dengan reaktor air tekan saat ini 50% lebih sederhana, perpipaan 80 % lebih rendah, pengkabelan 70 % lebih rendah dlsb.), dibuat dengan konsep modul, sesuai konsep keselamatan publik (pada saat kecelakaan, selama 3 hari tidak diperlukan operator untuk mengatasinya), sangat mudah diterima dan mendapat perizinan dan waktu pembangunan pendek (3 tahun). Sistem pendingin mirip dengan reaktor air tekan B&W dan CE, yaitu mempunyai 2 buah pembangkit uap berdiri vertical dengan 4 buah pompa pendingin pada system primer. Reaktor AP600 sudah mendapatkan izin dari Badan Pengawas Nuklir Amerika, US-NRC.

2) Reaktor Air Tekan Combustion Engineering

Reaktor air tekan tipe CE ditunjukkan pada Gambar 10. Reaktor ini mempunyai 2 untai pendingin primer (2 buah pembangkit uap dan 4 buah pompapendingin pada system primer). Air pendingin sistem primer yang keluar dari pembangkit uap dikembalikan ke bejana reaktor dengan tenaga dorong dari 4 buah pompa. Konstruksi dari pembangkit uap sama dengan pembangkit uap pada reaktor WH, yaitu pembangkit uap berdiri vertikal dengan tabung pipa U terbalik dimana terbentuk uap dengan resirkulasi balik ( Gambar 1 1, terdapat perbedaan bentuk pada separator uap, pengering uap dan bagian pipa transfer panas). Pembangkit uap buatan CE dipakai di Jepang pada reactor Mihama 1. Reaktor air tekan desain CE diberi nama System8 0+. KNSP Korea telah membangun reactor berbasis System80+ yang sangat murah ongkos pembangunannya dan sangat tinggi keandalannya. Beberapa reactor tipe ini yang telah mulai beroperasi di Korea adalah reaktor Ulchin-3, 4 dan Yonggwang-1,2.

3) Reaktor Air Tekan Bibcock & Wilcock

Konstruksi sistem pendingin reaktor B&W sama dengan yang ada pada reaktor air tekan CE, yaitu mempunyai dua untai pendingin pada system primer (2 buah pembangkit uap dan 4 buah pompa pendingin pada sistem primer). Seperti terlihat pada Gambar 13, pembangkit uap diletakk an secara vertikal. Reaktor Three Mile Island yang mengalami kecelakaan pada tahun 1979 adalah reaktor air tekan tipe B&W.

4) Reaktor air tekan Rusia (VVER)

Dari sudut pandang bentuk sistem pendingin reaktor, reaktor air tekan ini dapat digolongkan pada reaktor air tekan tipe WH. Perbedaan menonjol dibandingkan dengan reaktor tipe Eropa barat adalah bentuk perangkat bahan bakar. Tampanglintang perangkat bahan bakar VVER adalah segi enam. Selain bentuk perangkat bahan bakar, VVER mempunyai pembangkit uap yang diletakkan secara horisontal. Pada tipe lama (VVER-44 0/V-230) diperkirakan terdapat persoalan pada system keselamatannya, teta pi pada VVER-10 00 (1000 MWe) sistem keselamatannya sudah diperhitungkan dengan baik sehingga bisa disejajarkan dengan reaktor-reaktor Eropa Barat.

2. REAKTOR AIR DIDIH (BOILING WATER REACTOR, BWR)

Reaktor Air Didih adalah salah satu tipe reaktor nuklir yang digunakan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Reaktor tipe ini menggunakan air (H2O) sebagai pendingin dan moderator.Moderator adalah medium untuk memperlambat kecepatan partikel neutron cepat. Air pendingin digunakan untuk mengambil panas yang dihasilkan dalam teras reaktor (reactor core) sehingga temperatur air akan naik. Temperatur air dibiarkan meningkat hingga mencapai titik didih. Uap yang dihasilkan pada proses pendidihan air kemudian disalurkan untuk memutar turbin yang terhubung dengan generator listrik. Dalam reaktor tipe ini, uap yang terbentuk akan menyebabkan reaktivitas reaktor menjadi negatif. Reaktivitas negatif dapat menahan kenaikan daya reaktor, sehingga penambahan reaktivitas (penaikan daya reaktor) dapat dikendalikan secara stabil dengan batang kendali.

Pada saat ini reaktor tipe air didih telah banyak dioperasikan, bahkan modifikasi dari tipe reaktor ini yang disebut Reaktor Air Didih Maju (Advanced Boiling Water Reactor, ABWR) juga sudah mulai dioperasikan di beberapa negara maju. Keberadaan Reaktor Air Didih Maju, pengembangan Reaktor Air Didih Kompak (Simplified Boiling Water Reactor, SBWR) oleh General Electric, Amerika Serikat menjadi terhenti. Pengembangan reaktor tipe air didih tidak berhenti sampai di sini. Perusahaan ABB-Atom sedang mengembangkan suatu reaktor air didih yang mempunyai keselamatan dan efisiensi ekonomi yang tinggi dengan kode BWR90+.

a. Karakteristika Reaktor Air Didih

1) Konstruksi dasar

Bentuk konstruksi dari Reaktor Air Didih secara umum diperlihatkan pada Gambar 1. Pada reaktor air didih, air pendingin dididihkan di dalam bejana reaktor sehingga menghasilkan uap. Uap ini kemudian secara langsung dialirkan ke turbin yang memutar generator listrik. Setelah uap air menggerakkan turbin, uap disalurkan ke kondenser dan diubah menjadi air kembali. Dengan pompa utama, air kemudian dikembalikan ke bejana reaktor. Sebagian air pendingin yang berada dalam bejana reaktor disirkulasi dengan pompa (disebut pompa resirkulasi). Air yang keluar dari pompa resirkulasi disalurkan ke bagian bawah teras reaktor melalui katup yang bekerja sebagai pompa jet. Tekanan dari pompa resirkulasi ini akan menaikkan kecepatan aliran air pendingin dalam teras reactor.

2) Konstruksi bejana tekan reactor

Konstruksi utama bejana tekan reaktor untuk Reaktor Air Didih dengan kapasitas daya 1100 MWe diperlihatkan dalam Gambar 2. Dalam bejana tekan ini terdapat sekumpulan bahan bakar, batang kendali dan konstruksi penyangga yang membentuk suatu konstruksi yang disebut teras reaktor. Di atas teras reaktor terdapat konstruksi perangkat pemisah uap-air (steam separator) dan di atas perangkat pemisah terdapat perangkat pengering uap. Pemasangan kedua perangkat ini ditujukan untuk menjamin agar uap yang akan dipakai untuk memutar turbin benar-benar berupa uap kering.

Di bagian bawah teras terdapat perangkat pengendali daya reaktor berupa pengarah batang kendali, penggerak batang kendali dan batang kendali. Dengan perangkat ini batang kendali dapat bergerak dari bawah ke atas masuk ke teras reaktor melalui pengarahnya. Di sekitar teras terdapat konstruksi lorong-lorong saluran pendingin dan pompa jet.

Konstruksi perangkat bahan bakar diperlihatkan dalam Gambar 3. Salah satu contoh perangkat bahan bakar terdiri atas 62 batang bahan bakar dan 2 batang yang berisi air

membentuk matriks 8 x 8. Bentuk susunan matriks batang bahan bakar dapat pula berupa matriks 6 x 6 atau 9 x 9. Matriks kemudian dibungkus dengan lempeng logam Zirkalloy. Keseluruhan susunan matriks batang bahan bakar dan pembungkusnya serta spacer (penjaga jarak antar batang bahan bakar) ini disebut perangkat bahan bakar. Batang bahan bakar yang jumlahnya 62 buah tersebut terbuat dari pipa Zirkalloy dan berisi pelet uranium oksida. Pipa pembungkus pelet bahan bakar uranium oksida ini disebut kelongsong.

Di kedua ujung kelongsong terdapat ruang yang disebut plenum. Dalam kelongsong juga terdapat pegas penekan pelet bahan bakar. Dalam pelet bahan bakar terjadi reaksi fisi. Bahan hasil fisi ditampung dalam ruang plenum, karena itu tekanan dalam kelongsong tidak melonjak terlalu besar. Konstruksi batang kendali Reaktor Air Didih mempunyai bentuk seperti tanda + yang berada di antara empat buah perangkat bahan bakar (Gambar 4).

Batang kendali berfungsi sebagai penyerap partikel neutron. Batang kendali terbuat dari boron karbida dan atau hafnium. Pada bagian bawah perangkat kendali terdapat konstruksi yang berbentuk payung yang dapat menghambat jatuhnya batang kendali ke bawah (keluar dari teras) agar sesuai dengan batas kecepatan yang diperbolehkan. Pada bagian bawah batang kendali ini juga terdapat suatu soket mekanik untuk menghubungkan batang kendali dengan penggeraknya. Terdapat dua macam penggerak batang kendali yaitu penggerak elektrik dan hidrolik. Untuk mempercepat gerak perangkat batang kendali masuk ke teras terdapat perangkat akumulator yang menggerakkan perangkat batang kendali dengan tekanan gas. Dalam kondisi kecelakaan atau kelainan operasi yang dianggap membahayakan, keseluruhan perangkat batang kendali yang ada harus segera dimasukkan ke dalam teras reaktor dengan kecepatan tinggi untuk menghentikan reaktor. Penghentian reaktor secara mendadak oleh karena suatu sebab yang dianggap membahayakan seperti ini disebut sebagai pancung daya (scram). Jika perangkat batang kendali oleh karena suatu hal tak dapat dimasukkan ke teras reaktor dan reaktor tidak dapat dihentikan pada temperatur rendah, maka dalam kondisi seperti ini ke dalam reaktor dimasukkan cairan asam borat yang mampu menyerap partikel neutron sehingga operasi reaktor dapat berhenti.

3) Pengendalian daya reactor

Reaktor air didih beroperasi pada tekanan 70 kg/cm2. Air pendingin mendidih dan menghasilkan uap di dalam bejana reaktor. Air dalam kondisi uap dan cair disirkulasikan kembali ke teras reaktor dengan menggunakan pompa sirkulasi. Dengan mengatur aliran resirkulasi, reaktivitas reaktor, yang berarti juga daya reaktor, dapat dinaik-turunkan atau dikendalikan. Ini adalah salah satu cara pengendalian reaktor air didih yang disebut metode pengendalian resirkulasi. Cara lain untuk menaikkan reaktivitas (daya reaktor) adalah dengan menarik batang kendali dari teras reaktor. Jika batang kendali ditarik keluar dari teras, reaktivitas atau reaksi fisi bertambah dan menghasilkan energi panas lebih banyak lagi (daya reactor naik).

Energi panas ini akan mendidihkan air lebih banyak, dan dengan demikian uap yang dihasilkan juga bertambah. Meningkatnya kandungan uap dalam air akan menurunkan kemampuan air dalam memoderasi partikel neutron. Jumlah neutron kecepatan rendah (neutron termal) yang akan menimbulkan reaksi fisi menjadi berkurang, sehingga akibatnya reaksi fisi (reaktivitas) juga berkurang. Jadi menaikkan daya reaktor dengan cara menarik batang kendali akan selalu dikompensasi oleh produksi uap yang menekan daya. Proses kompensasi ini akan berakhir pada suatu kondisi stabil pada daya setimbang tertentu. Sebaliknya jika batang kendali disisipkan masuk ke dalam teras, reaksi fisi berkurang dengan hadirnya penyerap neutron (batang kendali) dalam teras. Produksi uap yang dihasilkan juga menurun karena produksi energi panas dari reaksi fisi berkurang. Akibatnya kemampuan air dalam memoderasi neutron bertambah, dan reaksi fisi akan mulai meningkat. Proses penurunan daya oleh batang kendali yang kemudian dikompensasi oleh penurunan daya karena membaiknya kemampuan moderasi akan terus berlangsung hingga tercapai kondisi stabil pada suatu daya setimbang tertentu.

Fenomena kompensasi oleh uap-air menjadi salah satu sarana penting dalam pengendalian-diri (self control) reaktor dan merupakan salah satu keunikan reaktor air didih. Dalam perpindahan panas, luas penampang penghasil panas dan perbedaan temperatur sangat mempengaruhi jumlah panas yang dapat dipindahkan. Jika kondisi air dalam keadaan pendidihan transisi, sifat perpindahan panas menjadi buruk dan temperatur permukaan kelongsong bahan bakar akan naik. Dalam reaktor air didih, proses perpindahan panas dilakukan dalam kondisi air mendidih, sehingga jika terjadi kecelakaan atau anomali dalam operasi reaktor, perpindahan panas pada pendidihan transisi dapat dihindarkan.

Pada reaktor air didih, jika terjadi perubahan beban (permintaan beban listrik dari luar), pengendalian pembangkitan daya dilakukan dengan menaik-turunkan batang kendali dalam teras reaktor atau dengan menyesuaikan kecepatan aliran resirkulasi air pendingin. Pada saat terjadi penyesuaian terhadap permintaan beban, tekanan pendingin dalam bejana reaktor dapat naik atau turun. Untuk mengatasi kenaikan dan penurunan tekanan dalam bejana reaktor, digunakan cara pengendalian dengan mengatur bukaan katup uap dari reaktor ke turbin. Metode ini disebut Reactor-master/Turbin-slave(metode mengikuti beban). Jika pada suatu ketika, oleh suatu sebab yang tak terduga, turbin mendadak berhenti, aliran uap yang menuju turbin dibelokkan ke jalur pintas (tidak melalui turbin) melalui katup pintas. Dengan cara ini kenaikan tekanan yang cukup tinggi dalam bejana reaktor dapat dihindarkan

4) Sistem keselamatan rekayasa

Sebelumnya telah dijelaskan salah satu sistem keselamatan yang dapat menjamin reaktor akan berhenti jika terjadi kondisi anomali / kecelakaan. Bila suatu ketika terjadi kecelakaan yang menyebabkan pipa saluran air pendingin terputus atau bocor sehingga pendinginan reaktor tidak cukup, maka fasilitas sistem pendinginan teras darurat (Emergency Core Cooling System, ECCS) seperti terlihat pada Gambar 5-1 dan 5-2 bekerja. Dalam sistem ECCS ini terdapat sistem penyemprot teras (core spray system), sistem susut-tekanan mandiri (self-depressurization system) dan penyemprot teras tekanan rendah.

.

Pada saat terjadi kerusakan batang bahan bakar, air pendingin dari teras yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi akan mengandung bahan radioaktif yang berasal dari batang bahan bakar. Air pendingin yang mengandung bahan radioaktif tidak boleh keluar dari reaktor karena berbahaya. Untuk menghindari lepasnya bahan radioaktif dalam reaktor terdapat bejana reaktor yang berfungsi sebagai pengungkung (containment) material berbahaya jika terjadi kecelakaan, dan terdapat juga katup isolasi yang mengisolasi bejana reaktor dan sistem di

luarnya. Peningkatan tekanan pada saat terjadi isolasi bejana reaktor dihindari dengan sistem supresi. Sistem ini akan mengalirkan uap yang terbentuk ke kolam supresi. Dalam kolam supresi yang berisi air, uap akan besentuhan dengan air dan mengalami kondensasi yang mengakibatkan turunnya tekanan uap.

Apabila kecelakaan berlangsung dalam waktu yang lama, teras reaktor dapat meleleh. Kondisi ini akan menyebabkan terjadinya kenaikan tekanan yang diikuti dengan kenaikan temperatur dalam bejana reaktor. Apabila bejana reaktor tidak didinginkan, struktur bejana kemungkinan akan rusak. Untuk mengatasi hal ini, disediakan sistem penyemprot untuk melakukan tugas-tugas pendinginan dan penurunan tekanan. Dalam hal terjadi kebocoran bejana reaktor, disediakan pula sistem pengelolaan bocoran gas agar tetap tidak menyebarluas ke lingkungan. Pada kecelakaan kebocoran pendingin, temperatur bahan bakar dan kelongsongnya akan naik. Kenaikan temperatur ini akan memicu reaksi antara air dan logam yang menghasilkan gas hidrogen. Hidrogen yang bertemperatur tinggi ini dapat mengancam keutuhan struktur bejana reaktor. Untuk mencegah kejadian ini, bejana reaktor

dilengkapi dengan ruang kosong khusus untuk menampung gas bentukan. Di samping itu, terdapat fasilitas untuk mereaksikan hidrogen yang timbul, agar dapat bergabung kembali dengan oksigen menjadi air.

b. Tipe/Jenis Reaktor Air DidihParameter utama dari reaktor air didih diperlihatkan pada Tabel 1, bentuk modifikasi bahan

bakar domestik pada Tabel 2, dan deskripsi bejana reaktor pada Gambar 6. Reaktor air didih yang beroperasi pada saat ini (di Jepang) dapat digolongkan menjadi dua tipe, yaitu Reaktor Air Didih Termodifikasi (Modified BWR) dan Reaktor Air Didih Maju (Advanced Boiling Water Reactor, ABWR). Reaktor air didih pertama yang beroperasi secara komersial di Amerika adalah reaktor Dresden 1 (dioperasikan pada Juli 1967), reaktor air didih tipe ini disebut sebagai BWR-I. BWR-I mempunyai sistem pendinginan dua siklus, mirip seperti reaktor air tekan (Pressurized Water Reactor, PWR). Sistem bejana reaktor menganut konsep bentuk kering (dry sump). Pada BWR-II, teras reaktor diperkecil dan rapat daya direndahkan. Drum uap dimasukkan ke dalam bejana reaktor sehingga terbentuk satu siklus yang lebih sederhana. Selain itu sistem pendinginan darurat (ECCS) dibuat berlapis, dan ruang dalam bejana reaktor dijadikan sebagai kolam supressi. Tipe reaktor air didih kompak inilah yang menjadi representasi reaktor air didih. Perbedaan pokok antara reaktor air didih tipe BWR dan ABWR diperlihatkan pada Tabel 3. Gambar 7 memperlihatkan bentuk detail dari pompa pendingin utama dan pompa resirkulasi/jet. Penggerak batang kendali yang terdiri dari penggerak hidrolik dan elektrik diperlihatkan dalam Gambar 8. Konstruksi tulang besi dan struktur beton dari bejana tekan diperlihatkan pada Gambar 9. Reaktor air didih tipe ABWR pertama beroperasi di dunia adalah di Jepang dengan daya 1356 MWth (gross power).

Pressurised Heavy Water Reactor ( PHWR atau CANDU )

Desain Reaktor PHWR telah dikembangkan sejak 1950-an di Kanada sebagai CANDU , dan lebih baru-baru ini juga di India . PHWRs umumnya menggunakan uranium alam ( 0.7 % U - 235 ) oksida sebagai bahan bakar , maka membutuhkan moderator yang lebih efisien , dalam hal ini air berat ( D2O ) . ** PHWR menghasilkan lebih banyak energi per kg uranium ditambang dibandingkan desain lainnya .

** Dengan sistem CANDU , moderator diperkaya ( seperti air ) daripada bahan bakar , - biaya trade- off .

Moderator adalah dalam tangki besar yang disebut calandria a , ditembus oleh beberapa ratus tabung horisontal tekanan yang membentuk saluran untuk bahan bakar , didinginkan oleh aliran air berat di bawah tekanan tinggi di sirkuit pendingin primer , mencapai 290 ° C. Seperti dalam PWR tersebut , pendingin primer menghasilkan uap dalam rangkaian sekunder untuk menggerakkan turbin . Desain tabung tekanan

berarti reaktor dapat mengisi bahan bakar semakin tanpa mematikan , dengan mengisolasi tabung tekanan individu dari sirkuit pendingin .

Sebuah perakitan bahan bakar CANDU terdiri dari seikat 37 setengah meter panjang batang bahan bakar ( bahan bakar pelet keramik dalam tabung zircaloy ) ditambah struktur pendukung , dengan 12 bundel berbohong ujung ke ujung di saluran bahan bakar . Batang kendali menembus calandria vertikal , dan sistem shutdown yang sekunder melibatkan penambahan gadolinium ke moderator . Moderator air berat beredar melalui tubuh kapal calandria juga menghasilkan beberapa panas (meskipun sirkuit ini tidak ditampilkan pada diagram di atas ) .

Desain PHWR baru seperti Advanced Candu Reaktor ( ACR ) memiliki pendingin air ringan dan bahan bakar yang sedikit - diperkaya .

Reaktor CANDU mudah dapat dijalankan pada uranium daur ulang dari pengolahan LWR digunakan bahan bakar , atau campuran ini dan uranium yang tersisa dari pabrik pengayaan . Sekitar 4000 MWe dari PWR kemudian dapat bahan bakar 1.000 MWe kapasitas CANDU , dengan penambahan uranium . Thorium juga dapat digunakan dalam bahan bakar .

Advanced Gas -cooled Reactor ( AGR )

Ini adalah generasi kedua dari reaktor gas -cooled Inggris , menggunakan grafit moderator dan karbon dioksida sebagai pendingin primer . Bahan bakar adalah pelet uranium oksida , diperkaya ke 2,5-3,5 % , dalam tabung stainless steel . Karbon dioksida bersirkulasi melalui inti , mencapai 650 ° C dan kemudian tabung pembangkit uap masa lalu di luar itu , tapi masih di dalam beton dan baja bejana tekan (maka

desain ' tidak terpisahkan ' ) . Batang kendali menembus moderator dan sistem shutdown yang sekunder melibatkan penyuntikan nitrogen untuk pendingin .

AGR dikembangkan dari reaktor Magnox , juga grafit dikelola dan CO2 didinginkan , dan salah satunya masih beroperasi di Inggris hingga akhir 2014. Mereka menggunakan bahan bakar uranium alam dalam bentuk logam . Pendingin sekunder adalah air.

Light water graphite-moderated reactor ( RBMK )

Ini adalah desain Soviet , dikembangkan dari reaktor produksi plutonium . Perusahaan ini mempekerjakan panjang ( 7 meteran ) tabung tekanan vertikal berjalan melalui grafit moderator , dan didinginkan oleh air , yang diperbolehkan untuk mendidih dalam inti pada 290 ° C , sebanyak di BWR a . Bahan bakar oksida uranium diperkaya rendah dibuat menjadi perangkat bahan bakar 3,5 meter . Dengan moderasi sebagian besar disebabkan oleh grafit tetap , kelebihan mendidih hanya mengurangi pendinginan dan neutron penyerapan tanpa menghambat reaksi fisi , dan masalah umpan balik positif dapat muncul , itulah sebabnya mengapa mereka tidak pernah dibangun di luar Uni Soviet . Lihat lampiran pada RBMK Reaktor untuk lebih detail .

Fast Neutron Reactor ( FNR )

Beberapa reaktor ( hanya satu dalam layanan komersial ) tidak memiliki moderator dan memanfaatkan neutron cepat , pembangkit listrik dari plutonium sementara membuat lebih dari itu dari isotop U - 238 dalam atau di sekitar bahan bakar . Sementara mereka mendapatkan lebih dari 60 kali lebih banyak energi dari uranium asli dibandingkan dengan reaktor normal, mereka mahal untuk membangun . Pengembangan lebih lanjut dari mereka mungkin dalam dekade berikutnya , dan desain utama diharapkan akan dibangun dalam dua dekade yang FNRs . Jika mereka dikonfigurasi untuk menghasilkan bahan fisil lebih (plutonium) daripada yang mereka konsumsi mereka disebut Fast Breeder Reaktor ( FBR )