1 A.Definisi dan Sejarah Reaktor Nuklir Reaktornukliradalahalatyangdidesainuntukmempertahankanreaksiberantai, dimanaaliranneutronyangstabildanterkontroldihasilkandarireaksifisisuatuinti berat.Reaktornuklirdapatdibedakanberdasarkanfungsinyaataupunberdasarkanciri khaspadadesainnya.Kesadaranbahwareaksifisinuklirmenghasilkanenergidengan jumlah sangat besar membuat para ilmuan berlomba-lomba menciptakan alat yang dapat mengontroldanmemanfaatkanenergiyangdihasilkantersebut.Namunhalitupada awalnya sulit dilakukan, karena reaktor nuklir haruslah memiliki kriteria seperti: Memiliki keamanan yang terjamin Memiliki sistem perlakuan limbah yang baik Mempertimbangkan proliferasi nuklir Reaktor nuklir pembangkit listrik yang pertama kali dibangun di Idaho, Amerika Serikat,yaitustasiunpembangkitpercobaanEBR-1pada20Desember1951.PLTN yangpertamaberoperasimenghasilkanjaringanlistrikberadadiObninsk,UniSoviet. Sedangkan, PLTN komersial pertama adalah Calder Hall di Inggris yang dibuka pada 17 Oktober 1956.Pada2012telahterdapat440reaktornuklirkomersialyangberoperasidi31 negara,yangmenyediakan14%kebutuhanlistrikdunia(WorldNuclearAssociation). Amerika menjadi negara penghasil listrik tenaga nuklir terbesar di dunia, yaitu sepertiga dari total energi yang dihasilkan, diikuti oleh Perancis, dan 60 reaktor nuklir yang masih beradadalamtahappembangunan.BeberapareaktornuklirterbesaradalahIsarIIdanBrokdorfdiJerman,Civaux1dan2,ChoozB1danB2diPerancis,sertakashiwazaki-kariwa di Jepang. B.Reaksi Fisi Reaksifisinukliradalahreaksisebuahintiberatyangditumbukolehpartikel (misalnyaneutron)dapatmembelahmenjadiduaintiyanglebihringandanbeberapa partikellain.Mekanismeyangsemacaminidisebutpembelahanintiataufisinuklir. Contohreaksifisinukliriniadalahuraniumyangditumbuk(ataumenyerap)neutron lambat yang akan menghasilan neutron selain dua buah inti atom yang lebih ringan.235U + n 148La + 85Br + 3n Neutroninimampumenumbuk(diserap)kembaliolehintiuraniumuntuk membentuksuatureaksifisiberikutnya.Mekanismeiniterusterjadidalamwaktuyang 2 sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali. Akibatnya, jika terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat maka akan sangat membahayakan jiwa manusia. Mekanismeinisebenarnyaseringterjadididalambomnukliryangmenghasilkan ledakandahsyat.Jadi,reaksifisidapatmembentukreaksiberantaiyangtakterkendali serti memiliki potensi daya ledak dahsyat dan dapat dibuat dalam bentuk bom nuklir. Gambar 1. Reaksi fisi berantai Isotop elemen kimia yang dapat meneruskan reaksi rantai fisi disebut bahan bakar nuklir dan bersifat fisil. Jenis bahan bakar nukliryang paling umum adalah 235U (isotop uraniumdenganmassaatom235dandigunakandireaktornuklir)dan 239Pu(isotop plutoniumdenganmassaatom239).Bahanbakarnukliriniakanterpecahmenjadi2 bagianmembentukelemenkimiadenganmassaatommendekati95dan135 u(produk fisi).Kebanyakanbahanbakarnuklirmelaluitahapfisispontandenganamatlambat, meluruhmelaluisebuahreaksipeluruhanpartikelalfa/partikelbetadenganwaktuyang sangatlama.Dalamreaktornukliratausenjatanuklir,reaksifisiyangbesarini disebabkan karena induksi neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi sebelumnya. Reaktor Fisi Reaktor fisi kritis adalah jenis reaktor nuklir yang paling umum. Di dalam reaktor fisikritis,neutronyangdiproduksiolehfisidariatombahanbakardigunakanuntuk menginduksireaksifisilainnya,sehinggauntukmenjagaagarenergiyangdilepaskan bisa dikendalikan. Alatyang dapat melakukan reaksi fisi tapi tidak bisa mandiri disebut 3 sebagaireaktorfisisubkritis.Beberapaalatmenggunakanpeluruhanradioaktifatau akselerator partikel untuk menggerakkan fisi. Reaktor fisi kritis biasanya dibangun untuk 3 tujuan utama, yang dilihat dari hasil panas yang bisa diambil atau neutron yang diproduksi dari reaksi rantai nuklir: Pembangkitlistrikadalahreaktoryangtujuannyauntukmemproduksipanasuntuk dayanuklir,biasanyadipakaiuntukmemenuhikebutuhanlistrikataujugauntuk sumber tenaga bagi kapal selam. Reaktorpenelitiandibangundengantujuanuntukmemproduksineutrondan/atau sumberradioaktifuntukkeperluanilmu,kedoketan,teknik,atautujuanpenelitian lainnya. Reaktorperanakandibangundengantujuanuntukmemproduksibahanbakarnuklir dariisotopyangterabaikan.Reaktorperanakancepatdapatmembuat 239Pu(bahan bakarnuklir)daribahanyangsebelumnyaterabaikanyaitu 238U(bukanbahanbakar nuklir).Reaktorperanakantermalsebelumnyatelahditesmenggunakan 232Thuntuk memperbanyak isotop 233U yang dilanjutkan untuk dipelajari dan dikembangkan lebih jauh. Semua PLTN komersialyangada di dunia menggunakan reaksi nuklir fisi. Pada umumnyareaktorjenisinimenggunakanbahanbakarnuklirUraniumdanreaktorjenis iniakanmenghasilkanPlutonium,meskipundimungkinkanjugamenggunakansiklus bahan bakar Thorium. C.Komponen Reaktor Nuklir Secaraumumdidalamreaktornuklirkomersialyangada,memilikikomponen utama, antara lain: 1.Bahan Bakar Nuklir BatanganU3O8diperkayadengankandunganuranium-235yangberfungsi sebagaibahanbakarsuatureaktornuklir.Bijihuraniumhanyamengandungsekitar 0,7%

.Sebagianbesarsisanyaadalah

nonfisi.Untukmendapatkan uranium-235inidilakukandengancarapengolahandanpemrosesankembalidengan memisahkan 235UF6 gas dari 238UF6 yang terdapat di dalam bijih uranium. Pemisahan dengancaradifusiyangdidasarkanpadakemampuandifusiyanglebihlambatdari molekul gas. Prosedur pemisahan lain dapat pula menggunakan ultrasentrifus. 4 Sebuah metode yang berpotensi lebih efisien untuk mendapatkan uranium-235 sebagaibahanbakar,melibatkanpenggunaanlasercanggihuntukmengionisasi

secaralebihselektifdanmenghilangkan

.

yangterionisasikemudianbisa dibuatuntukbereaksidenganionnegatifuntukmembentuksenyawalainsehingga mudah untuk dipisahkan dari campuran. Dalam metode ini, kita harus membuat laser yangmampumenghasilkanradiasimonokromatikyangcukupuntukmerangsang terbentuknya satu isotop. 2.Moderator Neutron Neutron dengan kecepatan tinngi dihasilkan selama fisiyang memiliki energi besar.Energiiniakandiserapsecaraefisienolehintilainnya.Dengandemikian, neutrondengankecepatantinggiiniharusdiperlambatolehtabrakandenganatom yang memiliki massa yang sebanding dan tidak menyerap neutron tersebut. Alat yang digunakandisebutmoderator.Moderatoryangpalingumumdigunakanadalahair, meskipungrafitjugaterkadangdigunakan.Moderatoryangpalingefisienadalah helium,yangdapatmemperlambatneutrontetapitidakmenyerapnya.Berikutnya yang paling efisien adalah air berat (deuterium oksida,

2O atau

2O). Penggunaan air berat ini sangat mahal, terutama dalam penerapan reaktor riset. 3.Control Rods Kadmiumdanboronadalahperedamneutronyangbaikdidalamreaktor nuklir.Lajureaksifisidikendalikandenganmenggunakancontrolrodsataubatang kendali.Batangkendalibiasanyaterbuatdarikadmiumataubajaboron.Secara otomatis, batang kendali dimasukkan ke dalam atau dikeluarkan dari ruang antara di dalamwadahbahanbakar.Semakinbanyakneutrondiserapolehbatangkendali, makasemakinsedikitfisiyangterjadidanlebihsedikitpanasyangdihasilkan.Oleh karena itu, output panas dari reaktor nuklir diatur oleh sistem kontrol yang beroperasi pada control rods. 4.Sistem Pendingin Dalamreaktornuklirumumnyamenggunakanduabuahsistempendingin. Pendinginpertamaadalahdenganpenggunaanmoderatoryangberfungsisebagai pendingin untuk reaktor. Hal ini karena terjadi proses transfer fisi yang menghasilkan 5 panaskegeneratoruap.Panasyangdihasilkaniniakanmengubahairmenjadiuap. Uapkemudianmengalirkearahturbinyangmenggerakkangeneratoruntuk menghasilkan listrik. Pendingin kedua adalah penggunaan pendingin lain (seperti air sungai, air laut, atauairdiresirkulasi)yangakanmengembunkanuapdariturbindanembunini kemudian didaur ulang ke dalam pembuat uap. Bahaya muncul jika reaktor dimatikan dengan cepat. Disintegrasi produk fisi radioaktif masih berlangsung pada tingkat yang tinggi,sehinggaakancepatmenaikkansuhudanberakibatpadapemanasanelemen bahan bakar dan meleburkannya.Jadipenggunaansatupendingintidakakancukupjikaditujukanuntuk menutupreaksifisi.Pendinginanyangefisienharusdigunakansampaiisotop-isotop yangdihasilkanmemilikiusiayangsingkatdanpanasdaridisintegrasiyangterjadi dapat dikurangi. 5.Shielding (Pelindung) Sangatpentingbahwamasyarakatdandaerahdisekitarreaktornuklirharus cukup terlindung dari kemungkinan terpapar nuklida radioaktif. Seluruh reaktor nuklir harus tertutup oleh penahan baja. Pelindung ini dilapisi dengan sebuah tembok beton yangberdindingtebal.Setiappegawaiyangbekerjasebagaioperatorlebihlanjut dilindungi oleh pelindung biologis, misalnya lapisan tebal bahan organik yang terbuat dari serat kayu yang dikompresi. Pelindung biologis ini menyerap neutron dan radiasi sinar beta dan sinar gamma yang dapat diserap oleh tubuh manusia. D.Cara Kerja Reaktor Nuklir Gambar 2. Reaktor Nuklir Secara umum, cara kerja reaktor nuklir adalah sebagai berikut: 6 1.Di dalam inti reaktor,terjadi reaksi fisi karena adanya penembakan neutron terhadap bahan bakar nuklir (Uranium-235) yang menghasilkan energi panas yang cukup besar. Setiap reaksi fisi, rata-rata membebaskan 2-3 neutron. 2.Energineutroncepatyangdihasilkandarireaksifisi(5MeV)akanditurunkanoleh moderatormenjadineutrontermal(2MeV)sehinggareaksifisinuklirakanterus berlanjut. Air yang berfungsi sebagai moderator akan memperlambat kelajuan neutron karenaneutronakankehilangansebagianenerginyasaatbertumbukandengan molekul-molekul air. 3.Sebagianneutronyangdihasilkandarireaksifisiakandiserapolehbatangkendali sehingga hanya ada satu neutron saja yang melangsungkan reaksi fisi lanjutan. Batang kendalididesainsedemikianrupaagarsecaraotomatisdapatkeluar-masukinti reaktor.Jikajumlahneutrondidalamintireaktormelebihijumlahyangdiizinkan (kondisikritis),makabatangkendalidimasukkankedalamintireaktoruntuk menyerapsebagianneutronagartercapaikondisikritis.Batangkendaliakan dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi kritis (kekurangan neutron) untuk mengembalikan kondisi reaktor ke kondisi kritis yang diperbolehkan. 4.Energipanasyangdihasilkandariintireaktorakanmelelehkanbahanbakar.Oleh karenaitu,panasyangdibebaskankemudiandibawaolehairbertekananmenuju pendingin. 5.Cairanyangberadadidalampendinginkemudianmenjaditerpanaskandan terbentuklahuap.Uapyangdihasilkandiarahkanketurbinuapuntukmemutar generator dan akhirnya dapat menghasilkan listrik. E.Klasifikasi Reaktor Nuklir 1.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan penggunaan bahan bakar a.Reaktor Pembakar Reaktorpembakaradalahjenisreaktornukliryangmenggunakan Uranium-235sebagaibahanbakar.Padareaktorinidigunakanuraniumyang perkaya untuk meningkatkan efisiensi. Untuk memperpanjang reaksi fisi, neutron cepatdiperlambatdengansuatumoderator(grafitatauairberat)danlajureaksi disesuaikandenganmengaturbatangkendali(boron)yangdapatmenyerap neutron.Beberapaneutronbereaksiuntukmembentukplutonium,tapidalam jumlahyanglebihsedikitdariuraniumawal,sehinggareaktortersebutdisebut dengan istilah reaktor pembakar. 7 b.Reaktor Pembiak ReaktornuklirkonvensionalmenggunakanUranium-235sebagaibahan bakar,meskipunUranium-235terdapatdalamjumlah1%lebihsedikitdari uraniumyangterjadisecaraalami.Kebanyakanuraniumterdapatsebagaiisotop Uranium-238.Uranium-238tidakdapatdigunakanpadareaktornuklir konvensional,tidakterjadireaksifisisepertiUranium-235.Akantetapi,jika Uranium-238 dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir, maka dapat digunakan untuk menjalankan raktor nuklir sampai ratusan tahun. ReaktorpembiakdikembangkanmenggunakanUranium-238.Reaktorini dibangundengansuatuinti/bijihplutoniumyangdapatmelakukanreaksifisi, yaituPlutonium-239.IntiPlutonium-239dikelilingiolehlapisanUranium-238. DenganberlangsungnyareaksifisidariPlutonium239,makaakanmelepaskan neutron.NeutroniniakanmengubahUranium-238menjadiPlutonium-239. Dengankatalain,reaktoriniakanmenghasilkanbahanbakar(Plutonium-239) ketika beroperasi. Setelah semua Uranium-238berubah menjadi Plutonium-239, reaktor akan terisi kembali. Meskipundemikian,adabeberapamasalahutamapadareaktorpembiak ini, di antaranya Plutonium-239 sangat bersifat toksik. Jika seseorang menghirup sejumlahkecilPlutonium-239,iaakanterkenakankerparu-paru.Selainitu, waktuparuhmaterialsangatlama,sekitar24.000tahun.Halinimenciptakan penyelesaianmasalahyanghampirtidakmungkinjikainginmenghasilkan materialinidalamjumlahbanyak.Karenasifatdasardaribijihreaktor,airtidak dapatdigunakansebagaipendingin,cairannatriumharusdigunakan.Suatu kecelakan/bencanadapatterjadikarenanatriumbereaksidenganairdanudara secarareaktif.Walaupunreaktorpembiakdapatmenyelesaianmasalahbahan bakar uranium, masih ada sejumlah masalah yang harus dipecahkan.Dua jenis reaktor pembiak tradisional, yaitu: Fast Breeder Reactor atau FBR.Neutronungguldarireaktorneutroncepatmemungkinkandibangunnya reaktorini,setelahbahanbakarplutoniumawaldimasukkan,hanya dibutuhkan uranium untuk siklus bahan bakarnya. Thermal Breeder Reactor KarakteristikpenangkapneutronyangluarbiasadariUranium-233 memungkinkanuntukmembangunreaktordenganmoderatorairberat, 8 setelahbahanbakarawaldiperkayauranium,plutoniumatauMOX, dibutuhkan hanya thorium sebagai masukan siklus bahan bakarnya. Thorium-232menghasilkanUranium-233setelahmenangkapneutronatau memancarkan beta. 2.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan energi reaktora.Reaktor Neutron Termal Reaktorjenisinimenggunakanneutronlambatatauneutronthermal. Hampirsemuareaktoryangadasaatiniadalahreaktortermal.Reaktorini mempunyaibahanmoderasineutronyangdapatmemperlambatneutronhingga mencapai energi termal. Reaktor ini memiliki kemungkinan lebih besar terjadinya reaksi fisi antara neutron termal dan bahan fisil seperti Uranium-235, Plutonium-239danPlutonium-241,sertaakanmempunyaikemungkinanlebihkecil terjadinyareaksifisidenganUranium-238.Dalamreaktorjenisini,biasanya pendinginjugaberfungsisebagaimoderatorneutron,reaktorjenisiniumumnya menggunakan pendingin air dalam tekanan tinggi untuk meningkatkan titik didih airpendingin.Reaktorinidiwadahidalamsuatutankireaktoryangdidalamnya dilengkapidenganinstrumentasipemantaudanpengendalireaktor,pelindung radiasi dan gedung containment. Padatermalreaktortekananair(pressurized-water),airmurniyang melewatiintipanastidakakanmenjadiradioaktif,tetapidapatdialirkankeluar pelindunguntukmemanasanpemanas.Karenaairberfungsisebagaipendingin danmoderator,makareaksinuklirakanberhentijikauntukbeberapaalasanair tersebut keluar dari reaktor. Reaktor yang menggunakan pendingin dan moderator airinidinilaistabilkarenamemilikikarateristtikkontrolyangmenarik.Akan tetapi,reaktortermalmembutuhkanUranium-235tigakalilebihbanyakdari reaktor sedang. b.Reaktor Neutron SedangReaktorneutronsedang,menawarkantransferkaloryanglebihefisien, akantetapicairanlogamyangdigunakandalamreaktormenjadibersifat radioaktif dan membutuhkan perlindungan. Reaktor ini dinilai kurang aman. Jika airmembanjirireaktor,akanbereaksidengannatrium.Untukmasalahtersebut, 9 kebocoranpadapengaliranpenukarkalorakanmenyebabkannatriumkontak langsung dengan air. c.Reaktor Cepat Reaktorjenisinimenggunakanneutroncepatuntukmenghasilkanfisi dalambahanbakarreaktornuklir.Reaktorjenisinitidakmemilikimoderator neutrondanmenggunakanbahanpendinginyangkurangmemoderasineutron. Untuktetapmenjagaagarreaksinuklirberantaitetapberjalanmakadiperlukan bahanbakaryangmempunyaibahanbelah(fissilematerial)dengankandungan uranium-235yanglebihtinggi(lebihdari20%).Reaktorcepatmempunyai potensi menghasilkan limbah transuranic yang lebih kecil karena semua aktinida dapat terbelah dengan menggunakan neutron cepat, namun reaktor ini sulit untuk dibangun dan mahal dalam pengoperasiannya. BeberapanegarasudahmengembangkanFastBeederReactor(FBR), yangmerupakanjenisReaktorNeutronCepat.Reaktorinimenggunakan Uranium-238padabahanbakarreaktorsebagiamanaisotopUranium-235 digunakanpadakebanyakanreaktor.FBRdapatmenggunakanuraniumpaling sedikit 60 kali lebih efisien dari reaktor normal. 3.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan bahan bakara.Uranium alam 99,3% uranium alam terdiri dari238U, sisanya 0,7% 235U, dan sedikit sekali 234U. Untukmenggunakan 238Usebagaibahanbakarmakaharusdisediakanneutron cepat dalam reaktor. Reaktor yang digunakan adalah reaktor cepat. b. 235U yang diperkaya Neutoncepatsangatsulitdiperolehkarenaneutroncepatmudahsekali kehilanganenergi(menjadilambat)ketikabertumbukandenganintiuranium, sehinggadigunakanneutronlambat.Reaktoryangdigunakanadalahreaktor lambat.Untukmenggunakanneutronlambatmakadiperlukan 235Usebagai bahan bakar, namun keberadaannya sangat sedikit sekali di alam (0,7%) sehingga 235U perlu diperkaya. 10 c. 232Th atau campuran 239Pu umumnya/ 238U Reaktorberbahanbakar 232ThdisebutLFTRatauLiquidFluorideThorium Reactor. 4.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan moderator a.Reaktor Air Berat Reaktor air berat menggunakanair beratatau D2O sebagai moderator. Air berat yang dimaksud adalah D2O. Deutrium merupakan isotop hidrogen dengan nomor massa 2. Reaktor dalam kelompok ini adalah : PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) dan Reaktor Candu (Canadium-Deuterium-Uranium). b.Reaktor Grafit Bahanmoderasiyangdigunakanadalahgrafit.Reaktordalamkelompokini adalah:MR(MagnoxReactor),AGR (AdvancedGas-CooledReactor), GMBWR (Graphite Moderated Boiling Water Reactor) dan RBMR (reaktor yang digunakan oleh Rusia). 5.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan pendingin a.Reaktor Berpendingin AirMeliputireaktorjenisPWR(PressurizedWaterReactor),BWR(BoilingWater Reactor),GMBWR(GraphiteModeratedBoilingWaterReactor),PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) b.Reaktor Berpendingin Gas GasyangbiasadigunakanadalahCO2danN2.Reaktoryangtermasukdalam jenisiniadalahMR(MagnoxReactor)danAGR(AdvancedGas-Cooled Reactor). 6.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan fasa bahan bakar/moderator Berdasarkanfasabahanbakarataumoderatornya,reaktornuklirdibagi menjadiraktorheterogendanreaktorhomogen.Reaktorheterogenmempunyai sejumlahbesarbatangbahanbakardenganpendinginyangbersirkulasi mengelilinginyadanmembuangpanasyangdilepaskanolehpembelahan/fisinuklir. Padareaktorhomogen,bahanbakardanmoderatordicampur,misalnyagaram 11 uraniumsepertiuraniumsulfat(ataunitrat)yanglarutdidalammoderatorseperti H2O atau D2O.Sehubungan dengan kesulitan pada perawatan komponen, yang mempengaruhi keradioaktifan, erosi, dan korosi, reaktor homogen tidak umum digunakan. Sekarang inireaktornuklirlebihbanyakjenisheterogen.Reaktor-reaktorinidiklasifikasikan kembaliberdasarkantipebahanbakaryangdigunakan,spektrumfluksneutron, pendingin, dan moderator yang digunakan. 7.Klasifikasi reaktor nuklir berdasarkan kegunaannya a.Reaktor Penelitian/Riset Padareaktorpenelitian,yangdiutamakanadalahpemanfaatanradiasi neutronyangdihasilkandarireaksinukliruntukkeperluanberbagaipenelitian danproduksiradioisotop.Sedangkan,kaloryangdihasilkandirancangsekecil mungkin, sehingga dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan kalor pada reaktor dilakukan dengan sistem pendingin yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Kalor yang berasal dari teras reaktor dibawa ke sistem pendinginprimerkemudiandilewatkanmelaluialatpenukarkalordan selanjutnya kalor dibuang ke lingkungan melalui sistem pendingin sekunder. Pada alat penukar kalor, sistem pendingin primer dansistem pendingin sekunder tidak terjadikontaklangsungantarauap/airyangmengandungradiasidenganair pendingin yang dibuang ke lingkungan. Reaktor Penelitian di Indonesia. ReaktorTRIGAMarkIIBandungmerupakanreaktorpenelitian,sesuai dengannamanyaTRIGA(TrainingReseachIsotopesproductionbyGeneral Atomic). Pada awalnya yaitu tahun 1965 reaktor mempunyai daya maksimum 250 kW,kemudiantahun1971dayanyaditingkatkanmenjadi1000kW.Padatahun 2000dayanyaditingkatkanlagimenjadi2000kW.SelaindiBandung,terdapat reaktorTRIGAMarkIIYogyakarta,dengandayamaksimum250kW,dan reaktor RSG (Reaktor Serba Guna) di Serpong dengan daya maksimum 30 MW. Sejaktahun2000,namareaktorTRIGAMarkIIBandungdiubahmenjadi Reaktor TRIGA 2000 Bandung. 12 ReaktorTRIGAMarkIIBandung,merupakanreaktortipekolam,teras reaktorterendamdidalamkolamatautangkireaktor,berpendinginairringan (aquades), serta berfungsi sebagai pelatihan, riset, dan produksi radioisotop b.Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/PLTN) Padareaktordayayangdimanfaatkanadalahuappanasbersuhudan bertekanantinggiyangdihasilkanolehreaksifisiuntukmemutarturbin, sedangkanneutroncepatdihasilkandiubahmenjadineutronlambatuntuk berlangsungnya reaksi berantai dan sebagian lagi tidak dimanfaatkan. Reaksi fisi berantaihanyaterjadiapabilaneutrontermal/lambatmampumenembak Uranium-235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Caramengubahneutronyangberkecepatantinggimenjadineutronberkecepatan rendah(neutronlambat)adalahdenganmenumbukkannyapadaintiatom hidrogendalamair.Jadi,airdidalamkolamreaktoriniberfungsisebagai pemerlambat(moderator),sebagaipendingin,danjugasebagaiperisairadiasi. Beberapabahanpadaumumnyayangdipergunakansebagaibahanpendingin reaktor nuklir adalah air ringan (H2O), air berat (D2O), gas, dan grafit. Ditinjau dari jenis pendingin yang dipergunakan, maka reaktor daya dapat dikelompokkan menjadi: Reaktor daya berpendingin air (H2O) - PWR, BWR Reaktor daya berpendingin air berat (D2O) CANDU PHW Reaktor daya berpendingan gas (gas Helium, gas CO2) HTGR, AGR Reaktor daya berpendingin logam cair (Natrium) - LMFBR Nama-nama reaktor daya: PWR dan BWR disebut dengan LWR (Light Water Reactor) LWR : Reaktor air ringan PHWR : Reaktor air berat (Pressurized Heavy Water Reactor) PWR : Reaktor air bertekanan (Pressurized Water Reactor) BWR : Reaktor air didih (Boiling Water Reactor) CANDU PHWR : Canadian Deuterium Pressurized Heavy Water Reactor HTGR : Reaktor temperatur tinggi berpendingan gas (High Temperature Gas-cooled Reactor) AGR : Reaktor berpendingin gas (Advanced Gas cooled Reactor) 13 LMFBR : Reaktor pembiak berpendingin metal cair (Liquid Metal Fast Breeder Reactor) c.Reaktor Pembiak (Breeder Reactor) Reaktor pembiak menggunakan bahan bakar Uranium, tetapi tidak seperti reaksinuklirkonvensional,reaktorinimenghasilkanbahanterfisikanlebih banyakdaripadayangdigunakan.Denganreaktorpembiak,bahanbakaryang mengandungUranium-235atauplutonium-239dicampurdenganplutonium-238 agarterjadipembiakandidalamterasreaktor.Untuksetiapintiuranium-235 (atau plutonium-239) yang mengalami fisi, lebih dari satu neutron ditangkap oleh uranium-238 untuk menghasilkan plutonium-239. Jadi tumpukan bahan terfisikan dapat terus meningkat sewaktu bahan bakar nuklir mulai dikonsumsi. Diperlukan sekitar7sampai10tahununtukmenghasilkanjumlahbahanyangcukupuntuk mengisiulangreaktoraslidanuntukmenghasilkanjumlahbahanyangcukup untuk mengisi ulang reaktor asli dan untuk mengisi bahan bakar reaktor lain yang ukurannya sama. F.Kelebihan dan Kekurangan Reaktor Nuklir Reaktornuklirmerupakanperangkatuntukmemulaidanmengendalikanreaksi nuklirberantai.Reaktornuklirmenghasilkanenergi.Prosesyangterjadidalamreaktor adalahreaksifisi.Uranium-235digunakansebagaibahanbakardalamreaktornuklir. Reaksifisimembuatairmenjadipanasdanmenguap,kemudianmembuatturbin bergerakuntukmemproduksilistrik.Penggunaantenaganuklirmasihmenjadi perdebatan.Halinikarenapadapenggunaantenaganuklirterdapatkelebihandan kekuranganyangmemberikanpotensiancamanterhadaplingkungandankehidupan manusia.Adapun kelebihan energi nuklir, yaitu: 1.Menghasilkan energi dalam jumlah besar Reaksinuklirmelepaskanenergisatujutakalilebihbanyakdibandingkandengan energi air dan angin. Oleh karena itu, sejumlah besar tenaga listrik dapat dihasilkan melaluienerginuklir.Saatini,sekitar10-15%darilistrikdiduniadihasilkan melaluienerginuklir.1kguranium-235diperkirakandapatmenghasilkanenergi yang setara dengan 1500 ton batu bara. 14 2.Tidak menghasilkan gas rumah kaca Padareaktornuklir,tidakdihasilkangaskarbondioksida,gasmetana,ozon,dan kloroflorokarbon yang merupakan gas-gas yang menyebabkan terjadinya efek rumah kaca.Gasrumahkacamerupakanancamanyangmenyebabkanterjadinya pemanasan global dan perubahan iklim. Sementara itu, kekurangan dari energi nuklir, yaitu: 1.Radiasi Kebocoranradiasiadalahsalahsatukelemahanterbesardariadanyareaktornuklir. Radiasiyangdihasilkanapabilaterjadikontakdenganlingkungandapat mengakibatkan kerusakan parah pada ekosistem dan hilangnya nyawa. 2.Bahan Bakar Meskipunreaktornuklirmenghasilkansejumlahbesarenergi,reaktornuklir menggunakan uranium sebagai bahan bakar,yang merupakan bahan bakar terbatas. Setelahuraniumhabis,makareaktornuklirakanmenempatilahantersebutdan mencemari lingkungan. 3.Biaya Selainreaktornuklirakanberfungsiselamauraniummasihtersedia,adajuga kekurangandarisegibiaya.Meskipundalamreaktornuklirdihasilkanenergiyang sangatbesar,namundalampenyusunanataupembuatanreaktornuklirdibutuhkan biaya yang sangat besar pula. G.Manfaat Reaktor Nuklir Energiyangdihasilkandarireaktornuklirsangatbesar.Energiinidapat digunakan untuk berbagai kepentingan. Namun, implementasi terbesarnya adalah sebagai sumberpanasdanlistrik.Berikutbeberapamanfaatdarienergiyangdihasilkanreaktor nuklir adalah: 1.Sebagai sumber energi listrik ReaktornuklirpenghasillistrikpertamadiciptakandiAmerikapada1942,oleh Enrico Fermi. Prinsip dari pembangkit listrik tenaga nuklir mirip dengan pembangkit 15 listrikkonvensionallainnya.Perbedaannyaterletakpadamekanismepemutarturbin. Padapembangkitlistriktenaganuklir,energiyangdihasilkandarireaksifisinuklir digunakanuntukmemanaskanair.Uapyangdihasilkandigunakanuntukmemutar turbin, sama seperti pada pembangkit listrik konvensional. 2.Sumber panas bagi industri Industri-industri yang membutuhkan panas dalam jumlah yang cukup besar contohnya adalah: Industri makanan Industri kertas Industri pupuk dan bahan kimia Industri penghasil batu bara dan minyak bumi Industri penghasil dan pengolah logam 3.Sebagai sumber pemanas distrik DiNegara-negaradenganempatmusim,pemanasrumahsangatlahdibutuhkan. BeberapaNegarasepertiBulgaria,Cina,Hungaria,Romania,SwissdanSwitzerland telah menggunakan energi nuklir untuk menyediakan pemanas bagi rumah-rumah.4.Desalinasi air laut Air memiliki peran yang sangat penting bagi kehidupan. Dengan bertambahnya populasi,sertaperubahaniklimsemakinmemperbesarkebutuhanairmasyarakat. Kelangkaanairjugasudahmenjadihalyanglumrahdidaerah-daerahtertentu. Desalinasi air menyediakan alternatif penyediaan air bersih, dari air laut. Energi yang dihasilkan dari reaktor nuklir digunakan untuk menjalankan proses desalinasi, melalui metode destilasi yang membutuhkan energi panas serta listrik. 5.Sebagai sumber energi listrik alat transportasi Semakinmenipisnyaminyakbumiseagaibahanbakar,membuatsumberenergi alternatifbagialattransportasisangatdiperlukan.Beberapasumberenergialternatif yang telah ditemukan adalah energi listrik. Namun, penggunaan energi listrik sebagai sumberbahanbakahmasihmenemuikebuntuan,karenapadasaatinienergilistrik sebagianbesarmasihdihasilkandaridiesel,yangpadadasarnyaadalahproses 16 pembakaranminyakbumi.Denganreaktornuklir,dapatdihasilkansumberenergi listrikyangbesaryangdapatdigunakansebagaibahanbakaralat-alattransportasi seperti mobil, motor, kereta listrik, dan berbagai alat transportasi lainnya. 17 DISKUSI 1.Vetty Pertanyaan: -Neutron awal pada reaksi fisi dalam reaktor nuklir berasal dari mana?-Controlrodsmerupakansenyawakimiayangbereaksidenganneutron.Apakah produk dari reaksi control rods dengan neutron diproses lebih lanjut? Jawab: -Fisinuklirdapatmuncultanpaadanyapenembakanneutron,sebagaitipedari peluruhanradioaktif.Namun,padareaktornuklir,neutronawalberasaldarisuatu komponen yang mampu menyimpan partikel neutron. -Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan bahanyangdapatmenyerapneutronmisalnyaBorondanCadmium,yangbertujuan untukmengaturkerapatanneutron.Denganmengaturkerapatanneutroninidapat ditentukantingkatdayaraktornuklir,bahkanreaksidapatdihentikansamasekali (tingkatdayamencapaititik0)padasaatsemuaneutronterserapolehbahan penyerap.Perangkatpengaturkerapatanneutronpadareaktornuklirinidisebut elemenkendaliataucontrolrods.Jikaelemenkendalidisisipkanpenuhdiantara elemenbakar,makaelemenkendaliakanmenyerapneutronsecaramaksimum sehinggareaksiberantaiakandihentikandandayaserapbatangkendaliakan berkurangbilabatangkendaliditarikmenjauhielemenbakar.Reaksipenangkapan neutronolehboron-10menghasilkanpartikelalfadanlitium-7yangmerupakan partikel dengan rentang ukuran sekitar 10 mikron. 2.Desri Pertanyaan: Apakah mungkin neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi bereaksi dengan air (H2O) yang berperan sebagai moderator? Jawab: Fragmen fisi (misalnya neutron) melaju dengan kecepatan yang tinggi (mayoritas energi reaksifisiadalahenergikinetikdarifragmenfisi).Ketikaberinteraksidenganneutron, akanmenyebabkanelektron-elektrondariatombahan(dalamhalinimolekulair)akan tereksitasikeluardariorbitnya.Halinimembuatmolekulairterionisasi,yaitu terbentuknyaionpositifdanionnegatif.Prosesionisasiinimemerlukanenergidan 18 energiiniberasaldarienergikinetikneutron.Ketikaberinteraksidenganairdan menyebabkanairterionisasi,nutronakankehilanganenergikinetiknya,dangerakannya semakinmelambat.Sedangkanpasanganionpositifdanionnegatifyangterbentuk ketika dilewati oleh fragmen fisi, akan segera kembali bergabung. Proses penggabungan inimelepaskanenergiberupapanas.Dengandemikian,neutronyangdihasilkantidak bereaksi dengan air membentuk senyawa lain (misalnya deuterium). 3.Ihsan Pertanyaan: Apakahenergiyangdiperolehdarireaksifisidandaritumbukandenganmoderator besarnya tetap atau tidak? Jawab: Produk FisiJenis EnergiJumlah Energi (MeV) Produk fisiKinetik165 Neutron fisiKinetik5 Gamma fisiElektromagnetik7 Peluruhan betaKinetik7 Peluruhan gammaElektromagnetik10 NeutrinoKinetik10 Gamma tertangkapElektromagnetik7 Energi peluruhanElektromagnetik + Kinetik3 Jumlah energi yang dihasilkan200 Dalam reaktor nuklir, terjadi reaksi fisi sebagai berikut: n +

+

+ 2n + 200 MeV Besarnyaenergikinetikneutronbaruyangdihasilkanpadareaksifisimemilikienergi kinetikrata-rata5MeV.Akantetapi,besarnyaenergikinetikneutronsetelah bertumbukandenganmoderatortidaktetap,bergantungbanyaknyamolekulmoderator dalamsistemtersebut.Neutronyangmelewatimoderatorakanmendisipasikanenergi yangdimilikinyakepadamoderator.Setelahneutronberinteraksidenganmolekul-molekul moderator, energi neutron akan berkisar pada 2 MeV. 19 4.Sabila Pertanyaan: Agarterjadireaksifisiharusmemilikiambangenergi.Apakahmoderatortidak berpengaruh pada energi ambang reaksi fisi? Jawab: Energiambanguntukkarbon-12adalah4.8MeV,untukoksigen-166.4MeV.Namun untukunsuryanglebihberatmemilikienergiambangyanglebihkecil,misalnya uranium-235yangmemilikienergiambang0.04MeV.Untukbahanfertil,reaksifisi jugatermasukreaksiyangbersifatsebagaireaksiambang.Padauranium-238neutron perlu memiliki energi tertentu untuk dapat menyebabkan reaksi fisi. Energi ambang pada uranium-238untukreaksifisisekitar1.0MeV.Dengandemikian,adanyamoderator tidak terlalu berpengaruh pada energi ambang reaksi fisi uranium-235. 20 POIN-POIN TAMBAHAN Reaksi Penangkapan Neutron oleh

Uranium-235merupakansatu-satunyabahanfisilyangterdapatsecaraalami. Kandungannyadalamuraniumalamhanya0.7%,sedangkansisakandunganuranium alam mayoritas adalah uranium-238 sekitar 99.3%. Dengan reaksi penangkapan neutron, uranium-238 akan menjadi radioaktif kemudian meluruh menjadi plutonium-239 dengan reaksi sebagai berikut: Biloks U3O8 (Bahan Bakar dalam Reaktor Nuklir) Uranium atau uranium dioksida adalah salah satu bahan bakar nuklir yang banyak digunakandidalamreaktornuklir.Secarakimiauraniummempunyai4valensi,atau bilanganoksidasiyaituIII,IV,V,danVI.Darikeempatspesiesuraniumtersebutyang paling stabil terhadap udara adalah adalah U(VI) sedangkan U(IV) relatif stabil terhadap udara, di lain pihak spesies U(III) dan U(V) sangat tidak stabil terhadap oksigen di udara. Bahan Bakar Uranium-235 ReaktornuklirkonvensionalmenggunakanUranium-235sebagaibahanbakar, meskipunUranium-235terdapatdalamjumlah1%lebihsedikitdariuraniumyang terjadisecaraalami.Uranium-235digunakansebagaibahanbakardalamreaktornuklir karenaUranium-235merupakansatu-satunyabahanfisilyangterdapatsecaraalami. KebanyakanuraniumterdapatsebagaiisotopUranium-238.Uranium-238tidakdapat digunakanpadareaktornuklirkonvensional,tidakterjadireaksifisisepertiUranium-235.Untukmenggunakanuraniumsebagaibahanbakar,perludigunakanreaktor pembiak. Mekanisme kerja reaktor pembiak, antara lain: -Inti Plutonium-239 dikelilingi oleh lapisan Uranium-238.-Berlangsungnya reaksi fisi dari Plutonium-239 akan melepaskan neutron.-Neutron ini akan mengubah Uranium-238menjadi Plutonium-239.Dengankatalain,reaktoriniakanmenghasilkanbahanbakar(Plutonium-239)ketika beroperasi.SetelahsemuaUranium-238berubahmenjadiPlutonium-239,reaktorakan terisi kembali dengan bahan bakar. 21 Namun, ada beberapa masalah utama pada reaktor pembiak ini, di antaranya: -Plutonium-239 sangat bersifat toksik. -Waktuparuhmaterialsangatlama,sekitar24.000tahun.Halinimenciptakan penyelesaianmasalahyanghampirtidakmungkinjikainginmenghasilkanmaterial ini dalam jumlah banyak.-Karenasifatdasardaribijihreaktor,airtidakdapatdigunakansebagaipendingin, sehinggacairannatriumharusdigunakansebagaipendingin.Suatu kecelakan/bencana dapat terjadi karena natrium bereaksi dengan air dan udara secara reaktif. Mekanisme Kerja Control Rods Untukmengendalikanataumengaturreaksiberantaidalamreaktornuklir digunakanbahanyangdapatmenyerapneutronmisalnyaBorondanCadmium,yang bertujuanuntukmengaturkerapatanneutron.Jikaelemenkendalidisisipkanpenuh diantaraelemenbakar,makaelemenkendaliakanmenyerapneutronsecaramaksimum sehingga reaksi berantaiakan dihentikan dan daya serap batang kendaliakan berkurang bilabatangkendaliditarikmenjauhielemenbakar.Reaksipenangkapanneutronoleh boron-10menghasilkanpartikelalfadanlitium-7yangmerupakanpartikeldengan rentang ukuran sekitar 10 mikron. Interaksi H2O (sebagai Moderator) dengan Neutron Fragmen fisi (misalnya neutron) melaju dengan kecepatan yang tinggi (mayoritas energi reaksifisiadalahenergikinetikdarifragmenfisi).Ketikaberinteraksidenganneutron, akanmenyebabkanelektron-elektrondariatombahan(dalamhalinimolekulair)akan tereksitasikeluardariorbitnya.Halinimembuatmolekulairterionisasi,yaitu terbentuknyaionpositifdanionnegatif.Prosesionisasiinimemerlukanenergidan energiiniberasaldarienergikinetikneutron.Ketikaberinteraksidenganairdan menyebabkanairterionisasi,nutronakankehilanganenergikinetiknya,dangerakannya semakinmelambat.Sedangkanpasanganionpositifdanionnegatifyangterbentuk ketika dilewati oleh fragmen fisi, akan segera kembali bergabung. Proses penggabungan inimelepaskanenergiberupapanas.Dengandemikian,neutronyangdihasilkantidak bereaksi dengan air membentuk senyawa lain (misalnya deuterium).