reaktor nuklir

Prof. Dr. Zaki Su’udKK Nuklir danBiofisika

ITB

Pengenalan IPTEK Nuklir RISTEK -

9 10 November 2011

UGM

PendahuluanKetidakstabilan harga minyak, Batubara, Gas, dll.

Problem pemanasan globalProblem polusi lingkungan

Peranan harga energi pada daya saing

KomposisiEnergi untukketahanan energi nasionalPLTN merupakan alternatif

produk industri

sumber energi yang f leksibel

dan kompetitif serta ramah lingkungan dan biasanya dijadikan beban dasar bersamaBatubara dan Panas BumiPengenalan IPTEK Nuklir RISTEK -

UGM9 10 November

2011

Sumber: http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/world.htmlPengenalan IPTEK Nuklir RISTEK - UGM9 10 November 2011

http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/world.html






























Ilustrasi Volume Batubara untukkebutuhan pulau Jawa

500 MWt power plant

satu tahun

Kebutuhan listrik Jawa Bali saat ini(MWt)

Jumlah unit 500 Mwe PLTU

konsumsi harian per unit

Konsumsi tahunan per unitKonsumsi total tahunan pulau Jawa(ton)

Jumlah Colt diesel (masing-masing 5 ton)Panjang total jalan (masing-masing 10m)

16,000.00 MWt

32.00 unit9,000.00 ton

3,240,000.00 ton

103,680,000.00 ton

20,736,000.00 unit207,360.00 km

5 kali keliling bumi

Pengenalan IPTEK Nuklir RISTEK9 10 November 2011

- UGM

Peraturan Presiden No. 5 – 2006(National Energy Policy)

••

•

•

•

•

•

Komposisi energi Nasional

Minyak kurang dari 20% Gas alam lebih dari 30% Batubara lebih dari 33% Biofuel lebih dari 5%

Geothermal lebih dari 5%

tahun 2025

:

New/alternative energies (nuclear, biomass,

wind,solar, etc.) lebih dari 5%

Coal liquifaction dll lebih dari 2%

Pengenalan IPTEK Nuklir RISTEK - UGM

9 10 November 2011

•

Menteri Kehutanan Indonesia telah mengumumkanbahwa jutaan hektar 'hutan baru' bakal ditanam.

Tujuannya adalah untuk membantu negara memenuhi komitmen Presiden Susilo Bambang Yudhoyono (SBY] untuk memangkas tingkat emisi gas rumah kaca sebesar 26% pada tahun 2020. Tetapi perluasan penanaman pohon secara besar-besaran itu dapat merugikan ketimbang bermanfaat bagi masyarakat setempat dan juga bagi iklim.Setengah juta hektar hutan baru akan ditanam setiap tahun mulai sekarang hingga 2020 dengan biaya Rp 2,5 triliun (USD$269 juta) per tahun, menurut Menteri Kehutanan Zulkifli Hasan. Ia mengatakan bahwa Indonesia dapat menambah tutupan hutan hingga 21 juta hektar pada tahun 2020 (lihat tabel 1).1

Secara resmi, terdapat 130 juta hektar hutan di Indonesia, tetapi menurut pengakuan menteri kehutanan itu sendiri, hanya 48 juta hektar yang berada dalam kondisi baik.2

Pada bulan September tahun lalu, Presiden SBY berjanji bahwaIndonesia akan mengurangi emisi sebesar 26% dari proyeksi'aktivitas seperti biasa' (business as usual) pada tahun 2020 . Ia mengatakan bahwa pengurangan itu dapat mencapai 41% dengan dukungan internasional.3

http://www.downtoearth-indonesia.org/id/story/indonesia-mempersiapkan-perluasan-perkebunan-tanaman-sebagai-strategi-penurunan-emisi

Pengenalan IPTEK Nuklir RISTEK - UGM9 10 November 2011

http://www.downtoearth-indonesia.org/id/story/indonesia-mempersiapkan-perluasan-perkebunan-tanaman-sebagai-

















































































TYPICAL PWR(gambar dari Web site NRC)

COMPONENT

Pengenalan IPTEK Nuklir RISTEK - UGM9 10 November

2011

Prinsip kerja reaksi fisi berantai


Prinsip Kerja Reaktor Nuklir: Reaksin

Diserap tak produktif

fisi berantain

Fisiberikutnya

FP1

FP2

n

U-235

Diserap takproduktif

nn

Keluar terasPengenalan IPTEK

Nuklir9 10 November 2011

RISTEK - UGM

Perbandingan Energi Nuklir dengan Energi Kimia

C + O2 • CO2 + 4 ev

U-235 + n FP1 + FP2 + v n + 200.000.000

• ev

1 gram U-235 = 1/235x6,02x1023x200Mev

= 8.197x1010 Joule= 8.197x1010/24/3600=0,949x106

watt day~ 1 Mwday

1 kg uranium setara dengan 1000 – 2000 tonbatubara


•

•

r RISTEK - UGM

SISTEMPENGONTROLBATANG KENDALIREAKTOR

Pengenalan IPTEK Nukli9 10 November 2011

From DOE WEB SitePengenalan IPTEK Nuklir RISTEK - UGM9 10 November 2011

Pembelajaran penting dari kecelakaanTMI II dan Chernobyl Margin keselamatan harus dibuat sedemikian sehingga

sekalipun ada kesalahan beruntuntas(termasukkemungkinan sabotase) tidak memicu kecelakaan fatalyang mengancam integritas teras reaktor

Semua komponen balikan reaktivitas (reactivity feedback harus dirancang negatif )Pengungkung standar barat mutlak diperlukan. Pada kecelakaan TMI II pengungkung ini yang menahan bahan radioaktif sehingga radiasi ke lingkungan relatif kecil dan tak ada korban jiwa

Tidak boleh ada ekses reaktivitas yang terlalu besar, harus diatasi dengan kontrol reaktivitas pasif (burnable poison)


Pembelajaran penting dari kecelakaanTMI II dan Chernobyl (2) Waktu pemeliharaan merupakan waktu kritis yang

perlupengawasan lebih ketat dari badan regulasi

Perlu akses ke masyarakat yang relevan tentang keadaanPLTN setiap saat

Masyarakat harus diberi tahu segala kemungkinan resiko yang ada serta metoda mitigasinyaAplikasi sistem keselamatan pasif/inheren sangat relevan


Keselamatan inheren pada PLTN

Benteng terakhir untuk mencegah kecelakaan fatal hanyamengandalkan hukum alam, tak memerlukan komponenaktif atau tindakan operator untuk mengaktif kannya

Misal untuk mengambil panas sisa (decay heat) seperti pada kasus Fukushima maka digunakan sirkulasi alamiah baik untuk pendingin biasa ataupun udara di sekitar sehingga tak tergantung keberadaan listrikEfek Doppler pada reaksi inti dapat dan sejenisnya dapat digunakan untuk mencegah terjadinya kecelakaan seperti Chernobyl


PLTN Berpendingin air

Mengupayakan sistem untuk dapat mencegah kekurangan pendingin dengan menyediakan stock pendingin dalam jumlah sangat besar serta mengunakan mekanisme alamiah pasif dalam proses switching pengaktivannya (konsep PIUS)Penambahan boron untuk memungkinkan pasif shutdown yangberbasis hukum-hukum dasar f luida

Pengembangan konsep PLTN moduler tipe integral dengan pembangkit uap (SG) berada di dalam pressure vessel. Dengan demkian pipa-pipa besar dengan pressure tinggi yang rawan memicu LOCA besar dapat dihindari (Contoh pada IRIS)Sistem sirkulasi alamiah untuk membuang decay heat maupun untuk menggantikan peran pompa utama (terutama di reaktor kecil moduler)Sistem kontrol reaktivitas pasif untuk menghindari kecelakaan seperti Chernobyl


Westing House didukung oleh Politechnico di

Milano,Ansalso Energia,Universita di Pisa-Italia,

CNEN-Brazil, ENSA-Spanyol,MIT-USA,Tokyo Tech-

Japan, University of Zangreb, Croatia, dll.


Deskripsi Umum

Moduler 335 Mwe, PWR

Konsep: “Safety-by-Design”TM

Target untuk penggunaan jangka pendek Dikembangkan oleh Westing House didukung oleh 21 organisasi dari 10 negaraTipe Integral: Teras (bagian inti) reaktor, sistem batangkendali, ref lektor, pembangkit uap, pengatur tekanan air semua berada dalam bejana reaktor

Mengimplementasikan keselamatan mandiri (inheren) Pereoda maintenance teras: 48 bulan


Deskripsi Umum(lanjutan)

Mengkapitalisasi teknologi yang telah teruji dari

Mengeleminasi kemungkinan LOCA(pecah pipa berukuran besarSirkulasi Alamiah (aliran pendingin tanpa

LWR

dll)

memerlukan pompa) dioptimalkan terutama untukmembuang panas sisa (lihat kasus Fukushima)

Memiliki cadangan air dalam djumalh besar di BejanaReaktor


PLTN Berpendingin Gas Mengembangkan sistem moduler yang memiliki

kemampuan inherent safety dengan mengandalkanreaktivitas Dopler yang sangat negatif untuk prosespemadaman reaktor secara pasif dalam keadaankecelakaan

Bahan bakar di kemas dalam partikel-partikel kecil ang dibungkus sejumlah lapisan khusus yang dapat menahan terlepasnya bahan radioaktif ke lingkungan saat terjadi kecelakaan parahMerancang sistem agar dapat membuang panas dengan radiasi ke pinggir saat terjadi kecelakaan hipotetis pecahnya sistem pendingin


High Temperature Gas CooledReactors(HTGR) Mampu menahan bahan

radioaktif untuk tidakkeluar bahan bakar sampaisuhu 2000oC.

Memiliki kemampuan bertahan terhadap berbagai kecelakaan parah secara mandiri (inheren) tanpa perlu bantuan dari operator ataupun peralatan elektronik


- UGM

Teras dan bahan bakar reaktor gastemperatur tinggi (HTGR)

Pengenalan IPTEK Nuklir9 10 November 2011

RISTEK - UGM

PBMRReaktor gasyangekonomisdan sangataman


PLTN Berpendingin Logam Cair Mengembangkan kemampuan inherent safety dengan

memanfaatkan mekanisme feedback Doppler, Fuel AxialExpansion, Core Radial Expansion, dan Coolant Density Effect

Menggunakan kemampuan sirkulasi alamiah yang tinggi untuk membuang panas secara pasif saat terjadi kecelakaan termasuk untuk membuang decay heatMengembangakan sistem pembuangan panas berbasis sirkulasi alamiah udara di luar pressure vessel (RVACS-pendingin alternatif tanpa perlu pompa)Mengembangkan konsep “Zero burnup reactivity swing” untuk mengeleminir kemungkinan kecelakaan super prompt seperti di Chernobyl analogi pencegahan lepas kendali mobil akibat pedas gas tersangkut – kasus Toyota


Keselamatan inheren berbasis umpan balikreaktivitas

:Efekperubahandensitaspendingin


Keselamatan inheren berbasis umpan balikreaktivita

s: Koefisien Ekspansi Radial

Teras

(CoreRadial Expansion)

Merupakanfeedback pentingpada reaktorberpendinginlogam cair(LMFBR)

Pada saat terjadi kenaikan daya atau gangguan fungsi pendingin akan

terjadi kenaikan suhu pendingin dan teras terutama bagian atas menyebabkan ekspansi teras bagian atas yang lebih dominan kebocoran netron lebih besar feedback negatif


Keselamatan inheren

berbasis umpan balik reaktivitas :

Koefisien Ekspansi Aksial Bahan

bakar (Fuel Axial Expansion)

LowTemperature

Pada saat bahan bakar mengalamikenaikan suhu maka ia mengalamiekspansi aksial yang menyebabkandensitas atom bahan bakar berkurangfeedback negatif

• High Temperature


Reaktor Cepat berpendingin Pb/Pb-Bi yangsangat aman Menggunakan bakar bakar lanjut jenis nitrida,

marginkeselamatan lebih tinggi

Margin temperatur sampai ke titik didih sangat besar Bisa bertahan terhadap berbagai kecelakaan parah secara mandiri dengan menggunakan mekanismeumpan balik temperatur

Sistem lebih sederhana dengan pembangkitdiletakkan dalam bejana reaktor

uap


Mengapa Energi Nuklir? PLTN merupakan alternatif

sumber energi yang f leksibel dan kompetitif serta ramahlingkungan dan biasanya dijadikan

bebandasar bersama Batubara dan Panas Bumi

Terlepas dari 3 kecelakaan besar yang ada(termasuk Fukushima) angka korban relatif paling kecil

Bebas gas rumah kaca pemanasan global


Biaya Investasi

Biaya bahan bakarNUKLIR BATUBARA

Pengenalan IPTEK Nuklir9 10 November 2011

RISTEK - UGM

Table 4.1b: Country-by.country data on electricity generating costs for mainstream technologies(at 10% discount rate)

NlIClear"

I""est.COlts

COSI

1"--1=FUel &cartlon

flHll &carbon

O&MO&M lCOElCOE costsTlICnnDlocY

TlICIll\OtoCYUSD/MWn USOIMWh

:~I

92.61- 1.20 9.33 oj(S~Ii'll Sl

39.3039.23

l:f"

~.O1~

I I ! I I I I !

'.4.74 9.33 ~1JUIA .53

141;I

~ ClOClCl .~O

,!.4'.97

l~

~ IGce f=

WI;~.

::l!'-:L~110,\

1 ~10~.

105.07

?') ?~22.81

~,

-~

.•', IF)

1 1-

"I( ~~%- 1 ~41

~~:~,4

~i4_~ lis~.27

I

a'FBC and CC{Sl

I 67.06 I :6.00 I 9.33 I 92.38 I I I I

;it PC c i~PC Cwj

"oCC;[ "DCI'o'/C~Sj

i[56:1

12. ;7

20.14..).120. '0

).24.81.38.51

8.50 9.33 '''.10

~~

~GARY1 '~5.4I 9~18 1I 'cO!

.1 1 I 1 I

,I'TALYI I ! I 1 I

9.3310.:'0 76.46 lok 4: .49 .49 107.031 !j(}.63 I I I I ~I~~I UI'It·;. APR·l ~

II

II

~3.

I I

:':'.:'7:'4.2B

I 74.25I 11.32

II

i:IU.UT I25.24 I

].' 1.42B.95

:4.42

cs.oo

~7.

JI

48.38 I,~K1"1:.:1;:"2.GB I BkPee I


- UGMISBN978·92·64-08430·8COECD2010

Pengenalan IPTEK Nuklir RISTEK - UGM

Data Perbandingan Kecelakaan Fatal Sistem Energi

Negara Maju

Negara Berkembang

PLTUBatubaraPLTG gasPLTA air

PLTNnuklir

9 10 November 2011

KECELAKAAN BESAR Sistem energi di Dunia

Place

Machhu II, India

Hirakud, India

Ortuella, Spain

Donbass, Ukraine

Israel

Guavio, Colombia

Nile R, Egypt

Cubatao, Brazil

Mexico City

Tbilisi, Russia

northern Taiwan

year

1979

1980

1980

1980

1982

1983

1983

1984

1984

1984

1984

number killed

2500

1000

70

68

89

160

317

508

498

100

314

comments

hydro-electric dam failure


gas explosion

coal mine methane explosion

gas explosion


LPG explosion

oil fire

LPG explosion

gas explosion

3 coal mine accidents


List of MAJOR ACCIDENT IN ENERGY SYSTEMChernobyl, Ukraine

Piper Alpha, North Sea

Asha-ufa, Siberia

Dobrnja, Yugoslavia

1986

1988

1989

1990

1991

1991

1992

1993

1994

1994

1994

1995

1995

31+

167

600

178

147

116

272

200

580

500

90

70

100

nuclear reactor accident

explosion of offshore oil platform

LPG pipeline leak and fire

coal mine

coal mine


coal mine methane explosion

coal mine

fuel depot hit by lightning

oil fire

coal mine

coal mine

oil & gas explosion

Hongton, Shanxi,

Belci, Romania

Kozlu, Turkey

Cuenca, Equador

Durunkha, Egypt

Seoul, S.Korea

China

Minanao, Philippines

Dhanbad, India

Taegu, S.Korea

Pengenalan IPTEK9 10 November 2011

Nuklir RISTEK - UGM

List of MAJOR ACCIDENT IN ENERGY SYSTEM

Spitsbergen, Russia

Henan, China

Datong, China

Henan, China

Fushun, China

Kuzbass, Russia/Siberia

1996

1996

1996

1997

1997

1997

1997

1997

1997

1998

1998

1998

1999

141

84

114

89

68

67

89

45

43

63

71

500+

50+

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

methane

methane

methane

methane

methane

methane

methane

methane

methane

methane

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

Huainan,

Huainan,

Guizhou,

China

China

China

Donbass, Ukraine

Liaoning, China

Warri, Nigeria

Donbass, Ukraine

oil pipeline leak and fire

coal mine methane explosionPengenalan IPTEK Nuklir RISTEK -

UGM9 10 November 2011

List of MAJOR

Donbass, Ukraine

Shanxi, China

ACCIDENT IN ENERGY SYSTEM

2000

2000

2000

2002

2003

2004

2004

2004

2004

2005

2005

2005

2005

80

40

162

115

234

47

36

148

166

215

83

102

164

coal

coal

coal

coal

gas

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

coal

mine

mine

mine

mine

methane

methane

methane

methane

explosion

explosion

explosion

explosion

Muchonggou, Guizhou,

Jixi, China

Gaoqiao, SW China

Kuzbass, Russia

Donbass, Ukraine

Henan, China

China

well blowout with H2S

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

mine

methane

methane

methane

methane

methane

methane

flooding

methane

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

explosion

Chenjiashan, Shaanxi, China

Sunjiawan, Liaoning, China

Fukang, Xinjiang, China

Xingning, Guangdong, China

Dongfeng, Heilongjiang, ChinaPengenalan IPTEK9 10 November 2011

explosionNuklir RISTEK - UGM

TERRA POWER PROJECT Didirikan oleh yayasannya Bill

Gates untuk mengentaskankemiskinan dunia

Setelah mengkaji semua potensi sumber energi yang ada mereka memutuskan bahwa untuk saat ini sampai 50 tahun ke depan mereka harus memanfaatkan PLTN khusus yang dapat menggunakan secara langsung Uranium alam (Breed and Burn, CANDLE, ModifiedCANDLE) dan minim limbah

Mereka merencanakan tahun 2015 untuk mulai mengoperasikan reaktor ini dan telah mulai agresif memasarkan terutama ke Cina dan mendapat sambutan positif


STATUS PLTN Saat ini

- UGM

KESIMPULAN Semua sumber energi di Indonesia harus dimanfaatkan

secara maksimal seekonomis mungkin namun denganstandar keselamatan yang tinggi untuk memenuhikebutuhan energi nasional yang sangat besar

Perkeembangan teknologi PLTN telah sedemikian pesat pasca kecelakaan Chernobyl sehingga telah dapat dihasilkan PLTN yang memiliki kemampuan keselamatan mandiri /inheren/sangat aman dan ekonomis serta sangat ramah lingkunganSemua sistem energi memiliki resiko, dan data- datamenunjukkan bahwa resiko energi nuklir paling kecil dibandingkan sumber energi air, batubara, minyak, gas, dll.


reaktor nuklir

Engineering