BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Masalah energi merupakan salah satu isu penting yang

sedang hangat dibicarakan. Semakin berkurangnya sumber

energi, penemuan sumber energi baru, pengembangan energi-

energi alternatif, dan dampak penggunaan energi minyak bumi

terhadap lingkungan hidup menjadi tema-tema yang menarik

dan banyak didiskusikan. Pemanasan global yang diyakini

sedang terjadi dan akan memasuki tahap yang mengkhawatirkan

disebut-sebut juga merupakan dampak penggunaan energi

minyak bumi yang merupakan sumber energi utama saat ini.

Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber

energi minyak bumi memaksa kita untuk mencari dan

mengembangkan sumber energi baru. Salah satu alternatif

sumber energi baru yang potensial datang dari energi

nuklir. Meski dampak dan bahaya yang ditimbulkan amat

besar, tidak dapat dipungkiri bahwa energi nuklir adalah

salah satu alternatif sumber energi yang layak

diperhitungkan.

Isu energi nuklir yang berkembang saat ini memang

berkisar tentang penggunaan energi nuklir dalam bentuk bom

nuklir dan bayangan buruk tentang musibah hancurnya reaktor

nuklir di Chernobyl. Isu-isu ini telah membentuk bayangan

buruk dan menakutkan tentang nuklir dan pengembangannya.

1

Padahal, pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung jawab, dan

terkendali atas energi nuklir dapat meningkatkan taraf

hidup sekaligus memberikan solusi atas masalah kelangkaan

energi.

1.1. Definisi Nuklir

Bagi kebanyakan orang, nuklir dianggap sebagai sesuatu

yang tidak baik dan berbahaya. Dengan berlandaskan asumsi

bahwa nuklir dapat bermanfaat bagi manusia, para peneliti

dan orang-orang yang bergelut di bidang nuklir telah banyak

memberikan kontribusi bagi kemajuan pengembangan teknologi

nuklir. Di zaman ini, manusia sudah banyak melakukan

berbagai upaya dan penelitian dalam rangka pemanfaatan

energi nuklir. Berikut ini akan dibahas secara lebih

mendalam lagi mengenai berbagai pemanfaatan energi nuklir

yang telah dilakukan manusia sampai saat ini.

Nuklir adalah sebutan untuk bentuk energi yang

dihasilkan melalui reaksi inti, baik itu reaksi fisi

(pemisahan) maupun reaksi fusi (penggabungan). Sumber energi

nuklir yang paling sering digunakan untuk PLTN adalah

sebuah unsur radioaktif yang bernama Uranium. Bagaimana

caranya sebuah unsur radioaktif mampu menghasilkan panas

yang besar? Tentu saja bukan dengan dibakar. Namun melalui

reaksi pemisahan inti (reaksi fisi). Biar tidak terlalu

rumit penjelasannya, perhatikan gambar berikut :

2

Gambar 1. Reaksi pemisahan inti (reaksi fisi)

Atom uranium (U-235) (digambarkan dengan warna hitam merah

di sebelah kiri) memiliki inti yang tidak stabil ketika ada

neutron (warna hitam di paling kiri) yang ditembakkan pada

inti atom tersebut, maka inti atom uranium akan membelah

menjadi dua buah inti atom, yakni atom Barium (Ba-141) dan

atom Kripton (Kr-92) serta tiga neutron (warna hitam di

kanan).

Dalam hukum kekekalan massa-energi dinyatakan bahwa massa

atom sebelum pembelahan lebih besar dari pada massa atom

setelah pembelahan, maka selisih massa (disebut defek massa)

tersebut berubah menjadi energi panas yang besarnya sekitar

200 MeV (Mega elektron volt), ini baru satu buah inti atom.

satu gram uranium saja tentu memiliki banyak inti. Sehingga

panas yang dihasilkan pun luar biasa besar. Karena Uranium

bahan tambang, maka bentuknya juga padat

3

Gambar 2. Bahan tambang Uranium

Indonesia memiliki cadangan uranium 53 ribu ton yang dapat

dimanfaatkan sebagai bahan baku Pembangkit Listrik Tenaga

Nuklir (PLTN), yakni sebanyak 29 ribu ton di Kalimantan

Barat dan 24 ribu ton sisanya ada di Bangka Belitung.

Selain itu Papua juga diindikasikan memiliki cadangan

uranium yang cukup besar. Perkiraan bahwa Pulau Papua

menyimpan cadangan uranium atau bahan baku nuklir dalam

jumlah besar didasarkan pada kesamaan jenis batuan Papua

dengan batuan Australia yang telah diketahui menyimpan

cadangan uranium terbesar di dunia, ujarnya. Jika suatu

PLTN seukuran 1.000 MW membutuhkan 200 ton Uranium per

tahun, maka dengan cadangan di Kalimantan Barat saja yang

mencapai 29 ribu ton Uranium bisa memasok Uranium selama

145 tahun. Data ini dipaparkan oleh Deputi Pengembangan

Teknologi Daur Bahan Nuklir dan Rekayasa Badan Tenaga

Nuklir Nasional (BATAN), Dr. Djarot S Wisnubroto.

4

BAB II

TENAGA NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI

2.1. Sumber Energi di Indonesia

Seiring dengan perkembangan dunia di mana populasi

semakin bertambah, perkembangan teknologi yang semakin

pesat, dan naiknya gaya hidup di negara-negara maju, maka

dibutuhkan banyaknya sumber energi listrik. Sumber energi

di dunia yang tersedia saat ini meliputi energi batu bara,

nuklir, bensin, angin, matahari, hidrogen, dan biomassa.

Dari masing-masing jenis energi di atas, terdapat kelebihan

dan kelemahan masing-masing antara lain :

a. Batu Bara

Kelebihan : Tidak mahal bahan bakarnya, mudah untuk

didapat.

5

Kelemahan : Dibutuhkan kontrol untuk polusi udara dari

pembakaran batu bara tersebut, berkontribusi terhadap

peristiwa hujan asam dan pemanasan global.

b. Nuklir

Kelebihan   : Bahan bakarnya tidak mahal, mudah untuk

dipindahkan (dengan sistem keamanan yang ketat). Energi

yang dihasilkan sangat tinggi, dan tidak mempunyai efek

rumah kaca dan hujan asam.

Kelemahan : Butuh biaya yang besar untuk sistem

penyimpanannya, disebabkan dari bahaya radiasi energi

nuklir itu sendiri. Masalah kepemilikan energi nuklir,

disebabkan karena bahayanya nuklir sebagai senjata pemusnah

massal dan produk buangannya yang sangat radioaktif. 

c. Bensin

Kelebiha n : Sangat mudah untuk didistribusikan, mudah untuk

didapatkan, energinya cukup tinggi.

d. Matahari

Kelebihan : Energi matahari bebas untuk didapatkan.

Kelemahan : Tergantung pada cuaca, waktu, dan area. Untuk

teknologi saat ini, masih dibutuhkan area yang luas untuk

meletakkan panel surya dan energi yang dihasilkan dari

panel surya tersebut masih sangat sedikit. 

e. Angin

Kelebihan : Angin mudah untuk didapatkan dan gratis. Biaya

perawatan dan meregenerasi energinya semakin murah dari

6

waktu ke waktu. Sumber energi ini baik digunakan di daerah

pedesaan terutama pada daerah pertanian.

Kelemahan : Membutuhkan banyak pembangkit untuk

menghasilkan energi yang besar. Terbatas untuk area yang

berangin saja, membutuhkan sistem penyimpanan energi yang

mahal. Pada saat musim badai, angin dapat merusak instalasi

pembangkit listrik.

f. Biomassa

Kelebihan : Masih dalam tahap pengembangan, membutuhkan

instalasi pembangkit yang tidak terlalu besar.

Kelemahan : Tidak efisien jika hanya sedikit instalasi

pembangkit yang dibangun, berkontribusi terhadap pemanasan

global.

Dengan berdasarkan fakta di atas, dapat dilihat sumber

energi dari nuklir sangat dibutuhkan, karena terdapat

beberapa sumber energi (seperti bensin dan batu bara) yang

ketersediaannya di alam semakin sedikit, sehingga

dibutuhkan sumber energi yang baru. 

Bahan bakar nuklir adalah semua jenis material yang

dapat digunakan untuk menghasilkan energi nuklir, demikian

bila dianalogikan dengan bahan bakar kimia yang dibakar

untuk menghasilkan energi. Hingga saat ini, bahan bakar

nuklir yang umum dipakai adalah unsur berat fissil yang

dapat menghasilkan reaksi nuklir berantai di dalam reaktor

nuklir. Bahan bakar fissil yang sering digunakan adalah 235U

dan 239Pu, dan kegiatan yang berkaitan dengan penambangan,

7

pemurnian, penggunaan, dan pembuangan dari material-

material ini termasuk dalam siklus bahan bakar nuklir.

2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) menyediakan

sekitar 17 persen dari total tenaga listrik dunia. Beberapa

negara membutuhkan tenaga nuklir yang lebih besar daripada

negara lain. Di Prancis, menurut International Atomic Energy

Agency (IAEA), 75 persen tenaga listriknya dihasilkan oleh

reaktor nuklir. Jumlah pembangkit tenaga listrik di dunia

diperkirakan lebih dari 400 buah dengan 100 buah di

antaranya berada di Amerika Serikat.

8

Tabel 2.1. Status PLTN di Dunia

2.2.1. Desain PLTN

Salah satu jenis PLTN adalah Pressurized Water Reactor (PWR).

Reaktor jenis ini adalah reaktor paling umum, 230 PLTN di

seluruh dunia menggunakan jenis ini.

Gambar 3. Salah satu desain PLTN

9

Air yang bersuhu tinggi dan yang bersentuhan langsung

dengan bahan bakar Uranuim (warna merah) selalu berada di

dalam containment, containment dibuat dengan bahan struktur

yang tidak mampu ditembus oleh radiasi yang dipancarkan

saat terjadi reaksi inti. Di dalam reactor vessel juga

terdapat control rod yang berfungsi sebagai batang pengendali

reaksi inti.

BAB III

PENGGUNAAN NUKLIR UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

Secara umum yang dimaksudkan dengan PLTN adalah

pembangkit listrik tenaga nuklir yang merupakan

10

suatu kumpulan mesin yang dapat membangkitkan

tenaga listrik dengan memanfaatkan tenaga nuklir sebagai

tenaga awalnya. Sebelum melanjutkan ke prinsip kerja

dari PLTN ini, ada baiknya penyusun terangkan sedikit

tentang Proses Fisi dan Fusi Nuklir.

3.1. Proses Fisi

Proses fisi adalah proses utama pada reaktor nuklir

terjadi ketika sebuah inti bermassa berat. Pada

reaksi fisi, inti senyawa yang terangsang terbelah

menjadi dua inti massa yang lebih rendah, disebut produk

isi, dan produk ini disertai oleh dua atau tiga neutron

dan radiasi fisi gamma. Adapun tiga bahan bakar yang

dapat berfisi antara lain : Uranium-235 (U235),

Uranium-233 (U233) dan Plutonium-239 (Pu239). Ketiga bahan

bakar ini besifat radioaktif tetapi mereka mempunyai massa

paruh yang sangat lama.

3.2. Proses Fusi

Proses fusi pada dasarnya adalah sebuah anti tesis

dari proses fisi. Dalam proses fisi, inti bermasa berat

membelah menjadi inti bermasa ringan, sambil melepaskan

kelebihan energi pengikatan. Sedangkan pada reaksi fusi,

inti bermasa ringan bergabung dalam rangka

melepaskan kelebihan energi pengikatan. Jadi reaksi

fusi adalah reaksi umum yang “meminyaki” matahari dan

telah dipakai di bumi untuk melepaskan energi dalam

jumlah yang besar didalam termonuklir atau bom hydrogen.

Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah

11

sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk

inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi

nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang

bersinar, dan senjata nuklir meledak. Proses ini

membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti

nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen.

Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti

atom yang lebih berat dan netron bebas, akan menghasilkan

energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan

untuk menggabungkan mereka maka sebuah reaksi eksotermik

yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi

sendirinya. Energi yang dilepas di banyak reaksi

nuklir lebih besar dari reaksi kimia, karena energi

pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar

dari energi yang menahan elektron ke inti atom.

Contoh: energi ionisasi yang diperoleh dari

penambahan elektron ke hidrogen adalah 13.6 elektron

volt lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang

dilepas oleh reaksi Deuterium Tritium (D-T) fusion

seperti gambar di bawah ini.

Gambar 4. Reaksi D-T Fusion

12

3.3. Energi Nuklir

Di dalam inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir)

yang luar biasa besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat

dikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir.

Proses ini sangat berbeda dengan pembakaran kimia

biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu,

minyak dan batubara. Besar energi yang tersimpan (E)

di dalam inti atom adalah seperti dirumuskan dalam

kesetaraan massa dan energi oleh Albert Einstein :

E = m C

Dimana :

m : massa bahan (kg)

C : kecepatan cahaya (3 x 108 m/s).

Energi nuklir berasal dari perubahan sebagian massa

inti dan keluar dalam bentuk panas. Dilihat dari proses

berlangsungnya, ada dua jenis reaksi nuklir, yaitu

reaksi nuklir berantai tak terkendali dan reaksi nuklir

berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi

misal pada ledakan bom nuklir. Dalam peristiwa ini reaksi

nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan

panas yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom

memiliki daya rusak yang maksimal. Agar reaksi nuklir

yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi

yang dibebaskan dari reaksi nuklir tersebut dapat

dimanfaatkan, maka manusia berusaha untuk membuat

suatu sarana reaksi yang dikenal sebagai reaktor

nuklir. Jadi reaktor nuklir sebetulnya hanyalah tempat

13

dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat

dilangsungkan. Reaksi berantai di dalam reaktor nuklir

ini tentu sangat berbeda dengan reaksi berantai pada

ledakan bom nuklir.

Untuk mendapatkan gambaran tentang besarnya energi

yang dapat dilepaskan oleh reaksi nuklir, berikut ini

diberikan contoh perhitungan sederhana.

Ambil 1 g (0,001 kg) bahan bakar nuklir U235. Jumlah atom

di dalam bahan bakar ini adalah :

N = (1/235) x 6,02 x 1023 = 25,6 x 1020 atom U235.

Karena setiap proses fisi bahan bakar nuklir U235

disertai dengan pelepasan energi sebesar 200 MeV, maka

1 g U235 yang melakukan reaksi fisi sempurna dapat

melepaskan energi sebesar :

E = 25,6 x 1020 (atom) x 200 (MeV/atom) = 51,2 x 1022 MeV

Jika energi tersebut dinyatakan dengan satuan Joule (J),

di mana

1 MeV = 1.6 x

10-13 J, maka energi yang dilepaskan menjadi :

E = 51,2 x 1022 (MeV) x 1,6 x 10-13 (J/MeV) = 81,92 x 109 J

Dengan menganggap hanya 30 % dari energi itu dapat

diubah menjadi energi listrik, maka energi listrik yang

dapat diperoleh dari 1 g U235 adalah :

E listrik = (30/100) x 81,92 x 109 J = 24,58 x 109 J

Karena 1J = 1 W.s ( E = P.t), maka peralatan

elektronik seperti pesawat TV. Dengan daya (P) 100 W

dapat dipenuhi kebutuhan listriknya oleh 1 g U235 selama :

14

t = E listrik / P = 24,58 x 109 (J) / 100 (W) = 24,58 x 107 s

Angka 24,58 x 107 sekon (detik) sama lamanya dengan 7,78

tahun terus-menerus tanpa dimatikan. Jika diasumsikan

pesawat TV tersebut hanya dinyalakan selama

12 jam/hari, maka energi listrik dari 1 g U235

bisa dipakai untuk mensuplai kebutuhan listrik pesawat

TV selama lebih dari 15 tahun.

Prinsip Kerja PLTN

Proses kerja PLTN sebenarnya hampir sama

dengan proses kerja pembangkit listrik konvensional

seperti pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), yang

umumnya sudah dikenal secara luas. Yang membedakan

antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber

panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas

dari reaksi nuklir, sedang PLTU mendapatkan suplai

panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara

atau minyak bumi.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik

melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi

panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang

kelebihan neutron dalam teras reaktor akan

dibuang atau diserap menggunakan batang kendali.

Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor

daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde

ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas

hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam

15

PLTN adalah sebagai berikut :

1. Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi

sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang

sangat besar.

2. Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan

untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer

maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang

digunakan.

3. Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin

sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik).

4. Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai

untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

Secara ringkas dan sederhana, rancangan PLTN terdiri dari

air mendidih, boiling water reactor bisa mewakili PLTN pada

umumnya, yakni setelah ada reaksi nuklir fisi, secara

bertubi-tubi, di dalam reaktor, maka timbul panas atau

tenaga lalu dialirkanlah air di dalamnya. Kemudian uap

panas masuk ke turbin dan turbin berputar poros

turbin dihubungkan dengan generator yang

menghasilkan listrik.

Reaktor Nuklir adalah suatu alat dimana reaksi

berantai dapat dilaksanakan berkelanjutan dan

dikendalikan. Atau dengan kata lain reaktor nuklir

merupakan suatu wadah bahan-bahan fisi dimana proses

reaksi berantai terjadi terus menerus tanpa berhenti

atau tempat terjadinya reaksi pembelahan inti

16

(nuklir). Bagian utama dari reaktor nuklir yaitu:

elemen bakar (batang-batang bahan bakar), perisai

(perisai termal), moderator dan elemen kendali.

Bahan bakar yang digunakan didalam reaktor nuklir ada

tiga jenis antara lain :

- Uranium-235 (U235),

- Uranium-233 (U233),

- Plutonium-239 (Pu239).

Dari ketiga jenis bahan bakar diatas, yang paling sering

digunakan sebagai bahan bakar reaktor adalah Uranium-235

(U235).

Gambar 6: Reaksi berantai divergen

Reaksi fisi berantai terjadi apabila inti dari

suatu unsur dapat belah (Uranium-235, Uranium-233)

bereaksi dengan neutron termal/lambat yang akan

17

menghasilkan unsur-unsur lain dengan cepat serta

menimbulkan energi panas dan neutron-neutron baru. Untuk

mengendalikan reaksi berantai dalam reaktor nuklir maka

digunakanlah bahan yang dapat menyerap neutron,

misalnya Boron dan Cadmium. Yang bertujuan untuk

mengatur kerapatan dari neutron. Dengan mengatur

kerapatan neutron ini maka tingkat daya raktor nuklir

dapat ditentukan, bahkan reaksi dapat dihentikan sama

sekali (sampai 0) pada saat semua neutron terserap oleh

bahan penyerap. Perangkat pengatur kerapatan neutron

pada reaktor nuklir ini disebut dengan elemen

kendali. Jika elemen kendali disisipkan penuh

diantara elemen bakar, maka elemen kendali akan menyerap

neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan

dihentikan dan daya serap batang kendali akan berkurang

bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar.

Di sini pengendalian dilakukan terhadap pelepasan

dan penyerapan neutron selama berlangsungnya

reaksi berantai.

Neutron yang dilepaskan dalam suatu reaksi berantai

dapat dibagi menjadi empat kelompok, yaitu :

1. Meninggalkan material fisi.

2. Tidak berfisi, ditangkap oleh U238 membentuk Pu239.

3. Tidak berfisi, ditangkap oleh material batang kendali

(control-rod).

4. Berfisi, ditangkap oleh U239 dan U233.

Apabila jumlah nutron yang dilepaskan oleh

18

proses fisi sama dengan jumlah empat bagian nutron

diatas, maka energi panas yang dihasilkan adalah

konstan. Atau sebaliknya jika jumlah nutron yang

dihasilkan lebih kecil, maka reaksi berantai akan

berhenti. Apabila lebih besar, maka laju fisinya

naik dan menjadi tidak terkendali. Gambar dibawah

menunjukkan skema sebuah reaktor nuklir.

Gambar 7 : Skema reactor nuklir

Komponen utama reaktor nuklir antara lain :

1. Inti reactor 5. Tangki Reaktor

2. Moderator 6. Fluida Pendingin

3. Perisai Termal 7. Perisai Biologi

4. Reflektor 8. Batang-batang kendali

1. Inti reaktor : Dibuat dari batang-batang bahan

bakar yang berisi uranium alam, uranium yang dipercaya,

plutoium, atau U-233. Batang-batang bahan bakar tersebut

dapat dicampur dengan material-material tidakberfisi.

19

2.Moderator : Berfungsi untuk memperlambat kecepatan

nutron sehingga berkecepatan termal. Biasanya dibuat dari

granit yang membungkus bahan bakar, tetapi mungkin juga air

berat, air ringan (normal), atau berilium. Moderator dapat

juga dicampur dengan bahan bakar.

3. Perisai Termal : Berfungsi menyerap radiasi (parikelb ,

nutron yang Makalah PLTN2005 12 terlepas, dan sinar gamma)

yang terjadi karena proses fisi. Karena itu perisai

menyelubungi inti reaktor, biasanya dibuat dari besi,

menyerap energi dan menjadi panas.

4. Reflektor : Berfungsi untuk memantulkan

kembali nutron yang meninggalkan inti bahan bakar. Pada

gambar diatas menunjukkan bahwa tepi moderator juga

berfungsi sebagai reflektor, selain reflektor yang

diletakkan di dalam perisai termal dan menyelubungi inti

reaktor.

5. Tangki Reaktor : Berfungsi untuk membungkus seluruh inti

reaktor, reflektor dan perisai termal. Dengan demikian

tangki reaktor membentuk pula saluran untuk mengatur aliran

pendingin melalui dan mengelilingi inti reaktor.

6. Fluida Pendingin: Membawa panas yang dihasilkan dari

proses fisi untuk berbagai keperluan, antara lain sebagai

pemanas air ketel pada pusat tenaga uap. Menjaga agar bahan

bakar reaktor dan perlengkapannya ada pada temperature yang

diperbolehkan (aman dan tidak rusak).

7. Perisai Biologi : Membungkus reaktor untuk menahan dan

melemahkan semua radiasi yang mematikan sebagai akibat dari

20

proses fisi. Perisai biologi dapat dibuat dari besi, timah

hitam atau beton tebal dicampur oksida besi.

8. Batang-batang kendali: Berfungsi mengendalikan proses

fisi (pembangkitan panas) di dalam reaktor, yaitu dengan

menyerap nutron berlebihan yang terjadi dari proses fisi.

Batang-batang kendali biasanya terbuat dari boron atau

hafnium yang dapat menyerap nutron.

Gambar 8: Bentuk nyata dari inti reaktor

Gambar 9: Bentuk nyata dari batang-batang kendali

21

Jenis-jenis Reaktor Nuklir

Teknologi PLTN dirancang agar energi nuklir yang terlepas

dari proses fisi dapat dimanfaatkan sebagai sumber

energi dalam kehidupan sehari-hari. PLTN merupakan

sebuah sistim yang dalam operasinya menggunakan

reaktor daya yang berperan sebagai tungku penghasil

panas. Dewasa ini ada berbagai jenis PLTN yang

beroperasi. Perbedaan tersebut ditandai dengan perbedaan

tipe reaktor daya yang digunakannya. Masing-masing jenis

PLTN / tipe reaktor daya umumnya dikembangkan oleh

negara-negara tertentu, sehingga seringkali suatu jenis

PLTN sangat menonjol dalam suatu negara, tetapi tidak

dioperasikan oleh negara lain. Perbedaan berbagai

tipe reaktor daya itu bisa terletak pada

penggunaan bahan bakar, moderator, jenis pendinging serta

perbedaan-perbedaan lainnya.

Perbedaan jenis reaktor daya yang dikembangkan

antara satu negara dengan negara lain juga

dipengaruhi oleh tingkat penguasaan teknologi yang

terkait dengan nuklir oleh masing-masing negara.

Pada awal pengembangan PLTN pada tahun 1950-an,

pengayaan uranium baru bisa dilakukan oleh Amerika Serikat

dan Rusia, sehingga kedua negara tersebut pada saat

itu sudah mulai mengembangkan reaktor daya berbahan

bakar uranium diperkaya. Sementara itu di Kanada,

Perancis dan Inggris pada saat itu dipusatkan

pada program pengembangan reaktor daya berbahan bakar

22

uranium alam. Oleh sebab itu, PLTN yang pertama kali

beroperasi di ketiga negara tersebut menggunakan

reaktor berbahan bakar uranium alam. Namun dalam

perkembangan berikutnya, terutama Inggris dan Perancis

juga mengoperasikan PLTN berbahan bakar uranium

diperkaya.

Macam-Macam Reaktor Nuklir :

a. LWR : Light Water Reactor / Reaktor air Ringan.

b.PWR : Presured Water Reactor / Reaktor Air Tekan.

c.BWR : Boiling Water Reactor / Reaktor Air Mendidih.

d. HWR : Heavy Water Reactor / Reaktor Air Berat.

e. HTGR : High Temperatur Gas Reactor / Reaktor Gas Suhu

Tinggi.

f. LMFBR : Liquit Metal Fast Breder Reactor / Reaktor

Pembiak Cepat Logam Cair.

Berikut ini adalah beberapa keterangan yang akan

menjelaskan tentang jenis-jenis dari reaktor nuklir,

antara lain :

A. LWR (Light Water Reactor) / Reaktor air Ringan

Sebagian besar reaktor daya yang beroperasi dewasa

ini adalah jenis Reaktor Air Ringan atau LWR

(Light Water Reactor) yang mula-mula dikembangkan di AS

dan Rusia. Disebut Reaktor Air Ringan

karena H2O kemurnian tinggi sebagai bahan

moderator sekaligus pendingin reaktor. Reaktor ini

terdiri atas Reaktor Air tekan atau PWR

(Pressurized Water Reactor) dan Reaktor Air Didih atau BWR

23

(Boiling Water Reactor) dengan jumlah yang dioperasikan

masing-masing mencapai 52 % dan 21,5 % dari total

reaktor daya yang beroperasi. Sedang sisanya sebesar

26,5 % terdiri atas berbagai type reaktor daya lainnya.

b. PWR (Presured Water Reactor) / Reaktor Air Tekan

Reaktor Air Tekan juga menggunakan H2O sebagai

pendingin sekaligus moderator. Bedanya dengan Reaktor Air

Didih adalah penggunaan dua macam pendingin, yaitu

pendingin primer dan sekunder. Panas yang dihasilkan

dari reaksi fisi dipakai untuk memanaskan air pendingin

primer. Dalam reaktor ini dilengkapi dengan alat

pengontrol tekanan (pessurizer) yang dipakai untuk

mempertahankan tekanan sistim pendingin primer.

Pada pendigin primer memakai air dan dipanaskan inti

sampai 600˚F tetapi air ini tidak mendidih karena berada

didalam bejana yang bertekanan tinggi (sebesar 2250 psi).

Air in dimasukkan kedalam pembangkit uap (satu atau dua)

dengan tekanan 1000 psi, dan suhu 500˚F. Setelah melalui

turbin uap dikembalikan ke kondensor.

Sistim pressurizer terdiri atas sebuah tangki yang

dilengkapi dengan pemanas listrik dan penyemprot

air. Jika tekanan dalam teras reaktor berkurang,

pemanas listrik akan memanaskan air yang terdapat

di dalam tangki pressurizer sehingga terbentuklah uap

tambahan yang akan menaikkan tekanan dalam sistim

pendingin primer. Sebaliknya apabila tekanan dalam

sistim pendingin primer bertambah, maka sistim

24

penyemprot air akan mengembunkan sebagian uap

sehingga tekanan uap berkurang dan sistim pendingin

primer akan kembali ke keadaan semula. Tekanan

pada sistim pendingin primer dipertahankan pada posisi

150 Atm untuk mencegah agar air pendingin primer tidak

mendidih pada suhu sekitar 300 ºC. Pada tekanan

udara normal, air akan mendidih dan menguap pada suhu 100

ºC.

Dalam proses kerjanya, air pendingin primer

dialirkan ke sistim pembangkit uap sehingga terjadi

pertukaran panas antara sistim pendingin primer dan

sistim pendingin sekunder. Dalam hal ini antara kedua

pendingin tersebut hanya terjadi pertukaran panas tanpa

terjadi kontak atau percampuran, karena antara kedua

pendingin itu dipisahkan oleh sistim pipa.

Terjadinya pertukaran panas menyebabkan air pendingin

sekunder menguap. Tekanan pada sistim pendingin

sekunder dipertahankan pada tekanan udara normal

sehingga air dapat menguap pada suhu 100 ºC. Uap yang

terbentuk di dalam sistim pembangkit uap ini selanjutnya

dialirkan untuk memutar turbin.

Pada Reaktor Air Tekan perputaran sistim

pendingin primernya betul-betul tertutup, sehingga

apabila terjadi kebocoran bahan radioaktif di dalam

teras reaktor tidak akan menyebabkan kontaminasi pada

turbin. Reaktor Air Tekan juga mempunyai keandalan

operasi dan keselamatan yang sangat baik. Salah satu

25

faktor penunjangnya adalah karena reaktor ini mempunyai

koefisien reaktivitas negatif. Apabila terjadi kenaikan

suhu dalam teras reaktor secara mendadak, maka daya

reaktor akan segera turun dengan sendirinya. Namun

karena menggunakan dua sistim pendingin, maka efisiensi

thermalnya sedikit lebih rendah dibandingkan dengan

Reaktor Air Didih.

Gambar

10, Diagram Alir Reaktor Air Tekan

26

Gambar 10, Diagram Alir Reaktor Air Tekan

C. BWR (Boiling Water Reactor) / Reaktor Air MendidihReaktor jenis ini menggunakan air biasa (H2O)

sebagai moderator maupun pendinginnya, sehingga termasuk

kelompok reaktor air biasa / ringan. Pada reaktor air

didih ini, panas hasil fisi dipakai secara langsung

untuk menguapkan air pendingin dan uap yang terbentuk

langsung dipakai untuk memutar turbin. Turbin tekanan

tinggi menerima uap pada suhu sekitar 290 ºC dan tekanan

sebesar 7,2 MPa. Sebagian uap diteruskan lagi ke turbin

tekanan rendah. Dengan sistim ini dapat diperoleh

efisiensi thermal sebesar 34 %. Efisiensi thermal

ini menunjukkan prosentase panas hasil fisi yang

dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Setelah

melalui turbin, uap tersebut akan mengalami proses

pendinginan sehingga berubah menjadi air yang langsung

dialirkan ke teras reaktor untuk diuapkan lagi dan

seterusnya. Dalam reaktor ini digunakan bahan bakar U235

27

dengan tingkat pengayaannya 3-4 % dalam bentuk UO2.

Gambar 11, Diagram Alir Reaktor Air Didih

D. HWR (Heavy Water Reactor) / Reaktor Air Berat

Reaktor ini mempergunakan air berat (D2O, D =

Deuterium sebagai moderatornya. Jenis reaktor ini

sering disebut CANDU (Canada Deuterium Uranium) dan

dikembangkan oleh Atomic Energi Commission dari

28

Kanada. Bilamana pada reaktor air biasa moderator (H2O)

berada dalam sebuah bejana, pada reaktor ini

moderatornya (D2O) berada didalam pipa-pipa tekanan

yang besar (calandria). Selanjutnya dapat pula dikemukakan,

bahwa sebuah reaktor air berat uranium dioksida alam (UO2)

dapat dipakai sebagai bahan bakar. Reaktor ini menggunakan

bahan bakar uranium alam sehingga harus digunakan air

berat yang penampang lintang serapannya terhadap

neutron sangat kecil. Seperti halnya Reaktor Air

tekan, Reaktor Candu juga mempunyai sistim pendingin

primer dan sekunder, pembangkit uap dan pengontrol

tekanan untuk mempertahankan tekanan tinggi pada sistim

pendingin primer. D2O dalam reaktor candu hanya

dimanfaatkan sebagai sistim pendingin primer,

sedang sistim pendingin sekundernya menggunakan H2O.

Dalam pengoperasian reaktor Candu, kemurnian D2O

harus dijaga pada tingkat 95-99,8 %. Air berat merupakan

bahan yang harganya sangat mahal dan secara fisik

maupun kimia tidak dapat dibedakan secara langsung

dengan H2O. Oleh sebab itu, perlu adanya usaha

penanggulangan kebocoran D2O baik dalam bentuk uap

maupun cairan. Aliran ventilasi dari ruangan dilakukan

secara tertutup dan selalu dipantau tingkat kebasahannya,

sehingga kemungkinan adanya kebocoran D2O dapat diketahui

secara dini.

29

Gambar 12. Alir Reaktor Air Berat

E. HTGR (High Temperatur Gas Reactor) / Reaktor Gas Suhu Tinggi

Reaktor Gas Suhu Tinggi adalah jenis

reaktor yang menggunakan pendingin gas helium

(He) dan moderator grafit. Reaktor ini mampu

menghasilkan panas hingga 750 ºC dengan efisiensi

thermalnya sekitar 40 %. Panas yang dibangkitkan

dalam teras reaktor dipindahkan menggunakan

pendingin He (sistim primer) ke pembangkit uap.

Dalam pembangkit uap ini panas akan diserap oleh

sistim uap air umpan (sistim sekunder) dan uap yang

dihasilkannya dialirkan ke turbin. Dalam reaktor ini

juga ada sistim pemisah antara sistim pendingin

primer yang radioaktif dan sistim pendingin sekunder

30

yang tidak radioaktif. Elemen bahan bakar yang

digunakan dalam Reaktor Gas Suhu Tinggi berbentuk

bola, tiap elemen mengandung 192 gram carbon, 0,96 gram

U235 dan 10,2 gram Th232 yang dapat dibiakkan menjadi

bahan bakar baru U233. Proses fisi dalam teras reaktor

mampu memanaskan gas He hingga mencapai suhu 750 ˚C.

Setelah terjadi pertukaran panas dengan sistim sekunder,

suhu gas He akan turun menjadi 250 ºC. Gas He

selanjutnya dipompakan lagi ke teras reaktor untuk

mengambil panas fisi, demikian seterusnya. Dalam

operasi normal, reaktor ini membutuhkan bahan bakar

bola berdiameter 60 mm sebanyak ± 675.000 butir yang

diletakkan di dalam teras reaktor. Rata-rata setiap butir

bahan bakar tinggal di dalam teras selama enam bulan pada

operasi beban penuh.

Gambar 13, Diagram Alir Reaktor Gas SuhuTinggi

F. LMFBR (Liquit Metal Fast Breder Reactor) / Reaktor Pembiak

Cepat Logam Cair.

Selain yang telah dipaparkan diatas reaktor juga ada yang

31

berupa reaktor pembiak cepat logam cair (LMFBR). Sistem

dari reaktor ini adalah sejenis reaktor cepat pendingin

sodium dan programnya disempurnakan beberapa kali.

Reaktor ini adalah prototip daya 975-MWth (375 MWe)

dan berguna untuk persediaan listrik bagi kisi TVA.

Dalam sistem ini, seperti halnya dalam setiap reaktor

daya pendingin-sodium, energi fisi di transfer ke sodium

primer, dari sodium primer kesodium di dalam loop

sekunder didalam penukar gas menengah (IHX), dan

akhirnya ke sistem uap air.

DAMPAK DAN PENANGANAN DARI PEMANFAATAN NUKLIR SEBAGAI PEMBANGKIT

LISTRIK

Dampak positif adanya PLTN

Dampak positif dari adanya PLTN ini, adalah dapat

menghasilkan daya listrik yang cukup besar sehingga

pada saat terjadi beban puncak pemakaian daya listrik,

kita tidak perlu kuatir lagi akan adanya pemadaman

bergilir.

Dampak negatif adanya PLTN

Reaktor nuklir sangat membahayakan dan mengancam

keselamatan jiwa manusia. Radiasi yang diakibatkan oleh

reaktor nuklir ini ada dua, yaitu :

a. Radiasi Langsung yaitu radiasi yang terjadi bila

radio aktif yang dipancarkan mengenai langsung kulit

atau tubuh manusia.

32

b. Radiasi tak langsung adalah radiasi yang

terjadi lewat makanan dan minuman yang tercemar

zat radio aktif, baik melalui udara, air, maupun

media lainnya.

Baik radiasi langsung maupun tidak

langsung, akan mempengaruhi fungsi organ tubuh

melalui sel-sel pembentukannya. Organ-organ tubuh

yang sensitif akan dan menjadi rusak. Sel-sel tubuh

bila tercemar radio aktif uraiannya sebagai berikut:

terjadinya ionisasi akibat radiasi dapat merusak

hubungan antara atom dengan molekul-molekul sel

kehidupan, juga dapat mengubah kondisi atom itu sendiri,

mengubah fungsi asli sel atau bahkan dapat

membunuhnya.Pada prinsipnya, ada tiga akibat radiasi

yang dapat berpengaruh pada sel, antara lain :

a. Sel akan mati.

b. Terjadi penggandaan sel, pada akhirnya dapat

menimbulkan kanker.

c. Kerusakan dapat timbul pada sel telur atau

testis, yang akan memulai proses bayi-bayi cacat.

Masalah lain juga ditimbulkan oleh

limbah/sampah nuklir terhadap tingkat kesuburan tanah

limbah/sampah nuklir merupakan semua sisa bahan

(padat atau cair) yang dihasilkan dari proses pengolahan

uranium, misalnya sisa bahan bakar nuklir yang tidak

digunakan lagi, dan bersifat radioaktif, tidak bisa

dibuang atau dihilangkan seperti jenis sampah domestik

33

lainnya (sampah organik dan lain-lain.) Sampah nuklir ini

harus ditimbun dengan cara yang paling aman. Hal yang

saat ini dapat dilakukan oleh manusia hanyalah

menunggu sampai sampah nuklir tersebut tidak lagi

bersifat radioaktif, dan itu memerlukan waktu ribuan

tahun.

Selain itu ada 3 metode lain yang dapat

digunakan untuk membuang limbah radioaktif yaitu:

1. Pengenceran dan penyebaran (Dilute and Disprese):

Limbah dengan konsentrasi rendah dilepas ke udara,

air atau tanah untuk diencerkan atau dilarutkan sampai

ke tingkat yang aman.

2. Penundaan dan Perusakan (Delay and Decay): Dapat

digunakan untuk limbah radioaktif dengan waktu

paro (half-lives) relatif singkat. Zat-zat tersebut

disimpan dalam bentuk cair atau lumpur di dalam

tangki. Setelah 10-20 kali waktu paronya, zat-zat

tersebut mengalami perusakan atau pmbusukan ke

tingkat yang tidak berbahaya atau kemudian

dapat diencerkan dan disebarkan ke lingkungan.

3. Konsentrasi dan Pengepakan (Concentration and

Containment): digunakan untuk limbah radioaktif yang

sangat toksik dengan dengan waktu yang panjang.

Limbah tersebut harus disimpan dalam puluhan,

ratusan bahkan ribuan tahun, tergantung dari

komposisinya. Zat-zatnya tidak hanya sangat radioaktif

tapi juga bersuhu yang sangat panas.

34

35