Makalah; Reaktor NuklirSONI SETIAWAN 

BAB I

PENDAHULUAN

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal

dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama dari reaktor nuklir yaitu:

elemen bakar, batang kendali, moderator, pendingin dan perisai. Reaksi fisi berantai

terjadi apabila inti dari suatu unsur dapat belah (Uranium-235, Uranium-233)

bereaksi dengan neutron termal/lambat yang akan menghasilkan unsur-unsur lain

dengan cepat serta menimbulkan energi kalor dan neutron-neutron baru.

Reaktor nuklir berdasarkan fungsinya dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu:

1. Reaktor Penelitian/Riset

2. Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/PLTN)

Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan radiasi neutron yang

dihasilkan dari reaksi nuklir untuk keperluan berbagai penelitian dan produksi

radioisotop. Sedangkan kalor yang dihasilkan dirancang sekecil mungkin, sehingga

dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan kalor pada reaktor dilakukan dengan

sistem pendingin yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin

sekunder. Kalor yang berasal dari teras reaktor dibawa ke sistem pendingin primer

kemudian dilewatkan melalui alat penukar kalor dan selanjutnya kalor dibuang ke

lingkungan melalui sistem pendingin sekunder. Perlu diketahui bahwa pada alat

penukar kalor sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder tidak terjadi

kontak langsung antara uap/air yang mengandung radiasi dengan air pendingin yang

dibuang ke lingkungan. Pada raktor daya yang dimanfaatkan adalah uap panas

bersuhu dan bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk memutar

turbin, sedangkan neutron cepat dihasilkan diubah menjadi neutron lambat untuk

berlangsungnya reaksi berantai dan sebagian lagi tidak dimanfaatkan. Reaksi fisi

berantai hanya terjadi apabila neutron termal/lambat mampu menembak Uranium-

235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Cara

mengubah neutron yang berkecepatan tinggi menjadi neutron berkecepatan rendah

(neutron lambat) adalah dengan menumbukkannya pada inti atom hidrogen dalam

air. Jadi air di dalam kolam reaktor ini berfungsi sebagai pemerlambat (moderator),

sebagai pendingin dan juga sebagai perisai radiasi. Beberapa bahan pada umumnya

yang dipergunakan sebagai bahan pendingin reaktor nuklir adalah air ringan (H2O),

air berat (D2O), gas dan grafit.

Diketemukannya reaksi pembelahan nuklir oleh sarjana-sariana Jerman Otto Hahn

dan Fritz Straussman pada bulan Januari tahun 1939 telah membuka pintu bagi

perkembangan tenaga nuklir. Adapun permulaan zaman tenaga nuklir

sesungguhnya terjadi kira-kira tiga tahun kemudian yaitu ketika sekelompok sarjana

di bawah pimpinan Enrico Fermi dapat membuktikan bahwa reaksi pembelahan

nuklir berantai dapat dilaksanakan dan lebih penting lagi yaitu bahwa reaksi

tersebut dapat dikendalikan. Percobaan Fermi dengan reaktor nuklir yang pertama

dimulai pada tanggal 2 Desember 1942 di sebuah laboratorium sederhana di bawah

stadion Universitas Chicago. Percobaan tersebut terutama dimaksudkan untuk

menunjang program persenjataan nuklir Amerika Serikat selama perang dunia ke-2.

Sesudah perang dunia ke-2 selesai, gagasan untuk memanfaatkan tenaga nuklir

guna maksud-maksud damai mulai berkembang. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

yang pertama di Amerika Serikat mulai bekerja bulan Desember 1957 di

Shippingport, Pennsylvania. Sejak itu, berpuluh-puluh PLTN lain mulai dibangun dan

mulai membangkitkan tenaga listrik untuk maksud-maksud damai. Dalam akhir

tahun 1960-an, mulai dibangun PLTN yang berukuran besar dan mampu

membangkitkan tenaga listrik secara ekonomis. Sejak tahun 1967, pesanan-pesanan

PLTN mulai melonjak tidak saja di Amerika Serikat tetapi juga di negara-negara lain

di seluruh dunia.

BAB II

REAKSI FISI DAN FUSI

REAKSI FISI

Reaktor tak lain adalah tempat bereaksi. Dalam hal ini, pengertian sehari hari yang

dipakai ialah reaksi inti. Reaksi fisi adalah suatu reaksi pembelahan, yang

disebabkan oleh neutron yang secara umum dapat ditulis sebagai:

X + n ——> X1 + X2 + (2 – 3) n + E.

Beberapa hal yang perlu diketahui dalam jenis reaksi tersebut adalah:

1). X disebut inti bahan fisil (fisile material), yang secara populer disebut “bahan

bakar” karena dalam reaksi ini dibebaskan sejumlah energi. Hanya beberapa inti

dapat bereaksi fisi yaitu 238U, 235U, 233U dan 239Pu di mana kedua unsur terakhir

merupakan unsur buatan manusia karena tidak terdapat di alam sebagai hasil dari

reaksi inti-inti 232Th dan dan 238U dengan neutron.

2). Keboleh jadian suatu inti berfisi dinyatakan dengan ?f (fission microscopic cross

section = penampang fisi mikroskopik), di mana besaran tersebut tergantung dari

energi neutron yang bereaksi dengan suatu inti-tertentu. Sebagai contoh dapat

disebutkan bahwa nilai ?f 238U besar pada energi neutron rendah (termal) tetapi

kecil pada energi tinggi. Sebaliknya nilai ?f 238U kecil pada saat neutron berenergi

besar. Untuk 239Pu dan 233U mempunyai ?f besar pada energi tinggi, oleh karena

itu bahan ini digunakan sebagai bahan bakar pada reaktor cepat.

3). Dari reaksi dihasilkan dua inti baru sebaga hasil fisi, X1 dan X2 yang berupa inti-

inti yang tidak stabil. Untuk menjadi stabil inti-inti tersebut meluruh (decay) dengan

mengeluarkan sinar-sinar maupun partikel.

4). Adanya neutron-neutron baru yang dihasilkan dari reaksi inti tersebut dapat

melanjutkan reaksi fisi hingga mungkin terjadi reaksi berantai, dan pada keadaan

tertentu bila tidak dikendalikan maka reaksi berantai ter¬sebut dapat menjadi suatu

ledakan. Reaksi nuklir yang tidak terkendali merupakan prinsip kerja bom nuklir.

Neutron yang dihasilkan oleh fisi mempunyai energi yang tinggi, ? 2 MeV, jika fisii

diharapkan terjadi pada En rendah (energi termal 0,025 eV), maka neutron yang

baru lahir tersebut harus diturunkan energinya dahulu dengan jalan hamburan-

hamburan. Di dalarn reaktor neutron mempunyai kemungkinan-kemungkinan untuk:

a. diserap tanpa menimbulkan fisi

b. diserap mengakibatkan fisi

c. hilang dari sistim

d. hamburan

Jadi penurunan energi neutron berkompetisi dengan kemungkinan¬kemungkinan

yang lain, dan untuk dapat menghitung masing-masing kemungkinan perlu diselidiki

mekanisme reaksi masing-masing.

5). Reaksi fisi mengeluarkan energi total E, sebesar 200 MeV. Dengan

meng¬gunakan data konversi satuan dan data fisika, dapat dihitung bahwa bila

semua inti-inti 1 gram uranium melakukan fisi maka kalor yang dikeluar¬kan setara

dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 ton batu bara. Jelas dari gambaran

tersebut bahwa, kalor yang dikeluarkan dari reaksi inti sangat besar.

Telah dijelaskan bahwa reaktor yang lazim dipakai saat ini bekerja atas dasar reaksi

fisi (pemecahan) inti atom. Sebagai bahan bakar umumnya digunakan Uranium

235U yang kandungannya telah diperkaya. Uranium alam mempunyai kandungan

235U hanya sekitar 0,7 persen, selebihnya adalah 238U. Untuk memecah inti isotop

Uranium digunakan neutron lambat (‘thermalneutron’). Uranium yang menangkap

neutron segera menjadi tidak stabil. Inti Uranium yang tidak stabil hanya dapat

bertahan selama kurang lebih sepertriliun detik (10-12 detik) sebelum mengalami

proses fisi menjadi inti-inti X1 dan X2 serta sekitar dua sampai tiga neutron yang

siap untuk memecah inti 235U lainnya. Kemudian ketiga neutron tadi diserap oleh

inti-inti isotop Uranium lain, tiga proses yang sama akan terjadi dengan produksi

akhir sekitar sembilan neutron. Proses berulang-ulang ini dinamakan reaksi berantai

(‘chain reaction’) yang merupakan prinsip kerja reaktor. Pada setiap proses

pemecahan tadi, inti atom akan melepaskan energi yang sesuai dengan hilangnya

jumlah massa inti-inti di akhir proses rumus E=mc2. Jadi jumlah energi yang

dihasilkan akan sebanding dengan banyak proses yang terjadi dan sebanding

dengan jumlah neutron yang dihasilkan.

Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan

bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan

untuk mengatur populasi neutron. Dengan mengatur populasi neutron ini dapat

ditentukan tingkat daya raktor, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat

daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap.

Perangkat pengatur populasi neutron pada reaktor ini disebut batang kendali. Jika

batang kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka batang kendali akan

menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan

daya serap batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi

elemen bakar.

Reaksi Fusi

Proses reaksi fusi adalah kebalikan dari reaksi fisi seperti arti harfiahnya, proses ini

merupakan reaksi penggabungan dua inti menjadi inti lain yang lebih besar. Reaksi

jenis ini tidak terjadi secara alamiah di permukaan bumi, namun merupakan prinsip

kerja pembakaran Hidrogen di pusat matahari serta bintang-bintang. Sebenarnya,

banyak tipe reaksi fusi yang dapat terjadi di matahari yang sering disebut siklus

proton-proton, mulai dari penggabungan dua inti Hidrogen menjadi inti Deuterium

hingga penggabungan inti Deuterium dan inti Tritium. Kebanyakan reaksi ini

membutuhkan kondisi tertentu yang hanya terdapat di dalam inti matahari ataupun

bintang-bintang, misalnya tekanan yang sangat tinggi. Di dalam inti matahari,

tekanan yang sangat tinggi dihasilkan oleh gaya gravitasi. Gaya gravitasi pada pusat

matahari haruslah sangat besar untuk mempertahankan strukturnya, mengingat

komposisi matahari kebanyakan terdiri dari gas Hidrogen. Reaksi fusi di dalam teras

reaktor membutuhkan Deuterium dan Tritium sebagai bahan bakar, yang jika

bergabung pada kondisi tertentu akan menghasilkan inti Helium yang stabil disertai

sebuah neutron yang membawa sebagian besar energi hasil fusi. Saat ini, Deuterium

bukan merupakan masalah, sebab tersediaannya di alam boleh dikatakan tak

terbatas. Deuterium dapat diekstraksi dari air biasa, untuk setiap satu meter kubik

air dapat diperoleh sekitar 200 gram Deuterium. Berlainan dengan Deuterium,

Tritium bersifat radioaktif. Tritium alam sangat jarang dijumpai. Untungnya, Tritium

dapat dihasilkan melalui proses ‘breeding’ dengan menggunakan sebagian kecil

neutron hasil reaksi fusi serta dua jenis isotop Litium yang terdapat di alam, yaitu

Litium-6 dan Litium-7. Litium-6 dapat menangkap neutron cepat dan neutron lambat,

sedangkan Litium-7 hanya menangkap neutron cepat. Litium yang menangkap

neutron akan pecah menjadi Tritium serta Helium.

Reaktor Fusi

Banyak masalah yang harus dipecahkan sebelum reaktor fusi dapat digunakan

secara komersil. Untuk menggabungkan inti Deuterium dengan Tritium, gaya tolak-

menolak (‘repulsive’) akibat muatan positif kedua inti harus diatasi. Cara yang paling

mungkin adalah dengan menaikkan suhu kedua inti hingga energi kinetiknya dapat

mengatasi gaya ‘Coulomb’ tadi. Masalahnya, untuk mengatasi gaya ini dibutuhkan

suhu jutaan Celsius! Suhu setinggi ini tidak aneh jika kita melihat suhu inti matahari

dimana proses fusi dapat dengan mudah terjadi (suhu inti matahari sekitar 15 juta

Celsius). Karena tidak ada material di atas permukaan bumi yang dapat menahan

suhu setinggi ini, diperlukan teknik supercanggih untuk melokalisir plasma (inti

bermuatan yang memiliki suhu sangat tinggi) pada proses fusi agar tidak

bersentuhan dengan komponen-kompnen reaktor.

Ada dua cara yang paling efektif untuk melokalisir plasma selama proses fusi

berlangsung, yaitu cara magnetis dan cara inersial.

Cara pertama dilakukan di dalam instrumen berbentuk ‘donat’, yang disebut

‘Tokamak’. Ide untuk membangun ‘Tokamak’ pertama kali diusulkan oleh fisikawan

Rusia Igor E. Tamm dan Andrei D. Sakharov, serta secara terpisah oleh Lyman

Spitzer di Princeton USA, pada awal 1950-an. Tokamak menggunakan kombinasi dua

medan magnet yang sangat kuat yang dihasilkan oleh superkonduktor untuk

menahan plasma bersuhu sekitar 50 juta Celsius agar tetap berada di tengah-tengah

‘donat’ tersebut.

Cara kedua adalah dengan menggunakan target yang memiliki kerapatan sangat

tinggi yang ditembaki dengan puluhan sinar laser terfokus secara simultan.

Intensitas sinar laser disini harus cukup tinggi agar target dapat seketika menguap.

Partikel-partikel yang dihasilkan akan berusaha bergerak keluar sehingga

menimbulkan tekanan ke dalam yang sangat dahsyat. Tekanan yang naik secara

drastis ini akan mengakibatkan naiknya suhu target yang pada akhirnya dapat

menyalakan proses fusi. Sebenarnya, proses ini merupakan bentuk miniatur dari

bom hidrogen.

BAB III

REAKTOR NUKLIR

Penggolongan Reaktor

Reaktor nuklir dapat diklasifikasi, selain menurut tujuannya, juga menurut sifatnya,

atau menurut tipe bahan bakar dan menurut susunan bahan bakar. Tabel 1 memuat

berbagai kemungkinan dalam penggolongan reaktor. Dalam reaktor ini bahan bakar

dalam bentuk U02 ada dalam kelongsong yang terbuat dari paduan-logam

zirkonium. Kelongsong ini berfungsi sebagai pendukung mekanik, sebagai

pembungkus untuk mencegah agar produk-produk fisi tidak keluar dari elemen

bahan bakar, dan sebagai pelindung uranium terhadapat korosi oleh zat pendingin.

Biasanya elemen bahan bakar disusun secara teratur dengan moderator. Teras yang

terdiri dari bahan bakar moderator dikelilingi oleh reflektor, yang dapat juga

berfungsi sebagai moderator.

Fungsi reflektor adalah untuk mempertinggi ekonomi neutron dengan mencegah

kebocoran neutorn yang berarti pelepasan dari teras reaktor. Pada lapisan luar

terdapat perisai yang mengelilingi seluruh reaktor untuk menyerap neutron dan

sinar gamma yang telah lepas dari teras reaktor. Pengendalian reaktor dilaksanakan

dengan batang pengendali

Desain Reaktor

Usaha mendisain reaktor nuklir adalah untuk membuat suatu instalasi sesuai dengan

tujuannya dengan pembiayaan serta hasil yang seoptimal mungkin. Pada umumnya

dikehendaki agar reaktor daya mencapai efisiensi teknik yang sebesar-besarnya.

Akan tetapi perlu diinsafi pula bahwa dalam reaktor terdapat bahan dan material

yang relatif sangat mahal, misalnya bahan bakar, moderator, dan berbagai sistem

keamanan, sehingga yang diusahakan oleh pendisain adalah untuk mencapai

efisiensi material yang sebesarnya, yang berarti bahwa yang diinginkan adalah

memperoleh energi listrik yang sebesarnya dari tiap unit sistem/material yang mahal

itu. Lain dari pada itu diinginkan pula agar sistem reaktor mencapai ekonomi neutron

yang sebaik-baiknya, yang berarti bahwa neutron yang dibangkitkan dalam teras

reaktor sebanyak-banyaknya menghasilkan pembelahan atom uranium dan kalor

(dalam keadaan terkendali) dengan mengurangi penyerapan neutron oleh bahan

dan material lainnya dalam bejana reaktor.

Komponen reaktor Nuklir

1. Bahan Bakar Nuklir

Pada hakekatnya reaktor nuklir itu adalah suatu wadah yang mengandung bahan

nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi

berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi yang terkendali. Dengan

sendirinya syarat agar suatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar adalah

bahwa bahan tersebut dapat mengadakan fisi atau pembelahan atom. Untuk

maksud ini dikenal hanya tiga macam isotop, yaitu 235U, 239Pu dan 233U. Diantara

isotop ini hanya 235U yang terdapat dalam alam, yaitu dengan kadar 0,7 % dalam

uranium alam, sedangkan selebihnya terdiri dari 235U dan sedikit 234U.

Bahan bakar uranium biasanya dipergunakan dalam bentuk padat, meskipun dalam

berbagai reaktor eksperimentil dalam tahun limapuluhan sering pula dipergunakan

sebagai larutan atau cairan dalam bentuk garam uranium (plutonium). Dalam bentuk

padat bahan bakar uranium umumnya diperguna¬kan sebagai oksida, yaitu UO2,

karena ternyata bahwa dalam bentuk logam murni terdapat keberatan-keberatan

yang secara teknik sukar dapat dipecah¬kan.

2. Moderator Dan Reflektor

Neutron yang dilepaskan oleh fisi mempunyai energi kinetik yang relatif sangat

tinggi (sekitar 2 MeV) dengan kecepatan yang sangat tinggi. Agar neutron dapat

menyebabkan fisi yang berikutnya lagi, energinya harus diku¬rangi sampai

mencapai energi termik (0,025 eV). Untuk memperlambat neu¬tron cepat sampai

mencapai tingkat energi yang lebih rendah, neutron yang berenergi tinggi itu

ditumbukkan pada atom-atom yang terdapat dalam bahan-bahan tertentu, yang

disebut moderator. Syarat untuk memilih dan menentukan bahan moderator (dan

reflektor) adalah:

1) Pada tiap tumbukan terdapat kehilangan energi neutron yang besar.

2) Penampang penyerapan yang rendah.

3) Penampang penghamburan yang tinggi.

Zat yang mengandung hidrogen merupakan moderator yang baik jika dilihat pada

kehilangan energi neutron setelah terjadi tumbukan. Akan tetapi hidrogen

mempunyai penampang penyerapan yang relatif tinggi, yang dilihat dari sudut

ekonomi neutron tidak menguntungkan. Dalam bentuk persenyawaan, misalnya air

normal dan hidrida logam, zat hidrogen itu dapat dipakai sebagai moderator, asalkan

dipergunakan uranium diperkaya sebagai bahan bakar. Bahan-bahan lain yang

dipergunakan sebagai moderator adalah D20, grafit, berillium dan berillium oksida.

Reflektor dipasang disekeliling teras reaktor dengan maksud agar neutron yang

dihamburkan keluar dapat dipantulkan kembali ke teras reaktor. Dengan demikian

kebocoran neutron dapat dikurangi. Sifat reflektor jadinya hampir sama dengan

moderator, kadang-kadang moderator yang mempunyai sifat yang baik dapat

dipergunakan sekaligus sebagai reflektor. Akan tetapi dalam reaktor pembiak cepat

yang tidak memerlukan bahan moderator, dipergunakan suatu bahan sebagai

reflektor, yang fungsinya hanyalah untuk memantulkan neutron cepat kembali ke

teras reaktor.

3. Bahan Pengendali

Untuk menjalankan reaktor nuklir dengan baik diperlukan reaksi pembelahan

berantai yang dapat dikendalikan secara teliti. Syarat utama bagi pe¬ngendalian

reaktor adalah bahwa keadaan kritis dan nyaris super-kritis dapat tercapai dengan

lancar dan teratur. Kemudian kenaikan daya harus dapat ter¬capai dengan

kecepatan yang teratur pula, sedangkan pada tiap tingkat daya hendaknya dapat

tercapai suatu keadaan yang stabil. Syarat lain adalah bahwa tiap keadaan transien

(perobahan cepat yang tidak terkendali dalam reaktor) dapat dikoreksi dengan

penggunaan mekanik pengendalian. Akhirnya dikehendaki pula bahwa reaktor pada

tiap waktu dapat diberhentikan (shutdown) atau dapat dijalankan (startup).

Pengendalian reaktor biasanya dapat dilakukan dengan mengatur banyaknya

penyerapan neutron. Dalam tipe-tipe reaktor yang tertentu pengendalian itu

dilakukan dengan mengatur pembangkitan neutron, misalnya dalam tipe bahan

bakar cairan dengan merobah konsentrasi bahan bakar.

Pengendalian penyerapan neutron dilakukan dengan mengatur posisi batang-batang

pengendali terhadap teras reaktor. Batang pengendai mengandung bahan yang

memiliki penampang penyerapan neutron yang tinggi. Dalam operasi jangka

panjang perlu diperhatikan empat faktor, yaitu:

1) Deplesi bahan bakar (berkurangkan bahan bakar)

2) Tambahan bahan bakar baru

3) Akumulasi racun radioaktif;

4) Burnout batang pengendali.

Syarat-syarat bahan untuk batang pengendali adalah sebagai berikut:

1) Dapat menyerap neutron dengan mudah

2) Mempunyai kekuatan mekanik yang cukup besar

3) Mempunyai massa yang

4) Tahan korosi.

5) Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.

6) Dapat memindahkan kalor dengan baik.

Sebagai bahan batang pengendali biasanya dipergunakan paduan logam kadmium

atau borium. Kadmium murni adalah logam berwarna putih kebiru-biruan yang

sangat lunak. Sebagai logam murni kadmium tidak dapat dipergunakan sebagai

bahan pengendali karena titik leburnya relatif rendah (320°C) sedangkan pada suhu

tinggi mudah dioksidasi menjadi serbuk berwarna coklat. Sebagai bahan pengendali

biasanya kadmium dicampur dengan perak dan indium sehingga membentuk

paduan logam dengan sifat mekaniknya cukup kuat.

Borium murni tidak mempunyai sifat seperti logam; titik leburnya sangat tinggi

(2100°C) dan kekerasan kristalnya hanya dilebihi oleh intan. Sebagai bahan

pengendali, borium biasanya dipergunakan sebagai karbida (B4C), sebagai paduan

logam dengan aluminium (boral) dan belakangan ini sebagai boron baja (boron steel)

4. Pendingin

Setiap inti atom U-235 yang mengalami pembelahan melepaskan sejumlah energi

sebesar kira-kira 200 MeV, yang kemudian hampir seluruhnya keluar dalam bentuk

kalor. Suatu zat pendingin diperlukan untuk menghindarkan terjadinya suhu yang

berlebihan dalam bejana reaktor.

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh zat pendingin ialah:

1) Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.

2) Mempunyai perpindahan kalor yang baik.

3) Dapat menggunakan daya pompa yang rendah.

4) Mempunyai titik beku yang rendah.

5) Mempunyai titik didih yang tinggi.

6) Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.

7) Tidak peka terhadap keradioaktivan yang di-induksi.

8) Tidak korosi.

9) Aman dalam penanganan.

Berbagai bahan yang dapat dipergunakan sebagai pendingin ialah:

1) Bentuk gas: udara, helium, C02, uap.

2). Bentuk cair: air ringan (H2O), air berat (D2O).

3) . Logam cair: Na, NaK

5. Bahan Perisai

Dalam reaktor yang sedang beroperasi akan terdapat berbagai macam radiasi yaitu

partikel alfa dan beta, fragmen (produk) pembelahan, proton, sinar gamma dan

neutron. Proteksi terhadap radiasi yang berbahaya ini dila¬kukan dengan

memasang bahan perisai sebagai pelindung disekitar bejana reaktor.

Partikel alfa merupaka inti helium, terdiri dari dua neutron dan dua proton dan oleh

karena itu mengandung muatan listrik positif yang relatif besar. Partikel alfa diemisi

selama peluruhan radioaktif oleh isotop radioaktif dengan massa berat dan energi

diskrit yang khas untuk isotop tersebut dan besarnya pada umumnya lebih dari 5

MeV. Partikel alfa melepaskan energinya dalam udara dengan membentuk ion. Jarak

tempuh partikel alfa dalam udara hanya 2 sampai 4 cm dan karena itu radiasi alfa

tidak merupakan suatu problem dalam disain perisai. Proton juga menyebabkan

ionisasi dalam udara, meskipun kurang karena muatan listriknya lebih kecil. Jarak

tempuh proton kira-kira 5 sampai 10 kali jarak tempuh partikel alfa, akan tetapi

seperti juga partikel alfa, proton tidak menimbulkan kesulitan dalam desain perisai.

Partikel beta (elektron dan positron} di-emisi dengan energi yang meliputi spektrum

yang luas dengan kecepatan yang lebih besar dari pada partikel al¬fa. Partikel beta

dapat juga menimbulkan radiasi jika melalui medan listrik inti atom berat. Pelepasan

energi ini timbul sebagai sinar X dengan spektrum yang kontinyu dan disebut

“brermstrahlung”, yang mengandung bahaya disamping partikel betanya sendiri.

Positron mempunyai sifat yang sama seperti elektron akan tetapi lain dari itu ia

dapat bereaksi dengan elektron dan dapat menimbulkan dua foton gamma.

Neutron, seperti juga sinar gamma, mempunyai daya tembus yang cukup be¬sar.

Oleh karena neutron tidak mempunyai muatan listrik maka cara satu-sa¬tunya agar

neutron melepaskan energinya adalah dengan tumbukan, hamburan elastis dan

tidak elastis dan penyerapan. Kesulitan yang timbul untuk menahan neutron adalah

karena pada umumnya penyerapan neutron oleh bahan disertai dengan reaksi (n,

gamma). Jadi meskipun neutron dapat ditahan, akan tetapi segera diikuti oleh emisi

gamma. Dengan demikian suatu perisai untuk menahan neutron harus juga sanggup

untuk menahan sinar gamma yang dikeluarkan pada akhir jarak tempuh neutron.

Jika diringkaskan, syarat untuk bahan perisai adalah:

1). Dapat memperlambat neutron

2). Dapat menyerap neutron

3). Dapat menyerap radiasi gamma

Bahan-bahan yang dipergunakan sebagai perisai:

1). Air ringan

2). Beton, dicampuri dengan bahan lainnya, misalnya barit

3). Logam, seperti Fe, Pb, Bi, W, Boral dan lain-lain.

6. Bahan Struktur

Dalam reaktor dengan disain tertentu material untuk bahan bakar moderator

(reflektor), pengendalian, pendinginan dan perisai dipilih sedemikian¬ sehingga

memenuhi syarat-syarat yang khusus berlaku untuk reaktor terse¬but. Biasanya

bahan-bahan yang disebut tidak pasti mempunyai sifat fisika dan mekanika yang

baik pula. Oleh karena itu untuk menambah kekuatan konstruksi reaktor diperlukan

bahan-bahan lain yang biasanya, dilihat dari sudut ekonomi neutron, merugikan,

akan tetapi diperlukan juga, agar komponen komponen tetap utuh dalam disainnya

yang semula.

Untuk bahan struktur dalam bejana reaktor berlaku syarat-syarat berikut:

1). Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.

2). Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.

3). Mempunyai kekuatan mekanik yang baik.

4). Tahan korosi.

5). Mempunyai sifat perpindahan kalor yang baik.

Sebagai bahan struktur dalam bejana reaktor biasanya dipergunakan besi-baja,

aluminium, zirkonium, nikkel, pada umumnya dalam bentuk paduan logam.

Catatan

1. Bahan bakar

Terdapat dalam teras reaktor diatur sedemikian rupa hingga luas per¬mukaannya

cukup besar untuk memperbesar perpindahan kalor yang dihasilkan oleh bahan

bakar.

2. Pendingin (primer)

Cairan/gas yang mempunyai sifat-sifat perpindahan kalor yang baik, berfungsi untuk

mendinginkan bahan bakar. Kadang-kadang pendingin primer berfungsi pula sebagai

moderator.

3. Moderator

Berfungsi untuk menurunkan energi neutron dari energi tinggi ke ter maik.

Moderator harus mempunyai sifat-sifat kemampuan menghamburkan neutron besar,

tetapi kemampuan penyerapannya kecil. Seperti yang akan diterangkan kemudian

moderator dipilih dari unsur-unsur yang mempunyai A kecil agar penurunan energi

per tumbukan dapat besar.

4. Batang kendali

Terbuat dari bahan yang mempunyai serap neutron yang sangat besar berfungsi

untuk mengendalikan jumlah populasi neutron yang terdapat di dalam reaktor, jadi

juga mengendalikan jumlah reaksi fisi yang terjadi.

5. Perisai (shielding)

Menahan radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisi, agar para pekerja dapat

melakukan tugas-tugasnya di sekitar reaktor dengan aman.

6. Pemindah kalor (heat exchanger)

Pendingin primer biasanya merupakan suatu rangkaian tertutup, artinya pendingin

primer dikembalikan lagi oleh pompa ke reaktor setelah kalor yang dibawa dari

reaktor dipindahkan ke pendingin sekunder di dalam alat penukar kalor.

BAB IV

MANFAAT TENAGA NUKLIR

Reaktor nuklir dapat digolongkan menurut tujuannya, yaitu untuk penelitian,

pembangkit daya atau untuk produksi. Penggolongan menurut cara ini bukanlah

eksklusif dalam tujuannya masing-masing, akan tetapi hanya bermaksud untuk

menonjolkan tujuan utamanya.

Reaktor penelitian didesain untuk menghasilkan neutron dan dipergunakan untuk

berbagai eksperimen fisika reaktor, untuk menghasilkan radioisotop, untuk

penelitian dalam berbagai bidang, pengamatan, terutama fisika, kimia dan biologi,

untuk menguji dan mengadakan evaluasi terhadap berbagai, komponen nuklir yang

didisain untuk suatu reaktor daya dan untuk maksud pendidikan dan latihan. Reaktor

uji material adalah reaktor penelitian yang menghasilkan neutron dengan fluks yang

tinggi, yaitu dalam orde 1014 — 1016 n/cm2s.Tujuan utama reaktor daya adalah

untuk pembangkitan listrik. Disamping itu uap kalor yang dihasilkan sering

dipergunakan dalam perindustrian sebagai kalor proses (process heat}, untuk

pemanasan gedung dan untuk menawarkan air laut (desalinasi).

Reaktor produksi dalam tahun lima puluhan dibangun khusus untuk menghasilkan

Pu-239 dari U-238, kemudian reaktor-reaktor produksi yang masih beroperasi itu

dimodifikasi sehingga juga dapat membangkitkan listrik, sedangkan produksi

plutonium kini menjadi tujuan sekunder, oleh karena persediaan bahan ini telah

mulai berlebihan.

Manfaat suatu sistem pembangkit tenaga dapat dinilai dengan mudah apabila sistem

tadi dibandingkan dengan sistem pembangkit tenaga lain sehingga ke¬lebihan dan

kekurangannya dapat diperinci dengan jelas. Dalam hal ini tenaga nuklir harus

dibandingkan dengan tenaga fosil karena tenaga fosil dewasa ini memikul sebagian

besar kebutuhan tenaga di dunia. Karena bentuk sumber bahan bakar fosil yang

masih melimpah cadangannya di bumi adalah batu bara, maka perbandingan akan

dilakukan terhadap sistem pembangkit tenaga batu bara. Dibandingkan dengan

Pusat Listrik Tenaga Batu-bara, Pusat Listrik Tenaga Nuklir mempunyai keuntungan-

keuntungan sebagai berikut:

1. tidak mencemarkan udara

2. menghasilkan bahan-bahan sisa padat lebih sedikit

3. cadangan sumber bahan bakar nuklir melimpah

4. penyediaan bahan bakarnya memerlukan penambangan yang lebih sedikit

5. lebih ekonomis

6. persoalan pangangkutan bahan bakar lebih mudah

7. pemilihan letak lebih luwes.

Sebaliknya, PLTN mempunyai beberapa kekurangan antara lain sebagai ber¬ikut:

1. Menghasilkan bahan sisa radioaktif yang berumur sangat panjang sehingga harus

disimpan dan diamankan untuk jangka waktu yang sangat lama.

2. Dapat melepaskan bahan-bahan radioaktif. Perlu ditambahkan bahwa

pelepasannya adalah sedemikian rendahnya sehingga tidak begitu berarti apabila

dibandingkan dengan latar belakang radiasi yang sudah ada dalam alam. Pelepasan

bahan-bahan radioaktif dari suatu Pusat Listrik Tenaga Batu-bara yang berasal dari

radio-aktivitas alam dalam batu bara dapat melebihi pelepasan radioaktif dari Pusat

Listrik Tenaga Nuk!ir.

3. Dalam PLTN terdapat himpunan bahan-bahan radioaktif dalam jumlah amat besar

yang harus dikungkung, dalam keadaan bagaimanapun juga. Oleh karena itu, segi-

segi keselamatan yang bersangkutan dengan kemungkinan terjadinya kecelakaan

dapat lebih berat dibandingkan dengan PLT-Batu bara.

4. Modal yang diperlukan untuk pembangunan PLTN lebih besar dan waktu

pembangunannya lebih lama dibandingkan dengan PLT-Batubara

Pada umumnya dapatlah dikatakan bahwa keberatan-keberatan yang ditu¬jukan

terhadap PLTN dewasa ini lebih bersifat emosional dari pada riil yaitu sebagai akibat

dari gambaran tenaga nuklir sebagai tenaga penghancur yang maha dahsyat,

dengan diledakkannya dua buah bom atom di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang

Dunia ke-2 yang lalu. Ditinjau dari segi teknik, hampir semua persoalan yang

bersangkutan dengan operasi PLTN telah tersedia pemecahannya dewasa ini. Hal ini

terbukti dari sejarah operasi PLTN, yang jumlahnya dewasa ini sudah hampir 400 di

seluruh dunia, yang telah berjalan dengan aman sampai saat ini tanpa terjadi

kecelakaan yang berarti. Pada dasarnya, persoalan-persoalan yang bersangkutan

dengan pelepasan bahan radioaktif, pembuangan bahan sisa dan persoalan

keselamatan lain hanyalah merupakan persoalan biaya. Dengan mengeluarkan biaya

yang lebih besar, kemungkinan terjadinya kecelakaan dapat ditekan menjadi lebih

rendah. Tetapi sudah jelas bahwa kemungkinan terjadinya kecelakaan tersebut

tidaklah mungkin untuk ditiadakan sama sekali. Hal ini berlaku pula untuk setiap

sistem teknologi lain yang manapun.

BAB V

JENIS-JENIS PLTN

Sebagian besar dari PLTN yang dipakai dewasa ini adalah dari jenis reaktor

berpendingin air ringan (LWR = Light Water Reactor) baik yang berasal dari reaktor

sistem bertekanan (PWR = Pressurized Water Reactor) maupun dari reaktor sistem

mendidih (BWR = Boiling Water Reactor). Kedua jenis sistem LWR ini merupakan

hasil dari program penelitian dan pengembangan di Amerika Serikat yang kemudian

diikuti oleh banyak negara lain seperti Jerman, Perancis, Rusia, Jepang dan lainnya.

Di samping LWR, juga dikembangkan jenis reaktor berpendingin air berat (HWR =

Heavy Water Reactor) terutama di Kanada dan diikuti oleh banyak negara

berkembang. Jenis reaktor lainnya adalah reaktor berpendingin gas dengan

moderator grafitt (GCR = Gas Cooled, graphite moderated Reactor) yang mula-mula

dikembangkan di Inggris dan Perancis tetapi kemudian ternyata tidak diteruskan

pengembangannya. Jenis-jenis yang sampai saat ini masih dalam taraf

pengembangan, yaitu jenis reaktor suhu tinggi (HTGR = High Temperatur Gas-cooled

Reactor) dan jenis reaktor pembiak cepat (FBR = Fast Breeder Reactor). Jenis HTGR

diharapkan dapat lebih memanfaatkan sumber bahan bakar nuklir termasuk torium

dan di samping sebagai pembangkit tenaga listrik yang mempunyai kemampuan

untuk dipakai sebagai sumber kalor proses. Jenis FBR baik yang menggunakan

pendingin natrium cair (LMFBR= Liquid Meta Fast Breeder Reactor) maupun yang

menggunakan pendingin gas (GCFBR = Gas-Cooled, Fast Breede Reactor)

diharapkan akan dapat mendaya-gunakan sepenuhnya sumber-sumber bahan bakar

nuklir yang sudah jelas terbatas cadangannya di dunia.

Sifat-sifat khas PLTN jenis PWR dan BWR adalah sebagai berikut:

1. Keduanya menggunakan bahan bakar yang sedikit diperkaya (kurang dari 3%

U235)

2. Keduanya memberikan perbandingan konversi yang rendah

3. Segi-segi ekonomi dan keselamatan, effisiensi termik dan kemampuan

mendayagunakan sumber bahan bakar uranium kurang lebih sebanding.

PLTN jenis HTGR dikembangkan terutama di Jerman, Inggris dan Amerika Serikat.

Diagram alir HTGR dilukiskan dalam Gambar 4. Pemakaian jenis PLTN ini diharapkan

dapat menghemat persediaan sumber uranium sampai pada saat program reaktor

cepat pembiak dapat dilaksanakan. PLTN jenis reaktor pembiak cepat masih

dikembangkan dengan giat di beberapa negara besar. Dorongan untuk

mengembangkan reaktor jenis ini terutama ialah:

1. Untuk memanfaatkan bahan bakar plutonium yang dihasilkan dalam program

PLTN jenis LWR.

2. Untuk menghemat sumber-sumber uranium

3. Untuk membangkitkan tenaga listrik dengan biaya murah

4. Untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi pengaruh terhadap lingkungan.

Karena kemampuan pembiakannya, introduksi PLTN jenis ini dalam program

ketenagaan nuklir di seluruh dunia diharapkan dapat mengatasi persoalan

kebutuhan/keterbatasan sumber-sumber bahan nuklir, persoalan mana mau tidak

mau harus dihadapi apabila program pembangkitan tenaga listrik nuklir di

laksanakan hanya dengan PLTN jenis LWR saja.

A. Reaktor Air Didih (BWR)

pada saat ini, diantara PLTN jenis “boiling water reactor” yang paling banyak

jumlahnya, baik yang sudah beroperasi, sedang dalam taraf pembangunan.

Disainnya telah mengalami berbagai perubahan pokok dari disain pertama pada

tahun 1955, sampai desain terkini yang disebut ABWR. Kalor yang dihasilkan oleh

reaksi pembelahan inti didalam teras reaktor (core) digunakan untuk mendidihkan

air. Uap yang terjadi, setelah dipisahkan dari butir-butir air oleh separator dan

pengering (separators & ryers) keluar dari bejana reaktor (reactor vessel) menuju

turbin turbine). Turbin ini terdiri dari dua tingkat yaitu bagian tekanan tinggi (high

pressure = HP) dan dua paralel bagian tekanan rendah (low pressure= LP), dimana

uap sebelum masuk ke bagian tekanan dipisahkan dari butir-butir air serta dikalor

kan kembali dalam separator dan pemanas ulang (moisture separator & reheater).

Turbin ini memutar generator listrik (generator) sehingga listrik tiga fase dapat

dihasilkan. Sebagian besar uap dari turbin mengalir ke kondenser (condenser)

dimana uap ini akan berkondensasi menjadi air lagi. Ini dimungkinkan karena

kondenser selalu didinginkan oleh air dari luar, yaitu dengan air laut. dengan air

sungai ataupun dengan air dari menara/kolam pendingin. Selanjutnya air kondensat

dialirkan ke penyaring demineral (de¬mineralizer) oleh pompa kondensat

(condensate pump). Dari sini, air yang telah bersih dari mineral pengotor

dimasukkan kedalam pemanas (heaters) dimana air secara bertahap dipanaskan.

Semua pemanas dan pemanas ulang mendapat kalor dari uap yang di. ambil dari

turbin tekanan tinggi. Kemudian pompa umpan (feed pump) memompa air hingga

bertekanan tinggi, mengalirkan lewat pemanas tekanan tinggi. (HP heaters) dan

memberikannya kembali ke bejana reaktor. Untuk mengintensifkan pendidihan dan

juga pengaturan daya maka aliran didalam teras dibantu dengan sitem resirkulasi,

yang dilaksanakan aengan mengambil air (sepertiga dari debit air umpan) dari

bejana dengan pompa resirkulasi (racirculation pump) dan menyemprotkan kembali

kedalam bejana dengan nozel. Kecepatan tinggi aliran dari nozel ini mengikutkan air

pada tepi bejana, sehingga aliran pendingin lewat teras mencapai debit yang

diperlukan. Reaktor jenis BWR menggunakan bahan bakar uranium dalam bentuk

kimia U02 (uranium dioxida). Perkayaan isotop U-235 pada uranium bisa bermacam-

macam, berkisar antara 1,6% berat s/d 2,8 % berat. Uranium dioxida digunakan

dalam bentuk pil (pellet) yang dipres dari serbuk U02 dan disinter supaya

memperoleh massa jenis tertinggi. Pil-pil ini disusun di dalam tabung yang terbuat

dari bahan zircaloy-2, dengan tutup rapat di kedua ujungnya, yang akan merupakan

batang bahan bakar. Dalam batang bahan bakar ini udara didalamnya diganti

dengan gas helium yang bertekanan sekitar satu atmosfir. Disamping itu pada

tabung bahan bakar, di atas pil U02 yang paling atas tersedia ruangan dan per yang

selalu menekan pil-pil berimpitan satu sama lain. Ruangan di ujung atas ini

disediakan untuk gas-gas hasil fisi yang nantinya terbebaskan. Diameter luar tabung

12,5 mm, tebal tabung 0,86 mm panjang susunan pil 3759 mm. Sedang ruang gas

setinggi 305 mm. Bahan penyerap neutron untuk batang kendali adalah borium

dalam bentuk karbida boron B4C. Karbida ini dipres didalam tabung baja tahan karat

berdiameter 4,8 mm, dilas rapat pada kedua ujungnya. Dalam bekerjanya, batang

kendali disisipkan dari bawah teras ke atas. Batang kendali ini dihubungkan

kebawah oleh batang penerus sampai kebawah alas bejana reaktor, dimana terdapat

piston hidrolik sebagai penggerak. Batang kendali dapat digerakkan kontinyu

dengan kecepatan tertentu ke posisi-posisi tetap tertentu pula

B. Reaktor Air Tekan (PWR)

Reaktor jenis Reaktor Air Tekan atau PWR (pressurized water reactor) ialah jenis

yang paling banyak dibandingkan dengan jenis-jenis lainnya, baik bagi PLTN yang

telah beroperasi, yang sedang dibangun maupun yang sedang dalam pemesanan.

PLTN-PWR bekerja berdasarkan prinsip dua daur, dimana pendingin pada masing-

masing daur terpisah satu sama lain. Pendingin yang mendinginkan reaktor pada

daur primer terpisah dari uap yang dihasilkan. Daun primer berisi air pendingin yang

bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi, mengambil kalor yang dihasilkan oleh reaksi

fisi didalam teras reaktor. Dari bejana reaktor ari menuju suatu alat penukar kalor ,

yang disebut generator uap, dimana air ini melalui pipa-pipa berbentuk U. Dengan

aliran ini kalor dipindahkan ke darurat sekunder, dimana air umpan dididihkan dan

uap dihasilkan dari dalam generator uap ini. Air dari daur primer dipompa kembali

kedalam bejana reaktor oleh pompa primer. Alat pembuat tekanan, pressurizer,

mempertahankan tekanan daur primer tetap sekitar 158 atmosfer.Uap yang

dihasilkan oleh generator uap dialirkan ke turbin, memutarnya dan memutar

generator. Hasil putaran generator ini menghasilkan listrik yang merupakan produk

akhir PLTN. Uap itu selanjutnya berkondensasi didalam kondenser, sedang air

kondensat tersebut diumpankan kembali ke generator uap. Uranium dengan

perkayaan sekitar tiga persen digunakan sebagai bahan bakar dalam bentuk

persenyawaan uranium dioksida. Serbuk U02 ini dikompakkan menjadi bentuk pil

dengan melalui proses”cold pressing” dan “sintering” untuk memperoleh massa

jenis yang mendekati harga teori. Pil-pil ini disusun secara aksial didalam tabung dari

logam zircaloy-4 yang dilas rapat pada kedua tutup ujungnya, membentuk sebuah

batang bahan bakar. Aloi zirkonium ini digunakan untuk kelongsong bahan bakar,

karena serapan terhadap neutron kecil tetapi mempunyai sifat penghantaran kalor

yang baik. Batang bahan bakar ini diberi tekanan gas helium untuk mengurangi

besarnya tegangan/regangan yang akan dialami pada operasinya didalam reaktor.

Perangkat kendali berbentuk yang berfungsi sebagai penyerap neutron adalah

kadmium (Cd). Disaat bekerja perangkat digerakkan oleh batang penggerak yang

disambung keatas, sedang penggeraknya dipasang diatas tutup bejana reaktor.

Dibandingkan dengan perangkat bahan bakar BWR, maka pada PWR pe¬rangkat

bahan bakar tidak berselubung. Batang kendali bukannya berpenampang palang

yang tersisip dari bawah diantara perangkat, tetapi dari atas sedang batang-batang

kendalinya menusuk kedalam perangkat bahan bakar sepanjang tabung-tabung

pengarah. Oleh karena itu perangkat ini disebut perangkat bahan bakar-kontrol (rod

cluster control assembly) perangkat kendali digerakkan oleh penggerak magnetik,

sedang pada BWR digerakkan dengan cara hidrolik.Reaktor didinginkan oleh air

bertekanan tinggi yang bersirkulasi membentuk sistem tertutup, disebut sistem

primer. Tekanan tinggi ini diperlukan agar dalam pemindahan kalor dari teras

reaktor air tersebut tidak mendidih. Alat pembuat tekanan dan menjaga agar tetap

tinggi disebut pressurizer. Alat ini bekerja berdasarkan sifat bahwa air yang dijaga

dalam keseimbangan dengan uap air pada suatu suhu tertentu akan bertekanan

tertentu pula. Jadi didalam pressurizer terdapat air dan uap yang diusahakan dalam

keseimbangan, yaitu tinggi permuka air tertentu. Selanjutnya suhu diusahakan

tertentu pula, pemanasan air akan bekerja bila air kurang panas, serta dengan

semportan air dingin pada uapnya bila terlalu panas. Dalam bekerjanya 60%

ruangan terisi air, 40% terisi uap. Berbeda dengan BWR, PWR membutuhkan

pembangkit uap. Pembangkit uap sebenarnya adalah suatu alat penukar kalor (heat

exchanger), dimana pendingin yang kedua mendidih jika menerima kalor, sehingga

keluar sebagai uap. Pembangkit uap berbentuk silinder vertikal, dimana pendingin

primer yang bertekanan tinggi mengalir lewat pipa-pipa U. Pendingin primer masuk

dari ruang masuk ujung bawah, kemudian terbagi dalam aliran lewat pipa-pipa U dan

keluar melalui ruang keluar di ujung bawah. Ruang keluar dan masuk ini dipisahkan

olen suatu dinding. Air sekunder masuk pada bagian bawah, pada bagian mana pipa-

pipa pindah kalor bersuhu terendah. Bagian ini disebut bagian preheater, dimana air

sekunder dikalor kan sampai hampir suhu didihnya. Selanjutnya air mengalir ke

bagian lain, di mana air mendidih. Uap air bercampur butiran air yang terbebas

keluar permukaan air masuk ke moisture separator, dimana karena aliran yang

memutar di dalamnya menyebabkan butiran air terlemparkan kepinggiran dan turun

lagi ke permukaan air. Selanjutnya uap dikeringkan lagi pada waktu melewati steam

dryer, dimana aliran yang zig-zag menggugurkan butiran air yang masih terikut,

untuk seterusnva keluar lewat steam nozzle di ujung atas Bangunan unit PLTN terdiri

dari 4 gedung pokok yaitu gedung sungkup reaktor (containmen-building) (1).

Gedung turbo-generator (2), gedung penanganan bahan bakar (3) dan gedung

peralatan pembantu (4). Gedung sungkup ini melingkupi seluruh daur primer bejana

reaktor uap, generator uap, dan pompa-pompa primer, gedung ini diperhitungkan

untuk menahan radiasi dan akibat-akibat suatu kejadian musibah kehilangan

pendingin (loss of coolant accident). Gedung turbo-generator gedung biasanya

merupakan yang terbesar diantara gedung- gedung yang ada. Turbo generator,

pemisah lengas (moisture separator) dan preheater terletak di lantai atas gedung

tersebut. Untuk menghindari vibrasi tersebut ke seluruh bangunan, maka turbo-

generator biasanya terpasang pada penyangga tersendiri terpisah dari fondasi

gedung.Gedung penanganan bahan bakar berfungsi sebagai tempat penyimpanan

bahan bakar baik yang baru maupun yang telah terpakai. Bahan bakar terpakai di

simpan dibawah permukaan air untuk menahan radiasi yang dipancarkan dan

mendinginkan kalor peluruhan. Disini juga terdapat peralatan untuk memasukkan

bahan bakar bekas kedalam kotak pengiriman (shippng cask). Gedung ini

dihubungkan ke gedung sungkup oleh suatu kolong tranfer dengan sistem transfer

secara mekanik.Gedung peralatan pembantu berisikan sistem-sistem pembantu dan

pengaman. Pipa-pipa dan kabel-kabel memasuki gedung sungkup reaktor lewat

gedung ini melalui suatu penetrasi yang kedap air. suatu penetraReaktor PWR dan

BWR juga dilengkapi dengan sistem pendingin teras darurat. Sistem ini yang

biasanya disebut ECCS (Emergency Core Cooling System) atau SIS (Safety Injection

System) dimaksudkan untuk menyediakan air pendingin teras reaktor pada keadaan

musibah kebocoran besar (LOCA, loss of cooling accident). Kalor yang dihasilkan

oleh peluruhan hasil fisi didalam teras harus dipindahkan oleh sistem ini, agar

batang bahan bakar tidak terlalu tinggi suhunya sehingga terjaga keutuhannya.

C. PHWR—CANDU

Jenis reaktor ini sudah mirip dengan PWR, dalam pengertian bahwa memiliki

pemisahan antara daur air pendingin primer yang mendinginkan teras reaktor dan

daur sekunder yang berhubungan dengan turbo-generator dan kondenser. Pada

PHWR—CANDU (Pressurized Heavy-Water Reactor – Canadian Deuterium Uranium)

air berat (D2O) digunakan dalam daur primer sebagai ganti air ringan (H2O). Hal ini

memungkinkan digunakannya uranium-alam sebagai ganti uranium-kaya pada PWR.

Keistimewaan selanjutnya adalah adanya pemisahan D2O menurut fungsinya.

Pertama sebagai pendingin D2O mengalir melalui teras reaktor dalam pipa-tekan

yang berisi tekanan bahan bakar. Kedua, D2O mengisi diantara pipa tekan didalam

suatu tanki (calandria) yang berfungsi sebagai moderator. Khususnya mengenai

PHWR-CANDU, teras reaktor memiliki susunan pipa tekan yang mendatar, tanpa

dump tank dibawah calandri.Air berat yang digerakkan pompa primer mengalir

me¬nuju reaktor. Pada pipa pembagi aliran terbagi mengikuti pipa-pipa tekan

masuk ke teras reaktor. Pada bagian ini pipa-pipa tekan berisi sederet¬an bundel

batang bahan bakar dari mana kalor dihasilkan. Keluar dari teras reaktor kemudian

aliran disatukan lagi dan masuk generator uap (steam generator). Disini D2O

mengalihkan kalornya ke pendingin air dan mengubah¬nya menjadi uap, sedang

D2O yang lebih dingin keluar dari boiler untuk dipompa dan mengambil kalor dari

teras reaktor lagi. Tidak semua kalor yang dihasilkan dari bahan bakar bisa

dipindahkan oleh D2O pendingin dan dipindahkan di boiler. Disamping kalor yang

bocor keluar lewat perisai sebagai kalor tidak termanfaatkan karena terbuang ke

D2O moderator, dalam calandria. Jumlah yang dipindahkan lewat sistem moderator

sekitar 6% dari kalor yang terpindahkan ke boiler. Uranium dioxida tersinter

bebentuk pil-pil panjang 16 mn disusun dalam pipa zircalloy-4, membentuk elemen

bahan bakar, Diameter luar elemen 13,08 mm dan tebal zircalloy adalah 0,38 mm.

Setiap 37 elemen bahan bakar disusun menjadi satu bundel yang akan merupakan

satu bundel panjang 495 mm, dengan ukuran luar berdiameter 102,4 mm. Setiap

duabelas bundel tersusun horizontal dalam pipa tekan zircalloy yang berukuran

diameter103,4 mm. Tabel pipa tekan 4,16 mm. Bagian ujung pipa tekan diberi end-

fitting, yang terbuat dari baja takkarat 403, untuk aliran masuk atau keluar dan juga

untuk penyambungannya dengan mesin pengganti bahan bakar. Pipa-pipa tekan ini

terletak dalam pipa calandria yang sedikit lebih besar. Sedang pipa calandria dalam

susunan kisi persegi merupakan bagian dari calandria. Kalau pipa calandria terbuat

dari zircalloy-2, maka dinding silinder dan lembarannya terbuat dari baja takkarat

304L Dengan cara ini 380 pipa tekan yang berisi bahan bakar dan air berat

pendingin ditambah dengan ca¬landria yang berisi air berat moderator. Calandria ini

berbentuk silinder mendatar dengan diameter dalam 7,6 m dan panjang 5,94 m.

PENUTUP

Keselamatan Reaktor Nuklir

Aspek keselamatan yang digunakan pada reaktor nuklir adalah mencegah

kemungkinan terjadinya kecelakaan dan memperkecil dampak yang dapat

diakibatkan oleh kejadian kecelakaan, yang lebih dikenal dengan nama sistem

pertahanan berlapis (defence in depth). Ada 5 pertahanan yang utama, yaitu:

1. Komponen-komponen reaktor

2. Sistem proteksi reaktor

3. Konsep hambatan ganda

4. Pemeriksaan dan pengujian

5. Operator

Komponen Reaktor

Komponen-komponen reaktor harus memenuhi standar kualitas yang tinggi dan

dapat diandalkan, sehingga kemungkinan kegagalan komponen tersebut sangat

kecil. Komponen-komponen tersebut antara lain pompa-pompa, katup-katup,

pemipaan, tangki, instrumentasi, dan kontrol.

Sistem Proteksi Reaktor

Desain keselamatan reaktor adalah memanfaatkan sifat-sifat alam yang menjamin

adanya keselamatan inheren sehingga reaktor nuklir mempunyai sistem yang aman

dan selamat terhadap kekeliruan yang dilakukan oleh operator. Disamping itu

reaktor nuklir dilengkapi dengan peralatan keselamatan yang dirancang

menggunakan prinsip-prinsip sebagai berikut:

1. Pemisahan: komponen-komponen sistem keselamatan yang berbeda dipisahkan

secara fisis satu dengan yang lainnya. Hal ini dimaksudkan bahwa kegagalan

mekanis pada satu lokasi tidak mempengaruhi unjuk kerja komponen yang berada di

tempat lain.

2. Diversiti: maksudnya adalah selalu terdapat lebih dari satu cara untuk melakukan

suatu pekerjaan. Contohnya dengan sistem yang berbeda-beda akan dapat

memadamkan reaktor.

3. Redundansi: selalu terdapat lebih dari satu komponen yang diperlukan. Contohnya

terdapat 2 pompa yang dipasang paralel, namun yang dipergunakan hanya satu.

4. Saling tak gayut: sistem keselamatan saling tak gayut dengan yang lain.

Contohnya terdapat beberapa jalur pemasok daya.

5. Kegagalan yang aman (fail safe): dimaksudkan bahwa bila terjadi kegagalan pada

suatu komponen/sistem, maka secara otomatis akan merangsang untuk bergerak

pada kondisi yang aman. Contohnya daya listrik dibutuhkan untuk mematikan

reaktor, tetapi bila suatu saat kehilangan daya listrik, reakto akan tetap mati dengan

jatuhnya elemen kendali secara gravitasi.

Konsep Hambatan Ganda

Konsep hambatan ganda mengusahakan tetap terkungkungnya zat-zat radioaktif

dalam sistem reaktor daya (PLTN) dan tidak menyebar ke lingkungan yang

mengakibatkan bahaya radiasi bagi penduduk yang tinggal di daerah sekitarnya.

Hambatan ganda tersebut terdiri dari:

1. Elemen bakar: unsusr-unsur hasil belahan nuklir harus selalu tetap berada

bersama elemen bakar

2. Kelongsong elemen bakar: apabila unsur hasil belahan nuklir dapat lepas dari

elemen bakar, maka diusahakan agar unsur hasil belahan tersebut masih di dalam

kelongsong elemen bakar

3. Sistem pendingin primer: terdiri dari sistem pipa, katup-katup, pompa dan juga

pembangkit uap berfungsi pula sebagai penghambat hasil belahan, seandainya

kolongsong tidak dapat menghambat bocornya hasil-hasil belahan.

4. Bangunan reaktor (sistem pengungkung): merupakan penghambat terluar

sebelum zat radioaktif lepas ke lingkungan. Bangunan reaktor juga didesain untuk

menahan gangguan-gangguan dari luar, seperti gempa bumi, tornado, banjir,

kejatuhan pesawat terbang, dan sebagainya (gambar 6)

5. Daerah eksklusif: Apabila zat radioaktif dapat lepas dari sistem pengungkung,

maka kemungkinan sampainya zat radioaktif tersebut kepada masyarakat diperkecil

dengan adanya jarak antara reaktor dengan tempat tinggal penduduk, yang disebut

daerah eksklusif.

Pemeriksaan dan pengujian

Setiap PLTN secara rutin dilakukan pemeriksaan dan pengujian terhadap sistem

keselamatan dan komponen-komponen reaktor untuk menjamin kelangsungan

operasi dan juga perbaikan jika terdapat kerusakan. Seluruh persyaratan konstruksi,

peralatan sistem keselamatan dan prosedur pengoperasian untuk reaktor riset dan

PLTN selalu diawasi dengan ketat oleh isntansi/badan pengawas yang berwenang.

Badan tersebut berhak mencabut izin operasi sewaktu-waktu jika kondisi

persyaratan tidak dipenuhi.

Operator

Pendidikan dan pelatihan operator reaktor nuklir merupakan aspek penting dari

falsafah keselamatan nuklir pertahanan berlapis. Operator sebagai pengendali PLTN

maupun reaktor riset diseleksi secara ketat. Mereka harus melalui serangkaian ujian

sebelum mendapatkan izin untuk mengoperasikan reaktor nuklir. Izin dikeluarkan

oleh badan yang berwenang mengawasi penggunaan tenaga nuklir. Pengetahuan

dan kemampuan operator harus selalu dipertahankan setiap saat dengan cara

pendidikan/pelatihan dan penyegaran secara berkala.

RANGKUMAN

Jenis Reaktor Nuklir

Reaktor Nuklir dapat dikelompokkan menjadi dua bagian :

1. Reaktor Penelitian (Research Reactor)

2. Reaktor Daya (Power Reactor)

Reaktor Penelitian di Indonesia.

Reaktor TRIGA Mark II Bandung merupakan reaktor penelitian, sesuai dengan

namanya TRIGA (Training Reseach Isotopes production by General Atomic). Pada

awalnya yaitu tahun 1965 reaktor mempunyai daya maksimum 250 kW, kemudian

tahun 1971 dayanya ditingkatkan menjadi 1000 kW. Dalam tahun 2000 dayanya

ditingkatkan lagi menjadi 2000 kW. Selain di Bandung, terdapat reaktor TRIGA Mark

II Yogyakarta, dengan daya maksimum 250 kW, dan reaktor RSG (Reaktor Serba

Guna) di Serpong dengan daya maksimum 30 MW. Sejak tahun 2000, nama reaktor

TRIGA Mark II Bandung diubah menjadi Reaktor TRIGA 2000 Bandung.

Reaktor TRIGA Mark II Bandung:

a) Merupakan reaktor tipe kolam.

Teras reaktor terendam di dalam kolam atau tangki reaktor

b) Berpendingin air ringan (aquades)

c) Berfungsi sebagai pelatihan, riset, dan produsi radio-isotop

Reaktor Daya

Ditinjau dari jenis pendinngin yang dipergunakan, maka reaktor daya dapat

dikelompokkan menjadi

a) Reaktor daya berpendingin air (H2 O) - PWR, BWR

b) Reaktor daya berpendingin air berat (D2O) CANDU – PHW

c) Reaktor daya berpendingan gas (gas Helium, gas CO2) – HTGR, AGR

d) Reaktor daya berpendingin logam cair (Sodium atau Natrium) LMFBR

Nama-nama reaktor daya:

PWR dan BWR disebut dengan: LWR (Light Water Reactor)

LWR : Reaktor air ringan

PHWR : Reaktor air berat (Pressurized Heavy Water Reactor)

PWR : Reaktor air bertekanan (Pressurized Water Reactor)

BWR : Reaktor air didih (Boiling Water Reactor)

CANDU PHWR : Canadian Deuterium Pressurized Heavy Water Reactor

HTGR : Reaktor temperatur tinggi berpendingan gas (High Temperature Gas-cooled

Reactor)

AGR : Reaktor berpendingin gas (Advanced Gas cooled Reactor)

LMFBR : Reaktor pembiak berpendingin metal cair

(Liquid Metal Fast Breeder Reactor)