1

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

Disusun Oleh :

Hanif Fu’adah (4201413025)

Pendidikan Fisika

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

SEMARANG

2016

2

BAB 1

PENDAHULUAN

Dalam memenuhi permintaan energi listrik yang meningkat, ekonomi global saat ini

dihadapkan dengan dua masalah yaitu menurunnya sumber daya bahan bakar fosil dan

perubahan iklim akibat akumulasi kerusakan atmosfer oleh gas rumah kaca, terutama CO2 dan

metana. Sebuah solusi yang jelas untuk menyelesaikan kedua isu tersebut adalah pembangkit

listrik proses yang tidak memerlukan bahan bakar fosil dan juga tidak memiliki emisi gas. Di

antara yang diusulkan pemerintah dalam waktu dekat adalah ketersediaan sumber energi

alternatif dan faktor keandalan, dan pembangkit listrik tenaga nuklir fisi yang terus meningkat

selama bertahun-tahun sebesar 92%, faktor kapasitas PLTN lebih besar dua kali daripada energi

angin atau energi surya.

Pemanfaatan teknik nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial

sejak tahun 1954. Pada waktu itu di Uni Sovyet (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit

PLTN air ringan bertekanan tinggi (WER=PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe.

Di Amerika Serikat juga telah dioperasikan jenis reaktor yang sama dengan daya 60 Mwe. Pada

tahun 1956 di Inggris dikembangkan jenis Gas Cooled Reactor (GCR = reaktor berpendingin

gas) dengan daya 100 Mwe.

Hingga tahun 2010 di seluruh dunia baik di negara maju maupun berkembang telah

dioperasikan sebanyak 438 unit PLTN tersebar di 30 negara dengan kontribusi sekitar 18 % dari

pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 314 Mwe. Sementara

itu 143 PLTN dalam tahap konstruksi di 24 negara, dengan negara yang sedang membangun

PLTN terbanyak adalah China 36 unit, India 20 unit dan Rusia 16 unit. Selain yang memasuki

tahap konstruksi344 unit PLT lainnya di dunia sedang dalam tahap perencanaan.

3

BAB 2

PEMBAHASAN

A. Definisi

1. Nuklir

Energi Nuklir merupakan energi hasil dari sebuah proses kimia yang dikenal dengan

reaksi fisi dan reaksi fusi pada sebuah inti atom. Sudah berpuluh tahun manusia memanfaat

potensi energi yang dihasilkan dari reaksi fisi (pembelahan) inti uranium dan plutonium.

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). Jika ingat ama pelajaran kimia, silahkan cek nama-nama unsur tadi dalam sistem

periodik unsur. 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.

4

Gambar 2 : Bahan tambang Uranium

Penemuan ini juga berasal dari coba-cobanya para ilmuan menembakkan neutron ke inti

untuk mendapatkan inti baru, namun pada bebarapa inti berat hal itu menyebabkan inti menjadi

pecah (terbagi) sekaligus melepaskan neutron lain yang konsekuensinya menimbulkan panas

disekitarnya. Panas ini kemudian di ambil dengan menempatkan reaksi tersebut didalam air, air

yang panas tadi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. untuk bagian turbinnya hampir sama

dengan pembangkit listrik tenaga uap. Namun selain panasnya yang diambil, neutron yang lepas

ini juga dimanfaatkan untuk banyak hal, seperti untuk mengukur dimensi dari suatu zat, untuk

memutasikan tumbuhan agar didapatkan bibit unggul dan lain sebagainya.

2. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir adalah sebuah pembangkit daya thermal yang

menggunakan satu atau beberapa reaktor nuklir sebagai sumber panasnya. Prinsip kerja sebuah

PLTN hampir sama dengan sebuah Pembangkilt Listrik Tenaga Uap, menggunakan uap

bertekanan tinggi untuk memutar turbin. Putaran turbin inilah yang diubah menjadi energi listrik.

Perbedaannya ialah sumber panas yang digunakan untuk menghasilkan panas. Sebuah PLTN

menggunakan Uranium sebagai sumber panasnya. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium

menghasilkan energi panas yang sangat besar.

Daya sebuah PLTN berkisar antara 40 Mwe sampai mencapai 2000 MWe, dan untuk

PLTN yang dibangun pada tahun 2005 mempunyai sebaran daya dari 600 MWe sampai 1200

MWe. PLTN dikategorikan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Namun pada beberapa

pembangkit yang memiliki beberapa unit reaktor yang terpisah memungkinkan untuk

menggunakan jenis reaktor yang berbahan bakar seperti Uranium dan Plutonium.

5

Hingga saat ini, terdapat 442 PLTN berlisensi di dunia dengan 441 diantaranya

beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya

listrik dunia.

Secara umum yang dimaksudkan dengan PLTN adalah pembangkit listrik tenaga

nuklir yang merupakan 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.

- Fisi Nuklir

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.

- Fusi Nuklir

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 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

6

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 3 : Reaksi D-T Fusion

B. Komponen PLTN

Gambar 4. Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

7

Komponen utama dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yaitu :

1. Bahan bakar nuklir

Bahan bakar adalah komponen utama dalam memegang peranan penting untuk

berlangsungnya reaksi nuklir. Bahan bakar yang umum dipakai adalah unsur berat fissil

yang dapat menghasilkan reaksi nuklir berantai di dalam reaktor nuklir. Bahan bakar

dibuat dari isotop alam seperti Uranium dan thorium yang mempunyai sifat dapat

membelah apabila bereaksi dengan neutron.

2. Moderator

Fungsi moderator adalah untuk memperlambat laju neutron cepat (moderasi) yang

dihasilkan dari reaksi inti hingga mencapai kecepatan neutron termal dan untuk

memperbesar kemungkinan terjadinya reaksi nuklir selanjutnya (reaksi berantai). Syarat

bahan moderator adalah atom dengan nomor massa kecil, amun demikian syarat lain

yang harus dipenuhi adalah memiliki tampang lintang serapan neutron (keboleh-jadian

menyerap neutron) yang kecil, memiliki tampang lintang hamburan yang besar dan

memiliki daya hantaran panas yang baik, serta korosif. Contoh bahan moderator: H2O,

D2O, Grafit, Berilium (Be), dan lain-lain.

3. Bahan Pendingin

Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fisi dalam

elemen bakar untuk dipindahkan/dibuang ketempat lain/lingkungan melalui penukar

panas (H.E). Sesuai fungsinya maka bahan yang baik sebagai pendingin adalah fluida

yang koefisien perpindahan panasnya sangat bagus. Persyaratan lain yang harus dipenuhi

agar tidak terganggu kelancaran reaksi proses fisi pada elemen bakar adalah pendingin,

pendingin juga harus memiliki tampang lintang serapan neutron yang kecil, dan tampang

lintang hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh fluida-fluida yang biasa dipakai

sebagai pendingin adalah H2O, D2O, Na cair, gas He dan lain-lain.

4. Perangkat Batang Kendali

Batang kendali berfungsi sebagai pengendali jalannya operasi reactor agar laju

pembelahan neutron di teras reactor dapat diatur sesuai dengan kondisi operasi yang

8

dikehendaki. Selain itu batang kendali juga berfungsi untuk memadamkan reactor atau

menghentikan reaksi pembelahan. Sesuai dengan fungsinya, bahan batang kendali adalah

material yang mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besar, dan

tampang hamburan yang kecil. Bahan-bahan yang sering dipakai adalah: boron,

cadmium, godalinium, dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya dicampung dengan

bahan lain agar diperoleh sifat yang tahan radiasi, titk leleh yang tinggi dan tidak korosif.

Gambar 5. Bentuk Nyata dari Batang Kendali

5. Tangki Reaktor

Tangki bisa berupa tabung atau bola yang dibuat dari logam campuran dengan

ketebalan sekitar 25 cm. Fungsi dari tangki adalah sebagai wadah untuk menempatkan

komponen-komponen reaktor lainnya dan sebagai tempat berlangsungnya reaksi nuklir.

tangki yang tebal juga berfungsi sebagai penahan radiasi agar tidak keluar dari sistem

reaktor.

6. Teras Reaktor

Teras reaktor yaitu komponen reaktor yang berfungsi sebagai tempat untuk bahan

bakar. Teras reaktor dibuat berlubang (kolom) untuk menempatkan bahan bakar reaktor

yang berbentuk batang. Teras reactor dibuat dari bahan logam yang tahan panas dan

tahan korosi.

9

7. Perangkat Reaktor

Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan dalam reaktor nuklir.

Semua informasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas

neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain, hanya dapat dilihat melalui detektor yang

dipasang di dalam teras reaktor.

8. Reflektor

Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil, berjalan dengan kecepatan tinggi ke

segala arah, karena sifatnya yang tidak bermuatan listrik maka gerakannya bebas

menembus medium dan tidak berkurang bila tidak menumbuk suatu inti atom medium.

Karena sifatnya tersebut, sebagian neutron tersebut dapat lolos keluar teras reaktor dan

hilang dari sistem. Keadaan ini secara ekonomi berarti kerugian karena neutron tersebut

tidak dapat digunakan untuk proses fisi berikutnya. Untuk mengurangi kejadian ini, maka

di sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron yang disebut reflektor,

sehingga neutron-neutron yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras

reactor untuk dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya. Bahan-bahan reflektor yang

baik adalah unsur-unsur yang mempunyai tampang lintang hamburan neutron yang besar,

dan tampang lintang serapan yang sekecil mungkin serta tidak korosif. Bahan-bahan yang

sering digunakan antara lain:berilium, grafit, paraffin, air, D2O.

C. 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.

10

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 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.

PWR : Presured Water Reactor / Reaktor Air Tekan.

BWR : Boiling Water Reactor / Reaktor Air Mendidih.

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

c. HTGR : High Temperatur Gas Reactor / Reaktor Gas Suhu Tinggi.

d. LMFBR : Liquit Metal Fast Breder Reactor / Reaktor Pembiak Cepat Logam Cair.

e. GCFBR : Gas Coold Fast Breder Reactor / Reaktor Pembiak Cepat Pendingin Gas.

f. LWBR : Light Water Breder Reactor / Reaktor Pembiak Air Ringan.

g. SGHWR : Steam Generating Heavy Water Reactor / Reaktor Air Berat Generator Uap.

h. MSBR : Molten Salt Breder Reactor / Reaktor Pembiak Garam Meleleh.

Berikut ini adalah beberapa keterangan yang akan menjelaskan tentang jenis-jenis dari

reaktor nuklir, antara lain :

1. 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

11

atau PWR (Pressurized Water Reactor) dan Reaktor Air Didih atau BWR (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.

a. 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 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

12

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 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.

13

Gambar 6. Diagram Alir Reaktor Air Tekan

b. BWR (Boiling Water Reactor) / Reaktor Air Mendidih

Reaktor 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 dengan tingkat pengayaannya 3-4 % dalam

bentuk UO2.

14

Gambar 7. Diagram Alir Reaktor Air Didih

2. 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 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

15

kebasahannya, sehingga kemungkinan adanya kebocoran D2O dapat diketahui secara dini.

Gambar 8. Diagram Alir Reaktor Air Berat

3. 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 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

16

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 9. Diagram Alir Reaktor Gas Suhu Tinggi

4. LMFBR (Liquit Metal Fast Breder Reactor) / Reaktor Pembiak Cepat Logam Cair.

Selain yang telah dipaparkan diatas reaktor juga ada yang 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.

17

D. Prinsip Kerja PLTN

Gambar 10. Prinsip kerja sederhana PLTN

Prinsip kerja PLTN, pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu air

diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang

18

akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan

generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik

konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti

batubara, minyak dan gas. Sisa pembakaran tersebut akan ter-emisikan ke udara dan berpotensi

mencemari lingkungan hidup, yang bisa menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global.

Sedangkan pada PLTN panas yang digunakan untuk menghasilkan uap yang sama,

dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reaktor nuklir. Sebagai

pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN

beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan

partikel seperti CO2, SO2, atau NOx, juga tidak mengeluarkan asap atau debu yang mengandung

logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik

yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN berupa

elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan

di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

Panas yang digunakan untuk membangkitkan uap diproduksi sebagai hasil dari

pembelahan inti atom yang dapat diuraikan sebagai berikut : Apabila satu neutron (dihasilkan

dari sumber neutron) tertangkap oleh satu inti atom uranium-235, inti atom ini akan terbelah

menjadi 2 atau 3 bagian/fragmen. Sebagian dari energi yang semula mengikat fragmen-fragmen

tersebut masing - masing dalam bentuk energi kinetik, sehingga mereka dapat bergerak dengan

kecepatan tinggi. Oleh karena fragmen-fragmen itu berada di dalam struktur kristal uranium,

mereka tidak dapat bergerak jauh dan gerakannya segera diperlambat. Dalam proses perlambatan

ini energi kinetik diubah menjadi panas (energi thermal). Sebagai gambaran dapat dikemukakan

bahwa energi thermal yang dihasilkan dari reaksi pembelahan 1 kg uranium-235 murni besarnya

adalah 17 milyar kilo kalori, atau setara dengan energi thermal yang dihasilkan dari pembakaran

2,4 juta kg (2400 ton) batubara. Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan

menghasilkan pula 2 atau 3 neutron yang dilepaskan dengan kecepatan lebih besar dari 10.000

km per detik. Neutron-neutron ini disebut neutron cepat yang mampu bergerak bebas tanpa

dirintangi oleh atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya. Agar mudah ditangkap oleh

inti atom uranium guna menghasilkan reaksi pembelahan, kecepatan neutron ini harus

diperlambat. Zat yang dapat memperlambat kecepatan neutron disebut moderator.

19

Seperti telah disebutkan di atas, panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan, oleh air

yang bertekanan 160 atmosfir dan suhu 3000 C secara terus menerus dipompakan ke dalam

reaktor melalui saluran pendingin reaktor. Air bersirkulasi dalam saluran pendingin ini tidak

hanya berfungsi sebagai pendingin saja melainkan juga bertindak sebagai moderator, yaitu

sebagai medium yang dapat memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan sebagian

energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen. Setelah kecepatan neutron turun sampai 2000

m per detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 3000 C, barulah ia mampu

membelah inti atom uranium-235. Neutron yang telah diperlambat disebut neutron thermal.

Untuk mendapatkan keluaran thermal yang mantap, perlu dijamin agar banyaknya reaksi

pembelahan inti yang terjadi dalam teras reaktor dipertahankan pada tingkat tetap, yaitu 2 atau 3

neutron yang dihasilkan dalam reaksi itu hanya satu yang dapat meneruskan reaksi pembelahan.

Neutron lainnya dapat lolos keluar reaktor, atau terserap oleh bahan lainnya tanpa menimbulkan

reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang kendali dibuat dari bahan-bahan

yang dapat menyerap neutron, sehingga jumlah neutron yang menyebabkan reaksi pembelahan

dapat dikendalikan dengan mengatur keluar atau masuknya batang kendali ke dalam teras

reaktor..

Fragmen-fragmen yang diproduksi selama reaksi pembelahan inti disebut hasil belahan,

yang kebanyakan berupa atom-atom radioaktif seperti xenon-133, kripton-85 dan iodium- 131.

Zat radioaktif ini meluruh menjadi atom lain dengan memancarkan radiasi alpha, beta, gamma

atau neutron. Selama proses peluruhan, radiasi yang dipancarkan dapat diserap oleh bahan-bahan

lain yang berada di dalam reaktor, sehingga energi yang dilepaskan berubah menjadi panas.

Panas ini disebut panas peluruhan yang akan terus diproduksi walaupun reaktor berhenti

beroperasi. Oleh karena itu reaktor dilengkapi dengan suatu sistem pembuangan panas

peluruhan. Selain hasil belahan, dalam reaktor dihasilkan pula bahan radioaktif lain sebagai hasil

aktivitas neutron. Bahan radioaktif ini terjadi karena bahan-bahan lain yang berada di dalam

reaktor (seperti kelongsongan atau bahan struktur) menangkap neutron sehingga berubah

menjadi unsur lain yang bersifat radioaktif. Radioaktif adalah sumber utama timbulnya bahaya

dari suatu PLTN, oleh karena itu semua sistem pengamanan PLTN ditujukan untuk mencegah

atau menghalangi terlepasnya zatradioaktif ke lingkungan dengan aktivitas yang melampaui nilai

batas ambang yang diizinkan menurut peraturan yang berlaku.

20

E. Energi yang Dihasilkan PLTN

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 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 235U. Jumlah atom di dalam bahan bakar ini adalah :

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

Setiap proses fisi bahan bakar nuklir 235U disertai dengan pelepasan energi sebesar

200 MeV, maka 1 g 235U yang melakukan reaksi fisi sempurna dapat melepaskan energi

sebesar :

21

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 235U adalah :

Elistrik = (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 235U selama : t = Elistrik / 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 235U bisa dipakai untuk

mensuplai kebutuhan listrik pesawat TV selama lebih dari 15 tahun.

F. Keuntungan dan Kerugian PLTN

Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah :

1. Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) - gas rumah

kacahanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya

sedikitmenghasilkan gas).

2. Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon

monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap

fotokimia.

3. Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal).

4. Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan.

5. Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahanbakar

yang diperlukan.

6. Baterai nuklir - (lihat SSTAR).

22

Berikut ini berberapa hal yang menjadi kekurangan PLTN :

1. Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl(yang

tidak mempunyai containment building).

2. Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga

ribuan tahun.

23

BAB 3

PENUTUP

A. Simpulan

1. Energi nuklir telah banyak digunakan sebagai pembangkit listrik atau sumber energi

listrik di berbagai Negara maju.

2. Prinsip kerja PLTN hampir sama dengan PLTU konvensional yang membedakan adalah

sumber panas yang dihasilkan PLTN berasal dari reaksi pembelahan inti yang terjadi

dalam reactor nuklir.

3. Mengingat energi fosil adalah bersumber dari sumberdaya alam yang tergolong tidak

dapat diperbarui (non-renewable resources), dapat dimusnahkan (extinguishable

resources), berdampak terhadap rumah kaca (kecuali gas), maka sudah saatnya perlu

dipertimbangkan penggunaan energi nuklir di Indonesia terlebih lagi penguasaan energi

nuklir di Indonesia sejak 1950-an.

4. Terdapat berbagai jenis PLTN yang beroperasi, jenis tersebut berdasarkan perbedaan tipe

reactor daya yang digunakan. Sedangkan perbedaan berbagai tipe reaktor daya itu

bisa terletak pada penggunaan bahan bakar, moderator, jenis pendinging serta

perbedaan-perbedaan lainnya.

5. PLTN memiliki keuntungan dan kerugian dalam pelaksanaannya, diantara beberapa

keuntungan salah satunya adalah Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama

operasi normal) gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat

dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas. Dan salah satu kerugiannya adalah

Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang

tidak mempunyai containment building).

24

DAFTAR PUSTAKA

Angga Setia, Giri. 2011. DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK “PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA NUKLIR”. Fakultas Sains Dan Teknik. Universitas Jenderal Soedirman:

Purwokerto.

BATAN, Pengenalan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Jurnal ATOMOS No.ISSN

0215-0611. Media Informasi Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir: Pusat Diseminasi

Iptek Nuklir-BATAN.

L.A. Titi, Yopiter. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN) DAN JENIS-JENIS

REAKTOR PLTN. Pasca Sarjana Fisika FMIPA. Institut Teknologi Sepuluh November:

Surabaya.

Eko Afiatno, Bambang. 2005. Pembangunan PLTN-Desalinasi di Madura sebagai Alternatif

Pasokan Energi Listrik. Kertas Kerja ISEID. http:www.truelia.files.wordpress.com

/2011/03/pltn-di-indonesia.pdf. (Diakses pada 29 Desember 2014 pukul 16.00 WIB).