PEMBANGKIT LlSTRIK TENAGA NUKLIR SISTIM AIR MENDIDIH (B.W.R.).

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Bagi kebanyakan masyarakat penggunaan nuklir sebagai energy alternative diangap sebagai benda yang berbahaya yang kehadirannya harus dihindari. Bila pemanfaatan energy nuklir yang dalam penangannya tidak sesuai dengan aturan dan ketentuan tentang proteksi radiasi dapat membahayakan manusia karena zat radio aktif mempunyai sifat memancarkan radiasi. Namun bila ditangani sesuai dengan aturan, energy nuklir ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energy alternative untuk memenuhi kebutuhan listrik yang sampai pada saat ini kebutuhan akan tenaga listrik terus meningkat.

lebih kurang 85 persen dari seluruh kontribusi tenaga nuklir untuk pembangkit tenaga listrik di dunia dewasa ini dibangkitkan oleh Pembangkit listrik Tenaga Nuklir (PlT_Nuklir) sistim air ringan (light Water Reactor, disingkat l.W.R.). Keadaan ini menyatakan bahwa baik secara teknis maupun ekanomis PlT_Nuklir jenis lWR adalah merupakan pembangkit tenaga yang kampetitif terhadap pembangkit_pembangkit tenaga lainnya. Sistim reaktor air mendidih (Bailing Water Reactor, disingkat dengan BWR) adalah merupakan salah satu dari duo jenis sistim yang tergolong pada l WR tersebut. Pada kertas karya ini diusahakan untuk memberikan gambaran teknis dari sistim BWR yang telah beraperasi di beberapa negara. Disamping itu akan dijelaskan bahwa sistim reaktor air mendidih ini mempunyai keandalan operasi cukup tinggi serta mempunyai fleksibilitas operasi cukup besar untuk periode yang cukup panjang. Pada akhir kertas karya ini juga akan dibicarakan mengenai masalah standarisasi dari kompenen_komponen sistim BWR untuk mendapatkan performance ekonomi don teknalogi yang lebih baik untuk mengembangkan selanjutnya.

1.2 Rumusan Masalah

- Apa yang dimaksud dengan nuklir

- Apa yang dimaksud dengan pembangkit listrik tenaga nuklir

- Apa yang dimaksud dengan reaktor nuklir

- Apa kelebihan dari PLTN disbanding dengan pembangkit listrik lainnya

- Apa manfaat lain dari nuklir

- Apa dampak negative dari nuklir

- bagaimana cara penanggulangan limbah nuklir

1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan

1.3.1 Tujuan Penulisan

- Mengetahui definisi nuklir - Mengetahui definisi PLTN dan reaktor nuklir- Mengetahui Kelebihan, kekurangan, dan cara penanggulangan limbah nuklir pada

PLTN

1.3.2 Manfaat Penulisan

- Mengetahui manfaat dari nuklir - Mengetahui manfaat dari PLTN dan reaktor nuklir- Mengetahui manfaat, kerugian, dan cara penanggulangan limbah nuklir pada PLTN

1.4 Metode Penelitian

- Metode Studi Pustaka

Penulis mengumpulkan data yang berhubungan dengan nuklir dan cara mencarinya dari bahan tertulis seperti buku atau internet

BAB 2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN)

2.1 Pengertian Nuklir

Nuklir (Energi Nuklir) adalah energi yang dihasilkan dengan mengendalikan reaksi nuklir. Energi nuklir adalah salah satu sumber energi di alam ini yang diketahui manusia bagaimana mengubahnya menjadi energi panas dan listrik. Sejauh ini, energi nuklir adalah sumber energi yang yang paling padat dari semua sumber energi di alam ini yang bisa dikembangkan manusia. Artinya, kita dapat mengekstrak lebih banyak panas dan listrik dari jumlah yang diberikan dibandingkan sumber lainnnya dengan jumlah yang setara Sebagai pembanding, 1 kg batu bara dan uranium yang sama2 berasal dari perut bumi. Jika kita mengekstrak energi listrik dari 1 kg batubara, kita dapat menyalakan lampu bohlam 100W selama 4 hari. Dengan 1 kg uranium, kita dapat menyalakan bohlam paling sedikit selama 180 tahun.

  Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi. Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua macam mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti melalui reaksi fusi. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia.

2.2 Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir adalah sebuah pembangkit daya thermal yang menggunakan satu atau beberapa reaktor nuklir sebagai sumber panasnya. Secara umum prinsip kerja sebuah PLTN hampir sama dengan sebuah Pembangkilt Listrik Tenaga Uap, menggunakan uap bertekanan tinggi untuk memutar turbin. Perbedaannya ialah sumber panas yang digunakan untuk menghasilkan panas. Sebuah PLTN menggunakan Uranium sebagai sumber panasnya. Pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir , uap tersebut dihasilkan dari panas yangg dihasilkan dari reactor nuklir . kemudian panas tersebut disalurkan ke air pendingin yang kemudian dipergunakan untuk membangkitkan uap didalam steam generator. Uap yang dihasilkan selanjutnya dipergunakan untuk memutar turbin.

Perputaran turbin kemudian digunakan untuk menggerakkan generator. Putaran turbin inilah yang mengubahnya menjadi energi listrik. Sementara itu uap dari turbin diubah kembali menjadi air di dalam kondensator untuk kemudian dipompakan kembali ke steam generator

Reaktor nuklir adalah suatu tempat atau perangkat yang digunakan untuk membuat, mengatur, dan menjaga kesinambungan reaksi nuklirberantai pada laju yang tetap. Berbeda dengan bom nuklir, yang reaksi berantainya terjadi pada orde pecahan detik dan tidak terkontrol. Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitiandigunakan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksiplutonium sebagai bahan senjata nuklir. Saat ini, semua reaktor nuklir komersial berbasis pada reaksi fisi nuklir, dan sering dipertimbangkan masalah risiko keselamatannya. Sebaliknya, beberapa kalangan menyatakan bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir merupakan cara yang aman dan bebas polusi untuk membangkitkan listrik.Daya fusi merupakan teknologi ekperimental yang berbasi pada reaksi fusi nuklir. Ada beberapa piranti lain untuk mengendalikan reaksi nuklir, termasuk di dalamnya pembangkit thermoelektrik radioisotop dan baterai atom, yang membangkitkan panas dan daya dengan cara memanfaatkan peluruhan radioaktif pasif, seperti halnya Farnsworth-Hirsch fusor, di mana reaksi fusi nuklir terkendali digunakan untuk menghasilkan radiasi neutron.

          Komponen dasar dari reaktor nuklir adalah sebagai berikut:1. Bahan bakar nuklir, berbentuk batang logam berisi bahan radioaktif yang berbentuk pelat2. Moderator, berfungsi menyerap energi neutron3. Reflektor, berfungsi memantulkan kembali neutron4. Pendingin, berupa bahan gas atau logam cair untuk mengurangi energi panas dalam reaktor5. Batang kendali, berfungsi menyerap neutron untuk mengatur reaksi fisi6. Perisai, merupakan pelindung dari proses reaksi fisi yang berbahaya

 

1. Bahan Bakar 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 nuklir dapat juga berarti material atau objek fisik (sebagai contoh bundel bahan bakar yang terdiri dari batang bahan bakar yang disusun oleh material bahan bakar, bisa juga dicampur dengan material struktural, material moderator atau material pemantul (reflector) neturon. Bahan bakar nuklir fissil yang seirng digunakan adalah 235U dan 239Pu, dan kegiatan yang berkaitan dengan penambangan, pemurnian, penggunaan dan pembuangan dari material-material ini

termasuk dalam siklus bahan bakar nuklir. Siklus bahan bakar nuklir penting adanya karena terkait denganPLTN dan senjata nuklir. Tidak semua bahan bakar nuklir digunakan dalam reaksi fissi berantai. Sebagai contoh, 238Pu dan beberapa unsur ringan lainnya digunakan untuk menghasilkan sejumlah daya nuklir melalui proses peluruhan radioaktif dalam generator radiothermal, dan baterai atom. Isotop ringan seperti 3H (tritium) digunakan sebagai bahan bakar fussi nuklir. Bila melihat pada energi ikat pada isotop tertentu, terdapat sejumlah energi yang bisa diperoleh dengan memfusikan unsur-unsur dengan nomor atom lebih kecil dari besi, dan memfisikan unsur-unsur dengan nomor atom yang lebih besar dari besi. Bahan bakar nuklir tradisional yang digunakan di USA dan beberapa negara yang tidak melakukan mendaur ulang bahan bakar nuklir bekas mengikuti empat tahapan seperti yang tampak dalam gambar di atas. Proses di atas berdasarkan siklus bahan bakar nuklir. Pertama, uranium diperoleh dari pertambangan. Kedua, uranium di proses menjadi “yellow cake”. Langkah berikutnya bisa berupa mengubah “yellow cake” menjadi UF6 guna proses pengkayaan dan kemudian diubah menjadi uranium dioksida, atau tanpa proses pengkayaan untuk kemudian langsung ke tahap 4 sebagaimana yang terjadi untuk bahan bakar reaktor CANDU.

Gambar 1. Bahan Bakar Murni Reaktor Nuklir

Gambar 2. Bahan Bakar yang Sudah Siap Dimasukkan ke dalam Reaktor Nuklir

2. Moderator dan Pendingin Reaktor NuklirNetron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 eV (atau lebih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV.

Oleh karena itu , sebuah reaktor atom harus memiliki materaial yang dapat mengurangi kelajuan netron-netron yang energinya sangat besar sehingga netron-netron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan netron dinamakan moderator.Moderator yang umum digunakan adalah air. Ketika netron berenergi tinggi keluar keluar dari sebuah elemen bahan bakar, netron tersebut memasuki air di sekitarnya dan bertumbukan dengan molekul-molekul air. Netron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk molekul air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat.

Gambar 3. Air sebagai Moderator dan Pendingin

          Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Suhu ini dipindahkan dari reaktor dengan menggunakan bahan pendingin, misalnya air atau karbon dioksida.Bahan pendingin (air) disirkulasikan melalui sistem pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reaktor digantikan air dingin yang masuk melalui bagin bawah teras reaktor.

3. Batang Kendali Jika keluaran daya dari sebuah reaktor dikehendaki konstan, maka jumlah netron yang dihasilkan harus dikendalikan. Jika netron yang dihasilkan selalu konstan dari waktu ke waktu (faktor multiplikasinya bernilai 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi kritis. Sebuah reaktor normal bekerja pada kondisi kritis. Pada kondisi ini reaktor menghasilkan keluaran energi yang stabil. Jika netron yang dihasilkan semakin berkurang (multiplikasinya kurang dari 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi subkritis dan daya yang dihasilkan semakin menurun. Sebaliknya jika setiap saat netron yang dihasilkan meningkat (multiplikasinya lebih besar dari 1), reaktor dikatakan dalam keadaan superkritis. Selama kondisi superkritis, energi yang dibebaskan oleh sebuah reaktor meningkat. Jika kondisi ini tidak dikendalikan, meningkatnya energi dapat mengakibatkan mencairkan sebagain atau seluruh teras reaktor, dan pelepasan bahan radioaktif ke lingkungan sekitar.Kendali ini dilakukan oleh sejumlah batang kendali yang dapat bergerak keluar-masuk

teras reaktor. Batang kendalli terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkan kondisi itu kembali ke kondisi kritis. Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis, batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reaktor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (misal untuk perawatan), batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti.

Gambar 4. Batang Kendali

 

4. Perisai Beton Inti-inti atom hasil pembelahan dapat menghasilkan radiasi. Untuk menahan radiasi ini (radiasi sinar gamma, netron dan yang lain), agar keamanan orang yang bekerja di sekitar reaktor terjamin, maka umumnya reaktor dikungkungi oleh perisai beton. Kalor yang dihasilkan dalam batang-batang bahan bakar diangkut keluar dari teras reaktor oleh air yang terdapat di sekitarnya (sistem pendingin primer). Air ini secara terus-menerus dipompakan oleh pompa primer ke dalam reaktor melalui saluran pendingin reaktor (sistem pendingin primer). Untuk mengangkut kalor sebesar mungkin, suhu air dikondisikan mencapai 3000C. Untuk menjaga air tidak mendidih (yang dapat terjadi pada suhu 1000C pada tekanan 1 atm), air diberi tekanan 160 atm. Air panas diangkut melalui suatu alat penukar panas (heat exchanger), dan kalor dari air panas dipindahkan ke air yang mengalir di sekitar alat penukar panas (sistem pendingin sekunder). Kalor yang dipindahkan ke sistem pendingin sekunder memproduksi uap yang memutar turbin. Turbin dikopel dengan suatu generator listrik, tempat daya keluaran listrik menuju konsumen melalui kawat transmisi tegangan tinggi. Setelah keluar dari turbin, uap didinginkan kembali menjadi air oleh pengembun (condenser) dan kemudian dikembalikan lagi ke alat penukar panas oleh pompa sekuder.

Gambar 5. Perisai Beton

5. Sistem Keselamatan Sistem keselamatan operasi reaktor terutama ditujukan untuk menghindari bocornya radiasi dari dalam teras reaktor. Sistem keselamatan reaktor dirancang mampu menjamin agar unsur-unsur radioaktif di dalam teras reaktor tidak terlepas ke lingkungan, baik dalam operasi normal atau waktu ada kejadian yang tidak diinginkan.Kecelakaan terparah yang diasumsikan dapat terjadi pada suatu reaktor nuklir adalah hilangnya sistem pendingin teras reaktor. Peristiwa ini dapat mengakibatkan pelelehan bahan bakar sehingga unsur-unsur hasil fisi dapat terlepas dari kelongsong bahan bakar.Hal ini dapat mengakibatkan unsur-unsur hasil fisi tersebar ke dalam ruangan penyungkup reaktor. Agar unsur-unsur hasil fisi tetap dalam keadaan terkungkung, maka reaktor nuklir memiliki sistem keamanan yang ketat dan berlapis-lapis. Karena digunakan sistem berlapis, maka sistem pengamanan ini dinamakan penghalang ganda.

• Penghalang pertama adalah matrik bahan bakar nuklir. Lebih dari 99 & unsur hasil fisi akan tetap terikat secara kuat dalam matriks bahan bakar ini.• Penghalang kedua adalah kelongsong bahan bakar. Apabila ada unsur hasil fisi yang terlepas dari matriks bahan bakar, maka unsur tersebut akan tetap terkungkung di dalam kelongsong yang dirancang tahan bocor.• Penghalang ketiga adalah sistem pendingin. Seandainya masih ada unsur hasil fisi yang terlepas dari kelongsong, maka unsur tersebut akan terlarut dalam air pendingin primer sehingga tetap terkungkung dalam tangki reaktor.• penghalang keempat adalah perisai beton. Tangki reaktor disangga oleh bangunan berbentuk kolam dari beton yang dapat berperan sebagai penampung air pendingin apabila terjadi kebocoran.

• Penghalang kelima dan keenam adalah sistem pengungkung reaktor secara keseluruhan yang terbuat dari pelat baja dan beton setebal dua meter serta kedap udara.

Gambar 6. Sistem Penghalang

2.4 Jenis reactor nuklir

3.3.1 Boiling Water Reactor (BWR)

Reaktor Air Didih adalah salah satu tipe reaktor nuklir yang digunakan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Reaktor tipe ini menggunakan air (H2O) sebagai pendingin dan moderator. Moderator adalah medium untuk memperlambat kecepatan partikel neutron cepat. Air pendingin digunakan untuk mengambil panas yang dihasilkan dalam teras reactor (reactor core) sehingga temperatur air akan naik. Temperatur air dibiarkan meningkat hingga mencapai titik didih. Uap yang dihasilkan pada proses pendidihan air kemudian disalurkan untuk memutar turbin yang terhubung dengan generator listrik. Dalam reaktor tipe ini, uap yang terbentuk akan menyebabkan reaktivitas reaktor menjadi negatif. Reaktivitas negative dapat menahan kenaikan daya reaktor, sehingga penambahan reaktivitas (penaikan daya reaktor) dapat dikendalikan secara stabil dengan batang kendali.

3.3.2 Pressurized Water Reactor (PWR)

Pressurized Water Reactor (PWR) mempergunakan dua siklus pendinginan. Siklus pertama (siklus primer), yang berhubungan langsung dengan reactor, diberi tekanan tinggi untuk menghindari terjadinya pendidihan air pendingin di dalam reactor dan di saluran siklus primer. Panas dari siklus pertama ini kemudian dipindahkan ke siklus ke dua (siklus sekunder) melalui peralatan steam generator. Air pendingin dari siklus ke dua inilah yang kemudian diuapkan dan dipergunakan untuk memutar turbin dan generator listrik. Karena karakteristik yang berbeda dengan Boiling Water Reactor (BWR), maka batang kendali untuk reactor ini disisipkan dari bagian atas reaktor

3.3.3 Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR)

Reaktor ini secara prinsip mirip dengan Pressurized Water Reactor (PWR), yang membedakan adalah pendingin dan moderator air biasa atau air ringan (H2O) diganti dengan air berat (D2O). jenis reactor ini yang banyak ditemui dalam PLTN adalah CANDU (Canada Deuterium Uranium) reactor. Penggunaan air berat membuat reactor jenis ini dapat menggunakan uranium alam yang tidak diperkaya sebagai bahan bakar karena air berat relative bersifat tidak begitu menyerap neutron bila dibandingkan dengan air ringan. Berbeda dengan reactor lain, bejana reactor CANDU (calandria) dibuat horizontal.

3.3.4 Gas-Cooled Reactor (GCR)

Gas CO2 yang disirkulasikan ke dalam bejana reactor berfungsi sebagai pendingin siklus primer. Gas panas yang keluar dari reactor kemudian masuk ke dalam steam generator untuk membangkitkan uap pada siklus sekunder yang menggunakan air sekaligus mendinginkan gas CO2 tersebut sebelum kembali masuk ke dalam reactor. Pada tipe ini, grafit dipergunakan

sebagai moderator sehingga bisa mempergunakan uranium alam yang tidak diperkaya sebagai bahan bakar, seperti pada reactor CANDU.

3.3.5 Light Water Graphite Reactor (LWGR)

Reaktor ini mempergunakan grafit sebagai moderator dan air sebagai pendingin. Air pendingin dibiarkan mendidih di dalam reactor dan uapnya kemudian dipisahkan dari air di dalam steam drum. Uap kemudian dipergunakan untuk menggerakan turbin.

3.3.6 Fast Breeder Reactor (FBR)

Reaktor ini lebih mempergunakan Plutonium Pu-239 sebagai bahan bakar. Plutonium berada di bagian tengah inti reactor, kemudian di sebelah luarnya dikelilingi oleh U-238. Uranium-238 ini menyerap neutron yang berasal daro hasil fisi dibagian tengah reactor sehingga berubah menjadi Pu-239. Produksi Pu-239 inilah yang dikenal sebagai pembiakan bahan bakar. Dengan tanpa adanya moderator di dalam reactor untuk menurunkan energy neutor membuat reactor ini disebut pembiak cepat.

3.3.7 Pebble Bed Reactor

Reaktor ini mempergunakan bahan bakar keramik uranium (U), Plutonium (Pu) atau thorium (Th) berbentuk bola (pebble). Bola-bola diletakkan kedalam silinder reactor yang bagian bawahnya berbentuk seperti corong sebagai tempat keluarnya bahan bakar yang sudah habis terpakai.

Gas helium dialirkan di sela-sela tumpukan bola-bola keramikberfungsi sebagai pendingin yang menyerap panas hasil reaksi fisi untuk kemudian ditransfer ke air pendingin melalui steam generator. Hrafit pada struktur bahan bakar atau bola-bola grafit yang dicampur dengan bola-bola bahan bakar berfungsi sebagai moderator. Aliran tipikal dari pebble ini adalah satu pebble setiap menit.

2.6 Penanggulangan Limbah Nuklir Dari PLTN

Limbah radioaktif adalah jenis limbah yang mengandung atau terkontaminasi radionuklida pada konsentrasi atau aktivitas yang melebihi batas yang diijinkan (Clearance level) yang ditetapkan oleh Badan Pengawas Tenaga Nuklir. Definisi tersebut digunakan di dalam peraturan perundang-undangan. Pengertian limbah radioaktif yang lain mendefinisikan sebagai zat radioaktif yang sudah tidak dapat digunakan lagi, dan/atau bahan serta peralatan yang terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif dan sudah tidak dapat difungsikan/dimanfaatkan. Bahan atau peralatan tersebut terkena atau menjadi radioaktif kemungkinan karena pengoperasian instalasi nuklir atau instalasi yang memanfaatkan radiasi pengion. Berikut adalah cara penanganan limbah radioaktif

- Meminimalkan volume limbah dengan perlakuan proses (treatment process) yaitu kompaksi dengan ditekan (terutama untuk limbah padat) dan pembakaran untuk limbah padat dan cair

- Mengurangi potensi bahaya dengan pengoksidasian (conditioning) menjadi bentuk padatan yang stabil untuk memudahkan penanganan, transportasi, penyimpanan sementara, dan penyimpanan lestari. Pengoksidasian ini bisa dalam bentuk sementasi (untuk limbah solid dan endapan) dan vitrifikasi (terutama untuk limbah cair) yaitu imobilisasi material radioaktif dalam matrik seperti gelas borosilikat.

BAB IV

PLTN Sistim Air Mendidih / Boiling Water Reactor (B.W.R.).

BAB 4.1 Cara Kerja PLTN Sistem Air Didih (B.W.R)

Reaktor tipe ini menggunakan air (H2O) sebagai pendingin dan moderator. Moderator adalah medium untuk memperlambat kecepatan partikel neutron cepat. Air pendingin digunakan untuk mengambil panas yang dihasilkan dalam teras reaktor (reactor core) sehingga temperatur air akan naik. Temperatur air dibiarkan meningkat hingga mencapai titik didih. Uap yang dihasilkan pada proses pendidihan air kemudian disalurkan untuk memutar turbin yang terhubung dengan generator listrik. Dalam reaktor tipe ini, uap yang terbentuk akan menyebabkan reaktivitas reaktor menjadi negatif. Reaktivitas negatif dapat menahan kenaikan daya reaktor, sehingga penambahan reaktivitas (penaikan daya reaktor) dapat dikendalikan secara stabil dengan batang kendali.Reaktor nuklir tipe Reaktor Air Didih pertama kali dikembangkan oleh perusahaan General Electric, Amerika Serikat. PLTN Dresden 1 dengan daya 200 MWe (Mega Watt electric) merupakan PLTN dengan reaktor tipe air didih yang pertama kali dioperasikan secara komersial pada Juli 1960. Pada reaktor air didih, air pendingin dididihkan di dalam bejana reaktor sehingga menghasilkan uap. Uap ini kemudian secara langsung dialirkan ke turbin yang memutar generator listrik. Setelah uap air menggerakkan turbin, uap disalurkan ke kondenser dan diubah menjadi air kembali. Dengan pompa utama, air kemudian dikembalikan ke bejana reaktor.Sebagian air pendingin yang berada dalam bejana reaktor disirkulasi dengan pompa (disebut pompa resirkulasi). Air yang keluar dari pompa resirkulasi disalurkan ke bagian bawah teras reaktor melalui katup yang bekerja sebagai pompa jet. Tekanan dari pompa resirkulasi ini akan menaikkan kecepatan aliran air pendingin dalam teras reaktor.

Gambar 7. Reaktor Tipe BWR

Dalam bejana tekan ini terdapat sekumpulan bahan bakar, batang kendali dan konstruksi penyangga yang membentuk suatu konstruksi yang disebut teras reaktor. Di atas teras reaktor terdapat konstruksi perangkat pemisah uap-air (steam separator) dan di atas perangkat pemisah terdapat perangkat pengering uap. Pemasangan kedua perangkat ini ditujukan untuk menjamin agar uap yang akan dipakai untuk memutar turbin benar-benar berupa uap kering. Bentuk susunan matriks batang bahan bakar dapat pula berupa matriks 6 x 6 atau 9 x 9. Matriks kemudian dibungkus dengan lempeng logam Zirkalloy. Keseluruhan susunan matriks batang bahan bakar dan pembungkusnya serta spacer (penjaga jarak antar batang bahan bakar) ini disebut perangkat bahan bakar. Pipa pembungkus pelet bahan bakar uranium oksida ini disebut kelongsong. Di kedua ujung kelongsong terdapat ruang yang disebut plenum. Dalam kelongsong juga terdapat pegas penekan pelet bahan bakar. Di bagian bawah teras terdapat perangkat pengendali daya reaktor berupa pengarah batang kendali, penggerak batang kendali dan batang kendali. Dengan perangkat ini batang kendali dapat bergerak dari bawah ke atas masuk ke teras reaktor melalui pengarahnya. Di sekitar teras terdapat konstruksi loronglorong saluran pendingin dan pompa jet. Salah satu contoh perangkat bahan bakar terdiri atas 62 batang bahan bakar dan 2 batang yang berisi air membentuk matriks 8 x 8. Dalam pelet bahan bakar terjadi reaksi fisi. Bahan hasil fisi ditampung dalam ruang plenum, karena itu tekanan dalam kelongsong tidak melonjak terlalu besar. Batang kendali berfungsi sebagai penyerap partikel neutron. Batang kendali terbuat dari boron karbida dan atau hafnium. Pada bagian bawah perangkat kendali terdapat konstruksi yang berbentuk payung yang dapat menghambat jatuhnya batang kendali ke bawah (keluar dari teras) agar sesuai dengan batas

kecepatan yang diperbolehkan. Pada bagian bawah batang kendali ini juga terdapat suatu soket mekanik untuk menghubungkan batang kendali dengan penggeraknya. Terdapat dua macam penggerak batang kendali yaitu penggerak elektrik dan hidrolik. Untuk mempercepat gerak perangkat batang kendali masuk ke teras terdapat perangkat akumulator yang menggerakkan perangkat batang kendali dengan tekanan gas.Dalam kondisi kecelakaan atau kelainan operasi yang dianggap membahayakan, keseluruhan perangkat batang kendali yang ada harus segera dimasukkan ke dalam teras reaktor dengan kecepatan tinggi untuk menghentikan reaktor. Penghentian reaktor secara mendadak oleh karena suatu sebab yang dianggap membahayakan seperti ini disebut sebagai pancung daya (scram). Jika perangkat batang kendali oleh karena suatu hal tak dapat dimasukkan ke teras reaktor dan reaktor tidak dapat dihentikan pada temperatur rendah, maka dalam kondisi seperti ini ke dalam reaktor dimasukkan cairan asam borat yang mampu menyerap partikel neutron sehingga operasi reaktor dapat berhenti.Reaktor air didih beroperasi pada tekanan 70 kg/cm. Air pendingin mendidih dan menghasilkan uap di dalam bejana reaktor. Air dalam kondisi uap dan cair disirkulasikan kembali ke teras reaktor dengan menggunakan pompa sirkulasi. Dengan mengatur aliran resirkulasi, reaktivitas reaktor, yang berarti juga daya reaktor, dapat dinaik-turunkan atau dikendalikan. Ini adalah salah satu cara pengendalian reaktor air didih yang disebut metode pengendalian resirkulasi. Cara lain untuk menaikkan reaktivitas (daya reaktor) adalah dengan menarik batang kendali dari teras reaktor. Jika batang kendali ditarik keluar dari teras, reaktivitas atau reaksi fisi bertambah dan menghasilkan energi panas lebih banyak lagi (daya reaktor naik).Energi panas ini akan mendidihkan air lebih banyak, dan dengan demikian uap yang dihasilkan juga bertambah. Meningkatnya kandungan uap dalam air akan menurunkan kemampuan air dalam memoderasi partikel neutron. Jumlah neutron kecepatan rendah (neutron termal) yang akan menimbulkan reaksi fisi menjadi berkurang, sehingga akibatnya reaksi fisi (reaktivitas) juga berkurang. Jadi menaikkan daya reaktor dengan cara menarik batang kendali akan selalu dikompensasi oleh produksi uap yang menekan daya. Proses kompensasi ini akan berakhir pada suatu kondisi stabil pada daya setimbang tertentu. Sebaliknya jika batang kendali disisipkan masuk ke dalam teras, reaksi fisi berkurang dengan hadirnya penyerap neutron (batang kendali) dalam teras. Akibatnya kemampuan air dalam memoderasi neutron bertambah, dan reaksi fisi akan mulai meningkat. Proses penurunan daya oleh batang kendali yang kemudian dikompensasi oleh penurunan daya karena membaiknya kemampuan moderasi akan terus berlangsung hingga tercapai kondisi stabil pada suatu daya setimbang tertentu. Fenomena kompensasi oleh uap-air menjadi salah satu sarana penting dalam pengendalian-diri (self control) reaktor dan merupakan salah satu keunikan reaktor air didih.

4.2 Sistem keselamatan

Sistem keselamatan yang dapat menjamin reaktor akan berhenti jika terjadi kondisi anomali / kecelakaan. Bila suatu ketika terjadi kecelakaan yang menyebabkan pipa saluran air pendingin terputus atau bocor sehingga pendinginan reaktor tidak cukup, maka fasilitas sistem pendinginan teras darurat (Emergency Core Cooling System, ECCS) seperti terlihat pada Gambar 5-1 dan 5-2 bekerja. Dalam sistem ECCS ini terdapat sistem penyemprot teras (core spray system), sistem susut-tekanan mandiri (self-depressurization system) dan penyemprot teras tekanan rendah. Pada saat terjadi kerusakan batang bahan bakar, air pendingin dari teras yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi akan mengandung bahan radioaktif yang berasal dari batang bahan bakar. Air pendingin yang mengandung bahan radioaktif tidak boleh keluar dari reaktor karena berbahaya. Untuk menghindari lepasnya bahan radioaktif dalam reaktor terdapat bejana reaktor yang berfungsi sebagai pengungkung (containment) material berbahaya jika terjadi kecelakaan, dan terdapat juga katup isolasi yang mengisolasi bejana reaktor dan sistem di luarnya. Peningkatan tekanan pada saat terjadi isolasi bejana reaktor dihindari dengan sistem supresi. Sistem ini akan mengalirkan uap yang terbentuk ke kolam supresi. Dalam kolam supresi yang berisi air, uap akan besentuhan dengan air dan mengalami kondensasi yang mengakibatkan turunnya tekanan uap.

Apabila kecelakaan berlangsung dalam waktu yang lama, teras reaktor dapat meleleh. Kondisi ini akan menyebabkan terjadinya kenaikan tekanan yang diikuti dengan kenaikan temperatur dalam bejana reaktor. Apabila bejana reaktor tidak didinginkan, struktur bejana kemungkinan akan rusak. Untuk mengatasi hal ini, disediakan sistem penyemprot untuk melakukan tugas-tugas pendinginan dan penurunan tekanan. Dalam hal terjadi kebocoran bejana reaktor, disediakan pula sistem pengelolaan bocoran gas agar tetap tidak menyebarluas ke lingkungan. Pada kecelakaan kebocoran pendingin, temperatur bahan bakar dan kelongsongnya akan naik. Kenaikan temperatur ini akan memicu reaksi antara air dan logam yang menghasilkan gas hidrogen. Hidrogen yang bertemperatur tinggi ini dapat mengancam keutuhan struktur bejana reaktor. Untuk mencegah kejadian ini, bejana reaktor dilengkapi dengan ruang kosong khusus untuk menampung gas bentukan. Di samping itu, terdapat fasilitas untuk mereaksikan hidrogen yang timbul, agar dapat bergabung kembali dengan oksigen menjadi air.

BAB 3 SIMPULAN

Bila dibandingkan dengan sumber energy lain, energy yang dihasilkan dari reaksi fisi dalam reactor nuklir sangat besar. Disamping itu nuklir memiliki sisi negative yaitu bila nuklir tidak ditangani sesuai dengan prosedur atau standar penanganannya, nuklir dapat membahayakan lingkungan, manusia, dan makhluk hidup lainnya.

Daftar Pustaka

Alvini, Eko, dan Yoga. 2008. Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Jakarta. Kementrian Riset dan Teknologi

“_____”. 2011.”Pengertian Nuklir: Antara Manfaat dan Dampaknya Bagi Manusia (Part1)”. http://www.megenep.com/article/720/pengertian-nuklir--antara-manfaat-dan-dampaknya-bagi-manusia--part-1-. Diakses tanggal 21 April 2012

“_____”. 2011.”Pengertian Nuklir: Antara Manfaat dan Dampaknya Bagi Manusia (Part2)”. http://www.megenep.com/article/720/pengertian-nuklir--antara-manfaat-dan-dampaknya-bagi-manusia--part-2-. Diakses tanggal 21 April 2012

“_____”. 2009.”Tenaga Nuklir”. http://huderi.wordpress.com/2011/05/09/tenaga-nuklir/. Diakses Tanggal 21 April 2012

Hidayanto Eko. 2009. “Reaktor Nuklir”. http://staff.undip.ac.id/fisika/ekohidayanto/ files/2009/12/12-reaktor-nuklir.pdf. Diakses Tanggal 22 April 2012

Ahmad Syah Mirzan. 2010. PLTN: Dampak dan Pengaruhnya Bagi Masyarakat. http://cetak.bangkapos.com/opini/read/887.html. Diakses Tanggal 22 April 2012

“_____”. Reaktor Air Tekan (Pressurized Water Reactor). http://www.warintek.ristek.go.id/ nuklir/ reaktor_air_tekan.pdf. Diakses Tanggal 22 April 2012

“_____”. Reaktor Air Didih (Boiling Water Reactor, BWR). http://www.warintek.ristek.go.id/ nuklir/ reaktor_air_didih.pdf. Diakses Tanggal 22 April 2012

“_____”.REAKTOR AIR DIDIH (BOILING WATER REACTOR, BWR). http://www.digilib.batan.go.id /e-prosiding/.../Energi/.../Martias_Nurdin-3.pdf. Diakses Tanggal

Tresna Mustikasari. 2012. “Mengenal PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)”. http://blogs.unpad.ac.id/tresna09/2012/12/04/mengenal-pltn-pembangkit-listrik-tenaga-nuklir/. Diakses tanggal