Tenaga Nuklir Sebagai Sumber Energi Listrik

PENGGUNAAN NUKLIR UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

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

-               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.

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.

Prinsip Kerja PLTN

Proses   kerja   PLTN   sebenarnya   hampir   sama   dengan   proses   kerja pembangkit  listrik konvensional  seperti pembangkit  listrik  tenaga uap (PLTU), yang umumnya  sudah dikenal secara luas. Yang membedakan  antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai  panas  dari  reaksi  nuklir,  sedang  PLTU  mendapatkan  suplai  panas  dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor  daya  hanya  memanfaatkan  energi  panas  yang  timbul  dari  reaksi  fisi, sedang   kelebihan   neutron   dalam   teras   reaktor   akan   dibuang   atau   diserap menggunakan  batang  kendali.  Karena  memanfaatkan   panas  hasil  fisi,  maka reaktor  daya dirancang  berdaya  thermal  tinggi dari orde ratusan  hingga  ribuan MW. Proses  pemanfaatan  panas  hasil fisi untuk  menghasilkan  energi  listrik  di dalam PLTN adalah sebagai berikut :

1. Bahan  bakar  nuklir  melakukan  reaksi  fisi  sehingga  dilepaskan  energi dalam bentuk panas yang sangat besar.

2. Panas  hasil  reaksi  nuklir  tersebut  dimanfaatkan  untuk  menguapkan  air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan.

3. Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik).

4. Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

Secara ringkas dan sederhana, rancangan PLTN terdiri dari air mendidih, boiling  water reactor  bisa mewakili   PLTN pada umumnya,  yakni setelah  ada reaksi nuklir fisi, secara bertubi-tubi,  di dalam reaktor, maka timbul panas atau tenaga lalu dialirkanlah  air di dalamnya. Kemudian uap panas masuk ke turbin dan turbin                                       berputar  poros      turbin          dihubungkan      dengan generator yang menghasilkan listrik.

Reaktor  Nuklir   adalah   suatu   alat   dimana   reaksi berantai   dapat dilaksanakan berkelanjutan dan dikendalikan. Atau dengan kata lain reaktor nuklir merupakan  suatu wadah bahan-bahan  fisi dimana  proses reaksi berantai  terjadi terus  menerus  tanpa  berhenti  atau  tempat  terjadinya  reaksi  pembelahan  inti (nuklir).  Bagian  utama  dari  reaktor  nuklir  yaitu:  elemen  bakar  (batang-batang bahan bakar), perisai (perisai termal), moderator dan elemen kendali.

Jenis-jenis PLTN

Pressurized Water Reactor untuk kapal. Reaktor ini menggunakan air laut sebagai kondenser pendingin reaktor.

PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTN yang menerapkan unit-unit independen, dan hal ini bisa menggunakan jenis reaktor yang berbeda. Sebagai tambahan, beberapa jenis reaktor berikut ini, di masa depan diharapkan mempunyai sistem keamanan pasif.

Reaktor Fisi

Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium.
Selanjutnya reaktor daya fissi dikelompokkan lagi menjadi:

• Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi atau dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya atau dilambatkan (dibuat thermal) oleh moderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan reaksi fissi.
• Reaktor cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator neutron. Karena reaktor cepat menggunkan jenis bahan bakar yang berbeda dengan reaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak perlu dilambatkan guna menjamin reaksi fissi tetap berlangsung. Boleh dikatakan, bahwa reaktor thermal menggunakan neutron thermal dan reaktor cepat menggunakan neutron cepat dalam proses reaksi fissi masing-masing.
• Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksi berantai untuk menghasilkan reaksi fissi. Hingga 2004 hal ini hanya berupa konsep teori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.