REAKTOR NUKLIR

Indonesia adalah negara dengan sumber daya alam yang melimpah merupakan sesuatu yang tidak perlu diragukan lagi. Jika selama ini Indonesia tidak dikenal sebagai negara dengan tenaga nuklirnya, ternyata Indonesia berpotensi sebagai negara adidaya dengan memanfaatkan nuklir sebagai energi alternatifnya. Dengan potensi uranium yang dimiliki dan juga telah ada badan tenaga nuklir. Di Indonesia ada 3 BATAN yakni ada di Bandung, Serpong dan Jogjakarta. Beberapa waktu yang lalu kami mahasiswa dari Universitass Negeri Malang jurusan Fisika yang sedang menempuh mata kuliah Fisika Inti berkesempatan untuk datang dan melakukan kuliah kerja lapangan Di BATAN Jogjakarta, disana terdapat berbagai macam alat salah satunya adalah reaktor nuklir. Reaktor nuklir yang masih aktif di kota jogja ini dinamai Reaktor Kartini. Reaktor ini terbilang kecil dan tidak terlalu diketahui oleh masyarakat, bahkan masyarakat sekitar tidak tahu keberadaan reaktor Kartini tersebut. Reaktor ini terletak di sekitar pemukiman padat penduduk,yaitu daerah Babarsari, Sleman, Jogja. Reaktor nuklir yang ada di Batan jogja ini tidak terlalu berbahaya. Jiakpun terjadi ledakan maka ledakannya tidak sampai radius 1 kilometer.  Tamu yang akan masuk harus lewat prosedur keamanan, masuk gedung harus menggunakan jas yang disediakan dan alas kali membungkus sepatu untuk menghindari menempelnya partikel radioaktif. Setelah keluar dari ruang reaktor, diukur radiasi yang diterima tubuh dengan alat pengukur dengan melihat pocket dosimeter. Saat itu juga bisa dilihat garis pada titik nol pada alat roentgen.

Selama ini kita sering mendengar istilah reaktor nuklir, namun mungkin anda belum mengetahui bagaimana cara kerja reaktor nuklir tersebut. Beginilah penjelasan cara kerja Reaktor Nuklir: Reaktor nuklir memproduksi dan mengendalikan pelepasan energi dari pemecah­an atom beberapa unsur seperti uranium dan plutonium. Dalam reaktor Pembang­kit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), energi dilepaskan dari reaksi fisi (pemecahan) ber­antai atom bahan bakar dan panas yang dihasilkan dipakai untuk memproduksi uap. 

Uap inilah yang digunakan untuk menggerakkan turbin untuk memproduksi listrik. Jenis pembangkit lainnya juga menggunakan uap, namun PLTN tidak melakukan pembakaran bahan bakar fosil yang bi­sa melepaskan emisi gas rumah kaca.

Disamping sebagai senjata nuklir, manusia juga memanfaatkan energi nuklir untuk  kesejahteraan umat manusia. Salah satu pemanfaatan energi nuklir secara besar-besaran  adalah dalam bentuk pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Energi nuklir di sini digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti (fisi) atau penggabungan inti (fusi). Fungsi reaktor fisi dibedakan menjadi dua, yaitu reaktor penelitian dan reaktor daya. Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan netron hasil pembelahan untuk berbagai penelitian dan iradiasi serta produksi radioisotop. Panas yang ditimbulkan dirancang sekecil mungkin  sehingga panas tersebut dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor penelitian dilakukan dengan sistem pendingin,yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Panas yang berasal dari teras reaktor diangkut oleh air di sekitar teras reaktor (sistem pendingin primer) dan dipompa oleh pompa primer menuju alat penukar panas. Selanjutnya panas dibuang ke lingkungan  melalui menara pendingin (alat penukar panas pada sistem  pendingin sekunder). Perlu diketahui bahwa antara alat penukar panas, sistem pendingin primer atau sekunder tidak terjadi kontak langsung.

Komponen dari reaktor nuklir

Reaktor nuklir pertama  kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di  Universitas Chicago. Hingga sat  ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir,  tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton.

1. Elemen Bahan Bakar 

Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kira-kira 1  cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan teras reaktor.  Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235. oleh karena isotop ini hanya kira-kira 0,7% terdapat dalam uranium alam, maka diperlukan proses khusus untuk  memperkaya (menaikkan prosentase) isotop ini. Kebanyakan reaktor atom komersial menggunakan uranium-235 yang telah diperkaya sekitar 3%.

2. Moderator Netron 

Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar  0,04 eV (atau leih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses  pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu , sebuah raktor 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 enrginya selama menumbuk molekula air  (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat.

3. Batang Kendali 

Jika keluaran daya dari sebuah reaktor  dikehendaki konstan, maka jumlah netron  yang dihasilkan harus dikendalikan. Sebagaimana diketahui, setiap terjadi proses fisi ada sekitar 2 sampai 3 netron baru terbentuk yang selanjutnya menyebakan proses berantai.  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. Jelas bahwa sebuah mekanisme kendali sangat diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal atau kondisi kritis. Kendali ini dilakukan oleh sejumlah batang kendali yang dapat bergerak keluar-masuk teras reaktor. Lihat gambar 12.1. 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.

4. 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.

5. 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.

Berdasarkan jenis pendinginnya, ada beberapa jenis reaktor. Dalam pembahasan ini akan dibahas pembakit listrik tenaga nuklir yang menggunakan reaktor air bertekanan (Pressurized Water Reactor = PWR). Dalam PWR, 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 saluranpendingin reaktor (sistem pendingin primer). 

Untuk mengangkut kalor sebesar mungkin,  suhu air dikondisikan mencapai 3000 C. Untuk menjaga air tidak mendidih (yang dapat terjadi pada suhu 1000 C 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 sekunder.

            Reaktor Kartini berkekuatan 100 kilowatt termal, atau jika kekuatan listrik, hanya sepertiganya. Bahan bakar yang diperlukan uranium zirconic hidrida (UZrH). Alat pengaman tahan panas hingga 1.200 derajat. Pendinginnya menggunakan air yang sudah disterilkan. Dengan sistem pendingin primer, panasnya tak pernah sampai 50 derajat Celsius. Tingkat keamanannya sangat tinggi. Tingkat radiasi pekerja tak boleh lebih dari 50 milisievert per tahun.“Selama ini tidak pernah terjadi pegawai yang terkena radiasi melebihi 50 milisievert,” kata Elisabeth Supriyatni, Kepala Bidang Proteksi Radiasi Batan. Adapun bagi tamu atau masyarakat tak lebih dari 10 milisievert.  Tamu yang akan masuk harus lewat prosedur keamanan, masuk gedung harus menggunakan jas yang disediakan dan alas kali membungkus sepatu untuk menghindari menempelnya partikel radioaktif.Setelah keluar dari ruang reaktor, diukur radiasi yang diterima tubuh dengan alat pengukur dengan melihat pocket dosimeter. Saat itu juga bisa dilihat garis pada titik nol pada alat roentgen.

Dibawah ini gambar reaktor nuklir yang ada laboratorium di BATAN Jogja :