BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akibat yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih dapat dirasakan sampai sekarang. Di samping sebagai senjata pamungkas yang dahsyat, sejak lama orang telah memikirkan bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Sampai saat ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam berbagai bidang antara lain bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan, bidang hidrologi, yang merupakan aplikasi teknik nuklir untuk non energi. Salah satu pemanfaatan teknik nuklir dalam bidang energi saat ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara besar-besaran dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, aman dan tidak mencemari lingkungan.
Pemanfaatan tenaga nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial sejak tahun 1954. Pada waktu itu di Rusia (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air ringan bertekanan tinggi (VVER = PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR + Reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe. Pada tahun 1997 di seluruh dunia baik di negara maju maupun negara sedang berkembang telah dioperasikan sebanyak 443 unit PLTN yang tersebar di 31 negara .
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksut dengan PLTN ?
2. Bagaimana cara kerja PLTN ?
3. Apa saja jenis – jenis dari Reaktor PLTN ?
4. Apa saja keuntungan dan kerugian dari PLTN ?
1.3 Tujuan
1. Untuk mengetahui maksut dari PLTN
2. Untuk mengetahui Cara kerja PLTN
3. Untuk mengetahui Jenis – jenis Reaktor PLTN
4. Untuk mengetahui Keuntungan dan kerugian PLTN
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian PLTN
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per unit pembangkit berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe. Pada dasarnya sistem kerja dari PLTN sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu: air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Ulang yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Satu gram U-235 setara dengan 2650 batu bara. Pada PLTN panas yang digunakan untuk menghasilkan uap yang sama,dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reactor 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, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN.
a. Komponen PLTN
• Reaktor
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, perisai,
moderator dan elemen kendali. 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 panas dan neutron-neutron baru.
• Komponen Dasar Reaktor Nuklir
a) Elemen Bahan Bakar
Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kirakira 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.
b) Moderator Neutron
Netron 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 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.
c) Batang Kendali
Jika keluaran daya dari sebuah reactor 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. 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 reactor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untukmenghentikan operasi reaktor (missal untuk perawatan) batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti.
d) 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 system pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reactor digantikan air dingin yang masuk melalui bagian bawah teras reactor.
e) Perisai atau Wadah
Terbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reaktor dapat bekerja dengan aman dari radiasi.
• Steam Generator
Steam generator (pembangkit uap) merupakan suatu alat untuk mengubah air menjadi uap. Pada reaktor tipe PWR, steam generator dibuat terpisah dari reaktor, sedangkan pada reaktor tipe BWR, reaktor sendiri sekaligus berfungsi sebagai steam generator.
• Turbin Uap
Turbin uap mengubah energi kinetik uap menjadi putaran poros turbin. Pada pembangkit listrik dengan kapasitas besar seperti PLTN biasanya terdapat 2 atau 3 buah turbin yaitu turbin tekanan tinggi, menengah (intermediate) dan rendah.
• Generator Listrik
Putaran poros turbin dikonversi menjadi listrik oleh generator. Peletakan dikopel langsung poros ke poros dengan turbin uap.
• Kondensor
Kondensor menerima input uap dari stage terakhir turbin tekanan dan mengubahnya kembali menjadi air (dikondensasi).
• Ruang Control (Control Room)
Ruang control adalah tempat mengendalikan reaktor. Di ruangan ini terdapat display kondisi operasi semua peralatan utama dan pendukung sehingga kondisi operai PLTN termonitor secara terus menerus dan dapat segara diambil tindakan yang tepat pada saat diperlukan.
• Bangunan Pengungkung Reaktor
Bangunan ini terbuat dari beton untuk melindungi lingkungan dari kemungkinan keluarnya radiasi dan material radioaktif ke lingkungan dan sebaliknya juga berfungsi sebagai pelindung reaktor dari kemungkinan kerusakan akibat faktor-faktor luar.
2.2 Prinsip kerja PLTN
Proses kerja PLTN sebenarnya sama dengan proses kerja pembangkit listrik konvensional seperti pembangkit lisrtik 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, sedangkan PLTU mendapatkan panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi. Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Uap bertekanan tinggi pada PLTU digunakan untuk memutar turbin. Tenaga gerak putar turbin ini kemudian diubah menjadi tenaga listrik dalam sebuah generator. Perbedaan PLTN dengan pembangkit lain terletak pada bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap, yaitu Uranium. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium menghasilkan tenaga panas (termal) dalam jumlah yang sangat besar serta membebaskan 2 sampai 3 buah neutron.
Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan dilokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.
Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalu PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari rekasi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka rekator daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :
• Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar.
• Panas hasil reaksi tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tiper reaktor nuklir yang digunakan.
• Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik).
• Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.
2.3 Jenis - Jenis Reaktor Nuklir
Reaktor Nuklir dan Komponen-komponennya
Reaktor Nuklir adalah sebuah system tempat mengontrol dan mempertahankan terjadinya reaksi nuklir berantai. Rector nuklir bisa dipergunakan untuk pembangkit listrik, produksi radioisotop dan keperluan penelitian. PLTN sering dicirikan atau diberi nama sesuai dengan jenis reaktor nuklir yang digunakannya. Berikut ini adalah beberapa dari jenis reaktor nuklir yang dipergunakan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir yaitu antara lain jenis Boiling Water Reactor (BWR), Pressurized Water Reactor (PWR), Gas-Cooled Reactor (GCR), Light Water Graphite Reactor (LWGR), Fast Breeder Reactor (FBR), Pebble Bed Reactor (PBR)
2.3.1 Reaktor Air Mendidih (Boiling Water Reactor, BWR)
Reaktor jenis ini mempergunakan air sebagai media pendingin sekaligus sebagai moderator. Air menyerap panas dari bahan bakar sampai terjadi uap di dalam reaktor sehingga reaktor juga berfungsi sebagai steam generator.
Uap yang dihasilkan langsung dipergunakan untuk menggerakkan turbin generator sehingga dihasilkan energi listrik. Keluaran dari turbin, uap dikondensasi untuk kemudian dipompa kembali ke dalam reaktor. Batang kendali disisipkan dari bagian bawah reaktor dengan mempertimbangkan karakteristik reaktor.
2.3.2 Reaktor Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor, PWR)
Berbeda dengan BWR, PWR mempergunakan dua siklus pendinginan. Siklus pertama (siklus primer), yang berhubungan langsung dengan reaktor, diberi tekanan tinggi untuk menghindari terjadinya pendidihan air pendingin di dalam reaktor 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 karateristik yang berbeda dengan BWR, maka batang kendali untu reaktor tipe PWR ini disisipkan bagian atas reaktor.
2.3.3 Reaktor Air Berat Bertekanan (Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR)
Reaktor ini secara prinsip mirip dengan PWR, yang membedakan adalah pending dan moderator air biasa atau air ringan (H2O) diganti dengan air berat (D2O). jenis reaktor ini yang banyak ditemui dalam PLTN adalah CANDU (Canada Deuterium Uranium) reactor. Penggunaan air berat membuat reaktor 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 reaktor lain, bejana reaktor CANDU (calandria) dibuat horizontal.
2.3.4 Reaktor Berpendingin Gas (gas-Cooled Reactor, GCR)
Gas CO2 yang disikulasikan ke dalam bejana reaktor berfungsi sebagai pendingin siklus primer. Gas panas yang keluar dari reaktor kemudian masuk ke dalam steam generator untuk membangkitkan uap pada siklu sekunder yang menggunakan air sekaligus mendinginkan gas CO2 tersebut sebelum kembali masuk ke dalam reaktor. Pada tipe ini, grafit diperlukan sebagai moderator sehingga bisa mempergunakan uranium alam yang tidak diperkaya sebagai bahan bakar, seperti pada reaktor CANDU.
2.3.5 Reaktor Grafit Berpendingin Air (Light Water Graphite Reactor, LWGR)
Reaktor ini mempergunakan grafit sebagai moderator dan air sebagai pendingin. Air pendingin dibiarkan mendidih di dalam reaktor dan uapnya kemudian dipisahkan dari air di dalam steam drum. Uap kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Reaktor yang mengalami kecelakaan di Chernobyl termasuk ke dalam tipe reaktor ini.
2.3.6 Reactor Pembiak Cepat (Fast Breeder Reactor, FBR)
Reaktor ini lebih mempergunakan plutonium Pu-239 sebagai bahan bakar. Plutonium berada di bagian tengah inti reaktor, kemudian di sebelah luarnya dikelilingi oleh U-238. Uranium-238 ini menyerap neutron yang berasal dari hasil fisi di bagian tengah reaktor sehingga berubah menjadi Pu-239. Produksi Pu-239 inilah yang dikenal sebagai pembiakan bahan bakar. Dengan tanpa adanya moderator di dalam reaktor untuk menurunkan energi neutron membuat reaktor ini disebut pembiak cepat.
2.3.7 Reaktor Pebble Bed (Pebble Bed Reactor)
Reaktor ini mempergunakan bahan bakar keramik uranium (U), plutonium (Pu) atau thorium (Th) berbentuk bola (pebble). Bola-bola diletakkan ke dalam silinder reaktor yang bagian bawahnya berbentuk seperti corong sebagai tempat keluarnya bahan bakar yang sudah habis terpakai. Gas helium yang dialirkan di sela-sela tumpukan bola-bola keramik berfungsi sebagai pendingin yang menyerap panas hasil reaksi fisi untuk kemudian ditransfer ke air pendingin melalui steam generator. Grafit 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.
2.4 Keuntungan dan Kerugian PLTN
2.4.1 Keuntungan PLTN 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).
Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya seperti karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia.
Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal).
Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan.
Ketersedian bahan bakar yang melimpah
2.4.2 kerugian PLTN :
Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building).
Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun.
2.4.3 Resiko PLTN
Radiasi
Risiko utama yang berkaitan dengan tenaga nuklir timbul dari efek kesehatan dari radiasi. Radiasi ini terdiri dari partikel subatomik bepergian pada atau dekat kecepatan cahaya, --- 186 000 mil per detik. Mereka dapat menembus jauh di dalam tubuh manusia di mana mereka dapat merusak sel-sel biologi dan dengan demikian memulai kanker. Jika mereka menyerang sel-sel seks, mereka dapat menyebabkan penyakit genetik pada keturunan. Radiasi terjadi secara alami di lingkungan kita, orang yang khas adalah, dan selalu telah terkena radiasi partikel 15.000 setiap detik dari sumber-sumber alam, dan medis rata-rata X-ray melibatkan disambar 100 miliar. Meskipun hal ini mungkin tampak sangat berbahaya, tidak, karena kemungkinan untuk sebuah partikel radiasi memasuki tubuh manusia menyebabkan kanker atau penyakit genetik hanya satu kesempatan di 30 juta miliar (30 triliun). Teknologi tenaga nuklir menghasilkan bahan yang aktif dalam memancarkan radiasi dan karena itu disebut "radioaktif". Bahan-bahan ini dapat datang ke dalam kontak dengan orang-orang terutama melalui siaran kecil selama operasi rutin pabrik, kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir, kecelakaan dalam pengangkutan zat radioaktif, dan melarikan diri dari limbah radioaktif dari sistem kurungan. Kami akan membahas ini secara terpisah, tetapi semuanya diambil bersama, dengan kecelakaan dirawat probalistik, akhirnya akan mengekspos Amerika rata-rata sekitar 0,2% dari paparan dari radiasi alam. Karena radiasi alam diperkirakan menyebabkan sekitar 1% dari semua kanker, radiasi karena teknologi nuklir akhirnya harus meningkatkan risiko kanker kita dengan 0,002% (satu bagian dalam 50.000), mengurangi harapan hidup kita dengan kurang dari satu jam. Sebagai perbandingan, kehilangan harapan hidup kita dari teknologi pembangkit listrik yang kompetitif, pembakaran batu bara, minyak, atau gas, diperkirakan bervariasi antara 3 sampai 40 hari.
2.4.4 Kecelakaan Reaktor
Pembangkit tenaga nuklir desain strategi untuk mencegah kecelakaan dan mengurangi efek potensial mereka adalah "pertahanan mendalam" --- jika sesuatu gagal, ada sistem back-up untuk membatasi kerugian yang, jika sistem yang juga harus gagal ada lagi kembali -up sistem untuk itu, dll, dll Tentu saja ada kemungkinan bahwa setiap sistem dalam rangkaian back-up mungkin gagal satu demi satu, tetapi kemungkinan untuk itu adalah sangat kecil. Media sering mempublikasikan kegagalan dari beberapa sistem tertentu di pabrik beberapa, menyiratkan bahwa itu adalah panggilan dekat "pada bencana”.
Risiko dari kecelakaan reaktor diperkirakan oleh ilmu pengetahuan berkembang pesat dari "analisis risiko probabilistik" (PRA). Sebuah PRA harus dilakukan secara terpisah untuk setiap pembangkit listrik (dengan biaya $ 5 juta) tapi kita memberikan hasil yang khas di sini: bahan bakar Sebuah meleleh-down mungkin diharapkan sekali dalam 20.000 tahun beroperasi reaktor. Dalam 2 dari 3 lelehan-down tidak akan ada kematian, pada 1 dari 5 akan ada lebih dari 1000 kematian, dan dalam 1 dari 100.000 akan ada 50.000 kematian. Rata-rata untuk semua kebocoran akan menjadi 400 kematian. Karena polusi udara dari pembakaran batu bara diperkirakan akan menyebabkan 10.000 kematian per tahun, ada harus 25 meleleh-downs setiap tahun untuk tenaga nuklir harus sama berbahayanya dengan pembakaran batubara. Kematian saja dari polusi udara pembakaran batu bara tidak terlihat, tetapi yang sama juga berlaku bagi kematian akibat kanker dari kecelakaan reaktor. Dalam kecelakaan terburuk dipertimbangkan, diharapkan sekali dalam 100.000 meleleh-downs (sekali dalam 2 milyar tahun beroperasi reaktor), kematian kanker akan di antara 10 juta orang, meningkatkan risiko kanker mereka biasanya dari 20% (rata-rata AS saat ini) untuk 20,5 %. Ini jauh lebih kecil daripada variasi geografis --- 22% di New England menjadi 17% di negara negara Rocky Mountain. Sangat dosis radiasi yang tinggi dapat merusak fungsi tubuh dan mengakibatkan kematian dalam waktu 60 hari, tetapi seperti "terlihat" kematian yang diharapkan hanya 2% dari reaktor meleleh-down kecelakaan; akan ada lebih dari 100 di 0,2% dari kebocoran, dan 3500 di 1 dari 100.000 meleleh-downs. Untuk saat ini, jumlah terbesar kematian terlihat dari pembakaran batubara dalam insiden polusi udara (London, 1952) di mana terdapat 3500 kematian ekstra dalam satu minggu. Tentu saja kecelakaan nuklir yang hipotetis dan ada banyak jauh lebih buruk kecelakaan hipotesis dalam teknologi pembangkit listrik lain, misalnya, ada bendungan hidroelektrik di California yang mendadak kegagalan dapat menyebabkan 200.000 kematian.
2.4.5 Limbah Radioaktif
Produk limbah radioaktif dari industri nuklir harus diisolasi dari kontak dengan orang untuk jangka waktu yang sangat lama. Sebagian besar radioaktivitas yang terkandung dalam bahan bakar bekas, yang cukup kecil dalam volume dan karena itu dengan mudah ditangani dengan hati-hati. Ini "limbah tingkat tinggi" akan dikonversi ke bentuk batu-suka dan emplaced di habitat alami batuan, di bawah tanah. Umur rata-rata sebuah batu di lingkungan yang merupakan satu miliar tahun. Volume yang jauh lebih besar jauh lebih sedikit radioaktif (tingkat rendah) limbah dari pembangkit nuklir akan dimakamkan di kedalaman dangkal (biasanya 20 kaki) dalam tanah. Jika kita menganggap bahwa bahan ini segera menjadi tersebar melalui tanah antara permukaan dan kedalaman air tanah (walau tindakan rumit untuk menjaga integritas paket limbah) dan berperilaku seperti materi.
Prinsip Pengelolaan 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 pengkondisian (conditioning) menjadi bentuk padatan menjadi bentuk padatan yang stabil untuk imobilisasi material radioaktif dan kemudian diberi container untuk memudahkan penanganan, transportasi, penyimpanan sementara dan atau penyimpana lestari. Pengkondisian ini bisa dalam bentuk sementasi (untuk limbah solid dan endapan) dan vitrifikasi (terutama untuk limbah cair) yaitu imobilisasi material radioaktif dalam matrix seperti gelas borosilikat.
Kategori Limbah
Limbah nuklir dapat dikategorikan ke dalam 4 kategori, yaitu:
• Limbah tingkat sangat rendah (very low level waste) Limbah kategori ini memiliki radioaktivitas sangat kecil dalam volume yang sangat kecil pula dan bisa dibuang sebagai limbah domestik biasa.
• Limbah tingkat rendah (low Level waste, LLW) Bagian terbesar dari limbah ini berasal dari daur ulang bahan nuklir seperti kertas, perkakas, kain, filter dan lain-lain yang memiliki sejumlah kecil radioaktifitas yang waktu paruhnya pendek. Limbah ini tidak memerlukan perisai selama penanganan dan transportasi serta cocok untuk dikubur tidak terlalu dalam. Selama volume, limbah kategori ini bisa mencapai 90% dari total limbah radioaktif tetapi secara aktifitas hanya 1% total aktifitas limbah radioaktif.
• Limbah tingkat menengah (intermediate level waste, ILW) Limbah ini memilki tingkat radiaktifitas yang lebih tinggi dan biasanya memerlukan perisai selama penanganannya. Perisai bisa berbentuk tameng timah hitam (lead), beton atau air untuk member pelindungan dari radiasi yang memiliki daya tembus tinggi seperti sinar gamma. Limbah ini biasanya terdiri atas resin, bahan kimia dan kelongsong bahan bakar selain dari material yang teraktifasi dari dalam reaktor nuklir.
• Limbah tingkat tinggi (high level waste, HLW) Limbah ini berupa produk fisi dan unsur-unsur transuranik dengan waktu paruh sangat panjang yang dihasilkan di dalam inti reaktor. HLW sangat radioaktif dan panas. Radioaktifitas limbah radioaktif meskipun volumenya relatif kecil, limbah ini memerlukan perisai dan pendingin selama proses penangannya.
Transmutasi limbah
Transmutasi (transmutation) adalah mengkonversikan limbah nuklir berbahaya yang berumur paruh panjang menjadi material yang lebih stabil yang akan meluruh dalam waktu cepat dengan demikian maka volume dapat dikurangi. Prisip utama transmutasi adalah mengiradiasi material radioaktif dengan neutron sehingga terjadi fisi menjadi atom yang lebih stabil dan tidak begitu radioaktif. Alternatif lain adalah neutron diserap oleh inti atom ringan sehingga menjadi atom lebih berat baru kemudian terjadi fisi akibat menyerap neutron lainnya. Studi transmusi selama ini memanfaatkan reaktor nuklir yang ada serta konsep reaktor subkritik yang disuplai proton dari akselerator (accelerator-driven system, ADS). Di dalam reaktor ADS, proton diarahkan ke material target seperti timah hitam, bismuth atau campuran keduanya untuk menghasilkan neutron (spallation) untuk keperluan transmutasi. Sama seperti reaktor biasa, ADS juga mampu membangkitkan listrik dengan terjadinya reaksi fisi di inti reaktornya. Dengan adanya sistem transmutasi ini maka siklus bahan bakar nuklir bisa direvisi dan diperbaiki sehingga makin sedikit material radioaktif yang harus dibuang ke tempat penyimpanan akhir.
2.5 Syarat PLTN Yang Aman
2.5.1 Air Sebagai Pemerlambat Neutron (Moderator)
Panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan, oleh air yang bertekanan 160 atmosfir dan suhu 300 derajat Celsius secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui saluran pendingan reaktor. Air yang 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/detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300 derajat Celsius, barulah ia mampu membelah inti atom uranium-235. Neutron yang telah diperlambat disebut neutron termal.
2.5.2 Reaksi Pembelahan Inti Berantai Terkendali
Untuk mendapatkan keluaran termal 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 diserap oleh bahan lainnya tanpa menimbulkan reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang kendali dibuat dari bahan-bahan yang menyerap neutron, sehingga jumlah neutron yang menyebabkan reaksi pembelahan dapat dikendalikan dengan mengatur keluar atau masuknya batang kendali ke dalam teras reaktor. urain di atas pengertiannya bahwa:
• Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada moderator.
• Kandungan Uranium-235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum adalah 3,2%. Kandungan ini kecil sekali dan terdistribusi secara merata dalam isotop Uranium-238, sehingga tidak mungkin terjadi reaksi pembelahan berantai secara tidak terkendali di dalamnya.
2.5.3 Keselamatan Nuklir
Berbagai usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatan masyarakat, para pekerja reaktor, dan lingkungan PLTN. Usaha ini dilakukan untuk menjamin agar
radioaktif yang dihasilkan reaktor nuklir tidak terlepas ke lingkungan baik selama operasi mapun jika terjadi kecelakaan. Tindakan proteksi dilakukan untuk menjamin agar PLTN dapat dihentikan dengan aman setiap waktu jika diinginkan dan tetap dapat dipertahankan dalam keadaan aman, yakni memperoleh pendinginan yang cukup. Untuk ini panas peluruhan yang dihasilkan harus dibuang dari teras reaktor, karena dapat menimbulkan bahaya akibat pemanasan lebih pada reaktor.
2.5.4 Keselamatan Terpasang
Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi.
2.5.5 Penghalang Ganda
PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dam berlapis lapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil, Sebagai contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar (> 99%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama, selama beroperasi atau pun jika terjadi kecelakaan, kelongsong bahan bakar akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsong. Dalam hal zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu sstem pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang
keempat berupa bejana tekan dibuat dari baja dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5 – 2 meter. Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan beton setebal 1,5 - 2 meter yang kedap udara. Jadi selama operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih ada zat radioaktif yang terlepas jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap lingkungan tidak berarti.
2.6 Reaksi nuklir
Reaksi nuklir adalah reaksi yang melibatkan inti atom. Biasanya terjadi antara inti atom dengan inti atom atau dengan partikel elementer yang menghasilkan produk yang berbeda dengan inti atom atau partikel sebelum reaksi. 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 reaksi nuklir dapat dibedakan menjadi reaksi penggabungan (fusi) dan reaksi pembelahan (fisi).
2.6.1 Reaksi Fusi Nuklir
Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan atau penggabungan dua atau lebih inti atom menjadi inti atom baru yang lebih berat dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia. Reaksi ini diikuti oleh pelepasan atau penyerapan energi serta partikel-partikel elementer fusi atom Deuterium (2H) dengan Tritium (3H) atau (D-T fusion) akan menghasilkan sebuah atom Helium (He) dan Neutron (n) disertai oleh pelepasan energi. Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali.
2.6.2 Reaksi Fisi Nuklir
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. Proses reaksi biasanya berawal dari penetrasi elementer neutron ke dalam inti atom yang kemudian menjadi tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi dua inti atom lain yang disebut produk fisi. Selain produk fisi, biasanya dilepaskan pula beberapa buah neutron (n), energi dalam bentuk panas dan radiasi gamma.
Reaksi fisi berantai
Ketika inti atom suatu bahan bakar nuklir seperti uranium mengalami reaksi fisi, maka akan dilepaskan pula sebanyak 2 atau 3 buah neutron baru (neutron bebas) hasil dari reaksi fisi tersebut. Neutron-neutron bebas tersebut bisa menjadi pemicu untuk terjadinya reaksi fisi berikutnya dari inti atom uranium lain yang berada di sekitarnya. Jika reaksi-reaksi fisi ini terus berlanjut, maka terjadilah apa yang dinamakan dengan reaksi fisi berantai.
Masa kritis
Salah satu syarat agar reaksi fisi berantai dapat terus dipertahankan adalah tersedianya bahan bakar nuklir dalam jumlah yang cukup. Jumlah material bahan nuklir yang diperlukan agar reaksi fisi berantai dapat dipertahankan tersebut dinamakan masa krisi.
Moderasi
Secara umum hanya neutron dengan energi relatif rendah (thermal neutron) yang memiliki kemungkinan terbesar untuk menimbulkan terjadinya reaksi fisi pada inti atom bahan bakar nuklir. Neutron bebas yang dihasilkan dari reaksi fisi adalah neutron dengan energi relatif tinggi yang dikenal sebagai neutron cepat (fast neutron). Oleh karena itu, energi neutron ini harus diturunkan dengan mempergunakan moderator agar reaksi fisi berikutnya pada reaksi fisi berantai dapat terjadi.
Prinsip penurunan energi neutron (moderasi) adalah dengan cara memantul-mantulkan neutron tersebut terhadap atom-atom material yang berfungsi sebagai moderator. Karena pantulan inilah energi neutron menjadi turun. Material yang biasa digunakan sebagai moderator adalah air dan grafit (karbon).
Pengendalian reaksi fisi berantai
Selain bahan bakar nuklir, agen utama pada reaksi fisi adalah neutron, dengan demikian pengendalian reaksi fisi berantai adalah dengan mengatur populasi neutron. Untuk mengendalikan jumlah neutron ini maka dipakai material penyerap neutron seperti boron.
Boron hanya menyerap neutron tanpa menimbulkan terjadinya reaksi fisi. Dengan mengatur posisi boron di sekitar bahan bakar nuklir maka terjadinya reaksi fisi dapat dikendalikan.
2.7 Proses Pemanfaatan Panas Hasil Fisi Untuk Menghasilkan Energi Listrik Di Dalam PLTN.
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.
EmoticonEmoticon