Sistem Pembangkit Uap: Energy Nuklir (K2512043)

PENGERTIAN NUKLIR

Menurut Wikpedia Bahasa Indonesia ,Kata nuklir berarti bagian dari atau yang berhubungan dengan nukleus atom (inti atom).. Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei ataupartikel 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.

Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir. 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.

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. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen(terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

BAHAN PEMBUATNYA

Bahan Pembuat nuklir adalah Uranium. Uranium merupakan unsur radioaktif. Berikut ini adalah pengertian uranium dan cara kerjanya menurut Organisasi Nuklir Dunia atau World Nuclear Assosiation yang dapat dilihat di www.world-nuclear.org :

Uranium adalah logam yang sangat berat yang dapat digunakan sebagai sumber berlimpah energi terkonsentrasi.
Uranium terjadi pada sebagian besar batu di konsentrasi 2 sampai 4 bagian per juta dan adalah sebagai umum dalam kerak bumi sebagai timah, tungsten dan molybdenum. Uranium terjadi dalam air laut, dan dapat pulih dari lautan.
Uranium ditemukan pada tahun 1789 oleh Martin Klaproth, seorang kimiawan Jerman, dalam mineral yang disebut bijih-bijih uranium. Hal ini dinamakan planet Uranus, yang telah ditemukan delapan tahun sebelumnya.
Uranium rupanya dibentuk pada supernova sekitar 6,6 miliar tahun yang lalu. Meskipun tidak umum di tata surya, hari ini peluruhan radioaktif yang lambat menyediakan sumber utama panas di dalam bumi, menyebabkan konveksi dan pergeseran benua.
Kepadatan tinggi uranium berarti bahwa ia juga menemukan menggunakan dalam keels dari yacht dan sebagai counterweight untuk kontrol permukaan pesawat, serta untuk perisai radiasi.
Uranium memiliki titik lebur adalah 1.132 ° C. Simbol kimia untuk uranium adalah U.

MANFAAT NUKLIR

Sebagai Sumber Listrik yang Hemat

Lebih dari 14% dari listrik dunia dihasilkan dari uranium dalam reaktor nuklir. Jumlah ini lebih dari 2500 miliar kWh setiap tahun, seperti halnya dari semua sumber listrik di seluruh dunia pada tahun 1960. Ini berasal dari beberapa 440 reaktor nuklir dengan kapasitas produksi total sekitar 377 000 megawatt (MWe) yang beroperasi di 30 negara. Lebih dari 60 reaktor lagi sedang dibangun dan lain 150 yang direncanakan. Belgia, Bulgaria, Republik Ceko, Finlandia, Perancis, Hungaria, Jepang, Korea Selatan, Slovakia, Slovenia, Swedia, Swiss dan Ukraina semua mendapatkan 30% atau lebih dari listrik dari reaktor nuklir. Amerika Serikat memiliki lebih dari 100 operasi reaktor, memasok 20% dari listrik. Perancis mendapat tiga perempat dari listrik dari uranium.

Pembangkit listrik tentunya sangat berkaitan erat dengan bahan bakar. Dalam hal ini bahan bakar yang dimaksud adalah bahan bakar nuklir. Yakni, 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 bakaryang 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 U danPu, 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 dengan PLTN dan senjata nuklir.

Tidak semua bahan bakar nuklir digunakan dalam reaksi fissi berantai. Sebagai contoh, Pu 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.

Data dari pemerintah Indonesia

Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir dan Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Fosil

Semua pembangkit tenaga listrik, termasuk PLTN, mempunyai prinsip kerja yang relatif sama. Bahan bakar (baik yang berupa batu bara, gas ataupun uranium) digunakan untuk memanaskan air yang akan menjadi uap. Uap memutar turbin dan selanjutnya turbin memutar suatu generator yang akan menghasilkan listrik.

Perbedaan yang mencolok adalah bahwa PLTN tidak membakar bahan bakar fosil, tetapi menggunakan bahan bakar dapat belah (bahan fisil). Di dalam reaktor, bahan fisil tersebut direaksikan dengan neutron sehingga terjadi reaksi berantai yang menghasilkan panas. Panas yang dihasilkan digunakan untuk menghasilkan uap air bertekanan tinggi, kemudian uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin. Dengan digunakannya bahan fisil, berarti tidak menghasilkan CO₂, hujan asam, ataupun gas beracun lainnya seperti jika menggunakan bahan bakar fosil.

Seberapa amankah PLTN?

Dibandingkan pembangkit listrik lainnya, PLTN mempunyai faktor keselamatan yang lebih tinggi. Hal ini ditunjukkan oleh studi banding kecelakaan yang pernah terjadi di semua pembangkit listrik. Secara statistik, kecelakaan pada PLTN mempunyai persentase yang jauh lebih rendah dibandingkan yang terjadi pada pembangkit listrik lain. Hal tersebut disebabkan karena dalam desain PLTN, salah satu filosofi yang harus dipunyai adalah adanya “pertahanan berlapis” (defence in-depth). Dengan kata lain, dalam PLTN terdapat banyak pertahanan berlapis untuk menjamin keselamatan manusia dan lingkungan. Jika suatu sistem operasi mengalami kegagalan, maka masih ada sistem cadangan yang akan menggantikannya. Pada umumnya, sistem cadangan berupa suatu sistem otomatis pasif. Disamping itu, setiap komponen yang digunakan dalam instalasi PLTN telah didesain agar aman pada saat mengalami kegagalan, sehingga walaupun komponen tersebut mengalami kegagalan, maka kegagalan tersebut tidak akan mengakibatkan bahaya bagi manusia dan lingkungannya.

Dari sisi sumber daya manusia, personil yang mengoperasikan PLTN harus memenuhi persyaratan yang sangat ketat, dan wajib mempunyai sertifikat sebagai operator reaktor yang dikeluarkan oleh Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN). Untuk mendapatkan sertifikat tersebut, mereka harus mengikuti dan lulus ujian pelatihan. Sertifikat tersebut berlaku untuk jangka waktu tertentu dan setelah lewat masa berlakunya maka akan dilakukan pengujian kembali.

Peranan PLTN dalam Kelistrikan Dunia

Pada Nopember 2005, di seluruh dunia terdapat 441 buah pembangkit listrik tenaga nuklir yang beroperasi di 31 negara, menghasilkan tenaga listrik sebesar lebih dari 363 trilyun watt. Reaktor yang dalam tahap pembangunan sebanyak 30 buah dan 24 negara (termasuk 6 negara yang belum pernah mengoperasikan reaktor nuklir) merencanakan untuk membangun 104 reaktor nuklir baru. Saat ini energi listrik yang dihasilkan PLTN menyumbang 16% dari seluruh kelistrikan dunia, yang secara kuantitatif jumlahnya lebih besar dari listrik yang dihasilkan di seluruh dunia pada tahun 1960.

Prinsip Kerja

Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.

PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas alam dan sebagainya untuk menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air di dalam boiler sehingga menghasilkan uap air, uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin uap, dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena ikut berputar seporos dengan turbin uap.

PLTN juga memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam reaktor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi,.

Struktur Atom Uranium Dan Reaksi Fisi

Agar dapat lebih mudah memahami bagaimana terjadinya reaksi fisi didalam reaktor PLTN, pada sub-bab ini akan disampaikan tentang bagaimana strutur atom didalam uranium dan apakah itu reaksi fisi.

Strukut Atom Uranium

Sejatinya segala unsur yang terdapat di alam terbentuk dari kumpulan atom-atom. Ada 92 jenis atom yang telah didefinisikan hingga saat ini. Inti dari suatu atom terdiri atas proton yang bernilai positip dan neutron yang bersifat netral. Disekitar intinya terdapat elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama dengan proton dan terikat dengan gaya elektromagnetiknya. Jumlah proton pada atom menjadi ciri khas suatu jenis atom dan lebih dikenal dengan sebutan nomer atom, yang menentukan unsur kimia atom tersebut.

Unsur uranium memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomer atom Uranium adalah 92. Namun di alam, terdapat 3 jenis unsur yang memiliki jumlah proton 92 buah, masing-masing memiliki jumlah neutron sebanyak 142, 143, dan 148 buah. Unsur yang memiliki 143 buah neutron ini disebut dengan Uranium-235, sedangkan yang memiliki 148 buah neutron disebut dengan Uranium-238. Suatu unsur yang memiliki nomer atom sama namun jumlah neutron yang berbeda biasa disebut dengan isotop. Gambar berikut adalah struktur dari atom Uranium dan tabel yang menjelaskan tentang isotopnya.

Uranium yang terdapat di alam bebas sebagian besar adalah Uranium yang sulit bereaksi, yaitu Uranium-238. Hanya 0,7 persen saja Uranium yang mengandung isotop Uranium-235. Sedangkan bahan bakar Uranium yang digunakan di PLTN adalah Uranium yang kandungan Uranium-235 nya sudah ditingkatkan menjadi 3-5 %.

Gambar Struktur atom Uranium

Reaksi Fisi Uranium

Perlu diketahui bahwa reaksi fisi bisa terjadi disetiap inti atom dari suatu unsur tanpa terkecuali. Namun reaksi fisi yang paling mudah terjadi adalah reaksi pada inti atom Uranium. Uranium pun sama halnya, yang paling mudah terjadi reaksi adalah Uranium-235, sedangkan Uranium-238 memerlukan energi yang lebih besar agar dapat terjadi reaksi fisi ini.

Reaksi fisi terjadi saat neutron menumbuk Uranium-235 dan saat itu pula atom Uranium akan terbagi menjadi 2 buah atom Kr dan Br. Saat terjadi reaksi fisi juga akan dihasilkan energi panas yang sangat besar. Dalam aplikasinya di PLTN, energi hasil reaksi fisi ini dijadikan sumber panas untuk menghasilkan uap air. Uap air yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin dan membuat generator menghasilkan listrik.

Pada saat Uranium-235 ditumbuk oleh neutron, akan muncul juga 2-3 neutron baru. Kemudian neutron ini akan menumbuk lagi Uranium-235 lainnya dan muncul lagi 2-3 neutron baru lagi. Reaksi seperti ini akan terjadi terus menerus secara perlahan di dalam reaktor nuklir.

Neutron yang terjadi akibat reaksi fisi sebenarnya bergerak terlalu cepat, sehingga untuk menghasilkan reaksi fisi yang terjadi secara berantai kecepatan neutron ini harus diredam dengan menggunakan suatu media khusus. Ada berbagai macam media yang digunakan sampai saat ini antara lain air ringan/tawar, air berat, atau pun grafit. Secara umum kebanyakan teknologi PLTN di dunia menggunakan air ringan (Light Water Reactor, LWR).

Perlu diperhatikan disini bahwa di dalam reaktor nuklir, bahan bakar Uranium yang digunakan dijaga agar tidak sampai terbakar atau mengeluarkan api. Sebisa mungkin posisi bahan bakarnya diatur sedemikian hingga agar nantinya hasil reaksi fisi ini masih bisa diolah kembali untuk dijadikan bahan bakar baru untuk digunakan pada teknologi PLTN di masa yang akan datang.

Gambar Proses terjadinya reaksi fisi

Besarnya Energi Reaksi Fisi

Gambar berikut ini adalah data tentang jumlah bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun untuk masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW. Disini terlihat bahwa untuk 1 gram bahan bakar Uranium dapat menghasilkan energi listrik yang setara dengan 3 ton bahan bakar batubara, atau 2000 liter minyak bumi. Oleh karena energi yang dihasilkan Uranium sangat besar, bahan bakar PLTN juga dapat menghemat biaya di pengakutan dan penyimpanan bahan bakar pembangkit listrik

Selain kegunaan dalam bidang PLTN nuklir juga digunakan untuk

Senjata Militer

Kedua uranium dan plutonium yang digunakan untuk membuat bom sebelum mereka menjadi penting untuk membuat listrik dan radioisotop. Jenis uranium dan plutonium untuk bom berbeda dari yang di pembangkit listrik tenaga nuklir. Bom-grade uranium sangat diperkaya (> 90% U-235, bukannya sampai dengan 5%), bom-plutonium yang cukup murni Pu-239 (> 90%, bukan 60% dalam reaktor-grade) dan dibuat dalam reaktor khusus. Sejak 1990-an, karena perlucutan senjata, banyak uranium militer menjadi tersedia untuk produksi listrik. Uranium militer diencerkan tentang 25:1 dengan uranium habis (kebanyakan U-238) dari proses pengayaan sebelum digunakan dalam pembangkit listrik. Plutonium militer mulai digunakan sama, dicampur dengan depleted uranium