PLTN

1.    . Apakah yang dmaksud dengan isotop?

Jawab

Isotop adalah bentuk dari unsur yang nukleusnya memiliki nomor atom yang sama, tetapi jumlah proton di nukleus dengan massa atom yang berbeda karena mereka memiliki jumlah neutron yang berbeda.

2. Apa yang dimaksud dengan uranium yang diperkaya?

Jawab

Uranium yang diperkaya adalah tipe uranium yang persen komposisi uranium-235 nya telah ditingkatkan melalui proses pemisahan isotop. Uranium murni mengandung 99,284% isotop 238U, dan 235U hanya sekitar 0,711% berat saja. 235U adalah satu-satunya nuklida yang bersifat fisil dengan neutron termal.

      3.  Apa beda proses reaksi berantai dalam reaktor nuklir dengan pada atom?

Jawab

Reaksi berantai pada Reaktor Nuklir

Semua PLTN komersial yang ada dinunia menggunakan reaksi nuklir berantai. Pada umumnya reaktor jenis ini menggunakan bahan bakar nuklir Uranium dan reaktor jenis ini akan menghasilkan Plutonium, meskipun dimungkinkan juga menggunakan siklus bahan bakar Thorium. Reaktor fisi dapat dibagi menjadi 2 kelompok besar berdasarkan energy neutron yang digunakan dalam proses fisi, yaitu:

·         Reaktor thermal (lambat) menggunakan neutron lambat atau neutron thermal. Reaktor ini bercirikan mempunyai moderator neutron / material pelambat yang ditujukan untuk melambatkan neutron sampai mempunyai energi kinetik rerata partikel yang ada disekitarnya, dengan kata lain, sampai mereka "dithermalkan". Reaktor termal, reaktor jenis ini menggunakan neutron lambat atau neutron thermal. Hampir semua reaktor yang ada saat ini adalah reaktor jenis reaktor termal. Reaktor ini mempunyai bahan moderasi neutron yang dapat memperlambat neutron hingga mencapai energy termal. Kemungkinan (propabilitas) lebih besar terjadinya reaksi fisi antara neutron termal dan bahan fisil seperti Uranium 235, Plutonium 239 dan Plutonium 241 dan akan mempunyai kemungkinan lebih kecil terjadinya reaksi fisi dengan Uranium 238. Dalam reaktor jenis ini, biasanya pendingin juga berfungsi sebagai moderator neutron, reaktor jenis ini umumnya menggunakan pendingin air dalam tekanan tinggi untuk meningkatkan titik didih air pendingin. Reaktor ini diwadahi dalam suatu tanki reaktor yang didalamnya dilengkapi dengan instrumentasi pemantau dan pengendali reaktor, pelindung radiasi dan gedung containment

·         Reaktor cepat, reaktor jenis ini menggunakan neutron cepat untuk menghasilkan fisi dalam bahan bakar reaktor nuklir. reaktor jenis ini tidak memiliki moderator neutron, dan menggunakan bahan pendingin yang kurang memoderasi neutron. Untuk tetap menjaga agar reaksi nuklir berantai tetap berjalan maka diperlukan bahan bakar yang mempunyai bahan belah (fissile material) dengan kandungan uranium 235 yang lebih tinggi (lebih dari 20 %). Reaktor cepat mempunyai potensi menghasilkan limbah trasnuranic yang lebih kecil karena semua aktinida dapat terbelah dengan menggunakan neutron cepat, namun reaktor ini sulit untuk dibangun dan mahal dalam pengoperasiannya.

Reaksi berantai pada Atom

Beberapa unsur berat, seperti uranium, thorium, dan plutonium, mengalami fisi spontan (yang merupakan salah satu bentuk peluruhan radioaktif) dan fisi terinduksi (salah satu bentuk reaksi nuklir). Isotop unsur yang mengalami fisi terinduksi saat terkena neutron bebas disebut fisionabel; isotop yang mengalami fisi saat terkena neutron termal juga disebut fisil. Beberapa fisil dan isotop tertentu (terutama 235U dan 239Pu) disebut bahan bakar nuklir karena dapat menopang reaksi berantai. Semua isotop fisionabel dan fisil mengalami sedikit fisi spontan, yang melepaskan beberapa neutron bebas ke bahan bakar nuklir. Neutron tersebut akan dengan cepat lepas dari bahan bakar dan menjadi neutron bebas, dengan rata-rata 15 menit sebelum meluruh menjadi proton dan partikel beta. Akan tetapi, neutron hampir selalu berdampak dan diserap oleh nuklei lain di daerah sekitar sebelum ini terjadi (neutron fisi yang baru terbentuk bergerak dengan kecepatan 7% laju cahaya). Beberapa neutron akan memengaruhi nuklei bahan bakar dan memicu fisi lanjutan, yang melepaskan lebih banyak neutron. Jika bahan bakar nuklir dikumpulkan di satu tempat, atau jika neutron yang lepas dapat ditahan, maka neutron yang baru saja dihasilkan tersebut melebihi neutron yang lepas, dan reaksi berantai nuklir terus-menerus akan berlangsung.

        4.    Apa yang dimaksud dengan zat radioaktif?

Jawab

Zat radioaktif adalah zat yang tidak mempunyai isotop stabil, sehingga disebut juga radioisotop.zat tersebut dapat memancarkan sinar radiasi yang disebut sinar radioaktif, berupa sinar alfa(α), sinar beta(β), sinar gamma(γ).Radioisotop adalah isotop tidak stabil yang memancarkan radiasi secara spontan dan terus-menerus. Jika jumlah neutron dalam suatu inti sama dengan jumlah proton, maka inti akan stabil atau non radioaktif. Tetapi jika dalam inti jumlah neutron tidak sama dengan jumlah proton, maka inti menjadi tidak stabil. Semakin banyak perbedaan jumlah neutron dengan jumlah protonnya , maka semakin tidak stabil dan semakin cepat pula inti itu melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk sinar radiasinya. Pada tahun 1900 Rutherford menemukan sinar alfa(α), dan sinar beta(β) dan pada tahun yang sama sinar gamma(γ) ditemukan oleh P.Villard.

     5. Bagaimana prinsip kerja PLTN yang memakai BWR dan bagaimana yang memakai PWR? Bandingkan untung ruginya!

Jawab

BWR (Boiling Water Reactor)

Karakteristika unik dari reaktor air didih adalah uap dibangkitkan langsung dalam bejana reaktor dan kemudian disalurkan ke turbin pembangkit listrik. Pendingin dalam bejana reaktor berada pada temperatur sekitar 285 oC dan tekanan jenuhnya sekitar 70 atm. Reaktor ini tidak memiliki perangkat pembangkit uap tersendiri, karena uap dibangkitkan di bejana reaktor. Karena itu pada bagian atas bejana reaktor terpasang perangkat pemisah dan pengering uap, akibatnya konstruksi bejana reaktor menjadi lebih rumit. Konstruksi reaktor BWR diperlihatkan pada sedangkan pada ditunjukan perkembangan teknologi reaktor BWR.

PWR (Pressure Water Reactor)

Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin primer masuk ke dalam bejana tekan reaktor pada tekanan tinggi dan temperatur lebih kurang 290 oC. Air bertekanan dan bertemperatur tinggi ini bergerak pada sela-sela batang bahan bakar dalam perangkat bahan bakar ke arah atas teras sambil mengambil panas dari batang bahan bakar, sehingga temperaturnya naik menjadi sekitar 320 oC. Air pendingin primer ini kemudian disalurkan ke perangkat pembangkit uap (lewat sisi dalam pipa pada perangkat pembangkit uap), di perangkat ini air pendingin primer memberikan energi panasnya ke air pendingin sekunder (yang ada di sisi luar pipa pembangkit uap) sehingga temperaturnya naik sampai titik didih dan terjadi penguapan. Uap yang dihasilkan dari penguapan air pendingin sekunder tersebut kemudian dikirim ke turbin untuk memutar turbin yang dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator listrik akan menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin primer yang ada dalam bejana reaktor dengan temperatur 320 oC akan mendidih jika berada pada tekanan udara biasa (sekitar satu atmosfer). Agar pendingin primer ini tidak mendidih, maka sistem pendingin primer diberi tekanan hingga 157 atm. Karena adanya pemberian tekanan ini maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan atau bejana tekan reaktor. Pada reaktor tipe PWR, air pendingin primer yang membawa unsur-unsur radioaktif dialirkan hanya sampai ke pembangkit uap, tidak sampai turbin, oleh karena itu pemeriksaan dan perawatan sistem sekunder (komponen sistem sekunder: turbin, kondenser, pipa penyalur, pompa sekunder dll.) menjadi mudah dilakukan. Pada prinsipnya PWR yang dikembangkan oleh Rusia (disebut VVER) sama dengan PWR yang dikembangkan oleh negara-negara barat. Perbedaan konstruksi terdapat pada bentuk penampang perangkat bahan bakar VVER (berbentuk segi enam) dan letak pembangkit uap.

PWR dan BWR memiliki perbedaan yang besar dalam proses mengubah panas yang timbul di dalam reaktor untuk menghasilkan uap. Pada BWR, air yang dipanaskan di dalam teras (bejana tekan) langsung mendidih dan menjadi uap. Di dalam separator pada bagian atas bejana tekan, uap ini dipisahkan dari bagian airnya, selanjutnya dialirkan ke turbin.

Pada PWR, air yang dipanaskan di dalam teras (air pendingin primer) tidak mendidih di dalam teras, melainkan dalam kondisi bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi dialirkan ke luar dari bejana tekan, dan dikirim ke pembangkit uap. Di dalam pembangkit uap air pendingin sekunder dipanaskan dengan panas dari air pendingin primer yang keluar dari bejana reaktor dan berubah menjadi uap.

BWR berhubungan langsung dengan turbin sehingga tidak memiliki saluran pipa untuk air pendingin sekunder. Pada PWR, air pendingin primer bersuhu dan bertekanan tinggi mengalir ke pembangkit uap selanjutnya kembali lagi ke dalam teras tanpa mengalami pendidihan. Selain itu terdapat saluran air pendingin sekunder yang mengalirkan uap dari pembangkit uap ke turbin. Saluran air pendingin primer dan sekunder tidak saling berhubungan sehingga membentuk dua buah loop yang berbeda.

Jadi, dua tipe reaktor ini memiliki perbedaan dalam hal perlengkapan dan kondisi operasi seperti di bawah ini:

	Pembangkit uap	Pressurizer	Separator	Tekanan bejana
BWR	Tidak ada	Tidak ada	Berada di bagian atas bejana	70 atm, 285°C
PWR	Ada	Ada	Terdapat di dalam pembangkit uap	157 atm, 320°C

     Untuk BWR, materi yang bersifat korosif pada pipa dan bejana tekan teraktivasi  oleh neutron dan tercampur di dalam uap air, sehingga penanganan radiasi mencakup area yang luas mulai dari gedung reaktor sampai gedung turbin.

     Untuk PWR, radiasi tidak mencapai bagian turbin karena pendingin primer dan sekunder dipisahkan oleh pembangkit uap. Ini merupakan salah satu kelebihannya, walaupun pembangkit uap disusun oleh banyak pipa kecil penghantar panas yang adakalanya mengalami korosi dan retak.

      Selain pembangkit uap, terdapat perbedaan pompa yang mengalirkan air pendingin ke dalam bejana tekan. Di dalam BWR yang digunakan adalah pompa resirkulasi, sedangkan pada PWR pompa pendingin primer.

     Pompa resirkulasi adalah alat untuk memudahkan pengendalian daya dan untuk meningkatkan kapasitas. Di dalam PWR, air yang telah melewati pembangkit uap akan kembali ke bejana tekan. Alat untuk mengalirkan air ini adalah pompa pendingin primer. Pada daya yang sama (1100MWe) BWR membutuhkan 2 buah pompa, sedangkan PWR 4 buah pompa.

     Selain perbedaan tersebut di atas, terdapat juga perbedaan pada teras, batang bahan bakar, batang kendali dan lainnya.

     Di dalam PWR bahan bakar tersusun secara rapat sehingga untuk menghasilkan daya yang sama hanya memerlukan volume sekitar setengah dari BWR, namun karena tekanannya tinggi maka dinding bejana tekan PWR lebih tebal daripada BWR.

     Sebaliknya, BWR memiliki teras dengan volume yang lebih besar daripada PWR karena di dalamnya terdapat separator, pompa jet dan lainnya.

     Untuk batang kendali, pada PWR dimasukkan dari bagian atas, sedangkan BWR dimasukkan dari bagian bawah.

      6. Mengapa pada BWR dan juga pada PWR harus dipakai uranium yang diperkaya sebagai bahan bakar?

Jawab

Di dalam teras reaktor, bahan bakar nuklir 235U dibakar untuk mendapatkan panas yang dapat dimanfaatkan. Pembakaran merupakan satu-satunya proses produktif dalam daur bahan bakar nuklir. Tempat dan lamanya 235U dibakar di dalam teras diatur melalui program pengelolaan bahan bakar sehingga dapat dicapai tingkat pembakaran yang optimum. Umumnya bahan bakar rata-rata berada dalam teras reaktor selama 3-4 tahun. Dalam proses pembakaran ini dikenal adanya istilah derajad bakar (burn-up) yang dipakai untuk menyatakan jumlah bahan bakar yang terbakar/melakukan reaksi fisi. Derajad bakar dapat dinyatakan dalam beberapa cara, yang paling populer adalah dengan satuan MWd/tonU (jumlah energi yang telah dihasilkan dalam Mega Watt-hari/MWd  dari tiap ton uranium /tonU). Makin tinggi derajad bakar, makin murah biaya pembangkitan energi nuklir, mengurangi frekwensi penggantian bahan bakar, mengurangi biaya pabrikasi dan lebih sedikit bahan bakar bekas sehingga menghemat biaya penyimpanan bahan bakar bekas. Dewasa ini derajad bakar tertinggi yang dapat dicapai adalah 40.000-60.000 MWd/tonU untuk bahan bakar diperkaya, dan paling rendah adalah 10.000-15.000 MWd/tonU untuk bahan bakar uranium alam.

7.  Jelaskan bagaimana daya yang dihasilkan reaktor nuklir diatur!

Jawab

·         Bahan bakar terdapat dalam teras reaktor diatur sedemikian rupa hingga luas permukaannya cukup besar untuk memperbesar perpindahan kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar.

·         Pendingin (primer) cairan/gas yang mempunyai sifat-sifat perpindahan kalor yang baik, berfungsi untuk mendinginkan bahan bakar. Kadang-kadang pendingin primer berfungsi pula sebagai moderato.

·         Moderator berfungsi untuk menurunkan energi neutron dari energi tinggi. Moderator harus mempunyai sifat-sifat kemampuan menghamburkan neutron besar, tetapi kemampuan penyerapannya kecil. Seperti yang akan diterangkan kemudian moderator dipilih dari unsur-unsur yang mempunyai A kecil agar penurunan energi per tumbukan dapat besar.

·         Batang kendali terbuat dari bahan yang mempunyai serap neutron yang sangat besar berfungsi untuk mengendalikan jumlah populasi neutron yang terdapat di dalam reaktor, jadi juga mengendalikan jumlah reaksi fisi yang terjadi.

·         Perisai (shielding) menahan radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisi, agar para pekerja dapat melakukan tugas-tugasnya di sekitar reaktor dengan aman.

·         Pemindah kalor (heat exchanger) pendingin primer biasanya merupakan suatu rangkaian tertutup, artinya pendingin primer dikembalikan lagi oleh pompa ke reaktor setelah kalor yang dibawa dari reaktor dipindahkan ke pendingin sekunder di dalam alat penukar kalor. 

    8.  PLTN yang memakai reaktor tipe apa yang dapat memakai uranium dari alam (tidak diperkaya) sebagai bahan bakar?

Jawab

PLTN yang menggunakan uranium dari alam yaitu tipe AGR. Dalam pembangunan PLTN tipe AGR, satu pembangkit listrik terdiri dari dua unit reaktor, masing-masing mempunyai daya 650 MWe. PLTN tipe AGR yang pertama kali dibangun adalah PLTN Dungeness B pada tahun 1966, dilanjutkan dengan PLTN Hinkly point B pada tahun 1967. Walaupun PLTN Dungeness B adalah PLTN AGR yang pertama dibangun, tetapi karena adanya persoalan-persoalan di lapangan yang mengharuskan adanya perubahan disain agar dapat memenuhi persyartan keselamatan, maka awal pengoperasiannya baru dapat dimulai pada tahun 1980. PLTN AGR Hinkly Point telah mulai dioperasikan lebih dahulu (tahun 1976) dari pada PLTN Dungeness.

Perkembangan selanjutnya, berdasarkan pada PLTN AGR Hinkly Point B dibangun PLTN Hunterston dan mulai dioperasikan pada tahun 1976. Setelah tahun 1980 dibangun tiga PLTN, yaitu Hartlepool, Heysham A, dan B. Setelah beroperasinya PLTN AGR yang terakhir (PLTN Torness) pada tahun 1989 tidak ada lagi rencana pembangunan PLTN tipe AGR. Dari 14 reaktor pada 7 buah PLTN tipe AGR yang telah dibangun dihasilkan daya 9240 MWe, seperti terlihat pada. Parameter utama yang berkaitan dengan reaktor Torness ke-2 diperlihatkan pada

Kelanjutan dari reaktor AGR di Inggris adalah Reaktor Air Berat Pembangkit Uap (Steam Generated Heavy Water Reactor, SGHWR). Reaktor tipe SGHWR yang berhasil dibangun dan dioperasikan adalah reaktor model Winfrith 102 MWe. Reaktor ini berhasil diwujudkan, tetapi karena dari sudut ekonomi dipandang kurang baik, maka PLTN tipe ini tidak muncul. Akhirnya Inggris memutuskan PLTN tipe reaktor air tekan sebagai PLTN lanjutan yang akan dibangun. PLTN reaktor air tekan (PWR) pertama yang dibangun adalah Sizewell B 1258 MWe yang akhirnya mulai beroperasi pada tahun 1995. Setelah ini tidak ada lagi rencana pembangunan PLTN di Inggris, dan berhenti pada posisi/status 1 buah PLTN tipe reaktor air tekan. Sumbangan daya dari PLTN AGR sebesar 9240 MWe adalah cukup besar. Faktor utilitas rata-rata pada tahun 1991 belum memadai, tetapi setelah tahun 1993 berubah menjadi 60 %.

     9. Apa yang dimaksud dengan limbah PLTN?

Jawab

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. Unit baru yang sedang dibangun pada tahun 2005 mempunyai daya 600-1200 MWe. Hingga saat ini, terdapat 442 PLTN berlisensi di dunia dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya listrik dunia.

      10. Sebutkan untung rugi PLTN dibandingkan PLTU yang memakai bahan bakar batu bara!

Jawab

PLTU

Untung:

Efisiensi Tinggi. Cocok untuk memenuhi beban dasar. Daya yang dihasilkan besar. Bisa menggunakan segala jenis bahan bakar (cair, padat, atau gas). Biaya perawatan murah (penggantian suku cadang tidak terlalu sering). Usia mesin lebih lama. Tidak terlalu sering diadakan pemeriksaan bagian –bagian turbin

Rugi:

Proses start lama. Membutuhkan lahan yang luas. Membutuhkan air pendingin yang cukup banyak sehingga biasanyaditempatkan didaerah yang dekat dengan sumber air yang melimpah. Investasi awal mahal. Proses pembangunan lama. Emisi gas buang tidak ramah lingkungan (biasanya untuk bahan bakar batubara atau residu).

PLTN

Untung:

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 – sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan.

Rugi:

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.