1. PENDAHULUAN Krisis energi dan kebutuhan akan energi yang semakin besar menjadikan pembangkit listrik baru untuk menggantikan pembangkit listrik tenaga fosil sangat dibutuhkan. Nuklir merupakan salah satu jawaban akan kebutuhan energi yang semakin meningkat ini. Secara prinsip kerjanya, nuklir sendiri terbagi dua yaitu fisi dan fusi. Fisi merupakan reaksi pembelahan unsur atom yang besar menjadi dua atau lebih unsur yang lebih kecil. Hasil pembelahan ini melepaskan energi yang dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. Pembangkit listrik tenaga nuklir fisi ini telah banyak digunakan dan telah menjadi pembangkit listrik yang penting karena telah menjadi pembangkit listrik yang memenuhi sebagian besar kebutuhan listrik di negara-negara maju. Fusi merupakan reaksi yang terjadi dimatahari, yaitu reaksi penggabungan antar partikel Hidrogen yang menghasilkan residu berupa gas Helium dan energi. Reaksi fusi ini dapat berlangsung pada temperatur tertentu. Pada inti matahari, temperatur mencapai 15 juta derajat Celcius dan reaksi fusi dapat berlangsung secara terus menerus. Namun pada permukaan bumi yang mempunyai tekanan, kerapatan partikel dan faktorfaktor lainnya, reaksi fusi membutuhkan temperatur 10 kali lipat dari temperatur inti matahari [1]. Hal ini yang menjadi faktor penghambat utama dalam penelitian dan pengembangan fusi di muka bumi karena mencapai temperatur 150 juta derajat Celcius membutuhkan pengetahuan, teknologi dan penelitian yang mutakhir dalam mengendalikan dan menjaga temperatur tersebut. Pemilihan bahan bakar dan bahan reaktor untuk reaksi fusi juga menjadi permasalahan lainnya. Sejauh ini, penelitian mengenai fusi telah berhasil mencapai tahap yang belum pernah terbayangkan oleh manusia. Reaksi fusi terus menerus diteliti dan sejauh ini didapatkan kesimpulan bahwa dua isotop hidrogen yaitu Deuterium dan Tritium adalah bahan baku reaksi fusi yang paling efisien dan residunya tidak membahayakan bagi manusia. Reaksi dari penggabungan kedua isotop Hidrogen tersebut menghasilkan residu berupa Helium dan neutron yang berenergi tinggi. Helium merupakan gas yang banyak terdapat di bumi, tidak berbau, tidak berasa dan tidak berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Kemajuan manusia dibidang teknologi menjadi pendukung untuk reaksi fusi dapat terjadi di muka bumi. Hal ini telah dibuktikan dengan berbagai penelitian yang telah berhasil menciptakan reaksi fusi dengan menggunakan alat yang disebut Tokamak. Di dalam Tokamak inilah reaksi fusi berlangsung dengan suhu mencapai 10 kali lipat suhu matahari, yaitu sekitarHalaman 1 dari 46

150 juta derajat Celcius. Beberapa pencapaian di berbagai pusat penelitian fusi di seluruh dunia menetaskan ide untuk membentuk suatu organisasi penelitian bersama di bidang fusi, yaitu International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). ITER terdiri dari negara-negara pengguna nuklir didunia yaitu Amerika Serikat, Rusia, Jepang, China, Korea Selatan, India dan Uni Eropa. Negara-negara tersebut bekerjasama dalam penelitian dan pembuatan proyek Tokamak penelitian terbesar didunia yang akan dibangun di Cadarache, Prancis dan direncanakan akan mendemostrasikan hasil yang didapat melalui reaktor yang disebut DEMO untuk tujuan komersial pada tahun 2030 hingga 2040. 1.1. Reaksi Fisi Reaksi fisi adalah suatu reaksi pembelahan sebuah atom yang besar menjadi dua buah atom yang lebih kecil dengan melibatkan sebuah neutron sebagai pemecahnya. Reaksi fisi secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut : X + n > X1 + X2 + (2 hingga 3) n + E X adalah bahan bakar. Bahan bakar yang digunakan adalah Uranium. Hanya beberapa inti dapat bereaksi secara fisi yaitu U-238, U-235,U-233 dan Pu-239 di mana kedua unsur terakhir merupakan unsur buatan manusia karena tidak terdapat di alam sebagai hasil dari reaksi inti-inti Th-232 dan U-238 dengan neutron. Keboleh jadian suatu inti berfisi dinyatakan dengan f (fission microscopic cross section = penampang fisi mikroskopik), di mana besaran tersebut tergantung dari energi neutron yang bereaksi dengan suatu inti-tertentu. Sebagai contoh dapat disebutkan bahwa nilai f U-238 besar pada energi neutron rendah (termal) tetapi kecil pada energi tinggi. Sebaliknya nilai f U-238 kecil pada saat neutron berenergi besar. Untuk Pu-239 dan U-233 mempunyai f besar pada energi tinggi, oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai bahan bakar pada reaktor cepat. Dari reaksi dihasilkan dua inti baru sebaga hasil fisi, X1 dan X2 yang berupa inti-inti yang tidak stabil. Untuk menjadi stabil inti-inti tersebut meluruh (decay) dengan mengeluarkan sinarsinar maupun partikel.

Halaman 2 dari 46

Gambar 2.1. Reaksi Fisi

Gambar 2.2. Reaksi Berantai Proses Fisi

Adanya neutron-neutron baru yang dihasilkan dari reaksi inti tersebut dapat melanjutkan reaksi fisi hingga mungkin terjadi reaksi berantai, dan pada keadaan tertentu bila tidak dikendalikan maka reaksi berantai tersebut dapat menjadi suatu ledakan. Reaksi nuklir yang tidak terkendali merupakan prinsip kerja bom atom. Neutron yang dihasilkan oleh fisi mempunyai energi yang tinggi, yaitu sebesar 2 MeV, jika fisi diharapkan terjadi pada energi rendah (energi termal 0,025 eV), maka neutron yang baru lahir tersebut harus diturunkan energinya dahulu dengan jalan hamburan-hamburan. Di dalarn reaktor neutron mempunyai kemungkinan-kemungkinan untuk: diserap tanpa menimbulkan fisi diserap mengakibatkan fisi hilang dari sistem hamburan Penurunan energi neutron berkompetisi dengan kemungkinan - kemungkinan yang lain, dan untuk dapat menghitung masing-masing kemungkinan perlu diselidiki mekanisme reaksi masing-masing. Reaksi fisi mengeluarkan energi total sebesar 200 MeV. Dengan menggunakan data konversi satuan dan data fisika, dapat dihitung bahwa bila semua inti-inti 1 gram uraniumHalaman 3 dari 46

melakukan fisi maka kalor yang dikeluarkan setara dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 ton batu bara. Dari gambaran tersebut jelas bahwa kalor yang dikeluarkan dari reaksi inti sangat besar. Sebagai bahan bakar umumnya digunakan Uranium U-235 yang kandungannya telah diperkaya. Uranium alam mempunyai kandungan U-235 hanya sekitar 0,7 persen, selebihnya adalah U-238. Untuk memecah inti isotop Uranium digunakan neutron lambat (thermalneutron). Uranium yang menangkap neutron segera menjadi tidak stabil. Inti Uranium yang tidak stabil hanya dapat bertahan selama kurang lebih sepertriliun detik (10-12 detik) sebelum mengalami proses fisi menjadi inti-inti X1 dan X2 serta sekitar dua sampai tiga neutron yang siap untuk memecah inti U-235 lainnya. Kemudian ketiga neutron tadi diserap oleh inti-inti isotop Uranium lain, tiga proses yang sama akan terjadi dengan produksi akhir sekitar sembilan neutron. Proses berulang-ulang ini dinamakan reaksi berantai (chain reaction) yang merupakan prinsip kerja reaktor fisi. Pada setiap proses pemecahan tadi, inti atom akan melepaskan energi yang sesuai dengan hilangnya jumlah massa inti-inti di akhir proses rumus E = mc2 . Jadi jumlah energi yang dihasilkan akan sebanding dengan banyak proses yang terjadi dan sebanding dengan jumlah neutron yang dihasilkan. Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur populasi neutron. Dengan mengatur populasi neutron ini dapat ditentukan tingkat daya raktor, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap. Perangkat pengatur populasi neutron pada reaktor ini disebut batang kendali. Jika batang kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka batang kendali akan menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar. 1.2. Reaktor Fisi Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) menyediakan sekitar 17 persen dari total tenaga listrik dunia. Beberapa negara membutuhkan tenaga nuklir yang lebih besat dari negara lain. Di Prancis, menurut International Atomic Energy Agency (IAEA), 75 persen tenaga listriknya dihasilkan oleh reaktor nuklir. Jumlah pembangkit tenaga listrik di dunia diperkirakan lebih dari 400 buah dengan 100 buah diantaranya berada di Amerika Serikat [3].Halaman 4 dari 46

Pada PLTN fisi, bahan bakar sebuah reaktor nuklir berupa uranium. Uranium merupakan salah satu hasil tambang yang terdapat di bumi. Uranium-238 (U-238) mempunyai waktu paruh yang sangat lama (4,5 milyar tahun) dengan komposisi 99 persen dari total uranium yang ada di bumi. Komposisi lainnya, U-235 mempunyai sekitar 0,7 persen dan U-234 jauh lebih rendah yang dibentuk melalui proses peluruhan U-238 (U-238 melalui beberapa tahap peluruhan alpha dan beta untuk membentuk isotop yang lebih stabil dan U-234 adalah salah satu hasil dari mata rantai dari peluruhan ini). Dalam sebuah reaktor nuklir, butiran Uranium yang sudah diperkaya disusun dalam sebuah balok dan dikumpulkan ke dalam bundelan (reactor). Bundelan tersebut direndam dalam air pada sebuah bejana tekan. Air tersebut digunakan sebagai sebuah pendingin. Bundelan Uranium yang digunakan pada reaktor nuklir berada dalam keadaan superkritis. Hal ini dapat menyebabkan Uranium menjadi panas dan meleleh dengan mudah. Untuk mencegahnya, sebuah balok kontrol (control rods) dibuat dengan bahan yang menyerap neutron. Balok kontrol dimasukkan kedalam bundelan Uranium dengan menggunakan sebuah mekaninisme yang dapat mengangkat atau menurunkan balok kontrol tersebut. Pengangkatan dan penurunan balok kontrol menerima perintah seorang operator untuk mengatur jumlah reaksi nuklir. Ketika seorang operator menginginkan inti Uranium untuk menghasilkan panas yang lebih, balok kontrol dinaikkan dari bundelan uranium. Sebaliknya, jika ingin panas berkurang maka balok kontrol harus diturunkan. Balok kontrol dapat diturunkan hingga komplit untuk menghentikan reaktor nuklir jika terjadi kasus kecelakaan atau penggantian bahan bakar. Bundelan Uranium digunakan sebagai sumber energi panas yang sangat tinggi. Panas ini dapat mengubah air menjadi uap air. Uap air ini digunakan untuk menggerakkan sebuah turbin uap yang memutar rotor pada generator. Berdasarkan hukum Faraday putaran rotor dikonversi menjadi tenaga listrik. Dalam beberapa reaktor, uap air akan melalui tahap kedua sebagai pengubah panas medium untuk mengubah air menjadi uap air yang menggerakkan turbin. Keuntungan dari desain ini adalah air atau uap air yang tercemar bahan radioaktif tidak akan mengenai turbin. Dalam reaktor nuklir yang sama, fluida pendingin dalam kontak dengan inti reaktor dapat berupa gas (karbon dioksida) atau logam cair (sodium, potasium). Tipe reaktor ini menerima inti Uranium untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.

Halaman 5 dari 46

Adapun jenis-jenis reaktor fisi ini adalah sebagai berikut : a. Reaktor Air Ringan Reaktor ini pada awalnya dirancang sebagai tenaga penggerak kapal selam angkatan laut Amerika Serikatyang kemudian dijadikan pembangkit tenaga listrik dengan modifikasi secukupnya dan peningkatan daya seperlunya. b. Pressurized Water Reactor (PWR) Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin primer masuk ke dalam bejana tekan reaktor pada tekanan tinggi dan temperatur sekitar 290C. 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 320C. Air pendingin primer ini kemudian disalurkan ke 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. c. Boiling Water Reactor (BWR) Karakteristik unik dari reaktor air didih adalah uap dibangkitkan langsung dalam bejana reaktor dan kemudian disalurkan ke turbin pembangkit listrik. d. Heavy Water Reactor (HWR) Dalam hal kemampuan memoderasi neutron, air berat berada pada urutan berikutnya setelah air ringan, tetapi air berat hampir tidak menyerap neutron. Oleh karena itu, jika air berat dipakai sebagai moderator, maka dengan hanya menggunakan uranium alam (tanpa pengayaan) reaktor dapat beroperasi dengan baik. e. Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR) CANadian Deuterium Uranium Reactor (CANDU) adalah suatu PLTN yang tergolong pada tipe reaktor pendingin air berat tekan dengan pipa tekan. Reaktor ini merupakan reaktor air berat yang banyak digunakan. Bahan bakar yang digunakan adalah uranium alam. Kanada menjadi pelopor penyebaran reaktor tipe ini di seluruh dunia.

Halaman 6 dari 46

f. Heavy Water Gas Cooled Reactor (HWGCR) HWGCR atau sering dibalik GCHWR adalah suatu tipe reaktor nuklir yang menggunakan air berat sebagai bahan moderatornya, sehingga pemanfaatan neutronnya optimal. Gas pendingin dinaikkan temperaturnya sampai pada tingkat yang cukup tinggi sehingga efisiensi termal reaktor ini dapat ditingkatkan. g. Steam Generated Heavy Water Reactor (SGHWR) Reaktor ini sering disebut Light Water Cooled Heavy Water Reactor (LWCHWR) dan hanya ada di Pusat Penelitian Winfrith Inggris. Reaktor berdaya 100 MWe ini merupakan prototype reaktor pembangkit daya tipe SGHWR, dan beroperasi dari tahun 1968 sampai tahun 1990. h. Gas Cooled Reactor (GCR) Setelah perang dunia berakhir reaktor GCR adalah salah satu tipe reaktor yang didesain ulang di Inggris maupun Perancis. Reaktor ini menggunakan bahan bakar logam uranium alam, moderator grafit pendingin gas karbondioksida. Bahan kelongsong terbuat dari paduan magnesium (Magnox), oleh karena itu reaktor ini disebut sebagai reaktor Magnox. Reaktor Magnox mempunyai pembangkitan daya listrik cukup besar dan efisiensi ekonomi yang baik. Perlu diketahui, Plutonium (Pu-239) yang digunakan pada bom atom yang dijatuhkan di Jepang pada saat Perang Dunia II dibuat di reaktor grafit. i. Advanced Gas-cooled Reactor (AGR) Di Inggris fokus pengembangan teknologi PLTN bergeser ke reaktor berbahan bakar uranium dengan pengayaan rendah, yang memiliki kerapatan daya dan efisiensi termal yang tinggi. Unjuk kerja reaktor ini terbukti dapat diperbaiki. Di Inggris reaktor ini hanya sempat dibangun sebanyak 14 buah saja karena setelah pertengahan tahun 1980 kebijakan Pemerintah Inggris berubah. j. High Temperatur Gas-cooled Reactor (HTGR) Reaktor ini menggunakan gas helium sebagai pendingin. Karakteristik menonjol yang unik dari reaktor HTGR ini adalah konstruksi teras didominasi bahan moderator grafit sehingga temperatur operasi dapat ditingkatkan menjadi tinggi dan efisiensi pembangkitan listrik dapat mencapai lebih dari 40%. k. Light Water Gas-cooled Reactor (LWGR)

Halaman 7 dari 46

RBMK adalah reaktor tipe ini yang hanya dikembangkan di Rusia. Reaktor ini tidak menggunakan tangki kalandria (berisi air berat) seperti reaktor tipe SGHWR tetapi menggunakan grafit sebagai moderator. Oleh karena itu dimensi reaktor menjadi besar. Salah satu reaktor tipe ini yang terkenal karena mengalami kecelakaan adalah reaktor Chernobyl No.4 yang merupakan reaktor tipe RBMK-1000. Salah satu kegagalan desain pada reaktor tipe RBMK yang dianggap sebagai kambing hitam terjadinya kecelakaan Chernobyl adalah tidak tersedianya bejana pengungkung reaktor. 1.3. Reaksi Fusi Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan antar partikel Hidrogen yang menghasilkan suatu residu dan energi. Residu yang dihasilkan berupa gas Helium (He-4) dan energi. Hal ini dapat dijumpai di alam yaitu reaksi yang terjadi di matahari. Reaksi fusi juga dimungkinkan terjadi di permukaan bumi, namun berbeda dengan reaksi di matahari karena perbedaan tekanan, kerapatan partikel dan lainnya. Bila pada inti matahari temperatur mencapai 15 juta derajat Celcius, maka di permukaan bumi reaksi fusi baru akan terjadi bila mencapai 10 kali lipatnya, yaitu sekitar 150 juta derajat celcius. Reaksi fusi yang dikembangkan menggunakan dua isotop Hidrogen, yaitu Deuterium dan Tritium. Kedua isotop Hidrogen tersebut bila terjadi reaksi fusi, maka akan menghasilkan Helium dan neutron yang mengandung energi kinetik. Reaksi fusi antara Deuterium dan Tritium adalah sebagai berikut :

Reaksi diatas hanya akan terjadi pada temperatur yang sangat ekstrim, yaitu sekitar 150 juta derajat Celcius. Mengingat temperatur yang sangat tinggi tersebut, tidak ada satu bahanpun di muka bumi ini yang dapat menahan temperatur tersebut. Suatu keadaan dimana suatu reaksi fusi terjadi disebut dengan keadaan plasma. Pada tahun 1968, peneliti dari Uni Soviet (sekarang Rusia) berhasil menciptakan suatu keadaan dengan temperatur yang sangat ekstrim yang memungkinkan reaksi fusi terjadi didalam suatu alat yang disebut Tokamak. Tokamak merupakan suatu peralatan yang berbentuk torus atau donat yang menggunakan prinsip medan magnet untuk mengendalikan plasma agar tidak menyentuh dinding tokamak.

Halaman 8 dari 46

Hasil dari reaksi Deuterium dan Tritium didalam tokamak akan menghasilkan gas Helium yang tidak berbahaya dan neutron yang mengandung energi kinetik. Sifat dari neutron ini tidak akan terengaruh oleh medan magnet tokamak sehingga neutron tersebut akan keluar dari plasma dan menabrak dinding tokamak lalu mentransfer energinya dalam bentuk panas. Panas inilah yang kemudian akan digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik melalui generator. 1.4. Bahan Bakar Fusi Matahari merupakan reaksi fusi alami yang terdapat didunia. Matahari tidak pernah berhenti mengeluarkan energi dengan jumlah yang sangat besar dan mentransfer sebagian

energinya ke bumi. Energi matahari dipancarkan ke bumi dalam berbagai macam bentuk gelombang elektromagnetis, mulai dari gelombang radio yang panjang maupun yang pendek, gelombang sinar infra merah, gelombang sinar tampak, gelombang sinar ultra ungu dan gelombang sinar X. Secara visual yang dapat ditangkap oleh indera mata adalah sinar tampak, sedangkan sinar infra merah terasa sebagai panas. Bentuk gelombang elektromagnetis lainnya hanya dapat ditangkap dengan bantuan peralatan khusus. Pada saat matahari mengalami plage yang mengeluarkan energi amat sangat panas, kemudian diikuti terjadinya flare yaitu semburan partikel sub atomik keluar dari matahari menuju ke ruang angkasa, maka pada sistem matahari diperkirakan telah terjadi suatu reaksi thermonuklir yang sangat dahsyat. Hal inilah yang menjadi dasar bagi para ilmuwan dan peneliti fusi dalam mengembangkan reaksi fusi. Unsur-unsur yang terdapat di matahari merupakan kunci dari permasalahan mengenai apa bahan bakar reaksi fusi yang terjadi di matahari. Para ahli astronomi dan astrofisika telah memperkirakan bahwa unsur-unsur kimia yang terdapat di matahari sekitar 80% berupa gas Hidrogen, sekitar 19% berupa gas Helium dan sisanya terdiri atas unsur-unsur Oksigen, Magnesium, Nitrogen, Silikon, Karbon, Belerang, Besi, Sodium, Nikel, serta beberapa unsur lainnya. Unsur-unsur tersebut bergabung dan menjadi suatu gas panas yang disebut plasma. Hidrogen dan Helium adalah unsur yang mendominasi unsur yang terdapat di dalam matahari. Hal ini juga yang menjadi patokan bagi ilmuwan dalam menentukan bahan bakar fusi. Reaksi fusi atau penggabungan isotop atom akan menghasilkan energi bila atom-atom yang bergabung merupakan atom dengan massa atom yang ringan. Patokan untuk unsur ringan dan berat ini adalah Besi, dengan berat atom 56[6]

. BIla atom atom dengan massa atom diatas 56

dipaksa melakukan fusi, maka hasil penggabungan atom tersebut akan menyerap energi, bukan melepas energi. Atom-atom yang merupakan atom berat akan melepas energi bila dipisahkan,Halaman 9 dari 46

atau dalam hal ini merupakan reaksi fisi. Hidrogen adalah atom dengan massa atom yang sangat ringan, yaitu 1. Ada 3 jenis bahan bakar fusi yang hingga saat ini banyak dikembangkan dan diteliti. Ketiga jenis bahan bakar tersebut menggunakan isotop atom Hidrogen, yaitu Deuterium dan Tritium. Sedangkan ada juga pengembangan dengan menggunakan Deuterium dan atom Helium, yaitu Helium-3. a. Deuterium dan Tritium Deuterium atau Hidrogen-2 adalah isotop Hidrogen yang banyak terdapat di bumi dan mudah untuk didapatkan. Didalam setiap air, terdapat isotop Deuterium. Sebagai contoh, didalam 1 liter air laut terdapat 33 miligram Deuterium[1]

. Deuterium tidak berbahaya

dan tidak mengandung unsur radioaktif. Deuterium dapat dihasilkan melalui proses distilasi air dan telah banyak digunakan untuk keperluan ilmiah dan industri. Tritium atau Hidrogen-3 merupakan isotop Hidrogen yang bersifat radio aktif dan sukar untuk didapatkan. Tritium yang diketahui jumlahnya diperkirakan hanya sekitar 20 kilogram. Banyak negara yang tidak mau membuka informasi mengenai Tririum ini karena Tritium juga digunakan sebagai pemicu senjata nuklir. Pada perkembangan selanjutnya yang dikembangkan oleh ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), Tritium akan dihasilkan melalui proses didalam Tokamak dengan melibatkan unsur Lithium. Reaksi fusi dari Deuterium dan Tritium (D-T) ini akan menghasilkan gas Helium dan neutron yang mengandung energi. Energi dari neutron inilah yang diharapkan dapat digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik. Reaksi D-T ini adalah sebagai berikut :

Energi optimal dari reaksi Deuterium-Tritium ini menghasilkan energi sekitar 14,1 MeV yang dibawa oleh sebuah neutron. MeV (Mega electron Volt) merupakan satuan energi yang dibawa oleh suatu elektron atau neutron. 1 eV sebanding dengan 1,60217653 x Joule.

Halaman 10 dari 46

Gambar 2.3. Reaksi Fusi b. Deuterium dan Deuterium Reaksi fusi dapat juga terjadi antara Deuterium dan Deuterium walau reaksi ini lebih sukar untuk terjadi dibandingkan dengan reaksi antara Deuterium dan Tritium. Dalam reaksi ini bahan bakar yang diperlukan relatif lebih mudah untuk didapatkan karena reaksi antara Deuterium, tanpa memerlukan Tritium. Namun reaksi ini juga akan menghasilkan Tritium walaupun Tririum ini akan langsung habis terbakar pada reaksi akhirnya sehingga reaksi inipun tetap akan menyebabkan inti reaktor tercemar radioaktif. Reaksi Deuterium dan Deuterium ini akan terjadi dalam dua tahapan, yaitu sebagai berikut :

Energi optimal yang dihasilkan oleh reaksi ini adalah sebesar 15 MeV, lebih besar dari reaksi Deuterium-Tritium. Namun energi ini akan dipakai untuk reaksi kedua yang menghasilkan neutron sehingga energi akhir yang dibawa oleh neutron hanya sebesar 2,45 MeV. Dalam reaksi ini memang lebih mudah dalam mendapatkan bahan bakar yang diperlukan. Akan tetapi energi yang dihasilkan jauh lebih kecil dan memerlukan waktu kestabilan yang lebih lama. c. Deuterium dan Helium-3 Hasil dari reaksi ini menghasilkan Helium-4 dan proton berenergi tinggi. Namun proton ini harus direaksikan kembali dengan unsur lain, yaitu Boron untuk menghasilkan reaksiHalaman 11 dari 46

fusi yang menghasilkan energi yang diharapkan. Selain itu, reaksi antara proton dan Boron ini belum pernah direaksikan melalui Tokamak, namun melalui cara lain, yaitu penembakan laser. Karena banyaknya keterbatasan, maka reaksi ini jarang digunakan. Dari ketiga bahan bakar untuk reaktor fusi diatas, reaksi antara Deutrium dan Tritium hingga saat ini dianggap yang paling efektif. Hal ini didasarkan pada berbagai faktor seperti energi yang dibangkitkan, percobaan yang telah dilakukan, waktu kestabilan, dan faktor lainnya. Berikut adalah data grafik mengenai perbandingan diantara ketiga reaksi bahan bakar diatas.

Gambar 2.4. Perbandingan Bahan Bakar Fusi Dari grafik diatas dapat disimpulkan mengapa bahan bakar Deutrerium dan Tritium lebih menjanjikan untuk digunakan sebagai bahan bakar reaktor fusi. Deutrium-Tritium menghasilkan nilai reaksi yang lebih besar diantara kedua bahan bakar lainnya dengan tingkat temperatur yang diperlukan relatif jauh lebih kecil. Permasalahan temperatur ini juga sangat penting untuk dipertimbangkan mengingat reaksi fusi berlangsung pada temperatur ratusan derajat Celcius dan memerlukan waktu dan kestabilan yang tinggi saat reaksi fusi berlangsung. Reaktor ITER akan menggunakan bahan bakar Deuterium dan Tritium. Tritium yang langka akan diuji agar dapat diproduksi melalui proses dengan menggunakan Lithium didalam Tokamak.

Halaman 12 dari 46

1.5. Tokamak Reaksi fusi membutuhkan temperatur yang sangat ekstrim, yaitu sekitar 150 juta derajat Celcius. Tidak ada bahan atau material di bumi ini yang sanggup bertahan di temperatur yang sangat ekstrim tersebut. Untuk itu diperlukan suatu cara untuk menahan dan mengontrol temperatur tersebut agar tidak menyentuh bagian dari peralatan. Tokamak adalah suatu peralatan yang berbentuk torus atau melingkar menyerupai donat dengan menggunakan prinsip medan magnet untuk mengontrol keadaan dengan temperatur yang sangat ekstrim, yang dikenal dengan sebutan plasma, agar tidak menyentuh bagian atau material dari Tokamak tersebut. 1.5.1. Sejarah Tokamak Berbagai cara dan sejarah telah mencatatkan berbagai kegagalan dalam mengendalikan dan menciptakan temperatur ekstrim yang merupakan salah satu syarat terjadinya proses reaksi fusi. Sejak tahun 1930-an negara-negara maju seperti Amerika Serikat, Uni Soviet, Inggris, Jerman, Prancis dan Jepang telah mengembangkan eksperimen fusi. Banyak pengakuan dari peneliti-peneliti negara-negara tersebut bahwa mereka telah dapat menciptakan dan mengontrol reaksi fusi, namun tidak ada yang terbukti dan berjalan sesuai dengan hipotesa mereka. Pada tahun 1950-1951, ilmuwan I.E. Tamm dan A.D. Sakharov dari Uni Soviet pertama kali melakukan pendekatan membuat alat yang berbentuk seperti tokamak pada saat ini. Eksperimen kemudian dilanjutkan pada tahun 1956 di Kurchatov Institute, Moscow, yang

dipimpin oleh Lev Artsimovich. Pada tahun 1968 terciptalah tokamak pertama didunia, yaitu tokamak T-3. Tokamak T-3 ini diuji di Novosibirk, Uni Soviet, dan berhasil mencapai dan mengontrol dua faktor penting yang diperlukan dalam reaksi fusi, yaitu temperatur dan kestabilan. Walau dua hal tersebut hanya mampu bertahan selama kurang dari dua detik, namun tokamak T-3 merupakan titik awal dalam pengembangan dan percobaan fusi kedepannya melalui tokamak-tokamak yang lebih canggih. Tokamak terbesar di dunia akan dibuat oleh ITER dengan berlokasi di Cadarache, Prancis. Tokamak ITER ini akan menjadi tokamak yang sama pentingnya dengan tokamak pertama didunia, T-3, karena tokamak ITER akan meneliti mengenai berbagai hal yang diperlukan dalam pembuatan reaktor fusi komersial, seperti pengaruh ukuran tokamak, pengembangan Tritium Breeding, pengontrolan plasma dan kestabilannya, teknik untuk mencapai temperatur ratusan juta derajat Celcius, dan lain-lain.Halaman 13 dari 46

1.5.2. Prinsip Kerja Tokamak Tokamak merupakan suatu alat yang didesain untuk mengendalikan plasma yang sangat panas. Panas ekstrim dari plasma ini tidak boleh menyentuh dinding dari tokamak karena tidak ada bahan di bumi yang dapat menahan panas hingga ratusan juta derajat Celcius. Kondisi yang sangat panas tersebut dikendalikan dengan menggunakan prinsip medan magnet yang sangat kuat dan kondisi tersebut harus dapat berlangsung lama bila fusi hendak dijadikan suatu pembangkit listrik. Plasma merupakan suatu kondisi yang sangat panas yang dibutuhkan agar reaksi fusi dapat terjadi. Plasma didalam tokamak dapat terjadi dengan menggunakan suatu teknik pemanasan khusus. Sifat dari plasma yang berupa gas ini dapat dipengaruhi oleh medan magnet. Dengan suatu teknik mengubah-ubah medan magnet pada tokamak, maka plasma dapat dikendalikan agar tetap berada dalam batas-batas tertentu tanpa menyentuh dinding material dari tokamak. Medan magnet memegang peranan penting didalam pengendalian plasma. Oleh karena itu diperlukan suatu magnet yang sangat kuat didalam tokamak. Selain itu, ruangan didalam tokamak yang berbentuk torus, atau menyerupai donat yang merupakan tempat dimana plasma terjadi, harus dalam keadaan yang vakum. Dinding tokamak akan berfungsi ganda, yaitu sebagai tempat tertabraknya neutron yang mengandung energi yang kemudian mengubah energinya dalam bentuk panas serta berfungsi juga sebagai dinding pengaman pertama bila terjadi hal yang tidak dikehendaki. Suatu tokamak secara umum terdiri dari magnet yang sangat kuat, Vacuum Vessel tempat terjadinya kondisi plasma, Blanket atau dinding, Divertor atau lantai, serta Cyrostat atau bodi tokamak. Terdapat juga komponen-komponen eksternal lainnya seperti pompa vakum, bagian pemanas, bagian pendingin, ruang kontrol, dan power supply. Tokamak terbesar didunia akan dibangun oleh ITER di Cadarache, Prancis. Tokamak ITER berfungsi sebagai tokamak eksperimen yang bertujuan untuk mempelajari berbagai hal mengenai tokamak dan diharapkan dapat menyimpulkan bentuk dan ukuran tokamak yang paling efisien yang kemudian hasil tersebut diharapkan dapat menjadi patokan untuk membuat tokamak komersil sebagai pembangkit listrik. Tokamak ITER dibangun berdasarkan tokamak JET, yaitu tokamak penelitian milik Inggris yang merupakan tokamak yang berhasil mencapai rasio output

Halaman 14 dari 46

input terbesar hingga saat ini, yaitu sekitar 0,65 ukuran dua kali lebih besar dari tokamak ITER. 1.5.3. Bagian-Bagian Tokamak 1.5.3.1. Magnet

[4]

. Tokamak ITER akan dibangun dengan

Gambar 2.5. Bagian Magnet Tokamak Magnet memegang peranan yang sangat penting dalam mengendalikan plasma didalam tokamak. Magnet yang diperlukan dalam pengendalian plasma harus merupakan magnet yang sangat kuat karena plasma yang hendak dikendalikan juga sangat berbahaya. Magnet pada tokamak terletak dibagian tengah dari tokamak, di sekeliling Vacuum Vessel tempat terjadinya plasma. Magnet pada tokamak biasanya dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu Toroidal dan Poloidal. Toroidal mengendalikan plasma dari bagian atas ke bawah, sedangkan Poloidal mengendalikan plasma dibagian samping plasma. Dengan kata lain, Toroidal mengendalikan plasma agar tidak menyentuh bagian atap dan lantai, sedangkan Poloidal mengendalikan plasma agar tidak menyentuh bagian dinding. Tokamak ITER akan menggunakan bahan superkonduktor yaitu Cable-In-Conduit Superconductor sebagai bahan koil magnetnya. Penggunaan bahan superkonduktor ini bertujuan agar mendapatkan efisiensi yang maksimum dan konsumsi energi yang rendah ketika magnet diaktifkan. ITER berencana akan menggunakan 18 bagian magnet Toroidal dan 6 bagian magnet Poloidal. Semua bagian magnet ini didesain agar dapat menghasilkan medan magnet yang sangat

Halaman 15 dari 46

kuat, yaitu hingga 13 Tesla. Semua koil dari magnet akan didinginkan menggunakan Supercritical Helium yang dapat mendinginkan hingga suhu -4 derajat Kelvin atau -269 derajat Celcius. Pendinginan ini bertujuan agar magnet dapat tetap bekerja secara optimum ketika mengendalikan plasma yang sangat panas. Magnet Toroidal yang akan dibangun oleh ITER berjumlah sebanyak 18 bagian yang didesain dapat menghasilkan 11,8 Tesla. Perkiraan berat koil magnet Toroidal ini mencapai 6.540 ton dan bila diuraikan akan menjadi kabel superkonduktor dengan panjang mencapai 80 ribu kilometer. Magnet Toroidal ini merupakan salah satu bagian terbesar dari Tokamak ITER. Magnet Poloidal ITER terdiri atas 6 bagian dan mempunyai bahan yang sama dengan magnet Toroidal.

Gambar 2.6. Magnet Toroidal 1.5.3.2. Vacuum Vessel

Gambar 2.7. Magnet Poloidal

Gambar 2.8. Vacuum Vessel

Halaman 16 dari 46

Vacuum Vessel merupakan tempat menampung plasma dan juga sebagai tempat dimana terjadinya reaksi fusi. Vacuum Vessel ini harus dalam kondisi vakum dan tidak terkontaminasi oleh benda yang tidak diinginkan. Oleh karena itu biasanya pada bagian eksternal tokamak terdapat pompa vakum yang berfungsi untuk membuat keadaan didalam Vacuum Vessel tetap dalam kondisi yang diperlukan. Vacuum Vessel berbentuk torus atau menyerupai donat. Bentuk ini dirancang sedemikian rupa agar kondisi plasma dapat terjadi dengan sempurna. Ukuran Vacuum Vessel ini akan menentukan volume plasma. Secara teori, semakin besar volume plasma yang dapat terjadi, maka akan semakin besar energi yang dapat dihasilkan. Vacuum Vessel ini juga berfungsi sebagai pelindung tokamak dari plasma bila sampai terjadi kegagalan pada pengontrolan plasma. Vacuum Vessel yang akan dibangun oleh ITER bediameter 6 meter dibagian dalam dan 19 meter dibagian luar dengan tinggi sekitar 11 meter. Berat Vacuum Vessel ini diprediksi mencapai 5000 ton. Bahan yang digunakan oleh ITER kemungkinan besar akan dibuat dari stainless steel. Bagian ini juga merupakan salah satu bagian terbesar dari Tokamak ITER. 1.5.3.3. Blanket

Gambar 2.9. Blanket Blanket atau dinding merupakan bagian yang melindungi magnet dari panas plasma dan juga merupakan tempat dimana neutron dari proses fusi menabrak dan mentransfer energinya dalam bentuk panas. Blanket ini terletak dibagian dalam dari Vacuum Vessel dan menjadi bagian yang langsung berhadapan dengan plasma. Oleh karena itu pemilihan material blanket sangat krusial.

Halaman 17 dari 46

Blanket ITER akan dibuat dalam bentuk modular yang berdimensi 1 x 1,5 meter sebanyak 440 buah. Tujuannya agar Blanket dapat dengan mudah diganti bila terjadi kerusakan dibagian tertentu. Kerusakan ini dapat terjadi mengingat Blanket merupakan bagian yang langsung berhadapan dengan plasma. Material Blanket ITER akan dibuat dari Beryllium dan diperkuat dengan campuran tembaga tempa dan stainless steel. Pada bagian Blanket ini juga ITER akan mencoba teknik untuk menghasilkan Tritium dengan menggunakan Lithium sebagai salah satu bahan Blanket kedepannya. 1.5.3.4. Divertor

Gambar 2.10. Divertor

Seperti halnya Blanket, Divertor atau lantai ini juga merupakan bagian yang krusial karena bersama dengan Blanket bagian ini menghadapi plasma secara langsung. Bila Blanket merupakan tempat tertabraknya neutron hasil dari reaksi fusi, Divertor merupakan bagian dimana residu reaksi fusi yang berupa debu Helium yang panas terkumpul. Pemilihan bahan dan

pembuatan bentuk divertor juga sangat penting karena bagian ini secara terus menerus harus mampu menahan panas. Divertor ITER akan dicoba dengan dua bahan material, Carbon Fibre-reinforced Carboncomposite atau disingkat CFC dan Tungsten yang mempunyai tingkat erosi yang rendah dan dapat bertahan dalam jangka waktu yang lama. Kedua bahan ini akan dicoba sebagai bahan Divertor untuk melihat bahan mana yang lebih efisien dan dapat bertahan dengan baik. Disamping itu, sistem pendinginan juga diperlukan untuk Divertor agar tetap dapat bekerja pada kondisi optimalnya.Halaman 18 dari 46

1.5.3.5. Cyrostat

Gambar 2.11. Cyrostat Cyrostat merupakan kerangka terluar dari tokamak. Cyrostat juga berfungsi sebagai pendingin alami dari tokamak. Cyrostat biasanya akan mempunyai banyak celah seperti jendela yang memungkinkan udara luar mendinginkan tokamak secara alami. Cyrostat ITER akan dibuat dari stainless steel dengan ukuran diameter 28,6 meter dan tinggi 29,3 meter. Cyrostat ini akan dilindungi oleh lapisan konkrit setebal 2 meter sebagai pengaman dari keadaan diluar tokamak. 1.5.3.6. Diagnostic Center

Gambar 2.12. Diagnostic Center Bagian ini berfungsi sebagai input untuk melihat keadaan dan apa yang terjadi didalam tokamak. Tujuannya agar ddidapat data-data teknis untuk kepentingan pengembangan lebih lanjut.

Halaman 19 dari 46

Pada ITER, akan terdapat Diagnostic Center yang sangat canggih dan akan ditanam sekitar 50 sensor individual untuk memantau keadaan didalam tokamak. Alat pemantau tersebut diantaranya modern plasma monitoring, laser, X-rays, neutron camera, impurity monitor, particle specrometer, radiation bolometer, pressure and gas analysis dan optical fibre. 1.5.3.7. Remote Handling

Gambar 2.13. Remote Handling Remote handling ini berupa robot yang bekerja didalam Vacuum Vessel pada saat tokamak mengalami kerusakan. Tujuannya adalah sebagai pengganti manusia dalam perawatan dan perbaikan didalam Vacuum Vessel karena setelah tokamak bekerja, maka bagian Vacuum Vessel tidak mungkin dapat dimasuki manusia selain karena bagian ini harus tetap vakum, juga karena Vacuum Vessel akan mengandung radiasi akibat Tritium. Robot yang beroperasi pada Tokamak ITER akan dirancang dengan bahan terbaik yang dapat bertahan pada kondisi yang sangat panas, mampu mengangkat beban hingga 50 ton, dan mampu memperbaiki bagian-bagian tokamak dengan presisi. 1.5.3.8. Tritium Breeding Unit Tritium yang merupakan isotop penting dalam reaksi fusi Deuterium-Tritium sangat langka di bumi. Oleh karena itu diperlukan suatu cara untuk mendapatkan Tritium secara terus menerus. ITER mengembangkan suatu cara yang belum pernah dilakukan oleh tokamak penelitian lain, yaitu Tritium Breeding. Didalam tokamak dimungkinkan untuk mendapatkan Tritium dengan cara menambahkan Lithium pada bagian Blanket. Neutron yang akan menabrak dinding Blanket dengan bahan Lithium ini akan bereaksi dan menghasilkan Tritium. Tritium dariHalaman 20 dari 46

proses ini kemudian dapat diambil dan dimasukkan kembali sebagai bahan bakar untuk reaksi fusi selanjutnya.

Gambar 2.14. Tritium Breeding Unit 1.5.3.9. Sistem Pemanasan Plasma

Gambar 2.15. Sistem Pemanasan Plasma Untuk mencapai suhu jutaan derajat Celcius, tokamak memerlukan bantuan pemanasan dari luar. Pemanasan untuk mencapai kondisi plasma ini biasanya mengkombinasikan sistem pemanasan biasa dengan teknik pemanasan lainnya. Pada tokamak ITER, kondisi plasma akan dicapai melalu 3 teknik pemanasan yang dikombinasikan. Teknik pertama yaitu pemanasan biasa atau ohmic heating, yaitu pemanasan eksternal yang memerlukan daya dari luar. Daya eksternal yang akan dipakai sebesar 50 MW. Pemanasan ini kemudian dikombinasikan dengan teknik Neutral Beam Injection, yaitu denganHalaman 21 dari 46

menembakkan partikel berenergi tinggi kedalam plasma yang akan mentransfer energinya kedalam plasma. Teknik ketiga yaitu dengan metode High Frequency Wave, yaitu dengan menggunakan gelombang frekuensi tinggi, seperti pada microwave. Ketiga kombinasi teknik pemanasan ini akan membawa plasma didalam Vacuum Vessel akan mencapai suhu 150 juta derajat Celcius yang diperlukan dalam reaksi fusi. 1.5.3.10. Sistem Pendinginan Tokamak

Gambar 2.16. Sistem Pendinginan Tokamak Menghadapi suhu yang sangat ekstrim dari plasma, material-material penting didalam tokamak harus mempunyai sistem pendinginan yang ekstra. Material-material yang sangat penting harus selalu dalam kondisi optimalnya antara lain Magnet, Pompa Vakum, Diagnostic Center, Power Supply, Sistem Pemanasan dan Cyrogenic. Sistem pendinginan untuk bagian Magnet, Diagnostic Center dan Pompa Vakum akan didinginkan secara khusus, yaitu menggunakan Supercritical Helium pada suhu -4 derajat Kelvin atau -169 derajat Celcius. Sistem pendinginan ini disebut Cyrogenic. Sedangkan sistem pendinginan untuk bagian lainnya akan didinginkan menggunakan air. 1.5.3.11. Pompa Vakum Pompa Vakum digunakan untuk membuat keadaan vakum pada Vacuum Vessel dan Cyrostat. Pada ITER, pompa vakum yang digunakan sangat besar karena besarnya ukuran Vacuum Vessel dan Cyrostat, yaitu masing-masing bervolume 1400 m dan 8500 m. Diperkirakan memerlukan waktu 24 hingga 48 jam untuk membuat seluruh bagian tokamak menjadi vakum.

Halaman 22 dari 46

Gambar 2.17. Pompa Vakum 1.5.3.12. Power Supply Sebuah tokamak memerlukan daya input dari Power Supply untuk berbagai proses, terutama proses pemanasan plasma.ITER akan dipasok oleh pasokan listrik dari sistem 400 kV yang berada didekat lokasi tokamak ITER akan dibangun. ITER memerlukan sekitar 110 MW hingga 620 MW pada puncaknya selama proses plasma.

Gambar 2.18. Power Supply

Halaman 23 dari 46

1.6. Tokamak di Seluruh Dunia Sejak diumumkannya tokamak pertama didunia, yaitu T-3 oleh Uni Soviet (sekarang Rusia) pada tahun 1968, tokamak-tokamak penelitian berkembang diseluruh dunia. Diantaranya yang cukup banyak perkembangannya adalah JET di Inggris, JT-60 di Jepang, Tore Supra di Prancis dan di D-III di Amerika Serikat. Berikut adalah daftar tokamak-tokamak penelitian diseluruh dunia. Alcator C-Mod, Amerika Serikat ASDEX (Axialsymmetrisches Divertorexperiment), Jerman DIII-D, Amerika Serikat EAST, Cina IGNITOR, Itali JT-60, Jepang JET (Joint European Torus), Inggris KSTAR, Korea Selatan MAST (Mega-Ampere Spherical Tokamak), Inggris NSTX (National Spherical Torus Experiment), Amerika Serikat Pegasus Toroidal Experiment, Amerika Serikat SST-1 (Steady State Superconducting Tokamak), India START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak), Inggris (1991-1998) STOR-M Tokamak, Kanada TCV (Tokamak Configuration Variable), Swiss TEXTOR (Tokamak Experiment for Technology Oriented Research), Jerman TFR (Tokamak de Fontenay-aux-Roses), Prancis TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor), Amerika Serikat (19821997) Tore Supra, Prancis

1.7. Pencapaian Tokamak di Seluruh Dunia Tokamak-tokamak yang ada sekarang ini masih merupakan tokamak penelitian. Sulitnya mengendalikan plasma mejadi kendala tersendiri. Beberapa pencapaian tokamak-tokamak tersebut juga masih jauh dari harapan. Pencapaian tersebut antara lain :

Halaman 24 dari 46

Tokamak JET pada tahun 1991 merupakan tokamak pertama di dunia yang berhasil dikendalikan. Tokamak Tore Supra berhasil mencapai waktu terlama dalam pengendalian plasma, yaitu selama 6 menit 30 detik. Tokamak Jepang, JT-50, berhasil mencapai 3 faktor penting reaksi fusi dalam satu kali percobaan, yaitu kerapatan partikel, temperatur dan waktu kestabilan tokamak. US Fusion Installations, tokamak Amerika, telah berhasil menciptakan suhu sekitar 100 juta derajat Celcius didalam tokamak. Tokamak JET telah berhasil mendapatkan energy release (output) dari tokamak sebesar 65% dari energi inputnya. Pencapaian tersebut memang belum cukup fantastis, namun merupakan modal bagi ITER

untuk mengembangkan tokamak berdasarkan data-data dari tokamak-tokamak tersebut.

2. ITER (INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR) 2.1. Sejarah ITER ITER merupakan singkatan dari International Thermonuclear Experimental Reactor, dimana merupakan proyek dari suatu organisasi bersama yang meneliti mengenai perkembangan teknologi fusi dan pengembangan reaktor fusi untuk keperluan komersil nantinya. ITER terbentuk pada tahun 1985 ketika Presiden Mitterend dari Prancis, Perdana Menteri Thatcher dari United Kingdom dan Sekretaris Gorbacev dari Uni Soviet mengajukan suatu proyek pengembangan teknologi fusi kepada Presiden Amerika Serikat, Reagan. Anggota awal ITER adalah Amerika Serikat, Uni Soviet (sekarang Rusia), Jepang dan negara-negara Uni Eropa dimana negara-negara tersebut merupakan negara-negara pengguna teknologi nuklir dan mempunyai teknologi nuklir terbesar di dunia. Pada tahun 2003, Cina dan Korea Selatan ikuta bergabung bersama ITER dan pada tahun 2005, India turut bergabung menjadikan ITER beranggotakan 6 negara dan Uni Eropa. Negara-negara ini telah menyepakati untuk saling berbagi ilmu pengetahuan, prosedural, dan pembiayaan untuk proyek ini. Dari proyek ini, diharapkan setiap negara anggota ITER akan mampu membuat dan mengembangkan dan melaksanakan pembangunan teknologi fusi yang didapatkan dari hasil ITER.

Halaman 25 dari 46

Tujuan utama dari ITER adalah membuat suatu reaktor fusi terbesar di dunia. Reaktor ini akan menjadi reaktor percobaan yang akan meneliti mengenai teknologi, teknik, dan bahan reaktor fusi untuk keperluan kelistrikan. Pada tanggal 28 Juni 2006 di Moscow didapatkan kesepakatan bahwa ITER akan dibangun di Cadarache, Prancis. 2.2. Tujuan Utama ITER Tujuan utama dari ITER adalah mengembangkan dan meneliti teknologi dan reaktor fusi untuk kemudian digunakan sebagai pembangkit listrik komersial untuk memenuhi kebutuhan listrik dunia, termasuk didalamnya adalah bertujuan untuk meningkatkan faktor rasio input dan output atau dikenal dengan sebutan Q. Berbeda dengan reaktor-reaktor pembangkit listrik yang telah ada, reaktor fusi memerlukan input berupa daya untuk memulai reaksi fusinya. Oleh karena itu rasio input dan output ini minimal harus lebih dari breakeven (Q = 1). Rasio Q terbesar hingga saat ini dicapai oleh JET, reaktor fusi milik Uni Eropa yang terletak di Inggris. Rasio Q yang dicapai JET hanya sebesar 0,65. Hasil ini belum mencapai titik balik atau breakeven value dari input, atau dapat dikatakan reaktor fusi hingga saat ini belum menghasilkan listrik untuk digunakan oleh manusia. ITER menargetkan minimal rasio Q yang didapatkan adalah 10 atau dengan kata lain setiap daya yang dikonsumsi oleh reaktor fusi harus menghasilkan minimal 10 kali lipatnya. Tokamak ITER sendiri akan dibangun dengan daya input sebesar 50MW dan diharapkan dapat menghasilkan 500 MW. Oleh karena itu efisiensi pemakaian listrik oleh tokamak dan sistem pendukungnya harus sangat diperhatikan. 2.3. Pembangunan ITER Pembangunan ITER terletak di Cadarache, Prancis, tidak jauh dari pusat penelitian dan pengembangan nuklir Prancis, yaitu CEA (Commissariat a lEnergie Atomique). Tempat ini dipilih karena merupakan tempat yang strategis yang memungkinkan pasokan listrik bagi reaktor fusi dapat tersedia secara konstan dan juga berlokasi dekat dengan laut sehingga memudahkan supplai pasokan bahan material dan peralatan yang dikirimkan oleh negara anggota ITER melalui jalur laut. Lokasi ini telah persiapkan untuk dibangun sejak tahun 2007 dan memerlukan waktu sekitar 10 tahun untuk membangun reaktor fusi tersebut. Ditargetkan pada November 2019 reaktor fusi sudah siap untuk diuji coba untuk penelitian. Total luas tanah yang akan dipakaiHalaman 26 dari 46

untuk ITER sekitar 180 hektar, dimana 42 hektarnya merupakan bagian untuk reaktor fusi dan sistem pendukungnya. Selain menyediakan lahan, pemerintah Prancis juga bertanggung jawab untuk menyediakan pelabuhan dan jalan sebagai jalur dimana pasokan material dan peralatan akan dikirim oleh negara-negara anggota ke lokasi pembangunan. Pelabuhan ini telah selesai pada Desember 2010 lalu dan berlokasi hanya 104 kilometer dari lokasi reaktor ITER akan dibangun. 2.4. Pembiayaan ITER Pembangunan reaktor ITER diperkirakan akan menelan biaya sebesar US $5,6 Milyar atau setara dengan 50, 4 Triliyun Rupiah (bila US $1 = 9000 Rupiah) dan diperkirakan akan menelan total biaya sebesar US $ 12,1 Milyar atau setara dengan 108,9 Triliun Rupiah. Total biaya tersebut adalah seluruh biaya mulai dari pembuatan tokamak dan fasilitasnya berikut biaya operasional selama tokamak beroperasi hingga tahun 2040. Pembagian pendanaan adalah sebesar 45% oleh Uni Eropa sebagai tuan rumah dan masing-masing negara anggota sebesar 9%. Prancis sendiri sebagai negara tuan rumah akan berbagi pembiayaan pembuatan reaktor ITER dengan Uni Eropa sebesar 60% dan 40%.

Sedangkan Jepang akan diberikan dana sekitar 10% dari total biaya pembangunan reaktor ITER atau sekitar US $ 1 Milyar untuk membuat pusat pengembangan dan pengujian material yang akan digunakan oleh tokamak ITER. 2.5. Road Map ITER

Gambar 3.1. Road Map ITERHalaman 27 dari 46

Tahap pengerjaan ITER dimulai sejak tahun 2007 dengan pekerjaan persiapan lahan yang akan digunakan sebagai tempat dibangunnya proyek ITER. Tahun 2010 akan dimulai pengerjaan dan penelitian desain tokamak dan bahan material yang akan digunakan. Tahun 2015 akan dimulai proses perakitan tokamak di Cadarache dan dijadwalkan akan selesai pada tahun 2018 sehingga pada tahun 2019 diharapkan tokamak telah dapat beroperasi. Masa operasi ITER akan berlangsung selama 20 tahun, yaitu hingga sekitar tahun 2040. Dan di akhir operasinya ini diharapkan ITER telah mampu mendemonstrasikan tokamak untuk keperluan pasokan listrik komersial atau lebih dikenal dengan sebutan DEMO. 2.6. Tokamak ITER dan DEMO Tokamak ITER terdiri dari berbagai bagian-bagian umum yang dimiliki oleh tokamak yang telah ada, namun dengan berbagai pembaruan dan penambahan sistem yang lebih canggih. Tokamak ITER akan berdimensi dua kali lipat dari tokamak biasa dan akan menjadi tokamak terbesar yang pernah dibuat. Patokan ukuran dan bentuk tokamak ITER sendiri mengacu kepada tokamak JET karena tokamak JET dinilai mempunyai berbagai pencapaian yang signifikan dibanding tokamak lainnya. Tokamak ITER akan meneliti berbagai hal baik secara fisik, pemanasan plasma, pengendalian plasma, efisiensi, bahan dan material yang digunakan, pembiakan Tritium dan berbagai faktor lainnya. Pemanasan akan dilakukan dengan teknik yang lebih canggih dari teknik yang sudah ada, yaitu dengan menggunakan teknik external heating, neutral beam injection dan high frequency electromagnetic wave. Ketiga teknik ini akan digabungkan untuk mencapai temperatur 150 juta derajat celcius, temperatur yang ideal untuk reaksi fusi. Demikian juga halnya dalam pengendalian plasma. Pengendalian plasma yang bervolume jauh lebih besar dari tokamak biasa akan dikendalikan menggunakan medan magnet yang berasal dari bahan magnet tercaanggih dan terbesar hingga saat ini, yaitu dengan magnet super konduktor. Tokamak ITER akan meneliti dan mengendalikan plasma yang sangat panas ini selama mungkin. Perlu diketahui, pengendalian plasma terlama hingga saat ini hanya 6 menit 30 detik oleh tokamak Tore Supra, Prancis. Efisiensi memegang peranan penting dalam rasio Q. Bahan-bahan dan efisiensi dalam pemakaian daya listrik untuk menghidupkan tokamak harus sangat diperhatikan agar mendapatkan rasio Q lebih dari 1 atau breakeven. Bila tokamak ITER dapat mencapai target

Halaman 28 dari 46

rasio Q yang lebih dari 10, maka masa depan reaktor fusi sebagai pembangkit energi listrik sudah didepan mata. DEMO merupakan singkatan dari Demonstration Power Plant, yang merupakan reaktor konsep ITER yang akan mendemostrasikan suatu reaktor fusi yang bersifat komersil dan akan menyuntikkan daya outputnya ke jaringan listrik sekitarnya. Demo ini merupakan reaktor hasil dari penelitian reaktor ITER, dimana Demo akan memiliki karakteristik berbeda dengan reaktor ITER. Demo diperkirakan akan mencoba memasok listrik hasil dari fusi ke jaringan pada tahun 2040. 2.7. Permasalahan-Permasalahan ITER 2.7.1. Penentuan Lokasi Semua negara anggota ITER tentu saja sangat menginginkan lokasi pembangunan reaktor ITER berada di negara mereka sendiri. Namun tidak mungkin untuk membangun beberapa reaktor eksperimental terbesar yang belum pernah dibuat sebelumnya di beberapa tempat sekaligus. Permasalahan biaya, pengalaman, material dan pengetahuan menjadikan

pembangunan reaktor yang serupa disetiap negara anggota ITER menjadi mustahil. Pada awalnya, ada 4 negara yang mengajukan diri sebagai tuan rumah pembangunan reaktor ITER, yaitu Spanyol, Kanada, Prancis dan Jepang. Keempat negara tersebut bersedia menyediakan lokasi yang strategis untuk pembangunan reaktor ITER di negara mereka. Namun hal ini terus menjadi perdebatan diantara kedua negara dan terus mengalami kebuntuan walau telah diselenggarakan kongres pemilihan di Moscow pada Desember 2003. Pada akhirnya Prancis dan Jepang menjadi dua negara yang saling berdebat untuk menjadi tuan rumah. Jepang didukung oleh Amerika Serikat dan Korea Selatan, sedangkan Prancis didukung oleh Uni Eropa, Cina dan Rusia. Kebuntuan pemilihan lokasi terus berlanjut hingga Rusia pernah menyarankan untuk membangun masing-masing reaktor di kedua negara, namun dengan desain dan ukuran yang berbeda. Namun anjuran tersebut tidak efektif mengingat biaya yang akan dikeluarkan dan akan menjadikan ITER terpecah belah. Akhirnya Uni Eropa memilih jalan tegas untuk membangun reaktor ITER di Prancis walaupun tanpa bantuan dari Jepang dan negara-negara pendukungnya. Pada 28 Juni 2005 terjadi kesepakatan bahwa reaktor ITER akan dibangun di Cadarache, Prancis. Jepang yang tidak berhasil menjadi tuan rumah diberikan bantuan dana sebesar $ 1 milyar (atau setara dengan 9 triliun Rupiah) untuk membangun sarana pengetesan material yang akan dipakai di reaktor ITER.Halaman 29 dari 46

Prancis menjadi kandidat utama karena dinilai telah cukup banyak pengalaman dan pengetahuan mengenai nuklir. Lokasi tersebut berdekatan dengan CEA (Commissariat a lEnergie Atomique), badan atom dan penelitian nuklir Prancis. CEA telah membangun tokamak Tore Supra, yang merupakan tokamak penelitian yang memiliki super konduktor terbesar

didunia dan telah mencapai waktu pengendalian plasma terlama hingga saat ini. Disekitarnya juga terdapat 18 pembangkit nuklir fisi yang dapat digunakan untuk memberikan pasokan listrik kepada reaktor ITER nantinya. 2.7.2. Penentuan Desain Tokamak Secara fisik, belum diketahui berapa ukuran tokamak yang paling efisien hingga saat ini. Dengan berpatokan kepada tokamak JET, penambahan ukuran tokamak ITER akan memberikan masukan yang sangat berarti dalam pengembangan tokamak selanjutnya. Secara teoritis, penambahan ukuran tokamak akan menambah volume plasma didalam tokamak yang artinya akan semakin besar pula output yang dihasilkan. Penambahan besar tokamak sebanyak dua kali lipat tersebut akan akan memberikan permasalahan baru, seperti jumlah pemanasan dan pengontrolan serta kestabilan plasma yang akan lebih sulit, pemilihan dan ketahanan bahan-bahan meterial tokamak, sistem pendinginan yang harus lebih baik, hingga kemungkinan tokamak tidak dapat beroperasi. Penelitian dan prosedur awal sebelum tokamak ITER dibangun telah dijalankan, namun hal tersebut tidak memberikan 100% kepastian bahwa tokamak ITER akan berjalan dengan sempurna. Tokamak ITER diharapkan dapat menjawab dan memberikan hasil yang berarti dalam penentuan ukuran tokamak secara ideal untuk keperluan komersil. 2.7.3. Pengontrolan Plasma Prancis dengan tokamak Tore Supra-nya telah berhasil mencapai waktu terlama dalam pengendalian plasma. Tokamak Tore Supra ini juga mempunyai bahan magnet superkonduktor terbesar didunia hingga saat ini. Namun tokamak ITER akan dibuat untuk mencapai temperatur yang lebih tinggi dan dengan ukuran tokamak yang jauh lebih besar, atau dengan kata lain pengontrolan plasma reaktor ITER akan jauh lebih sulit. Telah diketahui bahwa plasma merupakan suatu kondisi dimana temperaturnya sangat ekstrim, yaitu mencapai ratusan juta derajat Celcius. Plasma yang sangat panas ini harus dapat dikontrol selama mungkin dan sestabil mungkin agar reaksi fusi dapat berlangsung secara terusHalaman 30 dari 46

menerus. Bila dapat dianalogikan, plasma ini seperti halnya balon yang hendak digenggam dengan tangan. Balon akan berusaha mencari celah dari tangan untuk meloloskan diri. Semakin besar ukuran balon, maka akan semakin sulit pula untuk dapat menggenggam balon dengan sempurna. Begitu juga dengan plasma, plasma akan selalu berusaha melarikan diri dari genggaman medan magnet yang mengontrolnya. Semakin besar ukuran plasma, maka secara teori akan lebih sulit untuk mengontrolnya dan diperlukan medan magnet yang lebih besar dan lebih kuat agar plasma dapat dikontrol dengan sempurna. Kegagalan pengontrolan plasma akan berdampak rusaknya bagian dalam tokamak, terutama bagian yang langsung berhadapan dengan plasma, yaitu Vacuum Vessel, Divertor dan Blanket. 2.7.4. Pemilihan Bahan Material Reaktor Ukuran tokamak dan pengontrolan plasma yang jauh lebih besar dari tokamak-tokamak yang telah ada menjadikan pemilihan material yang tepat sangat berperan penting agar tokamak dapat bekerja sesuai harapan. Material-material terbaik telah dipersiapkan oleh ITER dan juga akan diuji beberapa jenis material yang mungkin lebih efisien, tahan lama dan ekonomis. Superkonduktor terbesar untuk magnet, bahan Carbon tercanggih atau Tungsten untuk Divertor, dan Berrylium untuk Blanket menjadi bahan-bahan yang sangat vital bagi tokamak ITER. Apakah bahan-bahan tersebut telah dapat memenuhi krITERia yang diperlukan dalam pengendalian plasma dan pembangkitan tenaga fusi, hal tersebut akan terus diteliti dan akan diberikan jawaban setelah reaktor ITER dijalankan. Pemilihan material ini akan memberikan masukan kedepannya mengenai bahan material yang efisien untuk tokamak karena salah satu tujuan ITER adalah membuat reaksi fusi menjadi sebagai reaksi yang digunakan sebagai pembangkit komersial yang dapat digunakan untuk keperluan pasokan listrik dunia. 2.7.5. Pemilihan Bakar Bakar dan Ketersediaannya Beberapa unsur yang ada di bumi dapat dijadikan bahan bakar untuk reaksi fusi. Unsurunsur yang digunakan merupakan isotop atom Hidrogen, yaitu Deuterium dan Tritium serta ada juga yang menggunakan isotop Helium yaitu Helium-3. Tidak aneh bila bahan fusi yang sangat mungkin digunakan berasal dari Hidrogen dan Helium karena tempat dimana reaksi fusi alami terjadi, yaitu matahari, terdiri dari hampir semuanya dari Hidrogen dan Helium.

Halaman 31 dari 46

Deuterium merupakan isotop Hidrogen dengan ketersediaan yang cukup luas. Didalam setiap l liter air laut, terdapat 33 miligram Deuterium. Deuterium dapat dihasilkan melalui proses destilasi air laut dan telah banyak perusahaan industri yang dapat menghasilkan deuterium dari air laut untuk kepentingan industri maupun penelitian. Deuterium tidak mengandung radio aktif dan tidak berbahaya bagi manusia. Dengan ketersediaan air laut yang sangat banyak di bumi ini, diperkirakan bila Deuterium digunakan sebagai bahan bakar fusi, Deuterium akan terus dapat digunakan hingga jutaan tahun. Tritium atau Hidrogen-3 merupakan isotop Hidrogen yang bersifat radioaktif dan sukar untuk didapatkan. Tritium yang diketahui jumlahnya diperkirakan hanya sekitar 20 kilogram. Banyak negara yang tidak mau membuka informasi mengenai Tririum ini karena Tritium juga digunakan sebagai pemicu senjata nuklir. Apabila informasi mengenai jumlah Tritium yang dimiliki oleh suatu negara, maka dapat diperkirakan berapa banyak senjata nuklir yang mereka miliki. Amerika Serikat dan Rusia merupakan dua negara yang memiliki cadangan Tritium terbanyak. Belakangan ini Amerika Serikat dan Rusia setuju untuk memberikan sebagian Tritium mereka demi kepentingan penelitian fusi dan berencana membuat kesepakatan bagi seluruh negara pengguna nuklir untuk membatasi jumlah penggunaan senjata nuklir. Tritium ini akan menjadi masalah karena hingga saat ini belum ada proses secara massal untuk memproduksi Tritium. Disamping produksi Tritium secara massal akan sangat berbahaya bila jatuh ketangan yang tidak berkepentingan, penelitian mengenai masalah ini juga masih sangat minim. Sedangkan jumlah Tritium diseluruh dunia yang berhasil diketahui hingga saat ini tidak akan cukup bila fusi akan digunakan untuk pembangkit tenaga listrik. Para peneliti ITER akan membuat dobrakan yang besar dalam mengatasi masalah ketersediaan Tritium ini. Didalam tokamak, hasil dari proses fusi adalah energi yang berupa panas yang dibawa oleh sebuah neutron yang terbebas saat dua isotop bergabung menjadi satu. Neutron ini telah diteliti dan dapat menghasilkan Tritium bila bereaksi dengan unsur Lithium. Reaksi neutron-Lithium ini sangat mungkin terjadi bila dinding tokamak atau Blanket mengandung Lithium. Untuk itu ITER akan mencoba membuat beberapa dinding Blanket berlapiskan material dari Lithium. Hanya sebagian kecil dinding Blanket akan dilapisi dengan Lithium karena neutron yang bereaksi dengan Lithium akan mengalami penurunan jumlah energi yang dikandungnya dan jumlah tririum yang hendak diproduksi tidak secara besar-besaran. Tritium yang dihasilkan oleh reaksi neutron-Lithium ini akan dibawa keluar dari Vacuum VesselHalaman 32 dari 46

dan ditampung untuk kemudian disuntikkan kembali bersama Deuterium untuk reaksi fusi selanjutnya secara berulang-ulang. Hal ini juga sangat efektif karena Tritium tidak akan meninggalkan Tokamak sehingga penyalah-gunaan proses produksi Tritium ini dapat diminimalisir. 2.7.6. Pemeliharaan dan Perbaikan Material-material didalam tokamak sangat mungkin untuk rusak karena temperatur didalam tokamak yang sangat ekstrim. Kerusakan ini tidak mungkin akan ditangani manusia saat tokamak telah beroperasi karena bagian dalam tokamak akan mengandung radioaktif yang disebabkan oleh Tritium. Disamping itu, Vacuum Vessel, tempat terjadinya reaksi fusi, harus tetap dalam keadaan vakum tanpa kontaminasi dari luar terutama oleh manusia. Karena itu perbaikan dan pemeliharaan dengan membuka tokamak secara manual oleh manusia tidak mungkin untuk dilakukan dalam waktu yang singkat. Oleh karena itu, bagian tokamak yang langsung berhadapan dengan plasma akan dibuat secara modular atau terpisah-pisah menjadi beberapa bagian. Bagian yang sangat mungkin rusak adalah Blanket (dinding) dan Divertor (lantai). Kedua bagian tersebut merupakan bagian tokamak yang dirancang untuk mudah diganti atau diperbaiki. Sistem yang akan dibuat oleh ITER sangat kompleks, terutama bagian tokamak ini. Untuk itu pemeliharaan dan perbaikan akan dilakukan oleh sebuah robot canggih (Remote Handling) yang dikontrol dari luar tokamak. Berat dari sebuah bagian Blanket dan Divertor dapat mencapai puluhan ton. Untuk itu robot yang digunakan oleh ITER akan dirancang untuk dapat mengangkat beban hingga 50 ton dan dapat memperbaiki bagian dalam tokamak dengan presisi. 2.7.7. Breakeven atau Rasio Q Dalam prinsip ekonomi, breakeven value dinyatakan sebagai titik balik dimana modal yang dikeluarkan dan untung yang didapatkan adalah 0, atau secara harfiah dapat disebut impas. Breakeven value juga menjadi suatu hal yang penting untuk diperhitungkan dalam proses pembangkitan energi fusi. Disini belum mempermasalahkan mengenai biaya investasi, harga jual, maupun biaya pemeliharaan, gaji pegawai dan sebagainya. Breakeven value dalam fusi menyatakan bahwa input yang digunakan sebanding dengan output yang dihasilkan. Breakeven dalam fusi merupakan perbandingan jumlah output yang dihasilkan berbanding dengan jumlah input yang digunakan. Break even ini biasanya dikenal denganHalaman 33 dari 46

sebutan rasio Q. Seperti pada pembangkit listrik tenaga nuklir fisi, diperlukan sejumlah daya untuk memulai proses fusi. Daya yang digunakan sangat besar karena digunakan untuk proses pemanasan plasma. Jumlah energi yang digunakan hingga saat ini belum pernah mencapai break even. Rasio Q terbesar yang pernah dicapai hanya sebesar 0,65 yang didapatkan oleh tokamak JET selama 0,5 detik [4]. Bila melihat kembali kepada matahari, pastinya energi yang dihasilkan oleh proses reaksi fusi sangat besar dan dapat terus menerus. Para peneliti fusi meyakini bahwa bila dapat dikendalikan, fusi akan menghasilkan energi yang sangat besar bahkan lebih besar daripada reaksi fisi dengan jumlah bahan bakar yang sama. Untuk itu ITER terus mencoba untuk meneliti dan mengembangkan suatu reaktor yang lebih hemat dalam penggunaan daya listrik inputnya dan mencoba untuk mendapatkan output yang jauh lebih besar dengan menggandakan ukuran tokamak yang akan dibuat dengan berpatokan pada tokamak JET. Rasio Q yang ditargetkan oleh ITER adalah lebih dari sama dengan 10, artinya output yang dihasilkan sebesar 10 kali lipat atau lebih dibandingkan dengan input yang digunakan. ITER akan membuat tokamak dengan daya input sebesar 50 MW, dengan rasio Q yang lebih

dari sama dengan 10, maka output yang dihasilkan adalah sebesar 500 MW atau lebih. Angka 500 MW ini menurut ITER adalah peak output yang dihasilkan, dengan daya output rata-rata yang dapat digunakan sebesar 200 MW. 2.7.8. Resiko dan Keselamatan Reaksi fusi berbeda dengan reaksi fisi, dimana pada reaksi fisi terjadi reaksi berantai dari bahan bakar fisi. Resiko kecelakaan seperti pada kasus Chernobyl, Three Miles Island ataupun seperti pada Fukushima, tidak akan terjadi pada reaktor fusi karena reaksi fusi hanya akan terjadi saat isotop Deuterium dan Tritium bergabung menghasilkan Helium dan neutron tanpa ada reaksi berantai. Disamping itu, reaksi fusi terjadi hanya pada temperatur yang sangat ekstrim. Bahan bakar fusi dapat dikatakan tidak memiliki resiko yang mebahayakan bila tidak terkontrol. Hasil reaksi fusi hanya berupa Helium yang tidak berbahaya bagi manusia dan alam dan neutron yang sangat cepat bereaksi dengan unsur lain bila tidak terkontrol. Satu-satunya resiko saat beroperasi adalah panas yang dihasilkan oleh plasma. Bila terjadi kegagalan operasi, maka cukup menghentikan proses pemanasan yang berlangsung atau menghentikan pasokan listrik, maka reaksi fusi akan berhenti dengan seketika dan panas yang ekstrim tersebut akan menurun dengan drastis dan diiringi dengan pendinginan reaktor oleh sistem pendingin.Halaman 34 dari 46

2.7.9. Decomissioning dan Pengolahan Limbah Satu hal yang mungkin belum pernah dilakukan oleh reaktor nuklir hingga saat ini adalah decommisioning saat reaktor masih dalam masa operasinya tanpa suatu kegagalan atau kecelakaan. Decommisioning ini akan dilakukan oleh ITER pada akhir masa percobaannya. Hal ini bertujuan untuk melihat dan meneliti isi dalam tokamak secara fisik setelah beroperasi dalam jangka waktu yang lama dan juga untuk mengukur seberapa besar radioaktif yang terkandung didalam tokamak serta proses pembongkaran dan penanganan tokamak dan materialnya. Bila berbicara mengenai limbah atau residu dari proses fusi, mungkin bisa dikatakan reaksi fusi tidak memiliki limbah sama sekali. Bahan bakar fosil memiliki limbah berupa karbon yang berbahaya dan mencemari lingkungan. Limbah reaksi fisi berupa sisa bahan bakar yang mengandung radio aktif dengan waktu paruh yang sangat lama dan sangat berbahaya bagi manusia. Sedangkan fusi hanya menghasilkan gas Helium yang sama sekali tidak berbahaya bagi manusia. Helium terdapat sangat banyak di bumi, terutama di atmosfer. Perkiraan massa dari atmosfer bumi sebesar 5,29 x 101015 ton dengan 0,000524 % dari atmosfer merupakan Helium[19]

. Didalam suatu forum diskusi fisika pernah dibahas mengenai seberapa banyak Helium yang

akan dihasilkan pertahunnya bila reaktor-reaktor fusi menghasilkan pasokan listrik sebesar 1000 GW. Diperkirakan secara kasar bahwa untuk melipat gandakan jumlah Helium yang terdapat di atmosfer sekarang yang diakibatkan oleh pembangkitan listrik fusi sebesar 1000 GW membutuhkan waktu sekitar 147 ribu tahun lamanya [20]. 2.8. Pengaruh Kejadian Fukushima Terhadap Perkembangan ITER Perkembangan fusi sejak ditemukannya tokamak pertama didunia dapat dikatakan sangat lambat. Kejadian Fukushima sebenarnya dapat dijadikan pemicu agar perkembangan fusi dapat lebih ditingkatkan. Dunia telah lama menginginkan suatu pembangkit listrik yang memiliki ketersediaan bahan bakar yang lama, bebas polusi dan tidak berbahaya bagi kesehatan manusia dan hingga saat ini fusi menjadi kandidat utama terciptanya pembangkit listrik seperti itu. Namun hingga saat ini belum ada pengumuman dari ITER sebagai pengembang dan peneliti fusi terbesar didunia maupun Badan Atom Internasional untuk mempercepat proses pengerjaan reaktor ITER walau bencana Fukushima terus menjadi topik yang hangat belakangan ini. Yang menarik justru adanya pendapat yang mengungkapkan bahwa pada kejadian Fukushima ledakan merupakan proses fusi[34]

. Sebagian orang berpendapat ledakan diHalaman 35 dari 46

Fukushima merupakan ledakan hidrogen karena terciptanya suatu proses fusi akibat pemanasan dari air yang terdapat di boiler reaktor Fukushima Daiichi. Hal ini tidak memiliki dasar yang jelas karena pendapat tersebut mengaitkan kejadian Fukushima dengan bom hidrogen. Pada bom hidrogen, terdapat 3 fasa yaitu fasa pertama adalah reaksi fisi yang menghasilkan panas yang kemudian akan memicu fasa kedua yaitu reaksi fusi antara Deuterium dan Tritium yang akan menghasilkan neutron berenergi tinggi yang lalu akan meledakkan bom fisi sebagai fasa terakhir. Bila dianalogikan kejadian Fukushima dengan reaksi bom hidrogen, maka ada kejanggalan yang sangat signifikan, yaitu Tritium. Salah satu reaksi pada bom hidrogen adalah reaksi fusi yang disebabkan oleh Tritium dan Deuterium. Fukushima Daiichi merupakan reaktor jenis boiling water dan tidak akan menghasilkan Tritium. Berbeda halnya bila jenis reaktor fisi tersebut adalah heavy water yang dapat menghasilkan tritium walau dalam jumlah yang sangat kecil. Akan tetapi bila berandai-andai Fukushima Daiichi berjenis reaktor fisi heavy water, maka kemungkinan terjadinya reaksi fusi juga sangat kecil mengingat reaksi fusi dimuka bumi hanya akan terjadi pada temperatur yang sangat ekstrim. Bisa dipastikan bila benar terjadi reaksi fusi antara Tritium dan Deuterium saat kejadian Fukushima maka lokasi sekitar reaktor Fukushima akan hancur seketika karena temperatur yang diperlukan untuk reaksi fusi berlangsung mencapai jutaan derajat Celcius. Pendapat tersebut telah banyak berkembang semenjak kejadian Fukushima Daiichi dan mengakibatkan semakin pesimisnya pandangan dunia akan fusi dan ITER. Namun dibalik benar tidaknya pendapat tersebut, ITER akan meneruskan pembangunan reaktor ITER sesuai rencana pembangunannya. 3. PREDIKSI PEMBANGKIT LISTRIK MASA DEPAN 3.1. PLTN Fusi dan PLTN Fisi Kedua pembangkit listrik nuklir ini dapat menghasilkan energi yang sangat besar dengan konsumsi bahan bakar yang jauh lebih kecil dibandingkan pembangkit listrik tenaga fosil. Namun fusi dapat menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan fisi dan jauh lebih kecil radioaktif yang dihasilkan dibandingkan fisi. Bila PLTN fusi berhasil dibuat secara komersial, besar kemungkinan populasi PLTN fisi akan berkurang dan digantikan oleh PLTN fusi.

Halaman 36 dari 46

Prinsip kerja reaktor baik fisi maupun fusi telah dijelaskan sebelumnya. Pada prinsipnya fisi dan fusi saling bertentangan, bila fisi memecah, maka fusi menggabungkan. Berikut tabel beberapa perbedaan pembangkit listrik tenaga fisi dan fusi. Keterangan Proses di alam Fisi Fisi tidak terjadi secara alami di alam Fusi Terjadi dimatahari dan menghasilkan energi yang sangat besar Pengertian Reaksi Merupakan proses pembelahan satu Merupakan proses penggabungan

atom besar menjadi dua atom yang dua atom ringan yang menghasilkan lebih kecil Kondisi reaksi satu atom yang lebih besar suatu kondisi

Memerlukan suatu atom bahan bakar Memerlukan tertentu dan neutron

sebagai berkerapatan tinggi dan temperatur yang sangat ekstrim DeuteriumTritium atau Deuterium Deuterium Helium3 atau Deuterium

pemecahnya Bahan Bakar Uranium U-235

Energi yang dihasilkan

Jutaan kali lebih besar dibandingkan Tiga hingga empat kali lebih besar energi dari pembakaran bahan bakar daripada fosil dengan jumlah yang sama energi yang dihasilkan

reaksi fisi dengan jumlah bahan bakar yang sama

Residu reaksi

Berupa limbah bahan bakar residu Berupa gas Helium yang tidak yang mengandung radio aktif tinggi berbahaya lingkungan. bagi manusia dan

Sifat Radioaktif

Sangat tinggi dan berbahaya bagi Jauh lebih rendah daripada reaksi fisi manusia baik limbah reaksinya dan hanya bagian didalam reaktor yang mengandung radio aktif.

maupun material reaktornya Energi yang digunakan

Hanya menggunakan sedikit energi Memerlukan sangat banyak energi untuk proses fisi untuk pemanasan plasma agar reaksi fusi dapat terjadi Tabel 4.1. Perbedaan Fisi dan Fusi

Halaman 37 dari 46

3.2. PLTN Fusi dan Energi Terbarukan Fusi dan energi terbarukan dapat dikatakan sebagai bentuk pembangkit listrik masa depan. Energi terbarukan seperti energi matahari (Photovoltaic), energi angin, energi panas bumi dan lain sebagainya berkembang sangat pesat. Berbeda dengan fusi yang sangat lambat perkembangannya dan tidak terlalu dikenal oleh dunia. Energi terbarukan memiliki beberapa keuntungan dibandingkan fusi, diantaranya pembangunan yang lebih murah, biaya perawatan dan penggantian material yang jauh lebih murah, tidak memiliki resiko yang besar dan tidak memerlukan bahan bakar. Pembangunan reaktor fusi ITER menghabiskan biaya sekitar US$12 milyar yang meliputi pembangunan hingga tahap akhir beroperasi pada tahun 2040. Biaya ini ratusan kali lipat dibandingkan dengan pembangunan sel surya ataupun pembangkit tenaga angin dengan jumlah output yang sama. Akan tetapi perlu diingat bahwa dahulu sel surya maupun energi terbarukan lainnya berbiaya jauh lebih tinggi dibandingkan sekarang. Bila reaktor fusi dapat dijadikan pembangkit listrik komersial, maka dapat dipastikan reaktor fusi dapat dibangun lebih kompetitif. Energi terbarukan seperti tenaga surya dan tenaga angin tentu saja menjadi pilihan yang sangat aman dan nyaman sebagai pembangkit tenaga listrik. Bahkan Jerman berencana untuk menutup 9 PLTN-nya untuk diganti menggunakan tenaga terbarukan, khususnya dari tenaga surya. Bisa dipastikan bahwa tenaga terbarukan akan terus berkembang dan menjadi salah satu pembangkit tenaga listrik yang akan banyak digunakan, baik pada perusahaan penyedia listrik maupun perorangan karena dalam skala kecil setiap orang dapat mempunyai energi terbarukannya sendiri seperti pada sel surya. Namun renewable energi tidak dapat berjalan sendiri karena faktor utama pembatasnya adalah masalah penyimpan energi. Energi terbarukan tidak dapat dikontrol seberapa besar outputnya karena tergantung dari alam sehingga seberapa input yang diberikan oleh alam, sebesar itu pula output yang dapat dihasilkan tergantung dari jenis pembangkitnya itu sendiri. Lain halnya dengan pembangkit listrik tenaga fosil yang dapat diatur outputnya sesuai kebutuhan berdasarkan kurva beban prediksi dengan menyesuaikan jumlah bahan bakar yang digunakan. Sedangkan untuk tenaga nuklir, biasanya digunakan sebagai pembangkit listrik beban dasar dan dihidupkan terus menerus. Renewable energi tidak dapat dijadikan base load karena besarnya pembangkitan dan kontinuitasnya tidak seperti tenaga nuklir maupun pembangkitHalaman 38 dari 46

tenaga fosil karena sangat tergantung pada kondisi alam sebagai sumber pembangkitannya. Disamping itu besar pembangkitan dari tenaga terbarukan hingga saat ini belum dapat menyamai besar pembangkitan dari pembangkit tenaga fosil dan nuklir. Disamping berbagai kelebihannya sebagai pembangkit tenaga masa depan, energi terbarukan juga memiliki banyak keterbatasan. Sebenarnya pembangkit tenaga nuklir fisi sudah sangat efektif bila ditinjau dari bahan bakar dan besarnya energi yang dihasilkan. Kendala efek radioaktif, pengolahan limbah serta faktor kamanan menjadkan pembangkit fisi banyak ditentang oleh dunia. Namun hingga saat ini pembangkit fisi masih menjadi pilihan utama negara-negara maju karena kebutuhan listrik yang sangat besar dan hanya pembangkit fisi yang mampu menyediakannya secara efektif bila ditinjau dari permasalahan ekonomi dan pembatasan polusi udara. Bila diinginkan pembangkit tenaga yang ditujukan untuk memenuhi kebutuhan listrik dunia yang sangat besar, maka mungkin fusilah jawabannya. Fusi dapat mengatasi permasalahan dari energi terbarukan, tenaga fosil, maupun tenaga nuklir fisi. Pembangkitan yang dihasilkan oleh fusi dapat mencapai 4 kali lipat dari fisi dengan jumlah bahan bakar yang sama, pencemaran akibat radioaktif jauh lebih rendah, residu dari proses fusi hanya berupa gas Helium yang tidak berbahaya bagi manusia, dan ketersediaan bahan bakar yang sangat lama bila ditemukan teknik yang tepat. Berbagai keunggulan fusi tersebut hingga saat ini hanya bersifat teoritis karena belum terbuktinya fusi sebagai pembangkit listrik. Faktor keterbatasan ilmu pengetahuan, teknologi fusi, dan biaya menjadikan fusi berkembang sangat lambat. Berbeda halnya dengan energi terbarukan yang sangat berkembang sekarang ini. Sebelum fusi dapat membuktikan sebagai pembangkit yang stabil dan efisien, maka energi terbarukan tidak dapat dibantah sebagai satusatunya pembangkit yang memiliki ketersediaan bahan bakar hampir tidak terbatas dan tidak ada resiko yang berarti bagi manusia maupun lingkungan. Untuk 20 tahun kedepan fusi belum dapat bersaing dengan energi terbarukan. Fusi dan energi terbarukan diperkirakan akan menjadi pembangkit listrik masa depan. Kedua pembangkit yang ramah lingkungan ini bila dapat berjalan beriringan mungkin dapat menggantikan semua pembangkit listrik yang ada sekarang. Fusi sebagai pembangkit beban dasar dan energi terbarukan sebagai pembangkit beban puncak. Kedua pembangkit ini akan

Halaman 39 dari 46

sangat ideal memenuhi kebutuhan masyarakat akan kebutuhan listrik yang semakin besar namun disisi lain ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis. 3.3. Prediksi Keberhasilan ITER dan Pengaruhnya akan Perkembangan Teknologi Fusi Perkembangan fusi dari pertama ditemukannya tokamak hingga saat ini sangat lambat. Begitu juga dengan reaktor-reaktor penelitian yang telah ada, hasil yang telah dicapai masih jauh dari harapan apalagi bila hendak dijadikan reaktor komersial. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta pembiayaan menjadi kendala utama terhambatnya perkembangan teknologi ini. ITER merupakan dobrakan yang sangat besar di dalam dunia teknologi dan penelitian fusi. Tokamak terbesar di dunia akan dibuat oleh ITER dengan teknologi canggih, materialmaterial terpilih, serta dukungan pembiayaan dan sumber daya manusia dari negara-negara anggota. Hal-hal tersebut merupakan modal dasar dari ITER untuk dapat meneliti dan mengembangkan teknologi fusi yang jauh lebih maju dibandingkan sebelumnya. Pengaruh ITER tentu akan sangat besar bagi perkembangan teknologi fusi. Berbagai penelitian dan analisis yang lebih tajam akan dilakukan ITER dibandingkan dengan penelitianpenelitian pada reaktor-reaktor fusi sebelumnya. Bahkan sejak diumumkannya negara tuan rumah tempat akan dibangunnya reaktor ITER, negara-negara anggota ITER secara antusias menyiapkan segala sesuatunya untuk kelancaran proyek ITER. Sejumlah teknologi yang belum pernah dibuat telah dikembangkan dan dirancang untuk kemudian digunakan pada reaktor ITER. Teknologi tersebut antara lain pembuatan superkonduktor terbesar didunia yang akan digunakan sebagai magnet tokamak ITER, pengembangan bahan Berrylium yang tahan panas untuk Blanket, robot teknologi canggih yang tahan pada kondisi ektrim dan dapat dikendalikan dari luar yang dapat dengan presisi melakukan proses perbaikan dan penggantian material tokamak, hingga teknologi untuk memproduksi Tritium didalam tokamak. Hingga saat ini mungkin dunia belum terlalu mengenal dan melihat perkembangan yang berarti dalam teknologi fusi. Hal tersebut wajar karena perlu suatu pembuktian dari ITER sebelum dunia mengakuinya. Berbagai kendala klasik seperti permasalahan pengendalian plasma, pengendalian waktu berlangsungnya plasma, masalah bahan bakar, hingga kendala material menjadi tantangan bagi ITER untuk perkembangan teknologi fusi. Fusi dan ITER merupakan dua bagian penting dalam mengatasi krisis energi dan bahan bakar untuk kelangsungan hidup manusia kedepannya. ITER dapat dikatakan sebagai batuHalaman 40 dari 46

loncatan menuju teknologi fusi siap pakai. Segala bentuk keberhasilan maupun kegagalan ITER pada akhirnya tetap akan memberikan hasil yang positif bagi perkembangan teknologi fusi maupun teknologi lainnya. Data-data hasil penelitian ITER akan menjadi tolak ukur dalam perkembangan teknologi fusi selanjutnya. Teknologi-teknologi yang digunakan ITER mungkin dapat lebih dikembangkan dan dapat bermanfaat untuk kemajuan teknologi selanjutnya.

4. KESIMPULAN Nuklir dan energi terbarukan merupakan pilihan untuk memenuhi kebutuhan listrik dunia yang semakin meningkat. Pembangkit listrik tenaga nuklir merupakan jenis pembangkit yang dapat memberikan energi dalam jumlah yang besar hanya dengan sedikit bahan bakar yang digunakan. Nuklir sendiri pada prinsipnya terbagi menjadi dua, yaitu fisi dan fusi. Pembangkit listrik tenaga nuklir yang digunakan sekarang adalah pembangkit listrik dengan menggunakan prinsip fisi atau pembelahan. Telah lama pembangkit listrik fisi ini mendapatkan protes karena limbah radio aktif yang dihasilkan sangat berbahaya bagi manusia karena penyebab kanker yang hingga kini belum ada obatnya. Pengolahan limbah nuklirpun hingga saat ini masih menjadi pertanyaan yang besar dan menjadi polemik di masyarakat. Ditambah dengan kejadian Fukushima Daiichi di Jepang baru-baru ini semakin menambah prestasi buruk pembangkit nuklir di mata dunia setelah banyak kejadian sebelumnya seperti pada kejadian Chernobyl dan Three Mile Islands. Dunia menuntut pembangkit listrik yang jauh lebih aman dan ramah lingkungan. Energi terbarukan seperti pembangkit tenaga surya, pembangkit tenaga angin, pembangkit tenaga panas bumi, dan lain sebagainya merupakan jenis pembangkit tenaga listrik yang sangat berkembang. Disamping tidak memerlukan bahan bakar karena menggunakan tenaga yang diberikan oleh alam, pembangkit-pembangkit energi terbarukan ini juga tidak memiliki resiko yang berarti. Akan tetapi banyak kelemahannya terutama dalam segi pembangkitannya yang tergantung kepada alam dan juga energi yang dihasilkan terbilang relatif kecil. Fusi mungkin merupakan jawaban dari segala pertanyaan dan kebutuhan dunia akan energi. Energi yang besar dan bahan bakar yang terjamin hingga ribuan tahun menjadi faktor utama mengapa fusi layak untuk menjadi energi masa depan. Namun perkembangan fusi masih sangat lambat karena keterbatasan ilmu pengetahuan dan teknologi serta pembiayaanHalaman 41 dari 46

penelitiaannya. Pengontrolan plasma, pemilihan meterial yang tahan akan temperatur yang ekstrim serta pembiakan Tritium menjadi kendala utama dalam segi ilmu pengetahuan dan teknologi. Sedangkan permasalahan rasio output-input, atau Q, menjadi permasalahan tambahan yang disebabkan oleh keterbatasan tadi. Banyak orang yang mengganggap bahwa pembangkit listrik tenaga fusi hanya suatu angan-angan dan teknologi pendukung terjadinya reaksi fusi di bumi baru akan ada seratus tahun lagi. Matahari dan bom hidrogen merupakan suatu bukti nyata bahwa energi fusi ada dan memiliki energi sangat besar. Matahari telah jutaan tahun ada dan terus mengeluarkan energi tanpa henti. Bom Nuklir merupakan reaksi nuklir yang tidak terkendali. Bom Hidrogen yang bereaksi secara fusi mempunyai daya ledak yang jauh lebih besar daripada bom atom yang bereaksi secara fisi yang artinya energi yang dihasilkan dari reaksi fusi jauh lebih besar. Pertanyaan besar masih menanti, mampukah manusia menciptakan matahari di bumi, atau mampukah manusia mengendalikan prinsip yang sama dengan ledakan dari bom Hidrogen untuk dijadikan sumber pembangkitan tenaga listrik? Hal tersebut hingga saat ini masih belum ada jawabannya, namun semua langkah akan terus menuju kesana dan hal tesebut telah dimulai oleh ITER. ITER merupakan suatu dobrakan besar dalam permasalahan fusi. Didukung oleh negaranegara maju, bersama-sama mereka akan mengembangkan dan meneliti mengenai fusi dan bertujuan untuk menciptakan fusi menjadi pembangkit listrik komersial untuk keperluan listrik dunia. Bila ITER berhasil, maka sudah dapat dipastikan pembangkit listrik masa depan telah ada di depan mata. Namun seandainyapun ITER tidak berhasil, hal tersebut bukan merupakan akhir dari teknologi fusi. ITER hanya sebagai jembatan penghubung antara pembangkit konvensional dan pembangkit masa depan. Apapun hasil yang didapatkan oleh ITER akan berdampak positif bagi dunia. ITER akan menjadi tolak ukur untuk kemajuan teknologi fusi yang belum pernah di teliti secara intensif. Hasil yang nanti didapatkan ITER akan menjadi patokan bagi generasi setelahnya untuk mengembangkan kembali teknologi fusi. Disamping itu, peralatan dan teknologi yang akan dipakai oleh ITER merupakan teknologi yang dapat dikembangkan kembali untuk kepentingan dibidang lainnya.

Halaman 42 dari 46

5. DAFTAR PUSTAKA 1. iter.org 2. usiter.org 3. iaea.org 4. jet.efda.org 5. Stephen Baker, ITER : The Future of Energy, Eleventh Annual Freshman Conference, University of Pittsburgh, 10 Februari 2011 6. hyperphysics.com.pny-astr.edu 7. Terry Mart, 2050 Reaktor Fusi Dioperasikan, Kompas edisi Digital 23 Juli 2004 8. Ankit Gupta & Rustam Sengupta, Analytical Study of the Development of Nuclear Fusion Reactors as Potential Source of Energy In the Future, Faculty of Engineering, DEI, 2005 9. wikipedia.com 10. WNA, Nuclear Fusion Power, (Update May 2010) 11. ornl.gov 12. www.euractiv.com/en/science/funding-crisis-for-nuclear-fusion-project-ITER-news-495057 13. newenergyandfuel/com/2010/03/11/will-there-be-enough-fuel-for-fusion/ 14. www.world-nuclear.org 15. www.evs.anl.gov/pub/doc/tritium.pdf 16. www.physics.isu.edu/radinf/tritium.htm 17. www.sustainabilitank.info 18. blog.razornylon.com/france-to-be-site-of-worlds-first-nuclear-fusion-reactor-21/ 19. helium.com 20. boards.straightdope.com/sdmb/archive/index.php/t-230690.html 21. www.ens-newswire.com/ens/jun2005/2005-06-29-01.html 22. euobserver.com/?sid=9&aid=17726 23. newenergyandfuel.com/http:/newenergyandfuel/com/category/fusion/ 24. www.diffen.com/difference/Nuclear_Fission_vs_Nuclear_Fusion 25. autosreview-master-sains.blogspot.com/2009/01/reaksi-fusi-dan-reaksi-fisi.html 26. physicsforum.com 27. fusedweb.pppl.gov

Halaman 43 dari 46

28. www.qfinance.com/blogs/anthony-harrington/2011/02/22/fusion-power-will-changeeverything-for-business-nuclear-energy 29. www.fusionpowercorporation.com 30. www.abc.net.au/rn/scienceshow/stories/2011/3149128.htm (conversation record) 31. www.differencebetween.net/science/difference-between-fission-and-fusion/ 32. 2011nuclearfusion.alternate-healing-science-christian.ca/nuclear_fusion_six_strikes.html 33. www.fusionpowercorporation.com/1_15_Press-Release-.html 34. jonsthings.blogspot.com/2011/03/fukushima-did-fusion.html

Halaman 44 dari 46

6. LAMPIRAN

Gambar 7.1. Proses Pembangunan ITER di Cadarache, Prancis (2008)

Gambar 7.2. Bagan Tokamak ITERHalaman 45 dari 46

Gambar 7.3. Plasma yang tertangkap kamera ultrasonic

Gambar 7.4. Penyuntikan bahan bakar fusi kedalam plasma pada tokamak ASDEX, Jerman

Halaman 46 dari 46