MAKALAH DASARBTEKNIK TENAGA LISTRIK

” Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir”

Oleh :

Iwan Setiaji ( H1C009021 )

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK

JURUSAN TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

PURWOKERTO

2011

PENDAHULUAN

Proyek penelitian bernama Manhattan yang disponsori pemerintah Amerika Serikat

pada tahun 1930-an telah menjadikan ilmu pengetahuan tentang reaksi nuklir sebagai sebuah

senjata yang mengerikan dengan dalih menciptakan perdamaian untuk menciptakan tatanan

dunia baru. Dengan alasan mengakhiri Perang Dunia Ke-2, dua kota di Jepang menjadi saksi

dahsyatnya efek yang ditimbulkan oleh bom nuklir tersebut. Sebagai catatan, sampai saat ini

hanya Amerika Serikat saja yang pernah menggunakan senjata nuklir pada pertempuran

sebenarnya. Mungkin sejak saat itu masyarakat dunia mempunyai sudut pandang lain yang

tidak bijak mengenai nuklir, walaupun menurut perhitungan sebenarnya bom nuklir tidak

seberapa mengerikan jika dibandingkan dengan bom hidrogen. Ditambah lagi dengan

kejadian-kejadian lain seperti insiden yang terjadi di Chernobyl, Rusia, dimana ratusan orang

tewas dan jutaan lainnya mengungsi dikarenakan ledakan di instalasi pembangkit listrik

tenaga nuklir tersebut. Film-film Holywood juga memperparah persepsi keliru tersebut

dengan seringnya menempatkan nuklir sebagai bagian dari tokoh antagonis yang ingin

merusak tatanan dunia.

      Pemanfaatan teknologi nuklir sebagai sumber energi telah lama dilakukan di negara-

negara maju seperti AS, Perancis, Jepang, atau negara yang mempunyai kepentingan politis

seperti India, Pakistan, dan Iran. Secara ekonomis, sumber energi radioaktif ini lebih murah

dibandingkan bahan bakar fosil yang dimungkinkan tidak akan bertahan dalam waktu seratus

tahun lagi. Cadangan zat radioaktif, salah satunya uranium, di dunia ini bila dikonversi ke

satuan energi secara matematis jauh lebih besar jika dibandingkan dengan cadangan bahan

bakar fosil yang ada. Sehingga bisa memberikan waktu yang lebih dari cukup kepada umat

manusia untuk mencari sumber energi alternatif lainnya jika suatu saat energi nuklir juga

habis. Sebenarnya penggunaan elemen nuklir tidak jauh dari kehidupan kita sehari-hari dan

memberikan manfaat yang tidak sedikit. Selain sebagai sumber energi, zat radioaktif tersebut

juga digunakan dalam berbagai bidang misalnya aplikasi MRI dalam bidang kesehatan,

rekayasa genetik bibit dalam pertanian hingga dalam pengetahuan eksplorasi luar

angkasa.

     Indonesia, terutama pulau jawa sebagai nadi perekonomian bangsa dalam beberapa

tahun kedepan akan mengalami defisit energi yang semakin parah jika tidak segera

ditanggulangi. Peningkatan kebutuhan listrik untuk sektor rumah tangga dan industri tidak

sejalan dengan tingkat pertumbuhan pembangkit listrik nasional. Hal tersebut jika dibiarkan

akan mengakibatkan kemunduran ekonomi secara agregat dan kekacauan sosial akibat

semakin seringnya pemadaman bergilir. Oleh karena itu untuk menanggulangi hal tersebut,

pemerintah menggulirkan rencana pembangunan PLTN pertama di Muria.

      Pada dasarnya Indonesia mempunyai sumberdaya manusia dan alam yang lebih dari

cukup untuk membangun dan mengoperasikan instalasi energi nuklir, bahkan diperkirakan

cadangan tambang uranium Indonesia bisa dimanfaatkan hingga ratusan

tahun. Diharapkan dengan energi yang relatif murah ini, tercipta multiplier effect sehingga

kesejahteraan bangsa bisa terangkat dan kompetensi di dunia Internasional semakin

meningkat. Secara garis besar, masyarakat Indonesia terutama kalangan industri antusias dan

menyambut baik dengan rencana pemerintah untuk mendirikan pembangkit tenaga nuklir

karena secara tidak langsung akan meningkatkan perekonomian bangsa dan menciptakan

jutaan lapangan kerja baru selama beberapa dekade ke depan. Kedepannya, pembangunan

PLTN di luar jawa juga akan memberikan kontribusi positif terhadap sosial ekonomi dan

pertahanan Indonesia secara keseluruhan. Selama ini riset dan pemanfaatan sumber nuklir di

Indonesia belum mencapai taraf pemanfaatan secara massal dikarenakan tarik ulur politik

Indonesia di dunia internasional yang tidak menginginkan dominasi negara maju terhadap

nuklir tergoyahkan. Untuk di dalam negeri sendiri, kendala terjadi karena belum adanya

sosialisasi yang tepat tentang tentang nuklir tersebut. Sebagian kecil masyarakat cenderung

antipati dikarenakan belum paham betul tentang isu tersebut. Disinilah tugas pemerintah

untuk memberikan gambaran obyektif tentang apa yang sebenarnya terjadi seperti yang

diuraikan diatas. Memang energi nuklir bukannya tanpa risiko. Dalam pengoperasiannya,

standar operasi dan prosedur harus dilaksanakan. Pemeliharaan dan evaluasi setiap saat

merupakan kewajiban yang tidak dapat ditawar. Sebagai contoh, insiden yang terjadi di

Chernobyl pada tahun 1980an di curigai akibat kelalaian manusia yang berujung maut.

Belum lagi sampah nuklir sebagai residu dari reaksi berantai, bisa menimbulkan pencemaran

radioaktif jika tidak diolah dan dikemas dengan sempurna. Sampah tersebut cenderung tidak

bisa didaur ulang. Sebagai catatan, radiasi mematikan dari sampah tersebut tidak akan hilang

dalam waktu ratusan tahun. Dari sisi kesehatan, banyak kasus terjadi bahwa pekerja di PLTN

mengalami keracunan radioaktif akibat terpapar radiasi dalam waktu relatif lama saat bekerja

di instalasi nuklir.

      Pada dasarnya tidak ada benda yang bisa mengisolasi radiasi nuklir dengan sempurna,

termasuk timbal. Oleh karena itu semakin sedikit kontak fisik langsung manusia dengan

nuklir, maka semakin baik. Faktor geologi juga berperan penting dalam pendirian sebuah

instalasi energi nuklir. Atas dasar itu juga pemerintah berencana memilih daerah Muria

sebagai tempat pertama untuk membangun instalasi karena tempat tersebut kondisi

geologinya relatif stabil dan jauh dari akses sebagian besar penduduk untuk mengeliminasi

kemungkinan yang timbul. Suatu saat nanti dengan semakin banyaknya PLTN yang dibuat di

Indonesia, semoga ketimpangan sosial antara pulau-pulau akan berkurang dan bangsa

Indonesia bisa menatap masa depan dengan lebih cerah dan sejajar dengan negara maju

lainnya.

PEMBAHASAN

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau

partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada

prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi

kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa

berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah

reaksi.

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

nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan

energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan

inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang

bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi

sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam

semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh

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

Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium

(terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium

dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

Selain itu reaksi fisi juga menyisakan unsur-unsur yang bersifat radioaktif atau

meluruh (memancarkan partikel alfa, beta dan sinar gamma) dalam jangka waktu sangat

lama, bahkan jutaan tahun. Radiasi yang dihasilkan sangat berbahaya bagi manusia, karena

dapat memutasikan manusia secara acak. Mutasi banyak menyebabkan tumbuhnya kanker

atau disfungsi organ manusia. Radiasi ini menyebabkan hal-hal mengerikan hanya dalam

dosis tertentu. Radiasi ini bukan tidak bisa di kontrol. Penanganan yang baik terhadap

sampah sampah sisa reaksi fisi akan menghindarkan kita dari hal-hal yang tidak diinginkan.

Negara-negara pengguna energi nuklir saat ini juga sedang mencari tempat yang baik untuk

mengubur sampah nuklir ini agar terhindar dari manusia dan hal-hal yang bisa dirusaknya.

Reaksi fisi bukanlah satu-satunya reaksi yang terjadi pada inti. Reaksi fusi

mempunyai prospek yang lebih menjanjikan. Namun pemanfaatannya masih relatif sulit.

Reaksi fusi adalah reaksi bergabungnya dua inti menjadi satu. Pada proses ini inti baru

mempunyai kehilangan massa dari dua inti penyusunnya, kehilangan massa ini berubah

menjadi energi. Saat ini inti yang sering di fusikan adalah isotop hidrogen, yaitu hidrogen

yang mempunyai neotron di intinya. Bagi yang pernah melihat film spiderman2 Vs

Dr.Octopus, bisa kita lihat adegan reaksi fusi menggunakan metode tekanan laser.

Reaksi fusi tidak menyisakan unsur radioaktif, dan otomotasi relatif lebih aman. Dan

lagi bahan untuk reaksi ini tergolong sangat amat banyak dimuka bumi ini. Tapi lagi-lagi

karena kurangnya pemahaman manusia mengenai inti membatasi kita untuk pemanfaatannya.

Saat ini manusia baru mengenal metode thermo nuklir untuk melaksanakan reaksi fusi, dan

terbaru menggunakan teknologi laser. Namun semua itu masih dalam ukuran percobaan.

Seandainya manusia benar-benar mampu membuat reaktor seperti yang ada di film iron man,

maka kita akan terlepas dari yang namanya krisis energi.

Mungkin yang paling menteror dari reaksi inti adalah terciptanya BOM NUKLIR.

Bom tidak lain adalah reaksi cepat dimana melapaskan panas yang luar biasa. Reaksi inti juga

bisa dipercepat untuk dijadikan Bom. Dengan memperbanyak uranium yang bisa melakukan

reaksi fisi maka reaksi fisi bisa mengalami suatu kondisi kritikal. Yaitu kondisi dimana satu

reaksi bisa menyebabkan 3 sampai 4 reaksi lain. Hal ini bisa tercapai karena inti yang

mengalami reaksi fissi akan melepaskan beberapa neutron yang akan memicu reaksi lain bila

neutron cukup lambat menumbuk bidang inti uranium labil lainnya. Bom hasil reaksi fisi

bukan yang terbesar, Bom dari reaksi fusi jauh lebih dahsyat dari itu. Bom ini lebih dikenal

dengan nama bom hidrogen. Bom hidrogen adalah bom yang pemicunya adalah Bom reaksi

fisi uranium atau plutonium. Panas dan tekanan tinggi dari reaksi fissi uranium akan memicu

reaksi fusi pada hidrogen dan menyebabkan ledakan kedua yang amat dahsyat.

Pada dasarnya reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir tidak akan bisa menghasilkan

ledakan seperti bom atom. Ini disebabkan karena jumlah uranium yang dibatasi serta

banyaknya peredam neutron disekitar bahan untuk reaksi nuklir ini. Namun apabila kontrol

atau pengawasan yang kurang, reaksi nuklir di reaktor bisa menyebabkan panas yang sangat

tinggi berakibat kebocoran. Dan yang sangat berbahaya dari kebocoran ini adalah materi

yang dilepaskannya dalam bentuk gas. karena bisa dengan cepat terhembus angin dan sampai

di pemukiman.

Berikut adalah garis besar cara kerja sebuah reaktor nuklir(jenis PWR) hingga bisa

menghasilkan listrik, seperti yang dilansir Nuklir.INFO:

- Di dalam inti reaktor, reaksi fisi terjadi karena adanya penembakan neutron terhadap bahan

bakar nuklir yang menghasilkan energi panas.

- Energi panas yang dihasilkan dari inti reaktor kemudian dibawa oleh air bertekanan pada

primary loop ke generator uap.

- Didalam generator uap, air yang berasal dari secondary loop menjadi terpanaskan dan

terbentuklah uap.

- Uap yang dihasilkan diarahkan ke turbin uap untuk memutar generator dan akhirnya

menghasilkan listrik.

Mengenal proses kerja dan jenis-jenis PLTN

Di dalam inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir) yang luar biasa besarnya. Tenaga

nuklir itu hanya dapatdikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir. Proses ini

sangat berbeda dengan pembakarankimia biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti

pembakaran kayu, minyak dan batubara. Besar energy yang tersimpan (E) di dalam inti atom

adalah seperti dirumuskan dalam kesetaraan massa dan energi olehAlbert Einstein : E=m c2,

dengan m : massa bahan (kg) dan C = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s). Energi nuklir berasal

dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas. Dilihat dari proses

berlangsungnya, ada dua jenis reaksi nuklir, yaitu reaksi nuklir berantai tak terkendali

danreaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan

bom nuklir. Dalam peristiwa ini reaksi nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan

panas yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal.

Agar reaksi nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi yang dibebaskan

dari reaksi nuklir tersebut dapat dimanfaatkan, maka manusia berusaha untuk membuat suatu

sarana reaksi yang dikenal sebagai reaktor nuklir. Jadi reaktor nuklir sebetulnya hanyalah

tempat dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat dilangsungkan. Reaksi berantai di

dalam reaktor nuklir ini tentu sangat berbeda dengan reaksi berantai pada ledakan bom nuklir.

Sejarah pemanfaatan energi nuklir melalui Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

dimulai beberapa saat setelah tim yang dipimpin Enrico Fermi berhasil memperoleh reaksi

nuklir berantai terkendali yang pertama pada tahun 1942. Reaktor nuklirnya sendiri sangat

dirahasiakan dan dibangun di bawah stadion olah raga Universitas Chicago. Mulai saat itu

manusia berusaha mengembangkan pemanfaatan sumber tenaga baru tersebut. Namun pada

mulanya, pengembangan pemanfaatan energi nuklir masih sangat terbatas, yaitu baru

dilakukan di Amerika Serikat dan Jerman. Tidak lama kemudian, Inggris, Perancis, Kanada

dan Rusia juga mulai menjalankan program energi nuklirnya.

Listrik pertama yang dihasilkan dari PLTN terjadi di Idaho, Amerika Serikat, pada tahun

1951. Selanjutnya pada tahun 1954 PLTN skala kecil juga mulai dioperasikan di Rusia.

PLTN pertama di dunia yang memenuhi syarat komersial dioperasikan pertama kali pada

bulan Oktober 1956 di Calder Hall, Cumberland. Sistim PLTN di Calder Hall ini terdiri atas

dua reaktor nuklir yang mampu memproduksi sekitar 80 juta Watt tenaga listrik. Sukses

pengoperasian PLTN tersebut telah mengilhami munculnya beberapa PLTN dengan model

yang sama di berbagai tempat.

Energi Nuklir

Untuk mendapatkan gambaran tentang besarnya energi yang dapat dilepaskan oleh

reaksi nuklir, berikut ini diberikan contoh perhitungan sederhana. Ambil 1 g (0,001 kg) bahan

bakar nuklir 235U. Jumlah atom di dalam bahan bakar ini adalah :

N = (1/235) x 6,02 x 1023 = 25,6 x 1020 atom 235U.

Karena setiap proses fisi bahan bakar nuklir 235U disertai dengan pelepasan energi

sebesar 200 MeV, maka 1 g 235U yang melakukan reaksi fisi sempurna dapat melepaskan

energi sebesar :

E = 25,6 x 1020 (atom) x 200 (MeV/atom) = 51,2 x 1022 MeV

Jika energi tersebut dinyatakan dengan satuan Joule (J), di mana 1 MeV = 1.6 x 10-13

J, maka energi yang dilepaskan menjadi :

E = 51,2 x 1022 (MeV) x 1,6 x 10-13 (J/MeV) = 81,92 x 109 J

Dengan menganggap hanya 30 % dari energi itu dapat diubah menjadi energi listrik,

maka energi listrik yang dapat diperoleh dari 1 g 235U adalah :

Elistrik = (30/100) x 81,92 x 109 J = 24,58 x 109 J

Karena 1J = 1 W.s ( E = P.t), maka peralatan elektronik seperti pesawat TV dengan

daya (P) 100 W dapat dipenuhi kebutuhan listriknya oleh 1 g 235U selama :

t = Elistrik / P = 24,58 x 109 (J) / 100 (W) = 24,58 x 107 s

Angka 24,58 x 107 sekon (detik) sama lamanya dengan 7,78 tahun terus-menerus tanpa

dimatikan. Jika diasumsikan pesawat TV tersebut hanya dinyalakan selama 12 jam/hari,

maka energi listrik dari 1 g 235U bias dipakai untuk mensuplai kebutuhan listrik pesawat TV

selama lebih dari 15 tahun.

Contoh perhitungan di atas dapat memberikan gambaran yang cukup jelas mengenai

kandungan energi yang tersimpan di dalam bahan bakar nuklir. Energi panas yang

dikeluarkan dari pembelahan satu kg bahan bakar nuklir 235U adalah sebesar 17 milyar kilo

kalori, atau setara dengan energi yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kg (2.400 ton)

batubara. Melihat besarnya kandungan energi tersebut, maka timbul keinginan dalam diri

manusia untuk memanfaatkan energi nuklir sebagai pembangkit listrik dalam rangka

memenuhi kebutuhan energi dalam kehidupan sehari-hari.

Proses Kerja Pusat Listrik Tenaga Nuklir

Proses kerja PLTN sebenarnya hampir sama dengan proses kerja pembangkit listrik

konvensional seperti pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), yang umumnya sudah dikenal

secara luas. Yang membedakan antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas

yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir, sedang PLTU

mendapatkan suplai panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak

bumi.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor

daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan

neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena

memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde

ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi

listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :

• Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas

yangsangat besar.

• Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa

pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan.

• Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak

(kinetik).

• Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga

dihasilkan arus listrik.

Jenis-Jenis PLTN

Teknologi PLTN dirancang agar energi nuklir yang terlepas dari proses fisi dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energi dalam kehidupan sehari-hari. PLTN merupakan sebuah

sistim yang dalam operasinya menggunakan reaktor daya yang berperan sebagai tungku

penghasil panas. Dewasa ini ada berbagai jenis PLTN yang beroperasi. Perbedaan tersebut

ditandai dengan perbedaan tipe reaktor daya yang digunakannya.

Masing-masing jenis PLTN/tipe reaktor daya umumnya dikembangkan oleh negara-

negara tertentu, sehingga seringkali suatu jenis PLTN sangat menonjol dalam suatu negara,

tetapi tidak dioperasikan oleh negara lain.

Perbedaan berbagai tipe reaktor daya itu bisa terletak pada penggunaan bahan bakar,

moderator, jenis pendinging serta perbedaan-perbedaan lainnya. Perbedaan jenis reaktor daya

yang dikembangkan antara satu negara dengan negara lain juga dipengaruhi oleh tingkat

penguasaan teknologi yang terkait dengan nuklir oleh masing-masing negara. Pada awal

pengembangan PLTN pada tahun 1950-an, pengayaan uranium baru bisa dilakukan oleh

Amerika Serikat dan Rusia, sehingga kedua negara tersebut pada saat itu sudah mulai

mengembangkan reaktor daya berbahan bakar uranium diperkaya. Sementara itu di Kanada,

Perancis dan Ingris pada saat itu dipusatkan pada program pengembangan reaktor daya

berbahan bakar uranium alam. Oleh sebab itu, PLTN yang pertama kali beroperasi di ketiga

negara tersebut menggunakan reaktor berbahan bakar uranium alam. Namun dalam

perkembangan berikutnya, terutama Inggris dan Perancis juga mengoperasikan PLTN

berbahan bakar uranium diperkaya. Sebagian besar reaktor daya yang beroperasi dewasa ini

adalah jenis Reaktor Air Ringan atau LWR (Light Water Reactor) yang mula-mula

dikembangkan di AS dan Rusia. Disebut Reaktor Air Ringan karena menggunakan H2O

kemurnian tinggi sebagai bahan moderator sekaligus pendingin reaktor. Reaktor ini terdiri

atas Reaktor Air tekan atau PWR (Pressurized Water Reactor) dan Reaktor Air Didih atau

BWR (Boiling Water Reactor) dengan jumlah yang dioperasikan masing-masing mencapai

52 % dan 21,5 % dari total reaktor daya yang beroperasi. Sedang sisanya sebesar 26,5 %

terdiri atas berbagai type reaktor daya lainnya. Berikut ini akan dibahas lebih lanjut berbagai

jenis PLTN yang dewasa ini beroperasi diberbagai negara.

Reaktor Air Didih

Pada reaktor air didih, panas hasil fisi dipakai secara langsung untukmenguapkan air

pendingin dan uap yang terbentuk langsung dipakai untuk memutar turbin. Turbin tekanan

tinggi menerima uap pada suhu sekitar 290 ºC dan tekanan sebesar 7,2 MPa. Sebagian uap

diteruskan lagi ke turbin tekanan rendah. Dengan sistim ini dapat diperoleh efisiensi thermal

sebesar 34 %. Efisiensi thermal ini menunjukkan prosentase panas hasil fisi yang dapat

dikonversikan menjadi energi listrik. Setelah melalui turbin, uap tersebut akan mengalami

proses pendinginan sehingga berubah menjadi air yang langsung dialirkan ke teras reaktor

untuk diuapkan lagi dan seterusnya. Dalam reaktor ini digunakan bahan bakar 235U dengan

tingkat pengayaannya 3-4 % dalam bentuk UO2. Pada tahun 1981, perusahaan Toshiba,

General Electric dan Hitachi melakukan kerja sama dengan perusahaan Tokyo Electric Power

Co. Inc. untuk memulai suatu proyek pengembangan patungan dalam rangka meningkatkan

unjuk kerja sistim Reaktor Air Didih dengan memperkenalkan Reaktor Air Didih Tingkat

Lanjut atau A-BWR (Advanced Boiling Water Reactor). Kapasitas A-BWR dirancang lebih

besar untuk mempertinggi keuntungan ekonomis. Di samping itu, beberapa komponen

reaktor juga mengalami peningkatan, seperti peningkatan dalam fraksi bakar, penyempurnaan

sistim pompa sirkulasi pendingin, mekanisme penggerak batang kendali dan lain-lain.

• Reaktor Air Tekan

Reaktor Air Tekan juga menggunakan H2O sebagai pendingin sekaligus moderator.

Bedanya dengan Reaktor Air Didih adalah penggunaan dua macam pendingin, yaitu

pendingin primer dan sekunder. Panas yang dihasilkan dari reaksi fisi dipakai untuk

memanaskan air pendingin primer. Dalam reaktor ini dilengkapi dengan alat pengontrol

tekanan (pessurizer) yang dipakai untuk mempertahankan tekanan sistim pendingin primer.

Sistim pressurizer terdiri atas sebuah tangki yang dilengkapi dengan pemanas listrik dan

penyemprot air. Jika tekanan dalam teras reaktor berkurang, pemanas listrik akan

memanaskan air yang terdapat di dalam tangki pressurizer sehingga terbentuklah uap

tambahan yang akan menaikkan tekanan dalam sistim pendingin primer. Sebaliknya apabila

tekanan dalam sistim pendingin primer bertambah, maka sistim penyemprot air akan

mengembunkan sebagian uap sehingga tekanan uap berkurang dan sistim pendingin primer

akan kembali ke keadaan semula. Tekanan pada sistim pendingin primer dipertahankan pada

posisi 150 Atm untuk mencegah agar air pendingin primer tidak mendidih pada suhu sekitar

300 ºC. Pada tekanan udara normal, air akan mendidih dan menguap pada suhu 100 ºC.

Dalam proses kerjanya, air pendingin primer dialirkan ke sistim pembangkit uap

sehingga terjadi pertukaran panas antara sistim pendingin primer dan sistim pendingin

sekunder. Dalam hal ini antara kedua pendingin tersebut hanya terjadi pertukaran panas tanpa

terjadi kontak atau percampuran, karena antara kedua pendingin itu dipisahkan oleh sistim

pipa. Terjadinya pertukaran panas menyebabkan air pendingin sekunder menguap. Tekanan

pada sistim pendingin sekunder dipertahankan pada tekanan udara normal sehingga air dapat

menguap pada suhu 100 ºC. Uap yang terbentuk di dalam sistim pembangkit uap ini

selanjutnya dialirkan untuk memutar turbin.

Dari uraian di atas tergambar bahwa sistim kerja PLTN dengan Reaktor Air Tekan

lebih rumit dibandingkan dengan sistim Reaktor Air Didih. Namun jika dilihat pada sistim

keselamatannya, Reaktor Air Tekan lebih aman dibandingkan dengan Reaktor Air Didih.

Pada Reaktor Air Tekan perputaran sistim pendingin primernya betul-betul tertutup, sehingga

apabila terjadi kebocoran bahan radioaktif di dalam teras reaktor tidak akan menyebabkan

kontaminasi pada turbin. Sedang pada Reaktor Air Didih, kebocoran bahan radioaktif yang

terlarut dalam air pendingin primer dapat menyebabkan terjadinya kontaminasi pada turbin.

Reaktor Air Tekan juga mempunyai keandalan operasi dan keselamatan yang sangat baik.

Salah satu faktor penunjangnya adalah karena reaktor ini mempunyai koefisien reaktivitas

negatif. Apabila terjadi kenaikan suhu dalam teras reaktor secara mendadak, maka daya

reaktor akan segera turun dengan sendirinya. Namun karena menggunakan dua sistim

pendingin, maka efisiensi thermalnya sedikit lebih rendah dibandingkan dengan Reaktor Air

Didih.

• Reaktor Air Berat atau HWR (Heavy Water Reactor)

Reaktor Air Berat merupakan jenis reaktor yang menggunakan D2O (air berat)

sebagai moderator sekaligus pendingin. Reaktor ini menggunakan bahan bakar uranium alam

sehingga harus digunakan air berat yang penampang lintang serapannya terhadap neutron

sangat kecil. PLTN dengan Reaktor Air berat yang paling terkenal adalah CANDU (Canadian

Deuterium Uranium) yang pertama kali dikembangkan oleh Canada. Seperti halnya Reaktor

Air tekan, Reaktor CANDU juga mempunyai sistim pendingin primer dan sekunder,

pembangkit uap dan pengontrol tekanan untuk mempertahankan tekanan tinggi pada sistim

pendingin primer.

D2O dalam reaktor CANDU hanya dimanfaatkan sebagai sistim pendingin primer,

sedang sistim pendingin sekundernya menggunakan H2O. Dalam pengoperasian reaktor

CANDU, kemurnian D2O harus dijaga pada tingkat 95-99,8 %. Air berat merupakan bahan

yang harganya sangat mahal dan secara fisik maupun kimia tidak dapat dibedakan secara

langsung dengan H2O. Oleh sebab itu, perlu adanya usaha penanggulangan kebocoran D2O

baik dalam bentuk uap maupun cairan. Aliran ventilasi dari ruangan dilakukan secara tertutup

dan selalu dipantau tingkat kebasahannya, sehingga kemungkinan adanya kebocoran D2O

dapat diketahui secara dini.

• Reaktor Magnox atau MR (Magnox Reactor)

Reaktor Magnox menggunakan bahan bakar dalam bentuk logam uranium atau

paduannya yang dimasukkan ke dalam kelongsong paduan magnesium (Mg). Reaktor ini

dikembangkan dan banyak dioperasikan oleh Inggris. Termasuk dalam reaktor jenis ini

adalah reaktor penelitian pertama di dunia yang dibangun oleh tim pimpinan Enrico Fermi di

Chicago, Amerika Serikat. Reaktor Magnox menggunakan CO2 sebagai pendingin, grafit

sebagai moderator, dan uranium alam sebagai bahan bakar. Panas hasil fisi diambil dengan

mengalirkan gas CO2 melalui elemen bakar menuju ke sistim pembangkit uap. Dari

pertukaran panas ini akan dihasilkan uap air yang selanjutnya dapat dipakai untuk memutar

turbin. Hasil dari usaha dalam penyempurnaan unjuk kerja Reaktor Magnox adalah

diperkenalkannya Reaktor Maju Berpendingin Gas atau AGR (Advanced Gas-cooled

Reactor). Dalam reaktor ini juga menggunakan CO2 sebagai pendingin, grafit sebagai

moderator, namun bahan bakarnya berupa uranium sedikit diperkaya yang dibungkus dengan

kelongsong dari baja tahan karat. Pengayaan bahan bakar ini dimaksudkan untuk

meningkatkan efisiensi thermal dan fraksi bakar bahan bakarnya.

• Reaktor Temperatur Tinggi atau HTR (High Temperature Reactor)

Reaktor Temperatur Tinggi adalah jenis reaktor yang menggunakan pendingin gas

helium (He) dan moderator grafit. Reaktor ini mampu menghasilkan panas hingga 750 ºC

dengan efisiensi thermalnya sekitar 40 %. Panas yang dibangkitkan dalam teras reaktor

dipindahkan menggunakan pendingin He (sistim primer) ke pembangkit uap. Dalam

pembangkit uap ini panas akan diserap oleh sistim uap air umpan (sistim sekunder) dan uap

yang dihasilkannya dialirkan ke turbin. Dalam reaktor ini juga ada sistim pemisah antara

sistim pendingin primer yang radioaktif dan sistim pendingin sekunder yang tidak radioaktif.

Elemen bahan bakar yang digunakan dalam Reaktor Temperatur Tinggi berbentuk

bola, tiap elemen mengandung 192 gram carbon, 0,96 gram 235U dan 10,2 gram 232Th yang

dapat dibiakkan menjadi bahan bakar baru 233U. Proses fisi dalam teras reaktor mampu

memanaskan gas He hingga mencapai suhu 750 oC.

Setelah terjadi pertukaran panas dengan sistim sekunder, suhu gas He akan turun

menjadi 250 ºC. Gas He selanjutnya dipompakan lagi ke teras reaktor untuk mengambil

panas fisi, demikian seterusnya. Dalam operasi normal, reaktor ini membutuhkan bahan bakar

bola berdiameter 60 mm sebanyak ± 675.000 butir yang diletakkan di dalam teras reaktor.

Rata-rata setiap butir bahan bakar tinggal di dalam teras selama enam bulan pada operasi

beban penuh.

Keselamatan Nuklir

Berbagai usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatan

masyarakat, para pekerja reaktor, dan lingkungan PLTN. Usaha ini dilakukan untuk

menjamin agar radioaktif yang dihasilkan reaktor nuklir tidak terlepas ke lingkungan baik

selama operasi mapun jika terjadi kecelakaan. Tindakan proteksi dilakukan untuk menjamin

agar PLTN dapat dihentikan dengan aman setiap waktu jika diinginkan dan tetap dapat

dipertahankan dalam keadaan aman, yakni memperoleh pendinginan yang cukup. Untuk ini

panas peluruhan yang dihasilkan harus dibuang dari teras reaktor, karena dapat menimbulkan

bahaya akibat pemanasan lebih pada reaktor.

 Keselamatan Terpasang

  Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium.

Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak

mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang.

Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras

reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi.

 

Penghalang Ganda

PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dam berlapis-lapis, sehingga

kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil, Sebagai

contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar

(> 99%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang berfungsi sebagai

penghalang pertama, selama beroperasi aupun jika terjadi kecelakaan, kelongsong bahan

bakar akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif

tersebut keluar kelongsong. Dalam hal zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam

kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu sstem pendingin. Lepas dari sistem

pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan dibuat dari baja dengan tebal

± 20 cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5 - 2 meter. Bila zat

radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu

sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan beton setebal 1,5 - 2

meter yang kedap udara. Jadi selama operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif

benar-benar tersimpan dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih

ada zat radioaktif yang terlepas jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya

terhadap lingkungan tidak berarti.

 Pertahanan Berlapis

Disain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan berlapis (defence in

depth). Pertahanan berlapis ini meliputi: lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang

dibangun dan dioperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu yang tinggi dan

teknologi mutakhir; lapis keselamatan kedua, PLTN dilengkapi dengan sistem

pengamanan/keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan mengatasi akibat-akibat dari

kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur PLTN; dan lapis keselamatan ketiga,

PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat

mengatasi kecelakaan hipotesis, atau kecelakaan terparah yang diperkirakan dapat terjadi

pada suatu PLTN. Namun demikian kecelakaan tersebut kemungkinan terjadinya sedemikian

kecil sehingga tidak akan pernah terjadi selama umur operasi PLTN.

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN), misalnya, mengupayakan untuk mengambil energi yang dilepas ketika sebuah inti atom pecah menjadi inti atom yang lebih kecil (disebut reaksi fisi). Tempat terjadinya reaksi ini di dalam PLTN disebut reaktor. Reaksi tersebut harus dapat dikontrol oleh operator (manusia), jika tidak maka terjadi reaksi berantai yang tak-terkendali dan dapat berakibat fatal (seperti meledak).

Inti atom yang dipecah berasal dari atom yang tidak stabil (radioaktif) seperti Uranium-235 (U-235). U-235 adalah isotop Uranium yang sangat sensitif terhadap reaksi berantai. Dalam teknik nuklir, partikel yang mampu memberikan reaksi berantai ini disebut fissile. Angka 235 adalah nomor massa atom yang menunjukkan jumlah proton dan neutron dalam intinya. Proton dan neutron adalah partikel penyusun inti atom, disebut nukelon.

Reaksi berantai dari U-235.

Untuk menghasilkan reaksi berantai, inti atom U-235 ditembak oleh sebuah neutron yang bergerak lambat (disebut “slow neutron” atau juga “thermal neutron“). Kecepatan gerak neutron sesungguhnya dapat diatur, tapi telah dihitung sedemikian rupa sehingga reaksi berantai dari gerakan neutron yang lambat lebih mudah dikontrol. Ketika slow neutron mengenai targetnya, yaitu inti atom U-235, inti atom pecah menjadi dua buah inti atom yang lain dan sejumlah neutron. Neutron-neutron hasil dari reaksi ini akan mengenai inti atom-inti atom U-235 lainnya dan begitu seterusnya. Inilah yang disebut “reaksi berantai” (chain reaction).

Reaksi berantai harus dapat dikendalikan oleh operator, dan oleh karena itulah kecepatan neutron pertama yang ditembakkan harus rendah supaya reaksi berantai yang dihasilkan dapat dikendalikan. Dalam bom nuklir, jutru dibutuhkan reaksi berantai yang tak-terkontrol sehingga energi yang dihasilkan sangat besar.

Mari kita sedikit berhitung. Energi kinetik slow neutron yang biasa ditembakkan adalah sekitar 7,5 MeV — MeV adalah Mega electronVolt, sebuah satuan energi dengan 1 eV = 1,6 x 1019 joule, sangat kecil! Energi hasil reaksi fisi adalah 8,4 MeV. Perbedaan 0,9 MeV per nukleon berasal dari energi yang dilepas oleh reaksi fisi. Energi ini berasal dari energi ikat antarnukleon di dalam inti. Dengan demikian, total energi yang dilepas setiap reaksi fisi U-235 adalah jumlah nukleon dikali energi per nukleon, yaitu 235 x 0.9 MeV atau sekitar 200 MeV per satu inti atom.

Kecil? Ya, angka yang kecil. Tapi jangan lupa, perhitungan di atas adalah untuk satu inti atom U-235, yang mana massa satu inti atom U-235 sekitar (pembulatan) 3,9 x 10 -22 gram. Artinya, 1 gr U-235 mengandung sekitar 1/3,9×10-22 =2,8 x 1021 buah inti atom U-235. Jika semua bereaksi dalam reaktor, maka dihasilkan energi sejumlah 200 x 2,8 x 1021 MeV = 5,6 x 1023 MeV — atau sekitar 8,9 Megajoule. Energi sebanyak ini dapat dihasilkan oleh pembakaran batu bara sebanyak 2650 ton kg batu bara!!! (Jangan lupa, selain energi batu bara juga menghasilkan polusi.)

Prinsip dasar kerja PLTN

Nah, berikut ini hal yang menarik: bagaimana mengubah energi sebanyak itu menjadi listrik dalam sebuah PLTN? Jawabannya cukup mencengangkan, atau mungkin mengecewakan bagi sebagian kita: energi sejumlah itu dipakai untuk mendidihkan segentong air sehingga menjadi uap. Uap itu kemudian dialirkan lewat pipa-pipa yang kemudian dapat menggerakkan turbin-turbin. Di belakang turbin ada generator yang bekerja seperti sebuah dinamo raksasa yang bertugas mengubah energi gerak mekanik menjadi energi listrik. (Berbeda dengan motor yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak mekanik, atau enjin yang mengubah energi hasil pembakaran menjadi energi gerak mekanik). Proses awal yang “very high technology” ternyata diakhiri oleh “very old-style conventional technology“, hehehe.

Secara sederhana, skematik tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Reaksi fisi berantai terjadi di reaktor (C), dengan bahan bakar  U-235 dalam bentuk batangan (kira-kira sepanjang 2,5 cm). Batangan U-235 dikontrol oleh batang pengontrol (B). Operator menaikturunkan batang pengontrol ini untuk mengontrol kecepatan reaksi berantai. Batang turun berarti semakin cepat reaksi terjadi, begitu juga sebaliknya.

Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi dibawa dalam bentuk panas oleh fluida khusus ke tabung air (D). Panas ini mendidihkan air yang uapnya dibawa oleh pipa untuk menggerakkan turbin (H). Di belakang turbin ada generator (G) yang mengubah energi gerak mekanik menjadi listrik.

Uap air yang telah menggerakkan turbin kehilangan panasnya dan berubah kembali menjadi air. Untuk mempercepat proses pendinginan, air dingin dari menara air (J) disalurkan lewat pipa (I). Air yang telah dingin dipompa ke (D). Begitu seterusnya.

Mekanisme turbin dan generator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik adalah pembahasan tersendiri.

Jadi sesungguhnya cuma ada tiga jenis pembangkit listrik: bertenaga air (turbin digerakkan oleh air), bertenaga uap (digerakkan oleh uap air), dan bertenaga angin (turbin

digerakkan oleh air). Permasalahannya adalah: dari mana mendapatkan air, uap, dan angin tersebut.

PLTN di mata dunia

Kemudian, kenapa PLTN tetap menjadi idola? Pertimbangan utama adalah efisiensinya yang sangat tinggi. Satu gram U-235 setara dengan 2650 batu bara! Edan. Efisiensi selalu terkait dengan biaya produksi yang ujung-ujungnya pasti bicara soal keuntungan. Semakin efisiensi sebuah proses, semakin banyak keuntungan (baik finansial maupun teknologi) yang didapat. Selanjutnya adalah hukum ekonomi yang berbicara.

Alasan kedua adalah ramah lingkungan. Batu bara, minyak bumi, dan gas alam dapat berberan sebagai bahan bakar untuk mendidihkan air, tapi mereka semua penghasil polusi udara. Nuklir tidak memberikan polusi udara, kecuali limbah radioaktif yang dapat dikelola dengan teknik tersendiri. (Limbah radioaktif menjadi topik khusus untuk diperdebatkan.)

Alasan ketiga adalah keamanan. Lho, kok? Teknologi PLTN jauh lebih canggih daripada pembangkit listrik lainnya. Prinsip dalam teknik adalah: semakin canggih, semakin aman. Jadi, seharusnya PLTN jauh lebih aman daripada yang lain. Kecelakaan Chernobyl dan Three Miles Island murni kesalahan operator, bukan kegagalan reaktor.

KESIMPULAN

KELEBIHAN PLTN

Pertama, listrik nuklir menawarkan jalan yang penting dan praktis ke arah ′ekonomi hidrogen′. Hidrogen sebagai sumber yang menghasilkan listrik menawarkan janji untuk energi yang bersih dan hijau. Berbagai perusahaan mobil melanjutkan pengembangan sel bahanbakar hidrogen dan teknologi ini, dalam waktu yang tidak terlalu jauh di masa depan, akan menjadi produsen sumber energi. Dengan menggunakan kelebihan energi panas dari reaktor nuklir untuk menghasilkan hidrogen, maka dapat diciptakan produksi hidrogen dengan harga terjangkau, efisien, serta bebas dari emisi gas rumah-kaca. Dengan demikian produksi hidrogen ini dapat dikembangkan untuk menciptakan ekonomi energi hijau di masa depan.

Kedua, di seluruh dunia, energi nuklir dapat menjadi solusi terhadap krisis lain yang tengah berkembang: kekurangan air bersih yang harus tersedia bagi konsumsi manusia dan irigasi bagi tanaman dasar (crop). Secara global, proses desalinasi (air-laut) telah dan tengah dipakai guna membuat air bersih. Dengan menggunakan kelebihan panas dari reaktor nuklir, air laut dapat ditawarkan, sehingga permintaan terhadap air bersih yang selalu bertambah akan dapat dipenuhi.

Kombinasi energi nuklir, energi angin, geotermal dan hidro adalah cara yang aman dan ramah-lingkungan dalam memenuhi permintaan energi yang selalu bertambah. Dengan berbagi informasi, jaringan konsumen, pakar lingkungan, akademisi, organisai buruh, kelompok bisnis, pemimpin masyarakat dan pemerintah kini telah disadari manfaat dari energi nuklir.

Energi nuklir adalah jalan terbaik untuk menghasilkan listrik beban-dasar yang aman, bersih, dapat diandalkan, serta akan memainkan peranan kunci dalam pencapaian keamanan (penyediaan) energi global. Dengan perubahan iklim sebagai puncak agenda internasional, kita semua harus mengerjakan bagian kita untuk mendorong renaisans (kebangkitan kembali) energi nuklir.

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Reaksi_nuklir

http://www.warintek.ristek.go.id/nuklir/pengenalan_ pltn .pdf

KLUEH, RONALD, Future Nuclear Reactor - Safety First ?, New Scientist (April 1986)

pp. 41-45.

KNIEF, R. ALLEN, Nuclear Energy Technology, Hemisphere Publishing Corporation,

Washington (1981)

http://www.greenspiritstrategies.com

AlpensteelForum/mengenal PLTN