Dasar Pembangkitan Panas pada PLTN
tenaga dengan laju sekitar 1 Megawatt 10
6
W. Tenaga yang dilepaskan dalam sebuah reaktor nuklir dalam bentuk kalor yang dapat diambil dengan mengalirkan
zat cair atau gas sebagai pendingin melalui bagian dalam reaktor. Persoalan penting dalam perancangan reaktor adalah hilangnya neutron
yang melewati permukaan reaktor yang terserap tanpa mengindikasikan adanya fisi. Setiap fisi
92
U
235
rata-rata mengeluarkan 2.5 neutron, 1 neutron diantaranya dapat digunakan untuk melakukan fisi berikutnya, sehingga 1.5 neutron setiap fisi
perlu dihilangkan agar reaksi berantai dapat berjalan sendiri. Persoalan ini dapat diatasi dengan memperbesar ukuran reaktor agar luas permukaan per volume
menjadi lebih kecil dan bahan yang dilindungi oleh material yang dapat menghamburkan neutron agar neutron hasil fisi dapat mengalami pemantulan.
Persoalan kedua yang lebih sukar dalam melakukan reaksi fisi dalam reaktor nuklir adalah penggunaan uranium alami yang hanya mengandung 0.7
isotop
92
U
235
yang terfisikan, sedangkan bila isotop
92
U
235
cukup melimpah dapat menangkap neutron cepat tetapi biasanya isotop tersebut tidak melakukan reaksi
fisi. Persoalan ini diatasi dengan memperlambat neutron cepat untuk mencegah neutron terserap oleh
92
U
238
yang tidak produktif menghasilkan reaksi fisi, maka dengan perlambatan neutron cepat akan mempertinggi peluang isotop
92
U
235
mengalami reaksi fisi dalam reaktor. Dalam perlambat neutron cepat dalam reaktor bahan bakar uranium perlu diselingi oleh matriks moderator yang terbuat
dari bahan yang mampu menyerap neutron cepat. Moderator yang biasanya digunakan adalah air ringan, air berat, grafit dan karbon murni.
Peristiwa yang terjadi dalam sebuah reaktor dimulai ketika material yang akan ter-fisi-kan bahan bakar uranium diletakkan bersama-sama dengan
moderator, ditumbukan sebuah neutron yang berasal dari fisi spontan yang menyebabkan terjadinya pembelahan inti dengan melepaskan 2 atau 3 neutron.
Neutron tersebut mengalami perlambatan dari tenaga beberapa MeV menjadi tenaga termal melalui tumbukan dengan inti moderator. Reaksi berlangsung
secara berantai. Agar dapat mengontrol reaksi berantai yang terjadi diperlukan batang kendali yang terbuat dari kadmium dan boron yang mudah menyerap
neutron lambat. Ketika batang kendali dimasukkan lebih dalam, maka reaksi berantai yang terjadi dapat diredam.
Reaktor komersial dewasa ini menggunakan air ringan sebagai moderator dan juga sebagai pendingin, alasannya adalah karena air memiliki 2 atom
hidrogen yang massa intinya hampir sama dengan neutron. Bahan bakar uranium yang digunakan merupakan hasil pengayaan uranium alami yang kadar
92
U
235
mencapai 3.
Gambar 9 Sketsa reaktor nuklir Rashad 2000. Reaktor nuklir memiliki pertahanan berlapis yang terbuat dari bahan baja
seperti ditampilkan dalam Gambar 11. Bahan bakar uranium ditempatkan dalam kelongsong yang terbuat dari baja sebagai tempat reaksi fisi terjadi. Agar reaksi
tidak mengalami kebocoran, kelongsong berada dalam rendaman air dalam ruang terbuat dari baja setebal 8 inchi. Ruang tersebut dilindungi pelindung yang terbuat
dari lapisan baja setebal 0,25 inchi yang berada dalam pengungkung containment dengan bagian dalam terbuat dari baja setebal 45 inchi. Lapisan
berlapis ini dimaksudkan agar dapat memperkecil peluang kebocoran yang dapat terdistribusi ke luar reaktor.
PLTN yang beroperasi di dunia sebagian besar berjenis Reaktor Air Ringan Light Air Reaktor, LWR dan Reaktor Air Tekan Pressurized Air
Reactor, PWR. PLTN Jenis PWR merupakan jenis reaktor yang menggunakan air H
2
O sebagai pendingin sekaligus sebagai moderator. Panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi pada bahan bakar uranium dioksida UO
2
dalam bejana reaktor reaktor vessel dipakai untuk memanaskan air pendingin primer bertekanan
tinggi dengan alat pengendali tekanan pressurizer untuk mempertahankan tekanannya. Air pendingin primer selanjutnya dialirkan ke sistem pembangkit uap
Baja tahan tekanan 45 inchi Baja linier 0,25 inchi
Pelindung 36 inchi Baja reaktor 8 inchi
Tempat bahan bakar nuklir
steam generator untuk memproses pertukaran panas dari sistem pendingin primer ke sistem pendingin sekunder, pertukaran panas ini menyebabkan air
sistem pendingin sekunder mendidih dan menghasilkan uap panas yang selanjutnya dipakai untuk memutar turbin dan generator yang dapat menghasilkan
tenaga listrik seperti disajikan dalam Gambar 12.
Gambar 10 Skematik diagram PLTN jenis PWR.
http: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...reaktor.html www.animatedsoftware.com
http:reaktor.engr.wisc.edutourtourpicsreaktor2.gif
Bahan bakar PWR dan LWR berbentuk UO
2
yang tertutup dalam tabung panjang sempit dalam reaktor yang terbuat dari swasa-zirkonium yang dirakit
bersama batang kendali yang dapat digerakkan yang diletakkan dalam tabung baja tahan tekanan. Tabung baja tahan tekanan tersebut biasanya memiliki tinggi 10
meter berdiameter dalam selebar 3 meter dan tebal dinding 20 cm. Pada PWR air yang mengalir melewati teras dipertahankan bertekanan tinggi sekitar 150 atm
untuk mencegah pendidihan. Air yang masuk dalam tabung bertekanan temperaturnya sekitar 280
C dan ketika keluar temperaturnya sekitar 320 C
melalui penukar kalor yang menghasilkan uap penggerak turbin seperti pada gambar 12.
Reaktor Jenis PWR memiliki inti reaktor penghasil panas yang dilindungi dan ditutup oleh baja yang sangat tebal yang diberi air dengan pengatur tekanan
dan bertindak sebagai moderator dan pendingin reaktor inti. Panas dari air yang bertekanan diedarkan ke generator penukar panas sebagai penghasil uap air untuk
menggerakkan turbin. Uap air untuk menggerakkan turbin yang dihasilkan ini
terjadi dalam wadah dengan struktur baja atau beton yang kuat, sehingga uap air yang dihasilkan ini dapat digunakan untuk menggerakkan turbin pembangkit
tenaga listrik dengan prinsipnya identik dengan pembangkit listrik tenaga listrik lainnya seperti listrik tenaga minyak bumi, sehingga reaktor nuklir memiliki
fungsi seperti ketel uap yang menghasilkan uap penggerak turbin. Reaktor BWR Boiling Water Reaktor memiliki tekanan sekitar 68 atm
lebih rendah dari PWR, di dalam tabung yang berisi inti atom memungkinkan terbentuknya uap air hasil transfer panas reaksi fisi dan uap air yang dihasilkan
dikirim langsung ke turbin tanpa melewati generator uap. Keuntungan BWR dibandingkan dengan PWR adalah dalam hal kesederhanaannya, tetapi memiliki
kelemahan peluang pencemaran lebih besar, karena dinding penghalang berkurang satu dibanding dengan PWR Beisher 1981. Skematik BWR disajikan dalam
Gambar 13.
Gambar 11 Skematik diagram PLTN Jenis BWR
http: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...reaktor.html; www.animatedsoftware.com
http:www.solcomhouse.comimagesboiling.gif
http:www.nrc.govreaktorsgeneric-bwr.pdf Reaktor memiliki disain yang berbeda-beda tergantung rancangan negara
yang membangun reaktor tersebut, dan dari waktu ke waktu terus mengalami penyempurnaan sesuai dengan perkembangan teknologi lain guna meningkatkan
presisi dan akurasi yang menunjang keselamatan oprasional. Jenis-jenis rekator yang beroprasi di dunia ditampilkan dalam Tabel 4 berikut.