0

pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN)


BAB I
PENDAHULUAN


A.    Latar Belakang Masalah
Krisis energi sedang dialami dunia saat ini karena cadangan energi di dunia semakin menipis akibat pemakaian yang terus-menerus tanpa ada tindakan pembaharuan dan belum adanya sumber energi alternatif lain. Bila hal tersebut tidak segera ditanggulangi akan menjadi permasalahan yang besar. Perlu ada tindakkan lebih lanjut untuk mengatasi permasalahan ini. Diantaranya perlu dikembangkan sumber energi seperti PLTN yang menggunakan energi Nuklir. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal (tenaga nuklir) yang merupakan kumpulan mesin untuk pembangkit tenaga listrik yang memanfaatkan tenaga nuklir sebagai tenaga awalnya di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir  pembangkit listrik. Prinsip kerjanya seperti uap panas yang dihasilkan untuk menggerakkan mesin yang disebut turbin. Perlu adanya pengembangan lebih lanjut pada PLTN sehingga dapat digunakan secara optimal, karena bahan bakar yang dipakai didalam PLTN masih cukup banyak.
Kontroversi mengenai keberadaan PLTN adalah wajar karena berbagai trauma mengenai nuklir masih  menjadi ingatan kolektif masyarakat dunia. Energi nuklir senantiasa diakitkan dengan pembuatan sejata pemusnah masal dan fakta beberapa kecelakaan reaktor PLTN menimbulkan korban jiwa, walaupun angka korban akibat PLTN dibandingkan dengan kecelakaan yang lain sangatlah kecil. Perlu ditelusuri lebih obyektif ihkwal bahaya PLTN sehingga begitu menakutkan. Penelusuran ini menjadi penting, karena partisipasi masyarakat dalam memberikan pendapat mengenai hal yang berkaitan langsung dengan keselamatan jiwa banyak orang akan membuahkan keiklasan masyarakat untuk mendukung keberadaan PLTN. Dukungan tersebut untuk kesejahteraan masyarakat juga.


B.     PENGERTIAN ENERGI NUKLIR
Ngeri, dan takut. Itulah bayangan seseorang ketika mendengar kata “Nuklir”. Kata – kata ini seakan – akan menjadi sebuah momok bagi masyarakat awam, setidaknya masyarakat awam di Indonesia. Ini wajar, mungkin disebabkan ketidaktahuan mereka dengan apa itu Nuklir? Ini tercermin dalam sebuat poling di sebuah situs, ternyata masih saja ada orang yang tidak setuju dengan didirikannya PLTN di Indonesia.
Namun hal yang berbeda saya temui saya mengunjungi situs www.infonuklir.com , poling disana menunjukkan bahwa mayoritas responden setuju dengan adanya PLTN, Jadi saya beranggapan ketakutan sebagian besar masyarakat adalah karena faktor ketidaktahuan mereka tentang apa itu Nuklir, apa itu PLTN.
Jadi  Energi Nuklir itu apa?
Energi Nuklir adalah Energi yang dihasilkan dari perpecahan dua inti atom yang tidak stabil memecah menjadi dua inti atom yang lebih kecil. Akibat dari reaksi ini adalah dilepaskan sinar gamma dalam bentuk energi panas (dikenal dengan istilah reaksi fisi ). Lalu bagaimana agar inti atom tersebut dapat bereaksi sehingga memecah menjadi dua inti atom yang lebih kecil? Tentu Reaksi Nuklir tidak akan terjadi jika tidak ada yang memicu reaksi tersebut. Artinya reaksi nuklir tidak terjadi secara spontan. Namun terlebih merupakan sebuah reaksi dari aksi yang dilakukan pada atom tersebut (dalam hal ini Uranium). Mengapa uranium? Karena uranium merupakan salah satu atom terberat. Dengan kata lain, terdapat banyak proton dan netron di dalam inti atomnya.
Nuklir, energi yang ramah lingkungan
Seperti yang penulis jelaskan, bahwa inti atom tidak dapat meluruh dengan sendirinya tanpa ada penyebab luar. Kenapa? Karena inti atom ini terikat oleh gaya, yang merupakan gaya terkuat dalam alam semesta atau dikenal dengan istilah “Gaya Nuklir Kuat”. Agar reaksi nuklir dapat terjadi (yang dimaksudkan disini adalah reaksi fisi) maka kita harus menembakkan sebuah netron berkecepatan tinggi pada uranium. Setelah Netron diserap inti uranium, hasilnya menarik, inti atom menjadi tidak stabil. Mengapa tidak stabil? karena Jumlah netron dan proton terdapat selisih sehingga struktur inti menjadi tidak lagi stabil, karena itu inti atom berusaha untuk menstabilkan dirinya – yang sudah tidak stabil- dengan cara pembelahan menjadi fragmen dan dengan memancarkan energi. dengan pengaruh energi yang dilepaskan, inti atom tersebut pun mulai mengeluarkan komponen-komponen yang dimilikinya dengan kecepatan tinggi, termasuk partikel netron berkecepatan tinggi yang akhirnya menabrak inti Uranium tetangganya :). Akhirnya reaksi berantaipun dimulai sehingga energi yang dilepaskanpun akan semakin besar.
Untungnya netron yang tidak terikat pada inti atom ini rawan terhadap peluruhan yang disebut “disintegrasi beta” Sehingga netron semacam ini (yang menyebabkan reaksi nuklir) tidak kita temui di alam. Jika tidak, tentu bumi ini akan menjadi planet yang tidak berpenghuni, yang dipenuhi dengan reaksi berantai.
Kita harus bersyukur bahwa Allah menciptakan atom lengkap dengan kekuatan dahsyat di dalamnya dan menjaga kekuatan ini terkendali secara menakjubkan.












C.    SEJARAH MUNCULNYA NUKLIR
  1. Tahap-tahap penemuan nukilr sampai PLTN
1896 
Ahli fisika Perancis Henri Becquerel menemukan gejala radioaktivitas ketika plat-plat fotonya diburamkan oleh sinar dari uranium
1898
Pierre dan Marie Curie memulai proyek yang berujung pada penemuan unsur baru – radium
1902
Ahli fisika Inggris Ernest Rutherford dan ahli kimia Frederick Soddy menerangkan peluruhan radioaktif yang mengubah unsur seperti radium menjadi unsur lain sambil menghasilkan energi
1905
Albert Einstein, pegawai paten di Bern, menunjukkan kesetaraan massa dan energi dalam persamaan E=mc, sebagai bagian dari Teori Kenisbian relativitas) Khusus. Persamaan ini meramalkan bahwa energi yang amat besar terkunci di dalam materi
1910
Soddy mengusulkan adanya isotop - bentuk unsur yang memiliki sifat-sifat kimia sama tetapi berat atomnya berbeda
1911
Rutherford, dengan menggunakan partikel alfa, menyelidiki bagian dalam atom dan menemukan intinya yang berat
1913
Francis Aston, ahli kimia Inggris, secara menyakinkan menunjukkan adanya isotop. Ahli fisika Denmark Niels Bohr mengajukan teorinya berdasarkan apa yang telah ditemukan oleh Rutherford dan teori kuantum ahli fisika Jerman Max Planck
1919
Rutherford menunjukkan perubahan nitrogen menjadi oksigen dan hidrogen setelah dibentur oleh partikel alfa. Ini adalah reaks inuklir pertama yang diamati oleh manusia
1928
Dalam langkah-langkah pertama ke arah pemahaman dasar mengenai kakas nuklir, orang Amerika Edward Condon dan Ronald Gurney dan George Gamow yang lahir di Rusia, dalam penyelidikan tersendiri, menerangkan bagaimana partikel alfa di pancarkan dari inti
1931
Deuterium, isotop berat hidrogen yang kemudian dipakai dalam bom hidrogen (bom-H) yang pertama, ditemukan ahli kimia Amerika, Harold Urey
1932
Ahli fisika Inggris John Cockroft dan ahli fisika Irlandia Ernest Walton bekerja sama dalam mengubah litium menjadi inti helium, memakai proton yang dipercepat dengan alat “pemecah atom” sederhana. Ini merupakan pembuktian ekperimental yang pertama terhadap rumus Einstein E=mc .
Neutron, partikel penyusun atom yang ternyata merupakan kunci ke arah pembelahan inti, ditemukan oleh ahli fisika Inggris James Chadwick
1933
Irene dan Frederic Joliot-Curie, ahli fisika Perancis, menunjukkan bahwa beberapa atom yang stabil, mengalami reaksi nuklir bila dibentur oleh partikel alfa dan berubah menjadi isotop tak stabil berumur pendek. Inilah keradioaktifan berumur buatan pertama
1938
Hans Bethe di Amerika Serikat berteori bahwa energi matahari berasal dari reaksi fusi, suatu proses yang memadukan dua inti ringan dan melepaskan energi yang jumlahnya besar. Istilah reaksi yang kini menghasilkan ledakan bom-H
1939
Otto Hahn dan Fritz Strassmann di Berlin menembaki uranium dengan neutron dan menemukan unsur barium yang lebih ringan sebagai hasil dari reaksi itu, tetapi tidak dapat menjelaskan percobaan munculnya barium tersebut.
Pelarian Jerman Otto Frisch dan Lise Metner menjelaskan percobaan Hahn dan Strassmann sebagai fisi - pembelahan suatu inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, misalnya inti barium, dengan melepaskan banyak energi.
Frederic Jolit-Curie menunjukkan bahwa fisi satu atom uranium oleh satu neutron menghasilkan dua atau tiga neutron bebas. Ini menyarankan kemungkinan reaksi berantai; dalam reaksi ini neutron baru melanjutkan dan memperluas reaksi yang dimulai oleh pembenturan neutron awal.
Bohr meramalkan bahwa uranium-235 akan membelah bila ditembak neutron, tetapi U-235 sangat langka.
Albert Einstein di Amerika Serikat pada Lembaga Penelaahan Lanjut memperingatkan Presiden Roosevelt akan bahaya militer dari energi atom
1940
Para ahli kimia di Universitas California yang dipimpin oleh Glenn Seaborg dan Edwin McMillan menemukan plutonium, hasil penembakan U-238 yang radioaktif, dan pengganti yang baik dari U-235 yang langka
Metode difusi gas untuk memisahkan isotop-isotop uranium dikembangkan di Universitas Kolombia
1942
Dibawah pengarahan Enrico Fermi reaktor atom pertama dibangun, dan pada tanggal 2 Desember 1942, jam 15.52, berlangsung reaksi berantai pertama dalam proyek yang diprakarsai dan dikoordinasi oleh Arthur H. Compton
Suatu program atom militer A.S dengan nama sandi Proyek Manhattan, dibentuk dibawah pimpnan Mayor Jenderal Leslie R.
Groves. Di Oak Ridge, Tennessee, spektrometer massa dipergunakan untuk memproduksi U-235 murni, di bawah pengarahan Ernest O.Lawrence
Pembangunan laboratorium bom atom dimulai di Los Alamos, New Mexico, di bawah pengarahan J. Robert Oppenheimer
1943
Reaktor-reaktor dibangun di Hanford, Washington, untuk memproduksi plutonium
1945
Bom atom pertama diletuskan di Alamogordo, New Mexico, Senin 16 Juli
Bom atom pertama menghancurkan Hiroshima, Jumat 6 Agustus.
Nagasaki menjadi sasaran kedua pada tanggal 9 Agustus
1949
Uni Soviet meledakkan bom atom
1950
Presiden Harry S. Truman pada tanggal 31 Januari mengumumkan bahwa ia telah merestui Komisi Tenaga Atom untuk melanjutkan pengembangan bom-H
1952
Bom atom Inggris pertama diledakkan pada tanggal 3 Oktober di Pulau Monte Bello di lepas pantai Australia
Ledakan uji coba bom-H A.S. Yang pertama terjadi dekat Atol Eniwetok di Pasifik, pada tanggal 1 November
1953
Dalam bulan Agustus Uni Soviet meledakkan bom-H 1954
1954
USS Nautilus, kapal selam atom pertama diluncurkan
1956
Reaktor pertama menghasilkan tenaga listrik mulai bekerja di Calder Hall, Inggris
1957
Reaktor Shippingport, pembangkit listrik tenaga atom pertama di A.S mulai beroperasi
1959
Uji coba reaktor atom kecil yang pertama - KiwiA-untuk enggunaan dalam roket terjadi di lokasi pengujian Nevada
1960
Perancis meledakkan bom atom dalam uji coba di Sahara
1961
Uni Soviet melakukan uji coba bom-H terbesar (55 sampai 60 megaton) di pulau daerah kutub Novaya Zemlya
A.S. Memulai Proyek Mata Bajak, serentetan percobaan ledakan nuklir skala besar untuk maksud-maksud damai seperti misalnya pembuatan terusan

1962
A.S. Meledakkan bom-H dari roket Thor dan menciptakan suatu zona radiasi buatan manusia. Perjalanan perdana kapal nuklir Savannah A.S., Kapal dagang bertenaga atom yang pertama


  1. Sejarah Reaktor Nuklir
Reaktor nuklir yang pertama kali membangkitkan listrik adalah stasiun pembangkit percobaan EBR-I pada 20 Desember 1951 di dekat Arco, Idaho, Amerika Serikat. Pada 27 Juni 1954, PLTN pertama dunia yang menghasilkan listrik untuk jaringan listrik (power grid) mulai beroperasi di Obninsk, Uni Soviet [1]. PLTN skala komersil pertama adalah Calder Hall di Inggris yang dibuka pada 17 Oktober 1956 [2]
















BAB II
NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI
A.    Reaksi Atom di dalam Nuklir
Nuklir  merupakan  istilah  yang  berhubungan  dengan  inti  atom  yang  tersusun  atas  dua buah  partikel  fundamental,  yaitu  proton  dan  neutron. Inti  atom  terdapat  tiga buah  interaksi  fundamental  yang  berperan  penting,  yaitu  gaya  nuklir  kuat  dan  gaya elektromagnetik  serta pada  jangka waktu  yang panjang terdapat  gaya nuklir  lemah.  Gaya nuklir  kuat  merupakan interaksi antara partikel quark  dan  gluon  yang dibahas dalam teori quantum  chromodynamics  (QCD)  sedangkan  gaya  nuklir  lemah  adalah  interaksi  yang terjadi  dalam  skala  inti  atom  seperti  peluruhan  beta  yang  dibahas  dalam  elecroweak theory.
Inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir) yang luar biasa besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat dikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir. Proses ini sangat berbeda dengan pembakaran kimia biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu, minyak dan batubara. Besar energi yang tersimpan (E) di dalam inti atom adalah seperti dirumuskan dalam kesetaraan massa dan energi oleh Albert 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 dan reaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan bom nuklir. Peristiwa ini reaksi nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan panas yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal. 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. 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.
B.  Energi Nuklir
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. 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 bisa dipakai untuk mensuplai kebutuhan listrik pesawat TV selama lebih dari 15 tahun.
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.
Energi  nuklir  dihasilkan  di  dalam  inti  atom  melalui  dua  buah  jenis  reaksi  nuklir,  yaitu :
1)      Reaksi Fusi
Reaksi fusi adalah suatu reaksi yang  menggabungkan beberapa partikel  atomik  menjadi  sebuah  partikel  atomik  yang  lebih  berat. Reaksi  fusi  dapat menghasilkan  energi  yang  sangat  besar  seperti  yang  terjadi  pada  bintang.  Salah  satu reaksi contoh reaksi fusi adalah  penggabungan partikel  deuterium (D  atau 2H)  dan  tritium (T  atau  3H)  (Gambar  1.a).  Langkah  pertama,  deuterium  dan  tritium  dipercepat  dengan arah  yang  saling  mendekati  pada  suhu  termonuklir.  Penggabungan  antara  dua  buah partikel  tersebut  membentuk  helium-5  (5He)  yang  tidak  stabil  sehingga  mengakibatkan peluruhan.  Dalam  proses  peluruhan  ini,  sebuah  neutron  dan  partikel  helium-4  (4He) terhambur  disertai  dengan  energi  yang  sangat  besar,  yaitu  14,1  MeV  untuk penghamburan  neutron  dan  3,5  MeV  untuk  penghamburan  helium-4.  Sampai  saat  ini, reaksi  fusi  belum  dapat  dirancang  oleh  manusia  karena  membutuhkan  suhu  yang  sangat tinggi. Hal ini  menyebabkan pemanfaatan reaksi fusi sebagai sumber energi listrik belum dapat direalisasikan.
Keuntungan PLTN dengan reaksi fusi:
  1. Energi yang tidak terbatas
  2. Bebas limbah radioaktif (hidrogen akan berfusi menjadi helium)
2)      Reaksi Fisi 
Reaksi fisi adalah reaksi  yang  membelah suatu  partikel  atomik  menjadi  menjadi  beberapa  partikel  atomik  lainnya  dan  sejumlah energi.  Salah  satu  contoh  dari  reaksi  fisi  adalah  reaksi  fisi  pada  partikel  uranium-235 (235U)  yang  ditumbuk  oleh  sebuah  neutron  yang  bergerak  pelan  (Gambar  1.b dan  2).
Gambar reaksi fisi

  Proses penyerapan neutron oleh uranium-235 mengakibatkan terbentuknya partikel uranium-236 (236U)  yang tidak stabil sehingga terbelah menjadi partikel  kr ypton-92 (92 Kr),  barium-141 (141Br), dan  beberapa neutron  bebas  serta  sejumlah  energi. Reaksi  fisi dapat berlangsung secara  terus  menerus  yang  biasa  disebut  dengan  reaksi  rantai. Reaksi  rantai, neutron  yang  telah  terhambur  dari  reaksi  fisi  dapat  mengakibatkan  terjadinya  reaksi  fisi lain  sama  baiknya dengan  reaksi  fisi  sebelumnya. Energi  yang  dihasilkan  dari  reaksi  ini dapat  dikonversi  menjadi  energi  listrik  pada  sebuah  pembangkit  listrik  tenaga  nuklir (PLTN).

Tiga hal menarik yang terjadi pada proses reaksi fisi adalah sebagai berikut:
     Peluang  sebuah  atom  U-235  menangkap  sebuah  neutron  bernilai  sangat  tinggi. Sebuah  reaktor  yang  bekerja  (dikenal  dengan  keadaan  kritis),  sebuah neutron  yang  terhambur  dari  setiap  reaksi  fisi  dapat  menyebabkan  terjadinya reaksi fisi yang lainnya.
    Proses  penyerapan  dan  penghamburan  neutron  terjadi  dengan  sangat  cepat  pada orde pikosekon (1×10-12  sekon)
    Jumlah  energi  yang  dihasilkan  berupa  panas  dan  radiasi  gamma  luar  biasa  besar pada  sebuah  reaksi fisi  yang  terjadi. Reaksi  ini terbentuk dari beberapa  produk fisi  dan  neutron  dengan  massa  total  yang  lebih  ringan  dari  partikel  U-235  pada awal  reaksi.  Perbedaan  massa  ini  diubah  menjadi  energi  dengan  nilai  yang dirumuskan  dalam  E  =  mc2. Satu  kali  peluruhan  atom  U-235  bisa dihasilkan  energi  sebesar  200  MeV  (1  eV =  1,6.10-19  joule). U-235  dapat  bekerja dalam  sebuah  sampel  uranium  yang  diperkaya  menjadi  2  sampai  3  persen. Senjata  nuklir menggunakan komposisi  U-235  mencapai  90  persen  atau  lebih  dari  sebuah sampel uranium.
Reaktor daya fisi dikelompokkan lagi menjadi:
1.  Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau memoderate neutron
2.  Reaktor cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator neutron.
3.   Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksi berantai untuk menghasilkan reaksi fisi.



Keuntungan PLTN dengan reaksi fisi:
  1. Energi yang sangat besar dapat didapat dengan mengorbankan sejumlah kecil Uranium. Ingat persamaan E=MC2 . Energi yang dihasilkan dari satu kilogram uranium sama dengan 1kg x 300.000m/s x 300.000m/s = 900.000.000.000 joule. Energi ini tentu jauh lebih besar daripada energi yang dihasilkan minyak dengan jumlah yang sama.
  2. Energi yang bersih dari polusi udara

Kerugian PLTN dengan reaksi fisi:
  1. Bila terjadi kebocoran PLTN, dapat menjadi ancaman radiasi kepada masyarakat sekitarnya
  2. Limbah radioaktif yang harus mendapatkan penyimpanan ekstra hati-hati.
C.  Pemakaian Uranium-235 dan Plutonium-239 dalam Nuklir

1.   Uranium-235

Uranium-235 adalah isotop uranium yang penting disamping uranium-238, uranium alami hanya menjadi 0,72 %/uranium-235, memiliki waktu paruh 7,038 x 108 tahun.Uranium-235 juga digunakan sebagai sumber utama penghasil neutron dalam reaksi nuklir, yang mana neutron-neutron ditembakkan ke arah uranium-238, dalam hal ini untuk membuat/ memproduksi plutonium.Uranium-235 dan plutonium-239 digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.
Uranium yang ditemukan di alam umumnya komposisi terdiri dari 99,28 % U-238, 0,72% U-235 dan 0,0057 % U-234 dengan aktivitas jenis 25,4 Bq/mg (1 Bq : 1 peluruhan atom radioaktif/detik). Industri nuklir dalam bentuk bahan bakar reaktor dan persenjataan membutuhkan kadar U-235 yang lebih banyak (antara 2 - 94 % massa), sehingga berlangsung proses 'pengayaan' (enrichment) terhadap Uranium alam. Proses pengayaan ini, U-235 disaring dan dipekatkan secara terus menerus. Uranium sisa saringan ini yang kemudian dikenal sebagai DU, dengan komposisi 99,8 % U-238, 0,2 % U-235 dan 0,001% U-234. Aktivitas jenis bagi DU cukup rendah, hanya 14,8 Bq/mg (58% saja dari aktivitas Uranium alam).
Secara kimiawi Uranium merupakan logam berat berwarna keperakan yang sangat padat. Sebuah kubus Uranium bersisi 10 cm memiliki massa mendekati 20 kg dan secara umum 70% lebih padat dibanding timbal (timah hitam). Suhu 600 – 700 ˚C dalam tekanan yang sangat tinggi logam DU akan menyala dengan sendirinya, membentuk kabut aerosol DU yang bersifat cair dan sangat panas.

 

2.   Plutonium-239

Plutonium -239 adalah isotop plutonium yang penting dan dihasilkan/ diproduksi melalui reaktor nuklir, yang memiliki waktu paruh 24110 tahun (atau 2,411 x 104 tahun).Plutonium-239 dan uranium-235, digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.








BAB III
PROSES KONVERSI ENERGI PADA PLTN
A.    Mengenal PLTN
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal (tenaga nuklir) yang merupakan kumpulan mesin untuk pembangkit tenaga listrik yang memanfaatkan tenaga nuklir sebagai tenaga awalnya di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir  pembangkit listrik. Prinsip kerjanya seperti uap panas yang dihasilkan untuk menggerakkan mesin yang disebut turbin.
B.     Komponen Utama dalam PLTN
1.      Bahan bakar (fuel) - bahan fisil yaitu bahan yang cenderung untuk berfisis ketika ditumbuk neutron seperti Uranium-235, baik yag ada pada Uranium alam ataupun telah diperkaya (Uranium alam hanya mengandung 0,7% U-235 dan sisanya kebanyakkan U-238 yang bersifat fertile, yaitu probabilitas untuk berfisinya kecil. Umumnya bahan bakar nuklir diperkaya artinya ditambahkan konsentrasi U-235). Bahan bakar juga terjadang ditambahkan Plutonium yang bersifat fisil. Bahan bakar pada reaktor nuklir berbentuk pelet logam atau oksida.
1 Uranium ore - material dasar bahan bakar nuklir.
2 Yellowcake - bentuk uranium guna dikirim ke pabrik pengkayaan uranium.
3 UF6 - uranium dalam pengkayaan.
4 Bahan bakar nuklir - berbentuk padat, secara kimia bersifat inert.

2.      Struktur bahan bakar (cladding) – selongsong logam yang ditempati atau mengungkung pellet bahan bakar. Cladding atau disebut juga struktur bahan bakar melindungi bahan bakar dari korosi dan mencegah keluarnya produk fisi.
3.      Moderator – terbuat dari unsur ringan (dibuat unsur ringan mendekati neutron karena secara fisika pengurangan energi akan efektif ketika partikel menumbuk partikel lain yang massanya mirip). Moderator berfungsi untuk memperlambat neutron hasil fisi sehingga menjadi neutron thermal (neutron energi rendah) tanpa menyerap neutron tersebut. PLTN tipe PWR moderator yang digunakan adalah H2O atau air ringan (sebenarnya air yang biasa kita kenal, tapi dikhususkan penamaan air ringan karena ada D2O yang disebut air berat). Neutron sengaja diperlambat karen adalam keadaan energi yang rendah akan memperbesar terjadinya reaksi fisi ketika bertumbukkan dengan U-235 dari bahan bakar.
4.      Pendingin (Coollant) – berfungsi untuk mentransfer panas yang dibangkitkan pada bahan bakar di teras ke pembangkit uap (stem generator,SG) untuk lebih lanjut memutar turbin. Pendingin ini bersirkulasi melalui bahan bakar dan pembangkit uap, ketika bersentuhan dengan bahan bakar pendingin mengambil panas lalu ketika sampai di pembangkit uap, panas tersebut ditransfer kepada air yang lebih dingin (dalam bejana SG, tentunya tanpa terjadi kontak fisik, tranfer panas terjadi secara konduksi dan konveksi) dan memberikan panasnya. Reaktor tipe PWR didisain agar pendingin tidak sampai mendidih (tetap dalam satu Fasa, fasa cair), untuk mencegah air yang bertemperatur tinggi untuk mendidih maka diberikan tekanan tinggi dengan adanya bejana pengatur tekanan (pressurizer).  
Gambar 5: Pompa air pendingin
Gambar system pendingin pada PLTN
5.      Batang Kontrol (control rods) – terbuat dari bahan penyerap neutron , batang ini dapat dikeluarkan dan dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk mengontrol populasi dan reaksi neutron pada teras, dan menjaga teras agar tetap pada keadaan kritis, juga berguna untuk menghentikan reaksi-reaksi neutron dengan menurunkan secara penuh pada batang kendali.
6.      Bejana tekan (pressure vessel) – bejana yang memuat teras bahan bakar dan semua komponen terkait, biasanya terbuat dari stainless steel. Berfungsi untuk mencegah lepasnya bahan radioaktif pada kasus berlebihnya tekanan.
7.      Struktur pengungkung – terbuat dari beton dan terkadang ditambahkan lapisan logam di tengahnya, berfungsi untuk melindungi operator dan masyarakat umum dari radiasi.
Gambar struktur pengungkung
8.      Bejana pengatur tekanan (pressurizer) – berfungsi untuk mengatur tekanan pada teras. Tipe reaktor nuklir PWR tekanan teras dibuat tinggi hingga 15,5 Kpa, hal ini mencegah mendidihnya pendingin (dalam hal ini air ringan). Terjadi kelebihan tekanan pada teras, pressurizer juga dapat mengurangi dengan mekanisme ‘penggembosan’.
9.      Pembangkit uap (steam generator) – bejana terjadinya pertukaran panas antara air yang telah mengambil panas dari bahan bakar dengan air pada siklus kadua (sikluas pertama adalah siklus pendingin yang bersikulasi antara bahan bakar dan SG,disebut juga siklus sekunder –perhatikan bahwa pada tiap siklus air betul –betul jadi pembawa panas /energi disatu sisi menerima lalu disisi lain memberikan enegi tersebut). Air pada siklus sekunder kemudian menjadi uap karena panas yang diterimanya, lalu uap inilah yang memutar turbin
C.  Prinsip Kerja PLTN
Prinsip kerja PLTN, pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu : air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uap  yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti : batu bara, minyak dan gas. Dampak dari pembakaran bahan bakar fosil ini, akan mengeluarkan karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (S02) dan nitrogen oksida (Nox), serta debu yang mengandung logam berat. Sisa pembakaran tersebut akan teremisikan ke udara dan berpotensi mencemari lingkungan hidup, yang bias menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global. PLTN, panas yang akan digunakan untuk menghasilkan uap yang sama, dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reaktor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disalurkan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel sperti C02, S02, atau Nox, juga tidak mengeluarkan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.
Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor  neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. 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 yang sangat 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.
Gambar skema konversi energi pada PLTN

D.  Jenis-jenis Reaktor PLTN

1.   Pressurized Water Reactor (PWR)
Pressurized Water Reactor adalah jenis reaktor daya nuklir yang menggunakan air ringan biasa sebagai pendingin maupun moderator neutron. Reaktor ini pertama sekali dirancang oleh Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory untuk kepentingan kapal perang, tetapi kemudian rancangan ini dijadikan komersial oleh Westinghouse Nuclear Power Division Reaktor jenis ini merupakan jenis reaktor yang paling umum. Lebih dari 230 buah reaktor digunakan untuk menghasilkan listrik, dan beberapa ratus lainnya digunakan sebagai tenaga penggerak kapal.
Reaktor jenis PWR, aliran pendingin utama yang berada di teras reaktor bersuhu mencapai 325oC sehingga perlu diberi tekanan tertentu (sekitar 155 atm) oleh perangkat pressurizer sehingga air tidak dapat mendidih. Pemindah panas, generator uap, digunakan untuk memindahkan panas ke aliran pendingin sekunder yang kemudian mendidih menjadi uap air dan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Uap kemudian diembunkan di dalam kondenser menjadi aliran pendingin sekunder. Aliran ini kembali memasuki generator uap dan menjadi uap kembali, memasuki turbin, dan demikian seterusnya.

2.   Boiling Water Reactor (BWR)
Reaktor jenis BWR merupakan rancangan reaktor jenis air ringan sebagai pendingin dan moderator, yang juga digunakan di beberapa Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Reaktor BWR pertama sekali dirancang oleh Allis-Chambers dan General Electric (GE). Reaktor BWR rancangan General Electric dibangun di Humboldt Bay di California. Reaktor ini mempunyai banyak persamaan dengan reaktor PWR; perbedaan yang paling kentara ialah pada reaktor BWR, uap yang digunakan untuk memutar turbin dihasilkan langsung oleh teras reaktor.
Reaktor BWR hanya terdapat satu sirkuit aliran pendingin yang bertekanan rendah (sekitar 75 atm) sehingga aliran pendingin tersebut dapat mendidih di dalam teras mencapai suhu 285oC. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju perangkat pemisah dan pengering uap yang terletak di atas teras kemudian menuju turbin. Air yang berada di sekitar teras selalu mengalami kontaminasi oleh peluruhan radionuklida, maka turbin harus diberi perisai dan perlindungan radiasi sewaktu masa pemeliharaan. Zat radioaktif yang terdapat pada air tersebut beumur paro sangat singkat, misalnya N-16 dengan umur paro 7 detik sehingga ruang turbin dapat dimasuki sesaat setelah reaktor dipadamkan. Uap tersebut kemudian memasuki turbin-generator. Turbin digerakkan, uap diembunkan di kondenser menjadi aliran pendingin, kemudian dipompa ke reaktor dan memulai siklus kembali seperti di atas.
3.   Reaktor Air Didih Lanjut (Advanced Boiling Water Reactor, ABWR)
Reaktor air didih lanjut, yaitu tipe modifikasi dari reaktor air didih yang ada pada saat ini. Perbaikan ditekankan pada keandalan, keselamatan, limbah yang rendah, kemudahan operasi dan faktor ekonomi. Perlengkapan khas ABWR yang mengalami perbaikan desain adalah (1) pompa internal, (2) penggerak batang kendali, (3) alat pengatur aliran uap, (4) sistem pendinginan teras darurat, (5) sungkup reaktor dari beton pra-tekan, (6) turbin, (7) alat pemanas untuk pemisah uap (penurun kelembaban), (8) sistem kendali dijital dan lain-lain.
4.   Reaktor CANDU
Reaktor CANDU atau CANada Deuterium Uranium adalah jenis reaktor air berat bertekanan yang menggunakan Uranium alam oksida sebagai bahan bakar. Reaktor ini dirancang oleh Atomic Energy Canada Limited (AECL) semenjak tahun 1950 di Kanada.  Menggunakan bahan bakar Uranium alam, maka reaktor ini membuthkan moderator yang lebih efisien seperti air berat.
Moderator reaktor CANDU terletak pada tangki besar yang disebut calandria, yang disusun oleh tabung-tabung bertekanan horisontal yang digunakan sebagai tempat bahan bakar, didinginkan oleh aliran air berat bertekanan tinggi yang mengalir melewati tangki calandria ini sampai mencapai suhu 290oC. Sama seperti Reaktor PWR, uap dihasilkan oleh aliran pendingin sekunder yang mendapat panas dari aliran pendingin utama. Digunakannya tabung-tabung bertekanan sebagai tempat bahan bakar, memungkinkan untuk mengisi bahan bakar tanpa memadamkan reaktor dengan memisahkan tabung bahan bakar yang akan diisi dari aliran pendingin.
5.   Reaktor Tabung Tekan
Reaktor tabung tekan merupakan reaktor yang terasnya tersusun atas pendingin air ringan (ada juga air berat) dan moderator air berat atau pendingin air ringan dan moderator grafit dalam pipa kalandria. Bahan pendingin dan bahan moderator dipisahkan oleh pipa tekan, sehingga bahan pendingin dan bahan moderator dapat dipilih secara terpisah. Kenyataannya terdapat variasi gabungan misalnya pendingin air ringan moderator air berat (Steam-Generating Heavy Water Reactor, SGHWR), pendingin air berat moderator air berat (Canadian Deuterium Uranium, CANDU), pendingin air ringan moderator grafit (Channel Type Graphite-moderated Water-cooled Reactor, RBMK). Teras reaktor terdiri dari banyak kanal bahan bakar dan dideretkan berbentuk kisi kubus di dalam tangki kalandria, bahan pendingin mengalir masing-masing di dalam pipa tekan, energi panas yang timbul pada kanal bahan bakar diubah menjadi energi penggerak turbin dan digunakan pada pembangkit listrik. Disebut juga rektor nuklir tipe kanal.
6.   Pebble Bed Modular Reactor (PBMR)
Reaktor PBMR menawarkan tingkat keamanan yang baik. Proyek PBMR masa kini merupakan lanjutan dari usaha masa lalu dan dipiloti oleh konglomerat internasional USA berbasis Exelon Corporation (Commonwealth Edison PECO Energy), British Nuclear Fuels Limited dan South African based ESKOM sebagai perusahaan reaktor. PBMR menggunakan helium sebagai pendingin reaktor, berbahan bakar partikel uranium dioksida yang diperkaya, yang dilapisi dengan Silikon Karbida berdiameter kurang dari 1mm, dirangkai dalam matriks grafit. Bahan bakar ini terbukti tahan hingga suhu 1600 derajat C dan tidak akan meleleh di bawah 3500 derajat C.
Bahan bakar dalam bola grafit akan bersirkulasi melalui inti reaktor karena itu disebut sistem pebble-bed.
7.   Reaktor Magnox
Reaktor Magnox merupakan reaktor tipe lama dengan siklus bahan bakar yang sangat singkat (tidak ekonomis), dan dapat menghasilkan plutonium untuk senjata nuklir. Reaktor ini dikembangkan pertama sekali di Inggris dan di Inggris terdapat 11 PLTN dengan menggunakan 26 buah reaktor Magnox ini. Sampai tahun 2005 ini, hanya tinggal 4 buah reaktor Magnox yang beroperasi di Inggris dan akan didekomisioning pada tahun 2010.
Reaktor Magnox menggunakan CO2 bertekanan sebagai pendingin, grafit sebagai moderator dan berbahan bakar Uranium alam dengan logam Magnox sebagai pengungkung bahan bakarnya. Magnox merupakan nama dari logam campuran yaitu dengan logam utama Magnesium dengan sedikit Aluminium dan logam lainnya, yang digunakan sebagai pengungkung bahan bakar logam Uranium alam dengan penutup yang tidak mudah teroksidasi untuk menampung hasil fisi.
8.   Advanced Gas-cooled Reactor (AGR)
Advanced Gas-Cooled Reactor (AGR) merupakan reaktor generasi kedua dari reaktor berpendingin gas yang dikembangkan Inggris. AGR merupakan pengembangan dari reaktor Magnox. Reaktor ini menggunakan grafit sebagai moderator netron, CO2 sebagai pendingin dan bahan bakarnya adalah pelet Uranium oksida yang diperkaya 2,5%-3,5% yang dikungkung di dalam tabung stainless steel. Gas CO2 yang mengalir di teras mencapai suhu 650°C dan kemudian memasuki tabung generator uap. Uap yang memasuki turbin akan diambil panasnya untuk menggerakkan turbin. Gas telah kehilangan panas masuk kembali ke teras.
9.   Russian Reaktor Bolshoi Moshchnosty
RBMK merupakan singkatan dari Russian Reaktor Bolshoi Moshchnosty Kanalny yang berari reaktor Rusia dengan saluran daya yang besar.  Tahun 2004 masih terdapat beberapa reaktor RMBK yang masih beroperasi, namun tidak ada rencana untuk membangun reaktor jenis ini lagi. Keunikan reaktor RBMK terdapat pada moderator grafitnya yang dilengkapi dengan tabung untuk bahan bakar dan tabung untuk aliran pendingin.
 Rancangan reaktor RBMK, terjadi pendidihan aliran pendingin di teras samapi mencapai suhu 290°C. Uap yang dihasilkan kemudian masuk ke perangkat pemisah uap yang memisahkan air dari uap. Uap yang telah dipisahkan kemudian mengalir menuju turbin, seperti pada rancangan reaktor BWR. Masalah yang dihadapi pada BWR yaitu uap yang dihasilkan bersifat radioaktif juga terjadi pada reaktor ini. Namun, dengan adanya pemisahan uap, maka terdapat waktu jeda yang menurunkan radiasi di sekitar turbin. Menggunakan moderasi netron yang sangat bergantung pada grafit, apabila terjadi pendidihan yang berlebihan, maka aliran pendingin akan berkurang sehingga penyerapan netron juga berkurang, tetapi reaksi fisi akan semakin cepat sehingga dapat menimbulkan kecelakaan.
              10. Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fisi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi mempunyai energi yang tinggi atau dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya atau dilambatkan oleh moderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan reaksi fisi.
Gambar Reaktor thermal
.

      11. Reaktor cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator neutron. Reaktor cepat menggunkan jenis bahan bakar yang berbeda dengan reaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak perlu dilambatkan guna menjamin reaksi fisi tetap berlangsung. Boleh dikatakan, bahwa reaktor thermal menggunakan neutron thermal dan reaktor cepat menggunakan neutron cepat dalam proses reaksi fisi masing-masing.

Gambar Reaktor cepat
12.  Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksi berantai untuk menghasilkan reaksi fisi. Hingga 2004 hal ini hanya berupa konsep teori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.

E.  Teknis yang Terjadi pada PLTN
1.   Cara Mengendalikan Reaksi Berantai/Fisi
Mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir dengan menggunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur kerapatan neutron. Mengatur kerapatan neutron ini dapat digunakan untuk menentukan tingkat daya raktor nuklir, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap. Perangkat pengatur kerapatan neutron pada reaktor nuklir ini disebut elemen kendali. Jika elemen kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka elemen kendali akan menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap batang kendali akan berk urang bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar.

Gambar  Cara kerja elemen kendali











Gambar teras reaktor
 2.    Penghalang Ganda
PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dan 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 (>90%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama. Selama operasi maupun jika terjadi kecelakaan, selongsong bahan bakar, akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsong. Kalau zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu sistem pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan terbuat dari baja dengan tebal + 20cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5 - 2m. Bila saja zat radioaktif itu masih ada yg lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu sistim pengukung yang terdiri dari pelat baja setebal + 7cm dan beton setebal 1.5 – 2m yang kedap udara. 
3.   Pertahanan Berlapis
Desain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan berlapis (defence in depth). Pertahanan berlapis ini meliputi :
1)      Lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang, dibangun dan diperasikan sesuai      dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu yg tinggi dan teknologi mutakhir.
2)      PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan/ keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan mengatasi akibat-akibat dari kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur PLTN.
3)      PLTN dilengkapi dengan sistim pengamanan tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat mengatasi kecelakaan hipotesis, atau kecelakaan terparah yang diperkirakan dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun kecelakaan tersebut kemungkinannya tidak akan pernah terjadi selama umur PLTN
4.   Limbah Radioaktif
       Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat radioaktif terhadap lingkungan dapat dikatakan tidak ada. Air laut atau sungai yang dipergunakan untuk membawa panas dari kondensor sama sekali tidak mengandung zat radioaktif, karena tidak bercampur dengan air pendingin yang bersirkulasi di dalam reaktor. Sedangkan gas radioaktif yang dapat keluar dari sistem reaktor tetap terkungkung di dalam sistem pengungkung PLTN dan sudah melalui sistem ventilasi dengan filter yang berlapis-lapis. Gas yang dilepas melalui cerobong aktivitasnya sangat kecil (sekitar 2 milicurie/tahun) sehingga tidak menimbulkan dampak terhadap lingkungan
5.   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.
6.   Keselamatan Reaktor Nuklir
Aspek keselamatan yang digunakan pada reaktor nuklir adalah mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan dan memperkecil dampak yang dapat diakibatkan oleh kejadian kecelakaan, yang lebih dikenal dengan nama sistem pertahanan berlapis (defence in depth). Ada 5 pertahanan yang utama, yaitu:
  1. Komponen-komponen reaktor
  2. Sistem proteksi reaktor
  3. Konsep hambatan ganda
  4. Pemeriksaan dan pengujian
  5. Operator
Gambar kegiatan di PLTN
7.   Komponen Reaktor
Komponen-komponen reaktor harus memenuhi standar kualitas yang tinggi dan dapat diandalkan, sehingga kemungkinan kegagalan komponen tersebut sangat kecil. Komponen-komponen tersebut antara lain pompa-pompa, katup-katup, pemipaan, tangki, instrumentasi, dan kontrol.
8.   Sistem Proteksi Reaktor
Desain keselamatan reaktor adalah memanfaatkan sifat-sifat alam yang menjamin adanya keselamatan inheren sehingga reaktor nuklir mempunyai sistem yang forgiving terhadap kekeliruan yang dilakukan oleh operator. Reaktor nuklir dilengkapi dengan peralatan keselamatan yang dirancang menggunakan prinsip-prinsip sebagai berikut:
·         Pemisahan: komponen-komponen sistem keselamatan yang berbeda dipisahkan secara fisis satu dengan yang lainnya. Hal ini dimaksudkan bahwa kegagalan mekanis pada satu lokasi tidak mempengaruhi unjuk kerja komponen yang berada di tempat lain.
  • Diversiti: maksudnya adalah selalu terdapat lebih dari satu cara untuk melakukan suatu pekerjaan. Contohnya dengan sistem yang berbeda-beda akan dapat memadamkan reaktor.
  • Redundansi: selalu terdapat lebih dari satu komponen yang diperlukan. Contohnya terdapat 2 pompa yang dipasang paralel, namun yang dipergunakan hanya satu.
  • Saling tak gayut: sistem keselamatan saling tak gayut dengan yang lain. Contohnya terdapat beberapa jalur pemasok daya.
  • Kegagalan yang aman (fail safe): dimaksudkan bahwa bila terjadi kegagalan pada suatu komponen/sistem, maka secara otomatis akan merangsang untuk bergerak pada kondisi yang aman. Contohnya daya listrik dibutuhkan untuk mematikan reaktor, tetapi bila suatu saat kehilangan daya listrik, reakto akan tetap mati dengan jatuhnya elemen kendali secara gravitasi (gambar 4).
9.   Pemeriksaan dan Pengujian
Setiap PLTN secara rutin dilakukan pemeriksaan dan pengujian terhadap sistem keselamatan dan komponen-komponen reaktor untuk menjamin kelangsungan operasi dan juga perbaikan jika terdapat kerusakan. Seluruh persyaratan konstruksi, peralatan sistem keselamatan dan prosedur pengoperasian untuk PLTN selalu diawasi dengan ketat oleh isntansi/badan pengawas yang berwenang. Badan tersebut berhak mencabut ijin operasi sewaktu-waktu jika kondisi persyaratan tidak dipenuhi.
10. Operator
Pendidikan dan pelatihan operator reaktor nuklir merupakan aspek penting dari falsafah keselamatan nuklir pertahanan berlapis. Operator sebagai pengendali PLTN diseleksi secara ketat. Mereka harus melalui serangkaian ujian sebelum mendapatkan ijin untuk mengoperasikan reaktor nuklir. Ijin dikeluarkan oleh badan yang berwenang mengawasi penggunaan tenaga nuklir. Pengetahuan dan kemampuan operator harus selalu dipertahankan setiap saat dengan cara pendidikan/pelatihan dan penyegaran secara berkala.

BAB IV
PERKEMBANGAN PLTN DI MASA DEPAN

A.    Masa Depan PLTN
      Tahun 2006, Watts Bar 1, yang akan beroperasi pada tahun 1997, adalah PLTN komersial Amerika Serikat terakhir yang akan beroperasi. Hal ini biasanya dijadikan bukti berhasilnya kampanye anti PLTN/nuklir dunia. Penolakan politis akan nuklir hanya berhasil terjadi di sebagian Eropa, Selandia Baru, Filipina dan USA. Bahkan di USA dan seluruh Eropa, investasi pada penelitian daur bahan bakar nuklir terus berlanjut, dan dengan prediksi beberapa ahli akan kelangkaan listrik , peningkatan harga bahan bakar fossil dan perhatian akan emisi gas rumah kaca akan memperbarui kebutuhan PLTN.
Banyak negara yang tetap aktif mengembangkan energi nuklirnya termasuk diantaranya Jepang, China dan India, kesemuanya aktif mengembangkan teknolgi reaktor thermal dan reaktor cepat. Korea Selatan dan USA hanya mengembangkan teknolgi reaktor thermas South, Afrika Selatan dan China mengembangkan versi baru Pebble Bed Modular Reactor (PBMR). Finlandia dan Perancis aktif mengembangkan energi nuklir; Finladia mempunyai European Pressurized Reactor yang sedang dibangun oleh Areva. Jepang membangun unit yang beroperasi pada tahun 2005. Pada 22 September 2005 telah diumumkan dua lokasi baru di USA yang telah dipilih sebagai lokasi PLTN.
B.  Cadangan Uranium untuk Masa Depan PLTN
Perkembangan energi nuklir hingga tiga dekade mendatang akan sangat dipengaruhi oleh ketersediaan uranium alam serta besar kecilnya pertumbuhan kapasitas reaktor-reaktor baru di dunia. Teknologi once-through fuel cycle yang digunakaan reaktor-reaktor nuklir yang ada saat ini, bahan bakar yang berupa uranium hanya dimanfaatkan sekali pakai. Konsumsi uranium yang besar tanpa disertai dengan penemuan deposit-deposit uranium baru akan berakibat pada kelangkaan suplai. Pertanyaan utama saat ini adalah kapan kelangkaan suplai tersebut akan terjadi dan apa pengaruhnya terhadap masa depan energi nuklir.
1.   Produksi uranium dunia
Menurut data World Nuclear Assosiation, tahun 2006, sumber daya uranium dunia yang secara ekonomis dapat dimanafaatkan sebesar 4,7 juta ton. Tingkat konsumsi uranium dunia saat ini sebesar 64 kilo ton per tahun, cadangan tersebut bisa bertahan hingga 75 tahun. Jika porsi nuklir dalam penyediaan energi listrik dunia dipertahanakan konstan yaitu sekitar 16%, dengan pertumbuhan energi listrik dunia sebesar 2,7% per tahun (World Energy Outlook, 2006), maka diperkirakan umur cadangan uranium hanya akan bertahan hingga 40 tahun.
Sudah sebelas negara yang telah kehabisan cadangan uranium. Salah satu negara tersebut adalah Jerman yang tercatat sebagai empat besar di dunia dalam jumlah akumulatif produksi uranium sejak perang dunia kedua.
Produksi uranium hanya mampu memenuhi 63 persen permintaan dunia. Kekurangan suplai dipenuhi dari cadangan stok yang sebagian besar berasal dari kelebihan produksi sebelum tahun 1980 dan dipakai dalam senjata nuklir pada saat itu. Tidak ada angka pasti mengenai jumlah stok tersebut, namun pada tahun 2005 diperkirakan berjumlah sekitar 210 kilo ton (Energy Watch Group, 2007). Ketimpangan antara suplai dan kebutuhan ini menjadi salah satu faktor kenaikan harga uranium sejak 2001. Setahun terakhir ini, harga uranium telah melonjak hampir tiga kali lipat (lihat grafik di bawah). Gejolak harga tersebut mematahkan anggapan selama ini bahwa harga uranium sangat stabil sehingga dapat diprediksi secara pasti.
Apakah ini pertanda dimulainya krisis uranium? Kalangan industri nuklir membantah dugaan ini. Mereka melihat bahwa lonjakan harga uranium justeru akan mendorong eksplorasi yang lebih intensif untuk mendapatkan cadangan-cadangan baru yang selama ini dipandang belum ekonomis.
Persoalannya adalah data pertambangan uranium selama ini tidak sepenuhnya bisa diandalkan. Ada kecenderungan perkiraan cadangan uranium meningkat pada saat produksi sedang menanjak. Sebaliknya, perkiraan cadangan mengalami penurunan (downgrade) yang tajam ketika produksi sudah mencapai puncak (Energy Watch Group, 2007). Di Perancis misalnya, cadangan uranium pada tahun 1985 diperkirakan sebesar 82 kilo ton. Produksi uranium Perancis saat itu sedang mengalami peningkatan. Kenyataanya, setelah habis dieksplotasi hingga tahun 2002, hanya mampu memproduksi 26 kilo ton. Kasus serupa juga terjadi di industri pertambangan uranium Amerika Serikat.
2.    Pengaruh Terhadap Biaya Pembangkitan
Terlepas dari spekulasi cadangan uranium, gejolak harga tersebut jelas berpengaruh terhadap tingkat kekompetitifan PLTN. Berdasarkan laporan berjudul The Future of Nuclear Power yang dirilis oleh MIT pada tahun 2003, biaya pembangkitan listrik PLTN baru diperkirakan sekitar 5,5 sen Dollar AS per kWh mengunakan asumsi harga uranium 12 Dollar AS per pound (MIT, 2003). Komponen biaya uranium setara dengan 2,2 persen dari biaya pembangkitan listrik saat itu. Harga uranium saat ini yang mencapai 113 Dollar AS per pound diperkirakan menyebabkan pelonjakan biaya pembangkitan lebih dari 20 persen. Sebelumnya telah terjadi gejolak harga uranium saja, biaya pembangkitan PLTN sudah lebih mahal dari alternatif lain seperti PLTU dan PLTGU (MIT, 2003; Univ. of Chicago, 2004).
3.   Neraca Energi Uranium
    
Diakui bahwa dari tinjauan aspek teknologi dan ekonomi, tingginya harga uranium membuka peluang penemuan deposit-deposit baru dengan kadar bijih yang lebih rendah (low grade ore). Selain kedua faktor tersebut, faktor neraca energi juga perlu dipertimbangkan untuk menentukan kelayakan produksi uranium. Storm van Leeuwen dan Smith dalam laporan yang berjudul Nuclear Power – The Energy Balance yang diterbitkan tahun 2005 menyebutkan bahwa semakin rendah kadar bijih uranium maka energi yang dibutuhkan untuk mengekstraknya akan meningkat secara eksponensial. Nilai kritis kadar bijih uranium adalah 0,02 persen. Jika kurang dari itu, sumber daya uranium dianggap tidak layak untuk dieksploitasi karena memiliki neraca energi negatif. Artinya energi yang dibutuhkan untuk mengestrak uranium lebih besar dari energi yang dihasilkan (lihat gambar di bawah). Perlu diketahui bahwa cadangan uranium yang tercatat saat ini sudah termasuk deposit bijih uranium dengan kadar rendah, dengan lokasi yang dalam, transportasi yang jauh dan tingkat kesulitan penambangan yang tinggi. Ini artinya temuan cadangan-cadangan uranium yang baru tidak akan berpengaruh signifikan terhadap umur cadangan uranium dunia.
Sumber: Leeuwen & Smith (2005)
4.   Skenario PLTN Pasca Uranium
Jika krisis kelangkaan uranium menjadi kenyataan maka masa depan PLTN akan berujung dalam tiga skenario. Skenario pertama, ketika industri nuklir tidak lagi bisa mendapatkan uranium alam maka reprosesing bahan bakar bekas pakai (spent fuel reprocessing) akan menjadi andalan pemenuhan bahan bakar nuklir. Reprosesing, plutonium dipisahkan dari bahan bakar bekas pakai sebelum digunakan kembali menjadi bahan bakar yang disebut MOX (mixed oxide fuel). Persoalannya adalah karena plutonium merupakan bahan utama pembuatan senjata nuklir maka akan berakibat pada meningkatnya ancaman proliferasi senjata nuklir.
Pengawasan material plutonium juga bukan perkara mudah. Pengawasan yang paling ideal-pun hanya mampu mengawasi stok plutonium dengan keakuratan tidak lebih dari 99 persen. Jika volume reprosesing bahan bakar cukup besar, maka dengan memanfaatkan kebocoran sebesar 1 persen saja, dalam hitungan hari akan diperoleh jumlah bahan bahan yang cukup untuk membuat senjata nuklir tanpa sepengahuan operator atau inspektor IAEA (Oxford Research Group, 2007). Sisi ekonomi, reprosesing juga masih belum menguntungkan. Teknologi reprosesing diperkirakan 4 kali lebih mahal daripada teknologi once-through fuel cycle (MIT, 2003). Gambaran tingginya biaya reprosesing juga dapat dilihat dari besarnya pembengkakan biaya dekomisioning instalasi reprosesing di Sellafield, Inggris, yang mencapai 70 Milyar Poundsterling (sekitar 140 Milyar Dollar AS).
Skenario kedua, teknologi fast breeder reactor akan muncul sebagai pilihan.Teknologi ini dalam pengoperasiannya mampu menghasilkan bahan bakar lebih banyak dari yang dikonsumsi. Sekalipun riset reaktor breeder telah dilakukan kurang lebih setengah abad, hingga kini belum ada bukti bahwa reaktor ini layak secara teknis apalagi ekonomis. Sekarang ini, baru ada tiga reaktor breeder di dunia yang bisa dikatakan pernah berhasil beroperasi yaitu Monju di Jepang, Beloyersk-3 di Rusia dan Phenix di Perancis. Reaktor di Rusia yang hingga kini masih beroperasi itu pun dengan banyak riwayat kecelakaan selama pengoperasiannya. Patut diketahui bahwa sekalipun didesain sebagai reaktor breeder, tidak ada bukti yang meyakinkan bahwa ketiga reaktor tersebut mampu beroperasi sebagai breeder (memproduksi bahan bakar). Seandainya semua hambatan teknologi dan ekonomi bisa diatasi, kelihatannya masih diragukan bahwa teknologi ini akan siap secara komersial setidaknya hingga pertengahan abad ini. Sebuah perkiraan yang sangat optimistis berdasarkan road map yang disusun oleh departmen Energi AS bersama sembilan negara lain yang melakukan kerjasama riset dalam teknologi reaktor generasi IV (The Generation IV International Forum) memperkirakan jenis reaktor ini belum akan siap sebelum 2030.
Skenario terakhir, jika reprosesing bahan bakar dan reaktor fast breeder tetap tidak bisa menjawab persoalan kelangkaan uranium maka ini berarti akhir sejarah energi nuklir.
Sekenario mana yang akan terjadi? Semuanya tergantung dari cadangan uranium, kesiapan teknologi fast breeder reactor serta perkembangan politik dunia dalam satu-dua dekade yang akan datang.

C.  Kelebihan dan Kekurangan PLTN

1.   Kelebihan PLTN
Dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:
a.       Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) – gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas).
b.               Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya seperti karbon smonoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida partikulate atau asap fotokimia.
c.               Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal).
d.   Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan.
e.               Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan
2.   Kekurangan PLTN
a. Resiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl(yangtidakmempunyai containment building)
b.   Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat berthan sshingga ribuan.





BAB V
PENUTUP
A.  Kesimpulan
1.   Prisip kerja PLTN serupa dengan pembangkit tenaga uap lainnya, perbedaan hanya terbatas pada bahan bakarnya saja yaitu energi fosil yang dibakar untuk menghasilan uap tekanan tinggi adalah reaksi fisi dari uranium.
2.   Penggunaan nuklir sebagai salah satu sumber energi PLTN akan sangat menguntungkan bila dilakukan sesuai prosedur yang benar. Biaya pengoperasionalnya lebih ringan karena cadangan uranium masih sangat banyak dan harganya pun cenderung stabil.
B.  Saran
Mencermati tingginya resistensi masyarakat terhadap rencana pembangunan PLTN dengan argumentasi yang substansitif dan rasional, maka pemerintah perlu membuka dialog publik secara trasparan dan kalau perlu beri kesempatan pada masyarakat untuk menentukan sikapnya lewat sebuah refrendum.