Keselamatan Reaktor

# Persyaratan Keselamatan  

Bertujuan memininalkan penyebaran  zat  radioaktif.  Pendekatan dasar  yang digunakan adalah menentukan kriteria   untuk   dosis   radiasi   dan   kemungkinan   kecelakaan,   kemudian   merancang,   membangun   dan mengoperasikan   PLTN   sehingga   memenuhi   kriteria   keselamatan.   Pendekatan   rancangan   keselamatan umumnya didasarkan pada prinsip pertahanan berlapis untuk mencegah kecelakaan, memproteksi reaktor dan mengurangi dampak kecelakaan terhadap lingkungan.

# Prinsip Pertahanan Berlapis

Ketenaganukliran   menyangkut  kehidupan   dan   keselamatan   orang   banyak,  oleh   karena   itu   di   Indonesia dikuasai oleh negara. Semua kegiatan untuk memproduksi listrik dengan tenaga nuklir diatur oleh Pemerintah. Badan   Pengawas   adalah   badan   yang   bertugas   melaksanakan   pengawasan   terhadap   segala   kegiatan pemanfaatan   tenaga   nuklir.   Badan   Pengawas   bertanggungjawab   untuk   menyelenggarakan   peraturan, perizinan, dan inspeksi.

IAEA menetapkan program dan standar jaminan mutu untuk diterapkan pada pembangunan PLTN. Kriteria jaminan mutu sebagai salah satu persyaratan keselamatan keselamatan harus dipenuhi oleh perancang PLTN. Program jaminan mutu harus disiapkan sesuai ketentuan yang diberikan IAEA untuk diterapkan pada tahap rancangan, fabrikasi, konstruksi maupun testing sistem PLTN. Standar mutu disesuaikan dengan tingkat pentingnya sistem atau peralatan bagi keselamatan PLTN. Standar mutu yang paling ketat dikenakan kepada peralatan keselamatan dengan prioritas tinggi. Sistem   keselamatan   reaktor   berfungsi   untuk   memonitor   dan   memproteksi,   mematikan   reaktor   dan menyediakan pendinginan darurat teras reaktor.

Model pengungkung reaktor yang dikembangkan di Amerika Serikat dengan skala 1/6 telah dapat menahan tekanan   sebesar   3   kali   lipat   atas   rancangan   tanpa   terjadi   kerusakan   selama   testing   tahun   1967   di Laboratorium Nasional Sandia.

Suatu   kecelakaan  terparah  PLTN   mengasumsikan  bahwa   satu   kombinasi  yang  sangat  tidak  mungkin   dari berbagai kejadian/kerusakan dapat  terjadi.  Bagaimanapun juga sederetan  sistem  proteksi  yang  direkayasa serta penghalang pelindung struktur harus digunakan untuk menjamin keselamatan PLTN. Sebagai contoh, suatu kerusakan pipa basis rancangan hipotesis hanya terjadi jika kejadian berikut berlaku sekaligus, yakni:

1.      Gempa   bumi,   lebih   besar  dibandingkan  dengan  yang  diperkirakan  berdasar  sejarah   geologi   dari daerah tapak, menggoncangkan sistem dan struktur keselamatan.

2.      Kedua sumberdaya eksternal normal tidak tersedia untuk mengoperasikan sistem keselamatan

3.      Pipa paling besar yang sangat membahayakan pecah

4.      Pecahnya pipa terjadi tiba-tiba dan putus seketika

5.      Kegagalan tunggal terjadi dari sembarang komponen aktif sistem keselamatan yang diperlukan untuk memproteksi PLTN

Laboratorium Nasional Sandia menabrakkan satu jet phantom F-14 berkecepatan 480 MPH ke dinding beton bertulang (reinforced) besar untuk mempelajari apa yang terjadi seandainya satu pesawat menabrak PLTN. Kerusakan pada dinding sangat kecil. Badan pesawat membuat satu cekungan dengan kedalaman kurang dari 1 inchi.

# Keandalan Reaktor

Lebih dari 35 tahun, dunia telah memiliki pengalaman lebih dari 12.000 tahun pengoperasian reaktor (tahun reaktor)   dari   semua  jenis.   PLTN   telah   memberikan  pengalaman   8000  tahun   reaktor.   Hal   ini   menandakan tentang keandalannya. Kontribusi daya nuklir pada suplai listrik dunia terus bertambah dari tahun ke tahun. Akhir tahun 1989 komposisi produksi energi listrik dunia adalah dari termal klasik (minyak bumi, batubara, dan gas) 64,5%, tenaga air 23,1%, panas bumi 0,3%, dan nuklir 12,1% dengan produksi total sekitar 2670 Giga Watt. Pada tahun 1995, daya nuklir memberikan kontribusi sekitar 17% dari konsumsi listrik dunia, diproduksi dari sekitar 437 PLTN yang beroperasi di 30 negara.Untuk memenuhi kebutuhan operasi PLTN yang andal dan ekonomis, penjual-penjual PLTN di dunia umumnya melaksanakan  program  pengembangan  dan  standardisasi.   Dengan  program  ini  dicapai   konsensus  antara perancang/penjual, badan perizinan, industri, dan pemakai. Keandalan PLTN di dunia semakin baik. Faktor ketersediaan rerata PLTN di dunia di atas 70% semenjak pertengahan tahun 1980an mencapai diatas 80% saat ini. Sebagai contoh, selama tahun 1996 PLTN di Amerika Serikat mencapai faktor kapasitas rerata 82,5% dibandingkan   dengan  target   87%   pada   tahun   2000.   Faktor   kapasitas   adalah   presentase   produksi  listrik maksimum yang dapat dicapai oleh suatu PLTN, dibatasi hanya oleh faktor-faktor dalam kendali manajemen.

# reaktor nuklir part 2

# Penggolongan Reaktor

     Reaktor nuklir dapat diklasifikasi, selain menurut tujuannya, juga menurut sifatnya, atau menurut tipe bahan bakar dan menurut susunan bahan bakar.. Dalam reaktor ini bahan bakar dalam bentuk U0₂ ada dalam kelongsong yang terbuat dari paduan-logam zirkonium. Kelongsong ini berfungsi sebagai pendukung mekanik, sebagai pembungkus untuk mencegah agar produk-produk fisi tidak keluar dari elemen bahan bakar, dan sebagai pelindung uranium terhadapat korosi oleh zat pendingin. Biasanya elemen bahan bakar disusun secara teratur dengan moderator. Teras yang terdiri dari bahan bakar moderator dikelilingi oleh reflektor, yang dapat juga berfungsi sebagai moderator.

       Fungsi reflektor adalah untuk mempertinggi ekonomi neutron dengan mencegah kebocoran neutorn yang berarti pelepasan dari teras reaktor. Pada lapisan luar terdapat perisai yang mengelilingi seluruh reaktor untuk menyerap neutron dan sinar gamma yang telah lepas dari teras reaktor. Pengendalian reaktor dilaksanakan dengan batang pengendali

# Desain Reaktor

Usaha mendisain reaktor nuklir adalah untuk membuat suatu instalasi sesuai dengan tujuannya dengan pembiayaan serta hasil yang seoptimal mungkin. Pada umumnya dikehendaki agar reaktor daya mencapai efisiensi teknik yang sebesar-besarnya. Akan tetapi perlu diinsafi pula bahwa dalam reaktor terdapat bahan dan material yang relatif sangat mahal, misalnya bahan bakar, moderator, dan berbagai sistem keamanan, sehingga yang diusahakan oleh pendisain adalah untuk mencapai efisiensi material yang sebesarnya, yang berarti bahwa yang diinginkan adalah memperoleh energi listrik yang sebesarnya dari tiap unit sistem/material yang mahal itu. Lain dari pada itu diinginkan pula agar sistem reaktor mencapai ekonomi neutron yang sebaik-baiknya, yang berarti bahwa neutron yang dibangkitkan dalam teras reaktor sebanyak-banyaknya menghasilkan pembelahan atom uranium dan kalor (dalam keadaan terkendali) dengan mengurangi penyerapan neutron oleh bahan dan material lainnya dalam bejana reaktor.

# Komponen reaktor Nuklir

1. Bahan Bakar Nuklir

Pada hakekatnya reaktor nuklir itu adalah suatu wadah yang mengandung bahan nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi yang terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar adalah bahwa bahan tersebut dapat mengadakan fisi atau pembelahan atom. Untuk maksud ini dikenal hanya tiga macam isotop, yaitu ²³⁵U, ²³⁹Pu dan ²³³U. Diantara isotop ini hanya ²³⁵U yang terdapat dalam alam, yaitu dengan kadar 0,7 % dalam uranium alam, sedangkan selebihnya terdiri dari ²³⁵U dan sedikit ²³⁴U.

Bahan bakar uranium biasanya dipergunakan dalam bentuk padat, meskipun dalam berbagai reaktor eksperimentil dalam tahun limapuluhan sering pula dipergunakan sebagai larutan atau cairan dalam bentuk garam uranium (plutonium). Dalam bentuk padat bahan bakar uranium umumnya diperguna­kan sebagai oksida, yaitu UO₂, karena ternyata bahwa dalam bentuk logam murni terdapat keberatan-keberatan yang secara teknik sukar dapat dipecah­kan.

2. Moderator Dan Reflektor

Neutron yang dilepaskan oleh fisi mempunyai energi kinetik yang relatif sanga           t tinggi (sekitar 2 MeV) dengan kecepatan yang sangat tinggi. Agar neutron dapat menyebabkan fisi yang berikutnya lagi, energinya harus diku­rangi sampai mencapai energi termik (0,025 eV). Untuk memperlambat neu­tron cepat sampai mencapai tingkat energi yang lebih rendah, neutron yang berenergi tinggi itu ditumbukkan pada atom-atom yang terdapat dalam bahan-bahan tertentu, yang disebut moderator. Syarat untuk memilih dan menentukan bahan moderator (dan reflektor) adalah:

1) Pada tiap tumbukan terdapat kehilangan energi neutron yang besar.

2) Penampang penyerapan yang rendah.

3) Penampang penghamburan yang tinggi.

       Zat yang mengandung hidrogen merupakan moderator yang baik jika dilihat pada kehilangan energi neutron setelah terjadi tumbukan. Akan tetapi hidrogen mempunyai penampang penyerapan yang relatif tinggi, yang dilihat dari sudut ekonomi neutron tidak menguntungkan. Dalam bentuk persenyawaan, misalnya air normal dan hidrida logam, zat hidrogen itu dapat dipakai sebagai moderator, asalkan dipergunakan uranium diperkaya sebagai bahan bakar. Bahan-bahan lain yang dipergunakan sebagai moderator adalah D₂0, grafit, berillium dan berillium oksida.

Reflektor dipasang disekeliling teras reaktor dengan maksud agar neutron yang dihamburkan keluar dapat dipantulkan kembali ke teras reaktor. Dengan demikian kebocoran neutron dapat dikurangi. Sifat reflektor jadinya hampir sama dengan moderator, kadang-kadang moderator yang mempunyai sifat yang baik dapat dipergunakan sekaligus sebagai reflektor. Akan tetapi dalam reaktor pembiak cepat yang tidak memerlukan bahan moderator, dipergunakan suatu bahan sebagai reflektor, yang fungsinya hanyalah untuk memantulkan neutron cepat kembali ke teras reaktor.

3. Bahan Pengendali

Untuk menjalankan reaktor nuklir dengan baik diperlukan reaksi pembelahan berantai yang dapat dikendalikan secara teliti. Syarat utama bagi pe­ngendalian reaktor adalah bahwa keadaan kritis dan nyaris super-kritis dapat tercapai dengan lancar dan teratur. Kemudian kenaikan daya harus dapat ter­capai dengan kecepatan yang teratur pula, sedangkan pada tiap tingkat daya hendaknya dapat tercapai suatu keadaan yang stabil. Syarat lain adalah bahwa tiap keadaan transien (perobahan cepat yang tidak terkendali dalam reaktor) dapat dikoreksi dengan penggunaan mekanik pengendalian. Akhirnya dikehendaki pula bahwa reaktor pada tiap waktu dapat diberhentikan (shutdown) atau dapat dijalankan (startup).

Pengendalian reaktor biasanya dapat dilakukan dengan mengatur banyaknya penyerapan neutron. Dalam tipe-tipe reaktor yang tertentu pengendalian itu dilakukan dengan mengatur pembangkitan neutron, misalnya dalam tipe bahan bakar cairan dengan merobah konsentrasi bahan bakar.

Pengendalian penyerapan neutron dilakukan dengan mengatur posisi batang-batang pengendali terhadap teras reaktor. Batang pengendai mengandung bahan yang memiliki penampang penyerapan neutron yang tinggi. Dalam operasi jangka panjang perlu diperhatikan empat faktor, yaitu:

1)  Deplesi bahan bakar (berkurangkan bahan bakar)

2)  Tambahan bahan bakar baru

3)  Akumulasi racun radioaktif;

4)  Burnout batang pengendali.

Syarat-syarat bahan untuk batang pengendali adalah sebagai berikut:

1)  Dapat menyerap neutron dengan mudah

2)  Mempunyai kekuatan mekanik yang cukup besar

3)  Mempunyai massa yang

4)  Tahan korosi.

5)  Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.

6)  Dapat memindahkan kalor  dengan baik.

Sebagai bahan batang pengendali biasanya dipergunakan paduan logam kadmium atau borium. Kadmium murni adalah logam berwarna putih kebiru-biruan yang sangat lunak. Sebagai logam murni kadmium tidak dapat dipergunakan sebagai bahan pengendali karena titik leburnya relatif rendah (320°C) sedangkan pada suhu tinggi mudah dioksidasi menjadi serbuk berwarna coklat. Sebagai bahan pengendali biasanya kadmium dicampur dengan perak dan indium sehingga membentuk paduan logam dengan sifat mekaniknya cukup kuat.

Borium murni tidak mempunyai sifat seperti logam; titik leburnya sangat tinggi (2100°C) dan kekerasan kristalnya hanya dilebihi oleh intan. Sebagai bahan pengendali, borium biasanya dipergunakan sebagai karbida (B₄C), sebagai paduan logam dengan aluminium (boral) dan belakangan ini sebagai boron baja (boron steel).

4. Pendingin

Setiap inti atom U-235 yang mengalami pembelahan melepaskan sejumlah energi sebesar kira-kira 200 MeV, yang kemudian hampir seluruhnya keluar dalam bentuk kalor. Suatu zat pendingin diperlukan untuk menghindarkan terjadinya suhu yang berlebihan dalam bejana reaktor.

Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh zat pendingin ialah:

1)  Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.

2)  Mempunyai perpindahan kalor  yang baik.

3)  Dapat menggunakan daya pompa yang rendah.

4)  Mempunyai titik beku yang rendah.

5)  Mempunyai titik didih yang tinggi.

6)  Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.

7)  Tidak peka terhadap keradioaktivan yang di-induksi.

8)  Tidak korosi.

9)  Aman dalam penanganan.

Berbagai bahan yang dapat dipergunakan sebagai pendingin ialah:

1)  Bentuk gas: udara, helium, C0₂, uap.

2). Bentuk cair: air ringan (H₂O), air berat (D₂O).

3) . Logam cair: Na, NaK

5. Bahan Perisai

Dalam reaktor yang sedang beroperasi akan terdapat berbagai macam radiasi yaitu partikel alfa dan beta, fragmen (produk) pembelahan, proton, sinar gamma dan neutron. Proteksi terhadap radiasi yang berbahaya ini dila­kukan dengan memasang bahan perisai sebagai pelindung disekitar bejana reaktor.

Partikel alfa merupaka inti helium, terdiri dari dua neutron dan dua proton dan oleh karena itu mengandung muatan listrik positif yang relatif besar. Partikel alfa diemisi selama peluruhan radioaktif oleh isotop radioaktif dengan massa berat dan energi diskrit yang khas untuk isotop tersebut dan besarnya pada umumnya lebih dari 5 MeV. Partikel alfa melepaskan energinya dalam udara dengan membentuk ion. Jarak tempuh partikel alfa dalam udara hanya 2 sampai 4 cm dan karena itu radiasi alfa tidak merupakan suatu problem dalam disain perisai. Proton juga menyebabkan ionisasi dalam udara, meskipun kurang karena muatan listriknya lebih kecil. Jarak tempuh proton kira-kira 5 sampai 10 kali jarak tempuh partikel alfa, akan tetapi seperti juga partikel alfa, proton tidak menimbulkan kesulitan dalam desain perisai. Partikel beta (elektron dan positron} di-emisi dengan energi yang meliputi spektrum yang luas dengan kecepatan yang lebih besar dari pada partikel al­fa. Partikel beta dapat juga menimbulkan radiasi jika melalui medan listrik inti atom berat. Pelepasan energi ini timbul sebagai sinar X dengan spektrum yang kontinyu dan disebut "brermstrahlung", yang mengandung bahaya disamping partikel betanya sendiri. Positron mempunyai sifat yang sama seperti elektron akan tetapi lain dari itu ia dapat bereaksi dengan elektron dan dapat menimbulkan dua foton gamma.

Neutron, seperti juga sinar gamma, mempunyai daya tembus yang cukup be­sar. Oleh karena neutron tidak mempunyai muatan listrik maka cara satu-sa­tunya agar neutron melepaskan energinya adalah dengan tumbukan, hamburan elastis dan tidak elastis dan penyerapan. Kesulitan yang timbul untuk menahan neutron adalah karena pada umumnya penyerapan neutron oleh bahan disertai dengan reaksi (n, gamma). 

       Jadi meskipun neutron dapat ditahan, akan tetapi segera diikuti oleh emisi gamma. Dengan demikian suatu perisai untuk menahan neutron harus juga sanggup untuk menahan sinar gamma yang dikeluarkan pada akhir jarak tempuh neutron.

Jika diringkaskan, syarat untuk bahan perisai adalah:

1).  Dapat memperlambat neutron

2).  Dapat menyerap neutron

3). Dapat menyerap radiasi gamma

Bahan-bahan yang dipergunakan sebagai perisai:

          1).  Air ringan

2).  Beton, dicampuri dengan bahan lainnya, misalnya barit

          3).  Logam, seperti Fe, Pb, Bi, W, Boral dan lain-lain.

6. Bahan Struktur

Dalam reaktor dengan disain tertentu material untuk bahan bakar moderator (reflektor), pengendalian, pendinginan dan perisai dipilih sedemikian­ sehingga memenuhi syarat-syarat yang khusus berlaku untuk reaktor terse­but. Biasanya bahan-bahan yang disebut tidak pasti mempunyai sifat fisika dan mekanika yang baik pula. Oleh karena itu untuk menambah kekuatan konstruksi reaktor diperlukan bahan-bahan lain yang biasanya, dilihat dari sudut ekonomi neutron, merugikan, akan tetapi diperlukan juga, agar komponen komponen tetap utuh dalam disainnya yang semula.

Untuk bahan struktur dalam bejana reaktor berlaku syarat-syarat berikut:

1).  Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.

2).  Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu tinggi.

3).  Mempunyai kekuatan mekanik yang baik.

4).  Tahan korosi.

5).  Mempunyai sifat perpindahan kalor  yang baik.

Sebagai bahan struktur dalam bejana reaktor biasanya dipergunakan besi-baja, aluminium, zirkonium, nikkel, pada umumnya dalam bentuk paduan logam.

# Catatan

1.     Bahan bakar

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

2.     Pendingin (primer)

Cairan/gas yang mempunyai sifat-sifat perpindahan kalor  yang baik, berfungsi untuk mendinginkan bahan bakar. Kadang-kadang pendingin primer berfungsi pula sebagai moderator.

3.     Moderator

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

4.     Batang kendali

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

5.     Perisai (shielding)

Menahan radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisi, agar para pekerja dapat melakukan tugas-tugasnya di sekitar reaktor dengan aman.

6.     Pemindah kalor  (heat exchanger)

Pendingin primer biasanya merupakan suatu rangkaian tertutup, artinya pendingin primer dikembalikan lagi oleh pompa ke reaktor setelah kalor yang dibawa dari reaktor dipindahkan ke pendingin sekunder di dalam alat penukar kalor.

Reaksi Fisi Dan Reaksi Fusi

# Reaksi Fisi

Reaktor tak lain adalah tempat bereaksi. Dalam hal ini, pengertian sehari hari yang dipakai ialah reaksi inti. Reaksi fisi adalah suatu reaksi pembelahan, yang disebabkan oleh neutron yang secara umum dapat ditulis sebagai:

X + n ——> X₁ + X₂ + (2 - 3) n + E.

Beberapa hal yang perlu diketahui dalam jenis reaksi tersebut adalah:

1)       X disebut inti bahan fisil (fisile material), yang secara populer disebut "bahan bakar" karena dalam reaksi ini dibebaskan sejumlah energi. Hanya beberapa inti dapat bereaksi fisi yaitu ²³⁸U, ²³⁵U, ²³³U dan ²³⁹Pu di mana kedua unsur terakhir merupakan unsur buatan manusia karena tidak terdapat di alam sebagai hasil dari reaksi inti-inti ²³²Th dan dan ²³⁸U dengan neutron.

2)       Keboleh jadian suatu inti berfisi dinyatakan dengan s_f (fission microscopic cross section = penampang fisi mikroskopik), di mana besaran tersebut tergantung dari energi neutron yang bereaksi dengan suatu inti-tertentu. Sebagai contoh dapat disebutkan bahwa nilai s_f ²³⁸U besar pada energi neutron rendah (termal) tetapi kecil pada energi tinggi. Sebaliknya nilai s_f ²³⁸U kecil pada saat neutron berenergi besar. Untuk ²³⁹Pu dan ²³³U mempunyai s_f besar pada energi tinggi, oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai bahan bakar pada reaktor cepat.

3)      Dari reaksi dihasilkan dua inti baru sebaga hasil fisi, X₁ dan X₂ yang berupa inti-inti yang tidak stabil. Untuk menjadi stabil inti-inti tersebut meluruh (decay) dengan mengeluarkan sinar-sinar maupun partikel.

4)      Adanya neutron-neutron baru yang dihasilkan dari reaksi inti tersebut dapat melanjutkan reaksi fisi hingga mungkin terjadi reaksi berantai, dan pada keadaan tertentu bila tidak dikendalikan maka reaksi berantai ter­sebut dapat menjadi suatu ledakan. Reaksi nuklir yang tidak terkendali merupakan prinsip kerja bom nuklir. Neutron yang dihasilkan oleh fisi mempunyai energi yang tinggi, ± 2 MeV,  jika fisii diharapkan terjadi pada E_n rendah (energi termal 0,025 eV), maka neutron yang baru lahir tersebut harus diturunkan energinya dahulu dengan jalan hamburan-hamburan. Di dalarn reaktor neutron mempunyai kemungkinan-kemungkinan untuk:

a. diserap tanpa menimbulkan fisi

b. diserap mengakibatkan fisi

c. hilang dari sistim

d. hamburan

Jadi penurunan energi neutron berkompetisi dengan kemungkinan­kemungkinan yang lain, dan untuk dapat menghitung masing-masing kemungkinan perlu  diselidiki mekanisme reaksi masing-masing.

5)       Reaksi fisi mengeluarkan energi total E, sebesar 200 MeV. Dengan meng­gunakan data konversi satuan dan data fisika, dapat dihitung bahwa bila semua inti-inti 1 gram uranium melakukan fisi maka kalor  yang dikeluar­kan setara dengan kalor  yang dihasilkan oleh pembakaran 1 ton batu bara. Jelas dari gambaran tersebut bahwa, kalor  yang dikeluarkan dari reaksi inti sangat besar.

Telah dijelaskan bahwa reaktor yang lazim dipakai saat ini bekerja atas dasar reaksi fisi (pemecahan) inti atom.  Sebagai bahan bakar umumnya digunakan Uranium ²³⁵U yang kandungannya telah diperkaya. Uranium alam mempunyai kandungan ²³⁵U hanya sekitar 0,7 persen, selebihnya adalah ²³⁸U. Untuk memecah inti isotop Uranium digunakan neutron lambat ('thermalneutron'). Uranium yang menangkap neutron segera menjadi tidak stabil. Inti Uranium yang tidak stabil hanya dapat bertahan selama kurang lebih sepertriliun detik (10^-12 detik) sebelum mengalami proses fisi menjadi inti-inti X₁ dan X₂ serta sekitar dua sampai tiga neutron yang siap untuk memecah inti ²³⁵U lainnya. Kemudian ketiga neutron tadi diserap oleh inti-inti isotop Uranium lain, tiga proses yang sama akan terjadi dengan produksi akhir sekitar sembilan neutron.  Proses berulang-ulang ini dinamakan reaksi berantai ('chain reaction') yang merupakan prinsip kerja reaktor. Pada setiap proses pemecahan tadi, inti atom akan melepaskan energi yang sesuai dengan hilangnya jumlah massa inti-inti di akhir proses rumus E=mc². Jadi jumlah energi yang dihasilkan akan sebanding dengan banyak proses yang terjadi dan sebanding dengan jumlah neutron yang dihasilkan. 

Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur populasi neutron. Dengan mengatur populasi neutron ini dapat ditentukan tingkat daya raktor, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap. Perangkat pengatur populasi neutron pada reaktor ini disebut batang kendali. Jika batang kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka batang kendali akan menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar.

# Reaksi Fusi

Proses reaksi fusi adalah kebalikan dari reaksi fisi  seperti arti harfiahnya, proses ini merupakan reaksi penggabungan dua inti menjadi inti lain yang lebih besar. Reaksi jenis ini tidak terjadi secara alamiah di permukaan bumi, namun merupakan prinsip kerja pembakaran Hidrogen di pusat matahari serta bintang-bintang.  Sebenarnya, banyak tipe reaksi fusi yang dapat terjadi di matahari yang sering disebut siklus proton-proton, mulai dari penggabungan dua inti Hidrogen menjadi inti Deuterium hingga penggabungan inti Deuterium dan inti Tritium. Kebanyakan reaksi ini membutuhkan kondisi tertentu yang hanya terdapat di dalam inti matahari ataupun bintang-bintang, misalnya tekanan yang sangat tinggi. Di dalam inti matahari, tekanan yang sangat tinggi dihasilkan oleh gaya gravitasi. Gaya gravitasi pada pusat matahari haruslah sangat besar untuk mempertahankan strukturnya, mengingat komposisi matahari kebanyakan terdiri dari gas Hidrogen. Reaksi fusi di dalam teras reaktor membutuhkan Deuterium dan Tritium sebagai bahan bakar, yang jika bergabung pada kondisi tertentu akan menghasilkan inti Helium yang stabil disertai sebuah neutron yang membawa sebagian besar energi hasil fusi. Saat ini, Deuterium bukan merupakan masalah, sebab  tersediaannya di alam boleh dikatakan tak terbatas. Deuterium dapat diekstraksi dari air biasa, untuk setiap satu meter kubik air dapat diperoleh sekitar 200 gram Deuterium. Berlainan dengan Deuterium, Tritium bersifat radioaktif.  Tritium alam sangat jarang dijumpai. Untungnya, Tritium dapat dihasilkan melalui proses 'breeding' dengan menggunakan sebagian kecil neutron hasil reaksi fusi serta dua jenis isotop Litium yang terdapat di alam, yaitu Litium-6 dan Litium-7. Litium-6 dapat menangkap neutron cepat dan neutron lambat, sedangkan Litium-7 hanya menangkap neutron cepat. Litium yang menangkap neutron akan pecah menjadi Tritium serta Helium.

#reaktor nuklir part 1

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama dari reaktor nuklir yaitu: elemen bakar, batang kendali, moderator, pendingin dan perisai. Reaksi fisi berantai terjadi apabila inti dari suatu unsur dapat belah (Uranium-235, Uranium-233) bereaksi dengan neutron termal/lambat yang akan menghasilkan unsur-unsur lain dengan cepat serta menimbulkan energi kalor dan neutron-neutron baru. Reaktor nuklir berdasarkan fungsinya dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu:

1. Reaktor Penelitian/Riset

2. Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/PLTN)

          Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan radiasi neutron yang dihasilkan dari reaksi nuklir untuk keperluan berbagai penelitian dan produksi radioisotop. Sedangkan kalor yang dihasilkan dirancang sekecil mungkin, sehingga dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan kalor pada reaktor dilakukan dengan sistem pendingin yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Kalor yang berasal dari teras reaktor dibawa ke sistem pendingin primer kemudian dilewatkan melalui alat penukar kalor dan selanjutnya kalor dibuang ke lingkungan melalui sistem pendingin sekunder. Perlu diketahui bahwa pada alat penukar kalor sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder tidak terjadi kontak langsung antara uap/air yang mengandung radiasi dengan air pendingin yang dibuang ke lingkungan.

          Pada reaktor daya yang dimanfaatkan adalah uap panas bersuhu dan bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk memutar turbin, sedangkan neutron cepat dihasilkan diubah menjadi neutron lambat untuk berlangsungnya reaksi berantai dan sebagian lagi tidak dimanfaatkan. Reaksi fisi berantai hanya terjadi apabila neutron termal/lambat mampu menembak Uranium-235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Cara mengubah neutron yang berkecepatan tinggi menjadi neutron berkecepatan rendah (neutron lambat) adalah dengan menumbukkannya pada inti atom hidrogen dalam air.

        Jadi air di dalam kolam reaktor ini berfungsi sebagai pemerlambat (moderator), sebagai pendingin dan juga sebagai perisai radiasi. Beberapa bahan pada umumnya yang dipergunakan sebagai bahan pendingin reaktor nuklir adalah air ringan (H₂O), air berat (D₂O), gas dan grafit.       

          Diketemukannya reaksi pembelahan nuklir oleh sarjana-sariana Jerman Otto Hahn dan Fritz Straussman pada bulan Januari tahun 1939 telah membuka pintu bagi perkembangan tenaga nuklir. Adapun permulaan zaman tenaga nuklir sesungguhnya terjadi kira-kira tiga tahun kemudian yaitu ketika sekelompok sarjana di bawah pimpinan Enrico Fermi dapat membuktikan bahwa reaksi pembelahan nuklir berantai dapat dilaksanakan dan lebih penting lagi yaitu bahwa reaksi tersebut dapat dikendalikan.

         Percobaan Fermi dengan reaktor nuklir yang pertama dimulai pada tanggal 2 Desember 1942 di sebuah laboratorium sederhana di bawah stadion Universitas Chicago. Percobaan tersebut terutama dimaksudkan untuk menunjang program persenjataan nuklir Amerika Serikat selama perang dunia ke-2.

       Sesudah perang dunia ke-2 selesai, gagasan untuk memanfaatkan tenaga nuklir guna maksud-maksud damai mulai berkembang. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yang pertama di Amerika Serikat mulai bekerja bulan     Desember 1957 di Shippingport, Pennsylvania. Sejak itu, berpuluh-puluh PLTN lain mulai dibangun dan mulai membangkitkan tenaga listrik untuk maksud-maksud damai. Dalam akhir tahun 1960-an, mulai dibangun PLTN yang berukuran besar dan mampu membangkitkan tenaga listrik secara ekonomis. Sejak tahun 1967, pesanan-pesanan PLTN mulai melonjak tidak saja di Amerika Serikat tetapi juga di negara-negara lain di seluruh dunia.