Rabu, 08 Januari 2014
Sebuah reaktor nuklir mampu memproduksi sekaligus
mengontrol proses pelepasan energi yang dihasilkan dari pembelahan atom uranium
maupun plutonium yang berlangsung didalam teras reaktor. Pada reaktor daya,
energi panas yang dilepaskan selama reaksi fisi berantai digunakan untuk
menghasilkan uap. Uap ini kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin
generator dan menghasilkan listrik (prinsip ini sama seperti pembangkit listrik
lainnya, akan tetapi tanpa pembakaran bahan bakar fosil dan tidak menghasilkan
emisi gas rumah kaca).
Komponen-komponen yang ada didalam reaktor nuklir :
Bahan bakar. Umumnya berupa pelet-pelet bahan bakar
uranium oksida (UO2) yang disusun dalam sebuah kelongsong membentuk batang
elemen bahan bakar (fuel rods). Beberapa elemen bakar kemudian dirakit menjadi
perangkat/bundel bahan bakar (fuel assembly). Bundel bahan bakar ini lah yang
dimasukkan ke dalam reaktor nuklir. Susunan bundel bahan bakar membentuk
struktur inti atau teras reaktor (reactor core)
Moderator. Komponen ini berfungsi untuk memperlambat
neutron cepat (neutron berenergi ~ 2 MeV) hasil reaksi fisi menjadi neutron
termal (neutron berenergi ~ 0,025 eV) melalui tumbukan-tumbukan, sehingga
reaksi fisi dapat terus berlangsung. Moderator yang baik ialah bahan ringan
atau unsur bermassa atom kecil, memiliki tampang lintang serapan neutron
(kebolehjadian menyerap neuron) kecil, tampanglintang hamburan besar, daya
hantar panas yang baik, serta tidak korosif. Bahan moderator yang digunakan
umumnya adalah air (H2O), air berat (D2O) atau grafit.
Batang kendali (control rods). Komponen ini
digunakan untuk mengendalikan laju populasi neutron di dalam teras reaktor,
memadamkan reaktor atau menghentikan reaksi pembelahan. Batang kendali dibuat
dari bahan yang memenuhi sifat : mempunyai tampang lintang serapan neutron yang
besar dan tampang lintang hamburan yang kecil. Bahan yang dipergunakan umumnya
cadmium, hafnium atau boron. Bahan tersebut dicampur dengan bahan lain sehingga
batang kendali tahan terhadap radiasi, titik lelehnya tinggi dan tidak korosif.
Prinsip kerja batang kendali ialah dengan jalan memasukkan dan mengeluarkan
batang kendali dari teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan ke dalam
teras reaktor maka meutron diserap sehingga populasi neutron berkurang. Sebaliknya
jika dikeluarkan maka populasi neutron akan bertambah. Penggunaan batang
kendali ini berkaitan langsung dengan perubahan daya reaktor.
Pendingin (coolant). Komponen ini berfungsi
mengambil panas yang timbul saat pembelahan inti atom di dalam elemen bakar.
Panas yang diambil dipindahkan lewat perangkat penukar panas (heat exchanger)
untuk membangkitkan daya listrik atau dibuang ke lingkungan. Bahan pendingin
harus mempunyai koefien perpindahan panas yang baik, bukan penyerap neutron
yang baik, penampang lintang hamburan yang besar, serta tidak korosif.
Pendingin bisa juga berfungsi sebagai moderator. Contoh bahan yang digunakan
sebagai pendingin adalah air (H2O), air berat (D2O), Na cair, gas CO2 dan gas
helium.
Bejana bertekanan (Pressure vessel atau pressure
tubes). Komponen ini berfungsi menampung fluida pendingin agar teras reaktor
selalu terendam di dalamnya. Bejana atau tangki harus kuat dan tidak korosif.
Bahan yang digunakan umumnya aluminium atau stainless steel.
Generator uap (steam generator). Merupakan bagian
dari sistem pendingin, dimana panas dari reaktor digunakan untuk mendidihkan
air sehingga dihasilkan uap panas untuk memutar turbin.
Pengungkung (containment). Berfungsi untuk
melindungi teras reaktor dari gangguan di luar dan melindungi orang-orang di
luar reaktor dari radiasi apabila terjadi kerusakan besar di dalamnya.
Pengungkung di lengkapi dengan low venting system yang berfungsi untuk menjaga
tekanan di masing-masing ruangan agar tetap negatif, sehigga tidak terjadi
kontaminasi silang. Bahan yang digunakan umumnya adalah beton dan struktur
baja.
Di beberapa tipe reaktor, proses penggantian bahan
bakar dilakukan dengan memadamkan reaktor. Penggantian bahan bakar dilakukan
setiap 1-2 tahun sekali, jumlah bundel bahan bakar yang diganti hanya meliputi
seperempat hingga sepertiga bagian saja. Reaktor CANDU dan RBMK memiliki tabung
bertekanan (bukan bejana bertekanan yang menutup teras reaktor) dan dapat terus
beroperasi sementara penggantian bahan bakar dilakukan.
Jika moderator yang digunakan adalah air berat atau
grafit, bahan bakar yang digunakan bisa menggunakan uranium alam dan tidak
harus diperkaya. Uranium alam memiliki komposisi unsur yang sama seperti ketika
ditambang (0,7% U-235 dan 99,2% U-238), melalui proses pengkayaan, proporsi
isotop fisil (U-235) dapat ditingkatkan hingga 3,5 – 5 %. Reaktor yang
menggunakan uranium diperkaya menggunakan moderator berupa air biasa, dan
reaktornya disebut sebagai reaktor air ringan. Karena air ringan menyerap
neutron selain memperlambatnya, moderator jenis ini kurang efisien bila
dibandingkan moderator dari air berat atau grafit.
Hampir semua bahan bakar dibuat dalam bentuk keramik
uranium oksida (UO2 dengan titik leleh 2800 oC) dan melalui proses pengkayaan.
Pelet bahan bakar (biasanya berdiameter 1 cm dengan panjang 1,5 cm) diatur
dalam kelongsong zirkonium (zircaloy) membentuk batang elemen bahan bakar.
Zirkolium digunakan karena memiliki struktur keras, tahan korosi, serta mampu
menahan produk fisi yang terlepas. 264 elemen bahan bakar selanjutnya dirakit
menjadi bundel bahan bakar dalam struktur kisi terbuka dan dapat diangkat
kedalam dan keluar dari teras reaktor. Tipe reaktor yang paling umum
menggunakan bundel bahan bakar setinggi 3,5 – 4 meter.
Artikel ini diambil dari:
http://www.infonuklir.com/read/detail/127/reaktor-daya-pembangkitan-energi-listrik
dengan perubahan seperlunya.
