Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Oleh : Kadek Fendy Sutrisna, 19 Februari 2011

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir atau yang lebih dikenal dengan singkatan PLTN, sudah digunakan teknologinya lebih dari 50 tahun yang lalu. Keunggulan PLTN adalah tidak menghasilkan emisi gas CO2 sama sekali. Selain itu PLTN juga mampu menghasilkan daya stabil yang jauh lebih besar jika dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya. Perlu diketahui bahwa bahan bakar uranium yang sudah habis dipakai dapat didaur ulang kembali menghasilkan bahan bakar baru untuk teknologi di masa depan.

Indonesia sebenarnya sangat cocok mengembangkan pembangkit listrik ini, sebagai upaya diversifikasi penggunaan pembangkit listrik primer berbahan bakar fosil, seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam. Dengan penanggulangan radiasi yang cermat dan berlapis, PLTN dapat menjadi solusi kebutuhan energi listrik yang besar di Indonesia.

PRINSIP KERJA PLTN

Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.

Seperti terlihat pada gambar 1, PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas alam dan sebagainya untuk menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air di dalam boiler sehingga menghasilkan uap air, uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin uap, dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena ikut berputar seporos dengan turbin uap.

PLTN juga memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam reaktor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi.

STRUKTUR ATOM URANIUM DAN REAKSI FISI

Agar dapat lebih mudah memahami bagaimana terjadinya reaksi fisi di dalam reaktor PLTN, pada sub-bab ini akan disampaikan tentang bagaimana strutur atom didalam uranium dan apakah itu reaksi fisi.

Strukut Atom Uranium

Gambar 2. Struktur atom Uranium 

Sejatinya, segala unsur yang terdapat di alam terbentuk dari kumpulan atom-atom. Ada 92 jenis atom yang telah didefinisikan hingga saat ini. Inti dari suatu atom terdiri atas proton yang bernilai positif dan neutron yang bersifat netral. Disekitar intinya terdapat elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama dengan proton dan terikat dengan gaya elektromagnetik. Jumlah proton pada atom menjadi ciri khas suatu jenis atom dan lebih dikenal dengan sebutan nomor atom yang menentukan unsur kimia atom tersebut.

Unsur uranium memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomor atom Uranium adalah 92. Namun di alam, terdapat 3 jenis unsur yang memiliki jumlah proton 92 buah, masing-masing memiliki jumlah neutron sebanyak 142, 143, dan 148 buah. Unsur yang memiliki 143 buah neutron ini disebut dengan Uranium-235, sedangkan yang memiliki 148 buah neutron disebut dengan Uranium-238. Suatu unsur yang memiliki nomer atom sama namun jumlah neutron yang berbeda biasa disebut dengan isotop. Gambar berikut adalah struktur dari atom Uranium dan tabel yang menjelaskan tentang isotopnya.

Uranium yang terdapat di alam bebas sebagian besar adalah Uranium yang sulit bereaksi, yaitu Uranium-238. Hanya 0,7 persen saja Uranium yang mengandung isotop Uranium-235. Sedangkan bahan bakar Uranium yang digunakan di PLTN adalah Uranium yang kandungan Uranium-235 nya sudah ditingkatkan menjadi 3-5 %.

Reaksi Fisi Uranium

Perlu diketahui bahwa reaksi fisi bisa terjadi di setiap inti atom dari suatu unsur tanpa terkecuali. Namun reaksi fisi yang paling mudah terjadi ialah reaksi pada inti atom Uranium. Uranium pun sama halnya, yang paling mudah terjadi reaksi adalah Uranium-235, sedangkan Uranium-238 memerlukan energi yang lebih besar agar dapat terjadi reaksi fisi ini.

Reaksi fisi terjadi saat neutron menumbuk Uranium-235 dan saat itu pula atom Uranium akan terbagi menjadi 2 buah atom Kr dan Br. Saat terjadi reaksi fisi, energi panas yang sangat besar juga akan dihasilkan. Dalam aplikasinya di PLTN, energi hasil reaksi fisi ini dijadikan sumber panas untuk menghasilkan uap air. Uap air yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin dan membuat generator menghasilkan listrik.

Pada saat Uranium-235 ditumbuk oleh neutron, akan muncul juga 2-3 neutron baru. Kemudian neutron ini akan menumbuk lagi Uranium-235 lainnya dan muncul lagi 2-3 neutron baru lagi. Reaksi seperti ini akan terjadi terus menerus secara perlahan di dalam reaktor nuklir.

Neutron yang terjadi akibat reaksi fisi sebenarnya bergerak terlalu cepat, sehingga untuk menghasilkan reaksi fisi yang terjadi secara berantai kecepatan neutron ini harus diredam dengan menggunakan suatu media khusus. Ada berbagai macam media yang digunakan sampai saat ini antara lain air ringan/tawar, air berat, atau pun grafit. Secara umum kebanyakan teknologi PLTN di dunia menggunakan air ringan (Light Water Reactor, LWR).

Perlu diperhatikan bahwa di dalam reaktor nuklir, bahan bakar Uranium yang digunakan dijaga agar tidak sampai terbakar atau mengeluarkan api. Sebisa mungkin posisi bahan bakarnya diatur sedemikian hingga agar nantinya hasil reaksi fisi ini masih bisa diolah kembali untuk dijadikan bahan bakar baru untuk digunakan pada teknologi PLTN di masa yang akan datang.

Gambar 3. Proses terjadinya reaksi fisi

Besarnya Energi Reaksi Fisi

Gambar 4 berikut ini adalah data tentang jumlah bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun untuk masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW. Disini terlihat bahwa untuk 1 gram bahan bakar Uranium dapat menghasilkan energi listrik yang setara dengan 3 ton bahan bakar batubara, atau 2000 liter minyak bumi. Oleh karena energi yang dihasilkan Uranium sangat besar, bahan bakar PLTN juga dapat menghemat biaya di pengakutan dan penyimpanan bahan bakar pembangkit listrik untuk masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW

Gambar 4. Banyaknya bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun

Manfaat Teknologi Nuklir

Teknologi berkembang sangat pesat dan cepat dalam berbagai bidang. Salah satu teknologi yang sangat berguna untuk manusia ialah teknologi nuklir. Teknologi yang melibatkan reaksi inti atom ini sudah banyak diaplikasikan dalam berbagai hal. Banyak negara maju yang menggunakan teknologi nuklir dalam berbagai aspek, mengingat teknologi nuklir sangat bermanfaat.

Di tanah air sendiri sejak tahun 1954 sudah dicetuskan mengenai pengembangan dan pemanfaatan dari teknologi nuklir. Di Indonesia terdapat Lembaga Pemerintahan Non Kementrian yaitu Badan Tenaga Nuklir Nasional atau BATAN. Lembaga ini mengemban tugas yang meliputi penelitian dan pengembangan dari teknologi nuklir. Nah, biasanya orang mengetahui nuklir hanya digunakan untuk senjata. Kenyataannya, nuklir dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang. Apa saja? Berikut adalah manfaat teknologi nuklir dalam berbagai bidang.

MANFAAT TEKNOLOGI NUKLIR DALAM BERBAGAI BIDANG

1. Bidang Energi

Sudah lama Teknologi Nuklir digunakan sebagai pembangkit listrik. Negara maju seperti Jerman, Cina, Rusia, Jepang, Korea, Inggris, Amerika, dll sudah memanfaatkan tenaga nuklir sebagai kebutuhan pembangkit listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah pembangkit listrik thermal dengan panas yang didapat dari satu atau bahkan lebih dari satu reaktor nuklir pembangkit listrik. Keuntungan dari PLTN ini di antaranya tidak menghasilkan limbah berbahaya seperti karbon monoksida, mercury, dan nitrogen oksida. Selain itu, tenaga nuklir juga mampu bertahan lebih lama, menghasilkan tenaga yang lebih besar daripada BBM, serta tidak menyebabkan efek gas emisi rumah kaca. Teknologi nuklir digunakan juga untuk kapal selam bertenaga nuklir, kapal induk bertenaga nuklir, dan lain sebagainya.

2. Bidang Industri

Teknologi nuklir juga digunakan dalam bidang industri. Sebagai contoh, dengan teknologi nuklir manusia dapat melakukan eksplorasi minyak dan gas melalui penentuan sifat dari bebatuan yang ada di sekitar seperti litografi maupun porositas. Tidak hanya itu, kemampuan dari radiasi energi nuklir juga dapat membantu perancangan konstruksi jalan, mengukur kelembapan dan kepadatan. Penggunaanya adalah seperti mengukur kepadatan tanah, aspal, serta beton dengan menggunakan cesium-137 sebagai sumber nuklirnya.

3. Bidang Hidrologi

Dalam bidang hidrologi, pemanfaatan nuklir beupa pengujian kecepatan aliran sungai atau lumpur. Radioisotop dapat digunakan untuk mengukur debit air, biasanya natrium-24 yang digunakan dalam bentuk NaCl. Intensitas pada radiasi nuklir dapat di manfaatkan juga sebagai pendeteksi kebocoran pada pipa dalam bawah tanah. Radioisotop Na-24 mampu memancarkan sinar gamma yang dapat di deteksi secara langsung dengan menggunakan alat pencacah radioaktif Geiger Counter.

4. Bidang Kesehatan

Aplikasi pada bidang medis dengan menggunakan teknologi umumnya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu diagnosis dan terapi radiasi. Sebagai contoh, sinar X digunakan untuk pengobatan kanker. Tentu saja hal ini merupakan pengembangan dari teknologi nuklir yang selama ini digiatkan oleh para ilmuwan. Selain itu, ada pula pencarian jejak radioaktif pada tubuh manusia dengan menggunakan Teknesium yang diberikan oleh molekul organik, serta berbagai aplikasi lainnya.

Gathering #1