Jenis-jenis Reaktor Nuklir

Teks penuh

(1)

Jenis-jenis Reactor Nuklir Jenis-jenis Reactor Nuklir 1.

1. Reaktor Air Ringan (Light Water Reactor, LWR)Reaktor Air Ringan (Light Water Reactor, LWR) 1.1.Pressurized Water Reactor (PWR)

1.1.Pressurized Water Reactor (PWR)

Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin  primer

 primer masuk masuk ke ke dalam dalam bejana bejana tekan tekan reactorreactor  pada

 pada tekanan tekanan tinggi tinggi dan dan temperatur temperatur lebihlebih kurang 290

kurang 29000C. C. Air Air bertekanan bertekanan dandan  bertemperatur

 bertemperatur tinggi tinggi ini ini bergerak bergerak pada pada sela- sela-sela batang bahan bakar dalam perangkat sela batang bahan bakar dalam perangkat  bahan

 bahan bakar bakar ke ke arah arah atas atas teras teras sambilsambil mengambil panas dari batang bahan bakar, mengambil panas dari batang bahan bakar, sehingga temperaturnya naik menjadi sekitar 320

sehingga temperaturnya naik menjadi sekitar 32000C. Air pendingin primer ini kemudianC. Air pendingin primer ini kemudian disalurkan ke perangkat pembangkit uap (lewat sisi dalam pipa pada perangkat disalurkan ke perangkat pembangkit uap (lewat sisi dalam pipa pada perangkat  pembangkit

 pembangkit uap), uap), di di perangkat perangkat ini ini air air pendingin pendingin primer primer memberikan memberikan energi energi panasnya panasnya keke air pendingin sekunder (yang ada di sisi luar pipa pembangkit uap) sehingga air pendingin sekunder (yang ada di sisi luar pipa pembangkit uap) sehingga temperaturnya naik sampai titik didih dan terjadi penguapan. Uap yang dihasilkan dari temperaturnya naik sampai titik didih dan terjadi penguapan. Uap yang dihasilkan dari  penguapan

 penguapan air air pendingin pendingin sekunder sekunder tersebut tersebut kemudian kemudian dikirim dikirim ke ke turbin turbin untuk untuk memutarmemutar turbin yang dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator listrik akan turbin yang dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator listrik akan menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin p

menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin p rimer yangrimer yang ada dalam bejana reaktor dengan temperatur 320 oC akan mendidih jika berada pada ada dalam bejana reaktor dengan temperatur 320 oC akan mendidih jika berada pada tekanan udara biasa (sekitar satu atmosfer). Agar pendingin primer ini tidak mendidih, tekanan udara biasa (sekitar satu atmosfer). Agar pendingin primer ini tidak mendidih, maka sistem pendingin primer diberi tekanan hingga 157 atm. Karena adanya pemberian maka sistem pendingin primer diberi tekanan hingga 157 atm. Karena adanya pemberian tekanan ini maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan atau bejana tekan tekanan ini maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan atau bejana tekan reaktor. Pada reaktor tipe PWR, air pendingin primer yang membawa unsur-unsur reaktor. Pada reaktor tipe PWR, air pendingin primer yang membawa unsur-unsur radioaktif dialirkan hanya sampai ke pembangkit uap, tidak sampai turbin.

(2)

1.2.Reaktor Air Didih ( Boiling Water Reactor, BWR)

Pada 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. Reaksi fisi  pada reaktor menghasilkan energi  panas yang mendidihkan air yang kemudian menjadi uap. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju  perangkat pemisah dan pengering uap yan g terletak di atas teras kemudian menuju

turbin. Karena air yang berada di sekitar teras selalu mengalami kontaminasi oleh  peluruhan radionuklida, maka turbin harus diberi perisai dan perlindungan radiasi

sewaktu masa pemeliharaan. Kebanyakan 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. Setelah turbin digerakkan, uap diembunkan di kondenser menjadi aliran pendingin, kemudian dipompa ke reaktor dan memulai siklus kembali seperti di atas.

2. Reaktor Air Berat (H eavy Water Reactor, H WR )

2.1. Reaktor Air Berat Tekan ( Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR)

Canadian Deuterium Uranium Reactor (CANDU) adalah suatu PLTN yang tergolong pada tipe reaktor pendingin air berat tekan dengan pipa tekan. Reaktor ini

(3)

merupakan reaktor air berat yang banyak digunakan. Bahan bakar yang digunakan adalah uranium alam. Moderator reaktor CANDU terletak pada tangki besar yang disebut calandria, yang disusun oleh tabung-tabung bertekanan horisontal yang digunakan sebagai tempat bahan bakar. Kalandria adalah silinder "shell and tube"  yang diletakkan secara horisontal, di dalamnya terdapat pipa-pipa tekan dan batang kendali. Kalandria terdiri dari tangki yang diisi dengan air berat sebagai moderator neutron, di dalamnya terdapat pipa tekan dalam jumlah besar yang disusun berbentuk kisi bujur sangkar. Pipa tekan ini menembus dua penutup tangki kalandria, dan di dalam pipa tekan ini diletakkan  beberapa perangkat bahan bakar (panjang perangkat ± 50 cm, panjang kalandria ± 5

meter) yang disusun secara horisontal. Dalam kalandria, moderator dan pendingin tidak  bercampur. Moderator air berat berada di ruang antara pipa-pipa tekan, sedangkan  pendingin berada dalam pipa tekan. Jadi moderator (air berat) dan pendingin (air biasa) dipisahkan oleh dinding pipa tekan. Bahan yang dipakai untuk dinding kalandria dan pipa tekan adalah bahan yang tidak banyak menyerap neutron yaitu logam paduan zirkalloy-2. Untuk menjaga jarak antara tabung tekan dan dinding kalandria terdapat "spacer"  yang diisi oleh gas karbondioksida untuk isolasi termal.

Pada sistem pengendalian reaktivitas, selain sistem pengendalian pada waktu operasi normal dan waktu memadamkan reaktor, terdapat dua sistem pengendalian darurat yang saling terpisah, yaitu pengendalian darurat dengan batang kendali dan injeksi cepat racun reaksi fisi (zat yang menghambat reaksi fisi ) ke dalam moderator neutron (air berat). Semua sistem ini berada dalam daerah moderator di dalam kalandria yang dapat dioperasikan pada temperatur dan tekanan ruang sehingga keandalannya menjadi tinggi.

Energi panas dari teras reaktor diambil oleh sistem pendingin primer yang mengalir dalam pipa tekan. Pipa-pipa tekan dalam kalandria dibagi menjadi dua kelompok, masing-masing kelompok menjadi bagian dari untai pendingin yang saling terpisah. Setiap untai mempunyai dua pembangkit uap dan dua pompa pendingin primer. Dalam kalandria, dua kelompok pipa tekan ini dipilih sedemikian sehingga dua pipa tekan yang saling berdekatan bergabung dalam kelompok berbeda dan aliran pendingin di dalamnya  bergerak dengan arah berlawanan, dengan demikian arah aliran pendingin primer akan

(4)

membentuk seperti angka 8. Dengan sistem pendingin primer seperti diuraikan di atas,  jalur pemipaan menjadi lebih efisien, dapat menghemat perlengkapan maupun kapasitas

air berat dan kesetimbangan panas teras menjadi lebih efisien.

Perangkat bahan bakar dengan panjang 50 cm, tersusun dari 28 batang (pada  pengembangan berikutnya menjadi 37 batang) bahan bakar yang disusun secara konsentris berlapis. Batang-batang bahan bakar ini diikat dengan las pada kedua ujung  perangkat dengan piringan penopang. Batang bahan bakar terbuat dari kelongsong

zirkalloy-4 yang diisi dengan pelet bahan bakar uranium (alam) oksida. Dengan  berhasilnya pengembangan bahan bakar baru, bagian dalam kelongsong dapat dilapisi dengan grafit (CANLUB), sehingga bahan bakar menjadi lebih tahan terhadap perubahan daya yang drastis pada saat penggantian bahan bakar sewaktu reaktor beroperasi.

2.2.Reaktor Air Berat Pendingin Gas ( Heavy Water Gas Cooled Reactor, HWGCR) HWGCR atau sering dibalik GCHWR adalah suatu tipe reaktor nuklir yang menggunakan air berat sebagai bahan moderatornya, sehingga pemanfaatan neutronnya optimal. Gas pendingin dinaikkan temperaturnya sampai pada tingkat yang cukup tinggi sehingga efisiensi termal reaktor ini dapat ditingkatkan. Tetapi oleh karena persoalan  pengembangan bahan kelongsong yang tahan terhadap temperatur tinggi dan paparan

radiasi lama belum terpecahkan hingga sekarang, maka pada akhirnya di dunia hanya terdapat 4 reaktor tipe ini. Di negara Perancis reaktor tipe ini dibangun, tetapi sebagai  bahan kelongsong tidak digunakan berilium melainkan stainless steel.

(5)

3. Reaktor Cepat (Fast Reactor, F R ), Reaktor Pembiak Cepat (L iqu id M etal F ast Br eeder Reactor, L M F B R  )

Seperti tersirat dalam nama tipe reaktor ini, neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi dengan kecepatan tinggi dikondisikan sedemikian rupa sehingga diserap oleh uranium-238 menghasilkan plutonium-239. Dengan kata lain di dalam reaktor dapat dibiakkan (dibuat) unsur plutonium. Rapat daya dalam teras reaktor cepat sangat tinggi, oleh karena itu sebagai pendingin biasanya digunakan bahan logam natrium cair atau logam cair campuran natrium dan kalium (NaK) yang mempunyai kemampuan tinggi dalam mengambil panas dari bahan bakar. Konstruksi reaktor pembiak cepat terdiri dari pendingin primer yang berupa bahan logam cair mengambil panas dari bahan bakar dan kemudian mengalir ke alat penukar panas-antara (intermediate heat exchanger ), selanjutnya energi panas ditransfer ke pendingin sekunder dalam alat penukar panas-antara ini. Kemudian pendingin sekunder (bahan  pendingin adalah natrium cair atau logam cair natrium) yang tidak mengandung bahan radioaktif akan mengalir membawa panas yang diterima dari pendingin primer menuju ke  perangkat pembangkit uap, dan memberikan panas ke pendingin tersier (air ringan)

sehingga temperaturnya meningkat dan mendidih (proses pembangkitan uap). Uap yang dihasilkan selanjutnya dialirkan ke turbin untuk memutar generator listrik yang dikopel dengan turbin. Komponen sistem primer dari reaktor pembiak cepat terdiri dari bejana reaktor, pompa sirkulasi primer, alat penukar panas-antara. Komponen ini dirangkai oleh  pipa penyalur pendingin membentuk suatu untai (loop), karena itu reaktor seperti ini digolongkan dalam kelas reaktor untai. Apabila seluruh komponen sistem primer di atas semuanya dimasukkan ke dalam bejana reaktor, maka reaktor pembiak cepat seperti ini digolongkan dalam kelas reaktor tangki atau reaktor kolam. Contoh reaktor pembiak cepat tipe reaktor untai adalah reaktor prototipe Monju di Jepang, sedangkan untuk tipe reaktor kolam adalah reaktor Super Phenix di Perancis yang sudah menjadi reaktor komersial. Reaktor Cepat Eropa ( Europian Fast Reactor, EFR) yang secara intensif

(6)

dikembangkan oleh negara-negara Eropa diharapkan akan mulai masuk pasar komersial  pada tahun 2010.

4. Reaktor Grafit

4.1.Reaktor Pipa Tekan Air Didih Moderator Grafit ( Light Water Gas-cooled  Reactor,LWGR)

Reaktor ini tidak menggunakan tangki kalandria (berisi air berat) seperti reaktor tipe SGHWR tetapi menggunakan grafit sebagai moderator, oleh karena itu dimensi reaktor menjadi besar. Sekitar 1700 buah pipa tekan menembus susunan blok grafit. Di dalam  pipa tekan diisi batang bahan bakar di mana di sekelilingnya mengalir air ringan yang

mengambil panas dari batang bahan bakar sehingga mendidih. Uap yang terbentuk dikirim ke turbin pembangkit listrik untuk memutar turbin dan membangkitkan listrik. Salah satu reaktor tipe ini yang terkenal karena mengalami kecelakaan adalah reaktor Chernobyl No.4 yang merupakan reaktor tipe RBMK-1000. Salah satu kegagalan desain  pada reaktor tipe RBMK yang dianggap sebagai kambing hitam terjadinya kecelakaan

Chernobyl adalah tidak tersedianya bejana pengungkung reaktor.

4.2.Reaktor Pendingin Gas Suhu Tinggi (High Temperatur Gas-cooled Reactor, HTGR)

Reaktor ini menggunakan gas helium sebagai pendingin. Karakteristika menonjol yang unikdari reaktor HTGR ini adalah konstruksi teras didominasi bahan moderator grafit, temperature operasi dapat ditingkatkan menjadi tinggi dan efisiensi pembangkitan listrik dapat mencapai lebih dari 40 %. Terdapat 3 bentuk bahan bakar dari HTGR, yaitu dapat berupa: (a) Bentuk batang seperti reaktor air ringan (dipakai di reaktor Dragon dan Peach Bottom); (b) Bentuk blok, di mana di dalam lubang blok grafit yang berbentuk segi enam di masukkan batang bahan bakar (dipakai di reaktor Fort St. Vrain, MHTGR, HTTR); (c) Bentuk bola (peble bed), di mana butir bahan bakar bersalut didistribusikan dalam bola grafit (dipakai di reaktor AVR, THTR-300).

(7)

4.3.Reaktor Pendingin Gas Maju ( 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. Kemudian uap yang memasuki turbin akan diambil panasnya untuk menggerakkan turbin. Gas telah kehilangan panas masuk kembali ke teras.

4.4.Reaktor Pendingin Gas (Gas-cooled Reactor, GCR)

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.

5. Reaktor berpendingin logam cair

Pada reaktor nuklir jenis reaktor cepat (reaktor ep at), air tidak dapat digunakan sebagai pendingin reaktor karena air bersifat memoderasi neutron sehingga neutron cepat menjadi neutron thermal, oleh karena itu diperlukan  pendingin yang mempunyai karakteristik yang berbeda

(8)

dengan air. Pendingin logam cair selama ini sudah digunakan untuk reaktor cepat, diantaranya adalah Sodium, NaK, timbal, lead-bismuth eutectic dan dalam waktu dekat mercury juga akan digunakan sebagai pendingin reaktor jenis ini. Beberapa reaktor  berpendingin logam cair diantaranya adalah Sodium-cooled fast reactor, lead-cooled fast

reactor .

6. Reaktor berpendingin gas (HTGR)

HTGR merupakan salah satu jenis reaktor nuklir yang menggunakan gas inert yang disirkulasi sebagai  pendingin reaktor, gas helium sering digunakan sebagai  pendingin reaktor pada desain reakto temperatur tinggi,  pada awalnya gas karbon dioksida juga digunakan dalam desain PLTN generasi sebelumnya di Inggris dan Perancis. Gas nitrogen juga digunakan dalam desain reaktor PLTN, gas yang dihasilkan sangat bervariasi tergantung jenis reaktornya. Beberapa reaktor yang menggunakan pendingin nitrogen dapat menggerakkan turbin gas secara langsung dari tekanan gas panas yang dihasilkan tanpa melalui sistem penukar panas (heat exchanger ) untuk menghasilkan uap panas yang diperlukan untuk menggerakkan turbin uap. Namun beberapa jenis reaktor berpendingin nitrogen dengan desain lama memerlukan heat exchanger  untuk menghasilkan uap yang diperlukan untuk menggerakkan turbin uap.

7. Reaktor berpendingin garam cair

Molten Salt Reactors, MSR merupakan salah satu jenis reaktor yang menggunakan garam cair sebagai pendinginnya, khususnya campuran flouride

(9)

salts FLiBe. MSR beroperasi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur operasi reaktor berpendingin air, namun tekanan yang digunakan hampir sama dengan tekanan atmosfer, sehingga reaktor jenis ini dapat menekan tekanan mekanik yang bekerja pada system, sehingga aspek keselamatannya dapat meningkat. Oleh karenanya reaktor jenis ini mempunyai kemungkinan biaya konstruksi dan operasinya lebih murah dibandingkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar batu bara.

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...

Related subjects :