Makalah Fisika Inti
Reaktor
Nuklir
BAB I
PENDDAHULUAN A. Latar Belakang
Energi merupakan suatu kebutuhan bagi setiap Negara, terutama energi listrik Indonesia merupakan Negara berkembang,
kebutuhan energi listrik setiap tahun makin bertambah dari kebutuhan energi listrik rumah tangga, industry, pabrik-pabrik dan lain-lain. Pemerintah sudah membangun pusat-pusat
pembangkit listrik di berbagai daerah namun masih belum efsien disbanding dengan Negara-negara berkembang yang sudah
menggunakan reactor nuklir maka kebutuhan energi listrik di Indonesia akan tercukupi oleh sebab itu makalah ini akan membahas tentang Reaktor Nuklir tersebut dan apa saja yang harus disiapkan Indonesia untuk membangun Reaktor Nuklir tersebut.
B. Rumusan Masalah
Adapun perumusan masalah yang akan dibahas adalah sebagai berikut:
1. Apa itu reaktor nuklir?
2. Apa saja komponen-komponen reaktor nuklir dan fungsinya? 3. Bagaimana prinsip kerja reaktor nuklir?
4. Apa saja jenis-jenis reaktor nuklir?
5. Apa saja keunggulan dan kelemahan reaktor nuklir? C. Manfaat Penulisan
1. Untuk mengetahui apa itu reaktor nuklir
2. Untuk mengetahui komponen-komponen dan fungsi rektor nuklir
3. Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja reaktor nuklir. 4. Untuk mengetahui jenis-jenis reakor nuklir
5. Untuk mengetahui keunggulan dan kelemahan reaktor nuklir. D. Metode Penulisan
Metode penulisan makalah ini adalah dengan menggunakan kajian pustaka, yakni dengan mengkaji buku-buku yang sesuai dengan topik yaitu Reaktor Nuklir.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Defnisi Reaktor Nuklir
Reaktor nuklir adalah suatu alat untuk mengendalikan reaksi fsi berantai dan sekaligus menjaga kesinambungan reaksi itu.
Reaktor nuklir merupakan suatu alat dimana terjadi reaksi
pembelahan berantai yang terkendali. Teknik pengendalian reaksi pembelahan ini merupakan dasar dari suatu rekator nuklir. Dalam suatu rekator nuklir, proses fsi dikendalikan dengan
mengusahakan agar secara rata-rata hanya 1 neutron yang
dihasilkan untuk melakuhkan fsi berikutnya. Dalam membuat fsi yang terkendali, ukuran bahan memegang peranan penting.
Ukuran tertentu yang memungkinkan terjadinya fsi terkendali dinamakan ukuran kritis. Ukuran kritis bergantung pada
kombinasi dari struktur material dan inti uranium yang
Disamping masalah ukuran kritis, masalah lain yang berhubungan dengan reaktor nuklir adalah penggunaan inti uranium. Sekitar 99,3% uranium alam terdiri dari -238, sisanya 0,7% adalah uranium-235 (uranium 234 juga ada, namun sedikit sekali). Jika hendak menggunakan uranium -238, kita harus menyediakan neutron cepat dalam reaktor. Hal ini sulit diperoleh karena
neutron cepat mudah sekali kehilangan energy (menjadi lambat) ketika bertumbukan dengan inti uranium, sedangkan jika kita hendak menggunakan neutron lambat, kita harus menggunakan uranium -235 yang jarang terdapat di alam.
Ada reaktor nuklir yang menggunakan uranium -238. Reaktor jenis ini dinamakan reaktor cepat, tetapi kebanyaka reaktor nuklir menggunakan uranium -235. Pada reaktor yang bukan reaktor cepat, neutron lambat diperoleh dengan memperlambat neutron cepat. Neutron cepat biasanya akan diperlambat hingga
kecepatan dan energinya sama dengan energy dan molekul gas pada suhu normal, (yaitu sekitar 0,025 ev). Neutron seperti ini dinamakan neutron termal. Itulah sebabnya reaktor jenis ini dinamakan reakor termal.
B. Komponen-komponen Reaktor Nuklir
Tujuan dari reaktor termal adalah untuk menghasilkan energi nuklir pada laju yang terkendali. Ada beberapa jenis reaktor termal, pada prinsipnya mereka semua sama, yang berbeda hanya desainnya saja. Gambar dibawah menunjukkan skema sebuah reaktor nuklir.
Gambar 7 : Skema reactor nuklir
a. Bahan bakar nuklir b. Bahan Moderator c. Batang pengontrol d. Pendingin Reaktor
e. Batang Kendali Reaktor f. Perangkat detektor g. Reflektor
h. Perangkat penukar panas. 1. Bahan bakar nuklir
Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir yaitu BAHAN FISIL dan BAHAN FERTIL. Bahan Fisil ialah: suatu unsur/atom yang langsung dapat memberi reaksi pembelahan apabila dirinya menangkap neutron. Contoh: 92U233, 92U235, 94PU239, 94PU241.
Bahan Fertil ialah: suatu unsur/atom yang setelah menangkap neutron tidak dapat langsung membelah, tetapi membentuk bahan fsil. Contoh: 90TH232 , 92U238
Pada kenyataannya sebagian besar bahan bakar nuklir yang berada dialam adalah bahan fertil, sebagai contoh isotop Thorium di alam adalah 100% Th-232, sedangkan isotop Uranium hanya 0,7% saja merupakan bahan fsis (U-235), selebihnya sebesar 99,35 adalah bahan fertil (U-238).
logam dan bahkan pada dasawarsa terakhir ini sudah banyak dikembangkan dalam bentuk silsida. Contoh komposisi elemen bakar yang banyak dipakai: UO2, U3O8-Al, UzrH, adalah agar diperoleh elemen bakar yang nilai bakarnya tinggi, titik lelehnya tinggi, penghantaran panasnya baik, tahan korosi, tidak mudah retak serta mampu menahan produk fsi yang terlepas.
Bahan bakar nuklir adalah semua jenis material yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi nuklir, demikian bila dianalogikan dengan bahan bakar kimia yang dibakar untuk menghasilkan energi. Siklus bahan bakar nuklir penting adanya karena terkait dengan PLTN dan senjata nuklir.
Gambar 3 : Proses pengolahan Uranium
Bahan bakar nuklir tradisional yang digunakan di USA dan
beberapa negara yang tidak melakukan proses daur ulang bahan bakar nuklir bekas mengikuti empat tahapan seperti yang
terdapat dalam gambar di atas. Proses di atas berdasarkan siklus bahan bakar nuklir. Pertama, uranium diperoleh dari
pertambangan. Kedua, uranium diproses menjadi “Yellow Cake”. Langkah berikutnya adalah mengubah “Yellow Cake” menjadi UF6 untuk proses pengkayaan dan kemudian diubah menjadi uranium dioksida, atau tanpa proses pengkayaan untuk kemudian
langsung ke tahap ke-4 sebagaimana yang terjadi untuk bahan bakar reaktor nuklir pada umumnya.
2. Bahan Moderator
lebih besar dari energi terrmalnya,
Syarat bahan moderator adalah atom dengan nomor massa kecil. Syarat lainnya memiliki tampang lintang serapat neutron
(keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil, memiliki tambang lintang hamburan yang besar dan memiliki daya hantar panas yang baik, serta tidak korosif. Contoh bahan moderator : H2O, D2O (Graft), Berilium (Be).
Syarat untuk memilih dan menentukan bahan moderator (dan reflector) adalah:
a. Pada tiap tumbukan terdapat kehilangan energy neutron yang besar.
b. Penampang penyerapan yang rendah c. Penampang penghamburan yang tinggi. 3. Pendingin Reaktor
Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fsi dari dalam elemen bakar untuk dipindahkan/dibuang ke tempat lain/lingkungan melalui perangkat penukar panas (H.E). sesuai dengan fungsinya maka bahan yang baik sebagai
pendingin adalah fluida yang koefsien panasnya sangat bagus. Persyaratan lain yang harus dipenuhi agar tidak mengganggu kelancaran proses fsi pada elemen bakar adalah pendingin juga harus memiliki tampang lintang serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh fluida-fluida yang biasa dipakai sebagai pendingin adalah: H2O, D2O, Na cair gas He dan lain-lain.
4. Batang Kendali Reaktor
teras reaktor dapat diatur sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki. Selain itu, batang kendali juga berfungsi untuk memadamkan reaktor/menghentikan reaksi pembelahan.
Sesuai dengan fungsinya, bahan batang kendali adalah material yang mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besaar, dan tampang lintang hamburan yang kecil. Bahan-bahan yyang sering dipakai adalah: Boron, cadmium, gadolinium dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya dicampur dengan bahan lain agar diperoleh sifat yang tahan radiasi, titik leleh yang tinggi dan tidak korosif.
Gambar 4 batang kendali boron
Prinsip kerja pengaturan operasi adalah dengan jalan teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan, maka sebagian besar neutron akan tertangkap olehnya, yang berarti populasi neutron di dalam reaktor akan berkurang dan kemudian padam.
Sebaliknya jika batang kendali dikeluarkan dari teras, maka populasi neutron akan bertambah dan akan mencapai tingkat jumlah tertentu. Pertambahan/penurunan populasi neutron berkaitan langsung dengan perubahan daya reaktor.
5. Perangkat Detektor
Detector adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua informasi tentang kejadian fsis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui detector yang dipasang didalam teras.
6. Reflektor
bermuatan listrik maka gerakannya bebas menembus medium dan tidak berkurang apabila menumbuk suatu inti atom medium. Karena sifat itu, sebagian neutron dapat lolos keluar teras
reaktor, atau hilang dari system. Keadaan ini secara ekonomi berarti kerugian, karena neutron tidak dapat digunakan untuk proses fsis berikutnya.
Untuk mengurangi kejadian ini, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron yang disebut reflector, sehingga neutron-neutron yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras untuk dimanfaatkan lagi pada proses ff berikutnya.
7. Bejana dan Prisai Reaktor
Bejana/tangki reaktor berfungsi untuk menampung fluida
pendingin agar teras reaktor selalu terendam didalamnya. Bejana tersebut selain harus kuat menahan beban, juga harus tidak
korosif bila berinteraksi dengan pendingin atau benda lain di dalam teras. Bahan yang biasa digunakan adalah: alumunium, dan stainless stell.
Perisai reaktor berfungsi untuk menahan/menghambat/menyerap radiasi yang lolos dari teras reaktor agar tidak menerobos keluar system reaktor. Karena reaktor adalah sumber radiasi yang
sangat potensial, maka diperlukan suatu system perisai yang mampu menahan semua jenis radiasi. Umumnya perisai yang digunakan adalah lapisan beton berat.
8. Perangkat Penukar Panas
diberikan pada fluida pendingin yang lain (skunder). Dengan system pengambilan panas tersebut maka integritas komponen teras akan selalu terjamin.
Pada jenis reaktor tertentu, terutama jenis PLTN, H.E. juga berfungsi sebagai pembangkit uap.
C. Prinsip Dasar Reaktor Nuklir
Pelepasan energi di dalam peristiwa inti individu seperti pemancaran-α, secara kasar adalah sejuta kali lebih besar daripada pelepasan energi di dalam peristiwa kimia, yang dihitung berdasarkan setiap setiap atom. Akan tetapi, untuk menggunakan tenaga inti besar, kita harus mengaturnya
sedemikian rupa sehingga satu peristiwa akan memicu peristiwa inti yang lain yang berada disekitarnya sampai proses tersebut menyebar di seluruh materi seperti nyala api melalui sebuah balok kayu yang terbakar. Kenyataan bahwa lebih banyak
neutron dihasilkan di dalam fsi daripada yang dihabiskan (lihat persamaan 55-1), menaikkan kemungkinan seperti ini, neutron yang dihasilkan dapat menyebabkan fsi di dalam inti yang
berdekatan dengan neutron ini dan dengan cara ini maka sebuah rantai peristiwa fsi akan merambat sendiri. Proses seperti itu dinamakan reaksi berantai (chain reaction). Reaksi berantai ini dapat berlangsung cepat dan tak terkontrol seperti di dalam sebuah bom nuklir, atau dapat dikontrol seperti di dalam reactor nuklir.
1. Masalah Kebocoran Neutron
Suatu presentasi dari neutron yang dihasilkan akan bocor ke luar dari teras reactor dan akan merupakan kehilangan kepada reaksi berantai tersebut. Jika terlalu banyak neutron yang bocor keluar, maka reactor itu tidak akan bekerja. Kebocoran adalah sebuah efek permukaan, yang besarnya sebanding dengan kuadrat dari dimensi teras reactor khas (4πr2 untu sebuah bola). Akan tetapi, produksi neutron adalah sebuah efek volume, yang sebanding dengan pangkat tiga dari sebuah dimensi khas (4/3 πr3 untuk sebuah bola). Bagian dari neutron yang hilang karena kebocoran dapat dibuat sekecil yang kita inginkan dengan membuat teras reactor cukup besar, dan dengan demikian akan mengurangi nilai banding permukaan terhadap volume (3/r untuk sebuah bola). 2. Masalah Energi Neutron
Neutron yang dihasilkan oleh fsi adalah neutron cepat, dengan energy kinetic sebesar ~ 2MeV. Akan tetapi, fsi diinduksi secara paling efektif oleh neutron lambat. Neutron cepat dapat
diperlambat dengan mencampur bahan bakar uranium dengan sebuah zat yang mempunyai sifat-sifat berikut:
a. Zat itu efektif dalam menyebabkan kehilangan energy kinetic oleh tumbukan elastis
b. Zat itu tidak menyerap neutron secara berlebihan, dan dengan demikian akan menghilangkan neutron dari rantai fsi. Zat seperti itu dinamakan moderator.
Kebanyakan reactor daya di negeri ini sekarang menggunakan air sebagai moderator, di mana inti hydrogen (proton) berperan sebagai elemen moderator yang efektif
Neutron dapat ditangkap oleh inti dengan berbagai cara yang tidak mengakibatkan fsi, dan penangkapan dengan pemancaran sinar-X adalah kemungkinan yang paling lazim. Khususnya,
sewaktu neutron cepat (energy kinetik ~ 2MeV) yang dihaasilkan di dalam proses fsi diperlambat di dalam moderator ke
kesetimbangan termal (energi kinetik ~ 0,04 eV) di dalam mana neutron itu khususnya mudah tertangkap dengan proses non-fsi oleh 238U.
Untuk meminimumkan penangkapan resonansi seperti itu, sebagaimana penangkapan itu dinamakan, maka bahan bakar uranium dan moderator (air) tidak dicampur secara baik sekali tetapi “dirumpunka”, yang tetap bersentuhan rapat satu sama lain tetapi menempati daerah yang berbeda-beda dari volume reactor tersebut. Harapan kita adalah bahwa sebuah neutron fsi cepat, yang dihasilkan di dalam sebuah “rumpun” uranium (yang dapat berupa sebuah tongkat bahan bakar), dengan kemungkinan yang tinggi akan menemukan dirinya sendiri di dalam moderator sewaktu lewat melalui jangkauan energy resonansi yang
“berbahaya” tersebut. Sekali neutron itu telah mencapai energy termal, maka neutron itu sangat mungkin berkeluyuran kembali kedalam serumpun bahan bakar dan akan menghasilkan sebuah peristiwa fsi. Kelihatannya jelas bahwa mencari susunan
geometric yang optimum dari bahan bakar dan moderator bukan merupakan masalah sederhana.
Gambar 55-6
Gambar 55-7
Sebuah rancangan tata ruang dari sebuah stasiun pembangkit daya nuklir di dasarkan pada reactor air tekan.
D. Jenis-jenis Reaktor Nuklir
Klasifkasi reaktor dibedakan berdasarkan kegunaan, tenaga neutron dan nama komponen serta parameter operasinya. 1. Menurut kegunaan :
a. Reaktor Daya
b. Reaktor Riset, termasuk uji material dan latihan
c. Reaktor Produksi Isotop yang kadang-kadang digol0ngkan juga kedalam reaktor riset.
2. Ditinjau dari tenaga neutron yang melangsungkan reaksi pembelahan, reaktor dibedakan atas:
a. Reaktor Cepat : GCFBR, LMFBR, SCFBR b. Reaktor Thermal : PWR, BWR, PHWR, GCR 3. Berdasarkan parameter yang lain:
a. Reaktor Berreflektor Graft: GCR, AGCR
b. Reaktor Berpendingin Air Ringan : PWR, BWR c. Reaktor Suhu Tinggi : HTGR
4. Reaktor Fisi
Reaktor fsi merupakan instalasi yang menghasilkan daya panas secara konstan dengan memanfaatkan reaksi fsi berantai. Istilah ini dibedakan dengan reaktor fusi yang memanfaatkan panas dari reaksi fusi. Dimungkinkan adanya reaktor yang memadukan
kedua jenis tersebut (reaktor hybrid). 5. Reaktor Fusi
mudah dimanfaatkan. Teaksi fusi merupakan reaksi penggabungan inti atom ringan, misalnya reaksi antara deuterium dan tritium. Deuterium sangat melimpah dialam, namun tritium tidak ada di alam ini. Oleh karena itu bahan yang mengandung Li-6 digunakan sebagai selimut, selanjutnya
direaksikan dengan neutron yang terjadi dari reaksi fusi untuk menghasilkan tritium, sehingga diperoleh siklus bahan bakar. System reaktor fusi terdiri dari bagian plasma teras, selimut, bejana vakum, magnet superkonduktor, dan lain-lain.
Dibandingkan dengan reactor fsi, reactor fusi tidak akan mengalami lepas kendali, dan sedikit menghasilkan produk radioaktif, sehingga memiliki tingkat keselamatan yang tinggi. 6. Reactor Penelitian
Reactor riset/penelitian adalah suatu reactor yang dimanfaatkan untuk berbagai macam tujuan penelitian. Misalnya reactor uji material yang digunakan secara khusus untuk uji iradiasi, reaktor untuk eksperimen kekristisan, reaktor untuk pendidikan dan
pelatihan. Di antara reaktor-reaktor tersebut yang disebut reaktor risetpun terdiri dari berbagai macam, misalnya reactor untuk eksperimen bekas neutron dan uji iradiasi material, reactor untuk eksperimen perisai, reactor untuk uji pulsa dan lain-lain. Tipe-tipe reactor riset antara lain tipe kolam berpendingin dan
bermoderator air ringan dan tipe kolam berpendingin air dan bermoderator air berat.
E. Keunggulan dan Kelemahan Reaktor Nuklir
Energy nuklir sebagai salah satu sumber energy, dimana paling ditakutkan karena bahayanya bagi keselamatan dan kesehatan hidup manusia. Berikut ini adalah beberapa kelemahan dan kelebihan energy nuklir sebagai sumber energy:
1. Keunggulan
a. Bahan bakarnya tidak mahal
b. Mudah untuk dipindahkan (dengan system keamanan yang ketat)
c. Energinya sangat tinggi dan tidak mempunyai efek rumah kaca dan hujan asam
2. Kelemahan
a. Butuh biaya yang besar untuk system penyimpanannya disebabkan dari bahaya radiasi energy nuklir itu sendiri.
b. Bahaya masal dari produk buangannya yang sangat radioaktif. c. Nuklir sebagai senjata pemusnah.
BAB III PENUTUP a. Kesimpulan
1. Reaktor nuklir adalah suatu alat untuk mengendalikan reaksi fsi berantai dan sekaligus menjaga kesinambungan reaksi itu. Reaktor nuklir merupakan suatu alat dimana terjadi reaksi
pembelahan berantai yang terkendali. Teknik pengendalian reaksi pembelahan ini merupakan dasar dari suatu rekator nuklir. Dalam suatu rekator nuklir, proses fsi dikendalikan dengan
2. Komponen-komponen utama dari suatu reaktor nuklir termal adalah:
Bahan bakar nuklir, Bahan Moderator, Batang pengontrol,
Pendingin Reaktor, Batang Kendali Reaktor, Perangkat detector, Reflektor, Perangkat penukar panas.
3. Pelepasan energi di dalam peristiwa inti individu seperti pemancaran-α, secara kasar adalah sejuta kali lebih besar daripada pelepasan energi di dalam peristiwa kimia, yang dihitung berdasarkan setiap setiap atom. Akan tetapi, untuk menggunakan tenaga inti besar, kita harus mengaturnya
sedemikian rupa sehingga satu peristiwa akan memicu peristiwa inti yang lain yang berada disekitarnya sampai proses tersebut menyebar di seluruh materi seperti nyala api melalui sebuah balok kayu yang terbakar.
4. Klasifkasi reaktor dibedakan berdasarkan kegunaan, tenaga neutron dan nama komponen serta parameter operasinya.
5. Keunggulan reaktor nuklir (bahan bakarnya tidak mahal, mudah untuk dipindahkan (dengan system keamanan yang
ketat), energinya sangat tinggi dan tidak mempunyai efek rumah kaca dan hujan asam) dan Kelemahan reaktor nulir (Butuh biaya yang besar untuk system penyimpanannya disebabkan dari
bahaya radiasi energy nuklir itu sendiri, bahaya masal dari produk buangannya yang sangat radioaktif, nuklir sebagai senjata
pemusnah). b. Saran
Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari
kesempurnaan makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Halliday, Resnick, 1986. Fiska Moderen edisi ke-3, Jakarta: Erlangga.
Santiani. 2011. Nuklir, Fisika Inti dan Politik Energi Nuklir. Malang. Inti Media.
Surya, Yohanes.2009. Fisika Moderen. Tangerang. PT Kandel.
http://joe-proudly-present.blogspot.com/2010/06/perkembangan-upaya-pemanfaatan-energi.html
http//myhobis.blogspot.com/2013/03/makalah-reaktor-nuklir.html
http://netsains.com/2009/04/energi-nuklir-pengertian-dan-pemanfaatannya/.html
anda bisa mendowload fle doc nya pada link berikut Reaktor Nuklir fnish
