Makalah Fisika Modern Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Fisika Modern Dosen pengampu : Dr.Parlindungan Sinaga, M.Si Disusun Oleh : Iif Latifah (1401257) DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2016
A. PENGERTIAN PLTN Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per unit pembangkit berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe. Unit baru yang sedang dibangun pada tahun 2005 mempunyai daya 600-1. Gambar 1 sketsa PLTN Pada dasarnya sistem kerja dari PLTN sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu: air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Ulang yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Satu gram U-235 setara dengan 2650 batu bara. Pada PLTN panas yang digunakan untuk menghasilkan uap yang sama,dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reactor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel seperti CO2, SO2, atau NOx, juga tidak mengeluarkan asap atau
debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN. B. JENIS JENIS PLTN 1. Pressurized Water Reactor (PWR)/Reaktor Air Tekan PWR adalah jenis reaktor daya nuklir yang menggunakan air ringan biasa sebagai pendingin maupun moderator neutron. Reaktor ini pertama sekali dirancang oleh Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory untuk kepentingan kapal perang, tetapi kemudian rancangan ini dijadikan komersial oleh Westinghouse Nuclear Power Division. Reaktor jenis ini merupakan jenis reaktor yang paling umum. Lebih dari 230 buah reaktor digunakan untuk menghasilkan listrik, dan beberapa ratus lainnya digunakan sebagai tenaga penggerak kapal. Gambar 2 Pressurized Water Reactor (PWR) Pada reaktor jenis PWR, aliran pendingin utama yang berada di teras reaktor bersuhu mencapai 325oC sehingga perlu diberi tekanan tertentu (sekitar 155 atm) oleh perangkat pressurizer sehingga air tidak dapat mendidih. Pemindah panas, generator uap, digunakan untuk memindahkan panas ke aliran pendingin sekunder yang kemudian
mendidih menjadi uap air dan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Uap kemudian diembunkan di dalam kondenser menjadi aliran pendingin sekunder. Aliran ini kembali memasuki generator uap dan menjadi uap kembali, memasuki turbin, dan demikian seterusnya. 2. Boiling Water Reactor (BWR)/Reaktor Air Didih Reaktor jenis BWR merupakan rancangan reaktor jenis air ringan sebagai pendingin dan moderator, yang juga digunakan di beberapa Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Reaktor BWR pertama sekali dirancang oleh Allis-Chambers dan General Electric (GE). Sampai saat ini, hanya rancangan General Electric yang masih bertahan. Reaktor BWR rancangan General Electric dibangun di Humboldt Bay di California. Reaktor ini mempunyai banyak persamaan dengan reaktor PWR; perbedaan yang paling kentara ialah pada reaktor BWR, uap yang digunakan untuk memutar turbin dihasilkan langsung oleh teras reaktor. Gambar 3 Skema Boiling Water Reactor 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. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju perangkat pemisah dan pengering uap yang 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 airtersebut 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. 3. Reaktor Air Didih Lanjut (Advanced Boiling Water Reactor, ABWR) ABWR adalah reaktor air didih lanjut, yaitu tipe modifikasi dari reaktor air didih yang ada pada saat ini. Perbaikan ditekankan pada keandalan, keselamatan, limbah yang rendah, kemudahan operasi dan faktor ekonomi. Perlengkapan khas ABWR yang mengalami perbaikan desain adalah (1) pompa internal, (2) penggerak batang kendali, (3) alat pengatur aliran uap, (4) sistem pendinginan teras darurat, (5) sungkup reaktor dari beton pra-tekan, (6) turbin, (7) alat pemanas untuk pemisah uap (penurun kelembaban), (8) sistem kendali dijital dan lain-lain. 4. Reaktor Tabung tekan Reaktor tabung tekan merupakan reaktor yang terasnya tersusun atas pendingin air ringan (ada juga air berat) dan moderator air berat atau pendingin air ringan dan moderator grafit dalam pipa kalandria. Bahan pendingin dan bahan moderator dipisahkan oleh pipa tekan, sehingga bahan pendingin dan bahan moderator dapat dipilih secara terpisah. Pada kenyataannya terdapat variasi gabungan misalnya pendingin air ringan moderator air berat (Steam -Generating Heavy Water Reactor,SGHWR), pendingin air berat moderator air berat (Canadian Deuterium Uranium,CANDU), pendingin air ringan moderator grafit (Channel Type Graphite-moderated Water-cooled Reactor, RBMK).
Teras reaktor terdiri dari banyak kanal bahan bakar dan dideretkan berbentuk kisi kubus di dalam tangki kalandria, bahan pendingi mengalir masing-masing di dalam pipa tekan, energi panas yang timbul pada kanal bahan bakar diubah menjadi energi penggerak turbin dan digunakan pada pembangkit listrik. Disebut juga rektor nuklir tipe kanal. C. KOMPONEN PLTN 1. Reaktor Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Gambar 4 Reaktor Bagian utama dari reaktor nuklir yaitu: elemen bakar, perisai, moderator dan elemen kendali. 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 panas dan neutron-neutron baru.
2. Komponen Dasar Reaktor Nuklir Gambar 5 komponen dasar reaktor 2.1. Elemen Bahan Bakar Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kirakira 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan teras reaktor. Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235. 2.2. Moderator Neutron Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 ev (atau lebih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu, sebuah reaktor atom harus memiliki materaial yang dapat mengurangi kelajuan netron-netron yang energinya sangat besar sehingga netron-netron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan netron dinamakan moderator. Moderator yang umum digunakan adalah air. Ketika netron berenergi tinggi keluar dari sebuah elemen bahan bakar, netron tersebut memasuki air di sekitarnya dan bertumbukan dengan molekul-molekul air. Netron cepat akan kehilangan sebagian
energinya selama menumbuk molekul air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat. 2.3. Batang Kendali Jika keluaran daya dari sebuah reactor dikehendaki konstan, maka jumlah netron yang dihasilkan harus dikendalikan. Sebagaimana diketahui, setiap terjadi proses fisi ada sekitar 2 sampai 3 netron baru terbentuk yang selanjutnya menyebakan proses berantai. Batang kendalli terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkan kondisi itu kembali ke kondisi kritis. Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reactor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (missal untuk perawatan) batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti. 2.4. Pendingin Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Suhu ini dipindahkan dari reaktor dengan menggunakan bahan pendingin misalnya air atau karbon dioksida. Bahan pendingin (air) disirkulasikan melalui system pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reactor digantikan air dingin yang masuk melalui bagian bawah teras reactor. 2.5. Perisai atau Wadah Terbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reactor dapat bekerja dengan aman dari radiasi.
D. PRINSIP KERJA PLTN Proses kerja PLTN sebenarnya sama dengan proses kerja pembangkit listrik konvensional seperti pembangkit lisrtik tenaga uap (PLTU), yang umumnya sudah dikenal secara luas. yang membedakan antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir, sedangkan PLTU mendapatkan panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi. Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Uap bertekanan tinggi pada PLTU digunakan untuk memutar turbin. Tenaga gerak putar turbin ini kemudian diubah menjadi tenaga listrik dalam sebuah generator. Gambar 6 Proses pemutaran turbin Perbedaan PLTN dengan pembangkit lain terletak pada bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap, yaitu Uranium. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium menghasilkan tenaga panas (termal) dalam jumlah yang sangat besar serta membebaskan 2 sampai 3 buah neutron. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel seperti CO2, SO, atau NOx, juga tidak melepaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN,
adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan dilokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari. Gambar 7 Skema prinsip kerja PLTN E. STRUKTUR ATOM URANIUM DAN REAKSI FISI 1. Strukut 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 positip dan neutron yang bersifat netral. Disekitar intinya terdapat elektron yang mengelilingi, biasanya berjumlah sama dengan proton dan terikat dengan gaya elektromagnetiknya. Jumlah proton pada atom menjadi ciri khas suatu jenis atom dan lebih dikenal dengan sebutan nomer atom, yang menentukan unsur kimia atom tersebut. Unsur uranium memiliki jumlah proton 92 buah atau dengan kata lain nomer 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 %. 2. Reaksi Fisi Uranium Perlu diketahui bahwa reaksi fisi bisa terjadi disetiap inti atom dari suatu unsur tanpa terkecuali. Namun reaksi fisi yang paling mudah terjadi adalah 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 juga akan dihasilkan energi panas yang sangat besar. 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 disini 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 8 Proses terjadinya reaksi fisi 3. Besarnya Energi Reaksi Fisi 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. Gambar 9 Banyaknya bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun F. PROSES PEMANFAATAN PANAS HASIL FISI UNTUK MENGHASILKAN ENERGI LISTRIK DI DALAM PLTN o Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar. o Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan. o Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik). o Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.
G. KELEMAHAN PLTN Berikut ini berberapa hal yang menjadi kekurangan PLTN : 1) Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl(yang tidak mempunyai containment building). 2) Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hinggaribuan tahun. H. KEUNTUNGAN PLTN Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah : 1) Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) - gas rumah kacahanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikitmenghasilkan gas). 2) Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia. 3) Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal). 4) Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan. 5) Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahanbakar yang diperlukan. 6) Baterai nuklir - (lihat SSTAR). I. RESIKO PLTN 1. Radiasi Risiko utama yang berkaitan dengan tenaga nuklir timbul dari efek kesehatan dari radiasi. Radiasi ini terdiri dari partikel subatomik bepergian pada atau dekat kecepatan cahaya, --- 186 000 mil per detik. Mereka dapat menembus jauh di dalam tubuh manusia di mana mereka dapat merusak sel-sel biologi dan dengan demikian memulai
kanker. Jika mereka menyerang sel-sel seks, mereka dapat menyebabkan penyakit genetik pada keturunan. Radiasi terjadi secara alami di lingkungan kita, orang yang khas adalah, dan selalu telah terkena radiasi partikel 15.000 setiap detik dari sumber-sumber alam, dan medis rata-rata X-ray melibatkan disambar 100 miliar. Meskipun hal ini mungkin tampak sangat berbahaya, tidak, karena kemungkinan untuk sebuah partikel radiasi memasuki tubuh manusia menyebabkan kanker atau penyakit genetik hanya satu kesempatan di 30 juta miliar (30 triliun). Teknologi tenaga nuklir menghasilkan bahan yang aktif dalam memancarkan radiasi dan karena itu disebut "radioaktif". Bahan-bahan ini dapat datang ke dalam kontak dengan orang-orang terutama melalui siaran kecil selama operasi rutin pabrik, kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir, kecelakaan dalam pengangkutan zat radioaktif, dan melarikan diri dari limbah radioaktif dari sistem kurungan. Kami akan membahas ini secara terpisah, tetapi semuanya diambil bersama, dengan kecelakaan dirawat probalistik, akhirnya akan mengekspos Amerika rata-rata sekitar 0,2% dari paparan dari radiasi alam. Karena radiasi alam diperkirakan menyebabkan sekitar 1% dari semua kanker, radiasi karena teknologi nuklir akhirnya harus meningkatkan risiko kanker kita dengan 0,002% (satu bagian dalam 50.000), mengurangi harapan hidup kita dengan kurang dari satu jam. Sebagai perbandingan, kehilangan harapan hidup kita dari teknologi pembangkit listrik yang kompetitif, pembakaran batu bara, minyak, atau gas, diperkirakan bervariasi antara 3 sampai 40 hari. Ada banyak kesalahpahaman tentang penyakit genetik akibat radiasi. Risiko yang agak kurang daripada resiko kanker, misalnya, antara mereka yang selamat A-bom Jepang dari Hiroshima dan Nagasaki, ada sekitar 400 kematian akibat kanker ekstra di antara 100.000 orang dalam kelompok follow-up, tapi tidak ada tambahan penyakit genetik antara keturunan mereka. Karena tidak ada cara yang
mungkin untuk sel dalam tubuh kita untuk membedakan antara radiasi alam dan radiasi dari industri nuklir, yang terakhir tidak dapat menyebabkan jenis baru penyakit genetik atau kelainan bentuk (misalnya, manusia bionik), atau mengancam "ras manusia". Penyebab lain penyakit genetik termasuk tertunda orangtua (anak - anak dari orang tua yang lebih tua memiliki insiden yang lebih tinggi) dan laki-laki memakai celana (ini menghangatkan gonad, meningkatkan frekuensi mutasi spontan). Risiko genetik tenaga nuklir tersebut setara dengan orangtua menunda sebesar 2,5 hari, atau dari manusia memakai celana sebuah 8 jam ekstra per tahun. Banyak yang dapat dilakukan untuk mencegah penyakit genetik memanfaatkan teknologi yang tersedia saat ini, jika 1% dari pajak yang dibayar oleh industri nuklir digunakan untuk lebih menerapkan teknologi ini, 80 kasus penyakit genetik akan dihindari untuk setiap kasus yang disebabkan oleh industri nuklir. 2. Kecelakaan Reaktor Pembangkit tenaga nuklir desain strategi untuk mencegah kecelakaan dan mengurangi efek potensial mereka adalah "pertahanan mendalam" --- jika sesuatu gagal, ada sistem back-up untuk membatasi kerugian yang, jika sistem yang juga harus gagal ada lagi kembali -up sistem untuk itu, dll, dll Tentu saja ada kemungkinan bahwa setiap sistem dalam rangkaian back-up mungkin gagal satu demi satu, tetapi kemungkinan untuk itu adalah sangat kecil. Media sering mempublikasikan kegagalan dari beberapa sistem tertentu di pabrik beberapa, menyiratkan bahwa itu adalah panggilan dekat "pada bencana. Mereka benar-benar kehilangan titik pertahanan berlapis yang mudah menangani kegagalan tersebut Bahkan dalam kecelakaan Three Mile Island di mana setidaknya dua kegagalan tetap telah sangat diperparah oleh kesalahan manusia, dua baris pertahanan masih tidak dilanggar --- dasarnya semua radioaktivitas masih disegel dalam
bejana reaktor baja tebal, dan kapal yang disegel di dalam beton bertulang dan baja berat berbaris "penahanan" bangunan yang tidak pernah bahkan menantang itu jelas bukan panggilan dekat pada bencana bagi penduduk sekitar reaktor Chernobyl Soviet, dibangun di atas konsep desain yang jauh kurang aman, tidak punya struktur penahanan;. jika hal itu,. bencana yang seharusnya dihindari. Risiko dari kecelakaan reaktor diperkirakan oleh ilmu pengetahuan berkembang pesat dari "analisis risiko probabilistik" (PRA). Sebuah PRA harus dilakukan secara terpisah untuk setiap pembangkit listrik (dengan biaya $ 5 juta) tapi kita memberikan hasil yang khas di sini: bahan bakar Sebuah meleleh-down mungkin diharapkan sekali dalam 20.000 tahun beroperasi reaktor. Dalam 2 dari 3 lelehan-down tidak akan ada kematian, pada 1 dari 5 akan ada lebih dari 1000 kematian, dan dalam 1 dari 100.000 akan ada 50.000 kematian. Rata-rata untuk semua kebocoran akan menjadi 400 kematian. Karena polusi udara dari pembakaran batu bara diperkirakan akan menyebabkan 10.000 kematian per tahun, ada harus 25 meleleh-downs setiap tahun untuk tenaga nuklir harus sama berbahayanya dengan pembakaran batubara. Kematian saja dari polusi udara pembakaran batu bara tidak terlihat, tetapi yang sama juga berlaku bagi kematian akibat kanker dari kecelakaan reaktor. Dalam kecelakaan terburuk dipertimbangkan, diharapkan sekali dalam 100.000 meleleh-downs (sekali dalam 2 milyar tahun beroperasi reaktor), kematian kanker akan di antara 10 juta orang, meningkatkan risiko kanker mereka biasanya dari 20% (rata-rata AS saat ini) untuk 20,5 %. Ini jauh lebih kecil daripada variasi geografis --- 22% di New England menjadi 17% di negaranegara Rocky Mountain. Sangat dosis radiasi yang tinggi dapat merusak fungsi tubuh dan mengakibatkan kematian dalam waktu 60 hari, tetapi seperti "terlihat" kematian yang diharapkan hanya 2% dari reaktor meleleh-down
kecelakaan; akan ada lebih dari 100 di 0,2% dari kebocoran, dan 3500 di 1 dari 100.000 meleleh-downs. Untuk saat ini, jumlah terbesar kematian terlihat dari pembakaran batubara dalam insiden polusi udara (London, 1952) di mana terdapat 3500 kematian ekstra dalam satu minggu. Tentu saja kecelakaan nuklir yang hipotetis dan ada banyak jauh lebih buruk kecelakaan hipotesis dalam teknologi pembangkit listrik lain, misalnya, ada bendungan hidroelektrik di California yang mendadak kegagalan dapat menyebabkan 200.000 kematian. 3. Limbah Radioaktif Produk limbah radioaktif dari industri nuklir harus diisolasi dari kontak dengan orang untuk jangka waktu yang sangat lama. Sebagian besar radioaktivitas yang terkandung dalam bahan bakar bekas, yang cukup kecil dalam volume dan karena itu dengan mudah ditangani dengan hati-hati. Ini "limbah tingkat tinggi" akan dikonversi ke bentuk batu-suka dan emplaced di habitat alami batuan, di bawah tanah. Umur rata-rata sebuah batu di lingkungan yang merupakan satu miliar tahun. Jika sampah berperilaku seperti batu lain, mudah terlihat bahwa limbah yang dihasilkan oleh satu pembangkit tenaga nuklir akhirnya akan, selama jutaan tahun (jika tidak ada ditemukan obat untuk kanker), menyebabkan satu kematian dari 50 tahun beroperasi. Sebagai perbandingan, limbah dari tanaman pembakaran batubara yang berakhir di tanah akhirnya akan menyebabkan beberapa ribu kematian dari jumlah yang sama menghasilkan listrik. Volume yang jauh lebih besar jauh lebih sedikit radioaktif (tingkat rendah) limbah dari pembangkit nuklir akan dimakamkan di kedalaman dangkal (biasanya 20 kaki) dalam tanah. Jika kita menganggap bahwa bahan ini segera menjadi tersebar melalui tanah antara permukaan dan kedalaman air tanah (walau tindakan rumit untuk menjaga integritas paket limbah) dan berperilaku seperti materi
yang sama yang hadir secara alami dalam tanah (ada bukti ekstensif menegaskan perilaku seperti itu), jumlah korban tewas dari limbah tingkat rendah akan menjadi 5% dari yang dari limbah tingkat tinggi. J. SYARAT PLTN YANG AMAN Ketika syarat PLTN yang baik terpenuhi akan mendapatkan impek yang baik juga, berikut syarat yang harus dipenuhi yaitu : 1. Air Sebagai Pemerlambat Neutron (Moderator) Panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan, oleh air yang bertekanan 160 atmosfir dan suhu 300 derajat Celsius secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui saluran pendingan reaktor. Air yang bersirkulasi dalam saluran pendingin ini tidak hanya berfungsi sebagai pendingin saja melainkan juga bertindak sebagai moderator, yaitu sebagai medium yang dapat memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen. Setelah kecepatan neutron turun sampai 2000 m/detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300 derajat Celsius, barulah ia mampu membelah inti atom uranium-235. Neutron yang telah diperlambat disebut neutron termal. 2. Reaksi Pembelahan Inti Berantai Terkendali Untuk mendapatkan keluaran termal yang mantap, perlu dijamin agar banyaknya reaksi pembelahan inti yang terjadi dalam teras reaktor dipertahankan pada tingkat tetap, yaitu 2 atau 3 neutron yang dihasilkan dalam reaksi itu hanya satu yang dapat meneruskan reaksi pembelahan. Neutron lainnya dapat lolos keluar reaktor, atau diserap oleh bahan lainnya tanpa menimbulkan reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang kendali dibuat dari bahan-bahan yang menyerap neutron, sehingga jumlah neutron yang menyebabkan reaksi pembelahan dapat dikendalikan dengan mengatur keluar atau masuknya batang kendali ke dalam teras reaktor. Sehubungan dengan urain di atas perlu digarisbawahi bahwa:
a. Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada moderator. b. Kandungan Uranium-235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum adalah 3,2%. Kandungan ini kecil sekali dan terdistribusi secara merata dalam isotop Uranium-238, sehingga tidak mungkin terjadi reaksi pembelahan berantai secara tidak terkendali di dalamnya. 3. Keselamatan Nuklir Berbagai usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatan masyarakat, para pekerja reaktor, dan lingkungan PLTN. Usaha ini dilakukan untuk menjamin agar radioaktif yang dihasilkan reaktor nuklir tidak terlepas ke lingkungan baik selama operasi mapun jika terjadi kecelakaan. Tindakan proteksi dilakukan untuk menjamin agar PLTN dapat dihentikan dengan aman setiap waktu jika diinginkan dan tetap dapat dipertahankan dalam keadaan aman, yakni memperoleh pendinginan yang cukup. Untuk ini panas peluruhan yang dihasilkan harus dibuang dari teras reaktor, karena dapat menimbulkan bahaya akibat pemanasan lebih pada reaktor. 4. Keselamatan Terpasang Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi. 5. Penghalang Ganda PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dam berlapislapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil, Sebagai contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar (>
99%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama, selama beroperasi aupun jika terjadi kecelakaan, kelongsong bahan bakar akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsong. Dalam hal zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu sstem pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan dibuat dari baja dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5-2 meter. Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan beton setebal 1,5-2 meter yang kedap udara. Jadi selama operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih ada zat radioaktif yang terlepas jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap lingkungan tidak berarti. Gambar 10 Skema pembelahan inti uranium
K. REAKSI FUSI PADA PLTN Dalam reaksi fusi, dua atau lebih ringan inti atom bergabung membentuk inti tunggal yang lebih berat. Perubahan massa dalam proses adalah sumber energi nuklir. Fusi dalam inti matahari dan bintang-bintang lainnya menghasilkan energi radiasi mereka dengan menggabungkan dua atom hidrogen untuk menghasilkan atom helium. Dalam fusi, energi ambang yang sangat tinggi harus dicapai untuk menggabungkan inti atom, dan suhu yang diperlukan dalam jutaan derajat. Di alam, satu-satunya tempat di mana hal ini terjadi adalah dalam inti bintang. Superpanas plasma dan fokus daya laser adalah dua metode untuk mencapai energi ambang ini. Karena sesuatu yang dapat berfungsi sebagai media fusi harus begitu panas, itu harus diisolasi dari sekitar materi menggunakan medan magnet yang kuat atau penahanan inersia, yang merupakan prinsip di balik reaktor tokamak. Namun, fusi membutuhkan begitu banyak energi yang tak seorang pun belum bisa membangun sebuah reaktor yang menghasilkan energi yang dapat memenuhi reaksi awal fusi. Energi dapat diekstraksi dengan menggabungkan inti dalam proses yang disebut fusi.kerugian energi fisi mencakup produk sampingan radioaktif dan hubungannya dengan senjata nuklir dan kebocoran. Dalam dekade terakhir ini, fisikawan nuklir telah mengembangkan cara yang lebih aman dari bangunan reaktor, termasuk metode untuk daur ulang produk sampingan radioaktif. Kemajuan ini telah menyebabkan pemerintah AS untuk memulai advokasi pembangunan reaktor nuklir lagi.
DAFTAR PUSTAKA Wandha,Enggar. Artikel Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). [online]. Tersedia : http://enggarditaayuwandha.blogspot.co.id/2014/11/listrik-tenaga-nuklirpltn-pembangkit.html Diakses pada tanggal 13 Agustus 2016. Noname. Makalah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). [online]. Tersedia : http://alfith.itp.ac.id/wp-content/uploads/2015/09/pembangkit-listrik- TENAGA-NUKLIR.d.pdf Diakses pada tanggal 13 Agustus 2016. Susanto,Rudi. Makalah: Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). [online]. Tersedia : http://ruddysusanto.blogspot.co.id/2011/12/makalah-pembangkit-lisytriktenaga.html Diakses pada tanggal 13 Agustus 2016. Noname. Perbedaan Fusi dan Fisi Nuklir. [online]. Tersedia : http://artikeltop.xyz/perbedaan-fisi-dan-fusi.html Diakses pada tanggal 13 Agustus 2016. Noname. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. [online]. Tersedia : http://kpippltn.blogspot.co.id/p/resiko-nuklir.html 2016. Diakses pada tanggal 13 Agustus