Energi Nuklir, Pengertian dan Pemanfaatannya
Masalah energi
merupakan salah satuisupentingyang sedang hangat dibicarakan. Semakin
berkurangnya sumber energi, penemuan sumber energi baru, pengembangan
energi-energi alternatif, dan dampak penggunaan energi minyak bumi
terhadap lingkungan hidup menjadi tema-tema yang menarik dan banyak
didiskusikan. Pemanasan global yang diyakini sedang terjadi dan akan
memasuki tahap yang mengkhawatirkan disebut-sebut juga merupakan dampak
penggunaan energi minyak bumi yang merupakan sumber energi utama saat
ini.
Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya
sumber energi minyak bumi memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan
sumber energi baru. Salah satu alternatif sumber energi baru yang
potensial datang dari energi nuklir. Meski dampak dan bahaya yang
ditimbulkan amat besar, tidak dapat dipungkiri bahwa energi nuklir
adalah salah satu alternatif sumber energi yang layak diperhitungkan.
Isu energi nuklir yang berkembang saat ini memang
berkisar tentang penggunaan energi nuklir dalam bentuk bom nuklir dan
bayangan buruk tentang musibah hancurnya reaktor nuklir di Chernobyl.
Isu-isu ini telah membentuk bayangan buruk dan menakutkan tentang nuklir
dan pengembangannya. Padahal, pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung
jawab, dan terkendali atas energi nuklir dapat meningkatkan taraf hidup
sekaligus memberikan solusi atas masalah kelangkaan energi.
Fisi Nuklir
Secara
umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua macam mekanisme, yaitu
pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti melalui
reaksi fusi. Di sini akan dibahas salah satu mekanisme produksi energi
nuklir, yaitu reaksi fisi nuklir.
Sebuah inti
berat yang ditumbuk oleh partikel (misalnya neutron) dapat membelah
menjadi dua inti yang lebih ringan dan beberapa partikel lain. Mekanisme
semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi nuklir. Contoh reaksi
fisi adalah uranium yang
ditumbuk (atau menyerap) neutron lambat.
Reaksi fisi uranium seperti di atas
menghasilkan neutron selain dua buah inti atom yang lebih ringan.
Neutron ini dapat menumbuk (diserap) kembali oleh inti uranium untuk
membentuk reaksi fisi berikutnya. Mekanisme ini terus terjadi dalam
waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali.
Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat.
Mekanisme ini yang terjadi di dalam bom nuklir yang menghasilkan ledakan
yang dahsyat. Jadi, reaksi fisi dapat membentuk reaksi berantai tak
terkendali yang memiliki potensi daya ledak yang dahsyat dan dapat
dibuat dalam bentuk bom nuklir.
reaksi fisi berantai...
Dibandingkan dibentuk
dalam bentuk bom nuklir, pelepasan energi yang dihasilkan melalui reaksi
fisi dapat dimanfaatkan untuk hal-hal yang lebih berguna. Untuk itu,
reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi harus dibuat lebih
terkendali. Usaha ini bisa dilakukan di dalam sebuah reaktor nuklir.
Reaksi berantai terkendali dapat diusahakan berlangsung di dalam reaktor
yang terjamin keamanannya dan energi yang dihasilkan dapat dimanfaatkan
untuk keperluan yang lebih berguna, misalnya untuk penelitian dan untuk
membangkitkan listrik.
reaksi fisi berantai
terkendali
Di dalam reaksi
fisi yang terkendali, jumlah neutron dibatasi sehingga hanya satu
neutron saja yang akan diserap untuk pembelahan inti berikutnya. Dengan
mekanisme ini, diperoleh reaksi berantai terkendali yang energi yang
dihasilkannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna.
Reaktor Nuklir
Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat
dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus
berlangsung secara terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah
reaktor nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu elemen
bahan bakar, moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton.
skema reaktor nuklir
Elemen bahan bakar
menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami fusi nuklir. Bahan yang
biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U. elemen bahan
bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras reaktor.
Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium
berada dalam kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang
memungkinkan terjadinya fisi nuklir adalah neutron lambat sehingga
diperlukan material yang dapat memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi
ini dijalankan oleh moderator neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di
dalam teras reaktor terdapat air sebagai moderator yang berfungsi
memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan kehilangan sebagian
energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.
Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat
menghasilkan fisi nuklir dalam reaksi berantai dilakukan oleh
batang-batang kendali. Agar reaksi berantai yang terjadi terkendali
dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk memicu fisi nuklir
berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-neutron di dalam
teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering digunakan
sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.
Batang kendali didesain sedemikian rupa agar secara
otomatis dapat keluar-masuk teras reaktor. Jika jumlah neutron di dalam
teras reaktor melebihi jumlah yang diizinkan (kondisi kritis), maka
batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk menyerap sebagian
neutron agar tercapai kondisi kritis. Batang kendali akan dikeluarkan
dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi kritis
(kekurangan neutron), untuk mengembalikan kondisi ke kondisi kritis yang
diizinkan.
Radiasi yang dihasilkan dalam proses
pembelahan inti atom atau fisi nuklir dapat membahayakan lingkungan di
sekitar reaktor. Diperlukan sebuah pelindung di sekeliling reaktor
nuklir agar radiasi dari zat radioaktif di dalam reaktor tidak menyebar
ke lingkungan di sekitar reaktor. Fungsi ini dilakukan oleh perisai
beton yang dibuat mengelilingi teras reaktor. Beton diketahui sangat
efektif menyerap sinar hasil radiasi zat radioaktif sehingga digunakan
sebagai bahan perisai.
Pembangkit
Listrik Tenaga Nuklir
Energi yang
dihasilkan dari reaksi fisi nuklir terkendali di dalam reaktor nuklir
dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Instalasi pembangkitan
energi listrik semacam ini dikenal sebagai pembangkit listrik tenaga
nuklir (PLTN).
skema pembangkit listrik tenaga nuklir
Salah satu
bentuk reaktor nuklir adalah reaktor air bertekanan (pressurized
water reactor/PWR) yang skemanya ditunjukkan dalam gambar. Energi
yang dihasilkan di dalam reaktor nuklir berupa kalor atau panas yang
dihasilkan oleh batang-batang bahan bakar. Kalor atau panas dialirkan
keluar dari teras reaktor bersama air menuju alat penukar panas (heat
exchanger). Di sini uap panas dipisahkan dari air dan dialirkan menuju
turbin untuk menggerakkan turbin menghasilkan listrik, sedangkan air
didinginkan dan dipompa kembali menuju reaktor. Uap air dingin yang
mengalir keluar setelah melewati turbin dipompa kembali ke dalam
reaktor.
Untuk menjaga agar air di dalam reaktor
(yang berada pada suhu 300oC) tidak mendidih (air mendidih
pada suhu 100oC dan tekanan 1 atm), air dijaga dalam tekanan
tinggi sebesar 160 atm. Tidak heran jika reaktor ini dinamakan reaktor
air bertekanan.
0 komentar: