Prinsip
Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Prinsip
Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
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 juga 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 didalam reaktor PLTN, pada
sub-bab ini akan disampaikan tentang bagaimana strutur atom didalam uranium dan
apakah itu reaksi fisi.
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 %.
Gambar
2 Struktur atom Uranium
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
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
Gambar
4 Banyaknya bahan bakar yang diperlukan dalam 1 tahun
untuk
masing-masing pembangkit listrik berkapasitas 1000 MW