Reaktor daya

Reaktor Daya – Pembangkitan Energi Listrik

03 Aug 2010 11:35:33

16 % listrik dunia dihasilkan dari energi nuklir.
Sebuah reaktor nuklir mampu memproduksi sekaligus mengontrol proses pelepasan energi yang dihasilkan dari pembelahan atom uranium maupun plutonium yang berlangsung didalam teras reaktor. Pada reaktor daya, energi panas yang dilepaskan selama reaksi fisi berantai digunakan untuk menghasilkan uap. Uap ini kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin generator dan menghasilkan listrik (prinsip ini sama seperti pembangkit listrik lainnya, akan tetapi tanpa pembakaran bahan bakar fosil dan tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca).
Komponen-komponen yang ada didalam reaktor nuklir :
Bahan bakar. Umumnya berupa pelet-pelet bahan bakar uranium oksida (UO2) yang disusun dalam sebuah kelongsong membentuk batang elemen bahan bakar (fuel rods). Beberapa elemen bakar kemudian dirakit menjadi perangkat/bundel bahan bakar (fuel assembly). Bundel bahan bakar ini lah yang dimasukkan ke dalam reaktor nuklir. Susunan bundel bahan bakar membentuk struktur inti atau teras reaktor (reactor core)
Moderator. Komponen ini berfungsi untuk memperlambat neutron cepat (neutron berenergi ~ 2 MeV) hasil reaksi fisi menjadi neutron termal (neutron berenergi ~ 0,025 eV) melalui tumbukan-tumbukan, sehingga reaksi fisi dapat terus berlangsung. Moderator yang baik ialah bahan ringan atau unsur bermassa atom kecil, memiliki tampang lintang serapan neutron (kebolehjadian menyerap neuron) kecil, tampanglintang hamburan besar, daya hantar panas yang baik, serta tidak korosif. Bahan moderator yang digunakan umumnya adalah air (H2O), air berat (D2O) atau grafit.
Batang kendali (control rods). Komponen ini digunakan untuk mengendalikan laju populasi neutron di dalam teras reaktor, memadamkan reaktor atau menghentikan reaksi pembelahan. Batang kendali dibuat dari bahan yang memenuhi sifat : mempunyai tampang lintang serapan neutron yang besar dan tampang lintang hamburan yang kecil. Bahan yang dipergunakan umumnya cadmium, hafnium atau boron. Bahan tersebut dicampur dengan  bahan lain sehingga batang kendali tahan terhadap radiasi, titik lelehnya tinggi dan tidak korosif. Prinsip kerja batang kendali ialah dengan jalan memasukkan dan mengeluarkan batang kendali dari teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor maka meutron diserap sehingga populasi neutron berkurang. Sebaliknya jika dikeluarkan maka populasi neutron akan bertambah. Penggunaan batang kendali ini berkaitan langsung dengan perubahan daya reaktor.
Pendingin (coolant). Komponen ini berfungsi mengambil panas yang timbul saat pembelahan inti atom di dalam elemen bakar. Panas yang diambil dipindahkan lewat perangkat penukar panas (heat exchanger) untuk membangkitkan daya listrik atau dibuang ke lingkungan. Bahan pendingin harus mempunyai koefien perpindahan panas yang baik, bukan penyerap neutron yang baik, penampang lintang hamburan yang besar, serta tidak korosif. Pendingin bisa juga berfungsi sebagai moderator. Contoh bahan yang digunakan sebagai pendingin adalah air (H2O), air berat (D2O), Na cair, gas CO2 dan gas helium.
Bejana bertekanan (Pressure vessel atau pressure tubes). Komponen ini berfungsi menampung fluida pendingin agar teras reaktor selalu terendam di dalamnya. Bejana atau tangki harus kuat dan tidak korosif. Bahan yang digunakan umumnya aluminium atau stainless steel.
Generator uap (steam generator). Merupakan bagian dari sistem pendingin, dimana panas dari reaktor digunakan untuk mendidihkan air sehingga dihasilkan uap panas untuk memutar turbin.
Pengungkung (containment). Berfungsi untuk melindungi teras reaktor dari gangguan di luar dan melindungi orang-orang di luar reaktor dari radiasi apabila terjadi kerusakan besar di dalamnya. Pengungkung di lengkapi dengan low venting system yang berfungsi untuk menjaga tekanan di masing-masing ruangan agar tetap negatif, sehigga tidak terjadi kontaminasi silang. Bahan yang digunakan umumnya adalah beton dan struktur baja.
Di beberapa tipe reaktor, proses penggantian bahan bakar dilakukan dengan memadamkan reaktor. Penggantian bahan bakar dilakukan setiap 1-2 tahun sekali, jumlah bundel bahan bakar yang diganti hanya meliputi seperempat hingga sepertiga bagian saja. Reaktor CANDU dan RBMK memiliki tabung bertekanan (bukan bejana bertekanan yang menutup teras reaktor) dan dapat terus beroperasi sementara penggantian bahan bakar dilakukan.
Jika moderator yang digunakan adalah air berat atau grafit, bahan bakar yang digunakan bisa menggunakan uranium alam dan tidak harus diperkaya. Uranium alam memiliki komposisi unsur yang sama seperti ketika ditambang (0,7% U-235 dan 99,2% U-238), melalui proses pengkayaan, proporsi isotop fisil (U-235) dapat ditingkatkan hingga 3,5 – 5 %. Reaktor yang menggunakan uranium diperkaya menggunakan moderator berupa air biasa, dan reaktornya disebut sebagai reaktor air ringan. Karena air ringan menyerap neutron selain memperlambatnya, moderator jenis ini kurang efisien bila dibandingkan moderator dari air berat atau grafit.
Hampir semua bahan bakar dibuat dalam bentuk keramik uranium oksida (UO2 dengan titik leleh 2800 ^oC) dan melalui proses pengkayaan. Pelet bahan bakar (biasanya berdiameter 1 cm dengan panjang 1,5 cm) diatur dalam kelongsong zirkonium (zircaloy) membentuk batang elemen bahan bakar. Zirkolium digunakan karena memiliki struktur keras, tahan korosi, serta mampu menahan produk fisi yang terlepas.  264 elemen bahan bakar selanjutnya dirakit menjadi bundel bahan bakar dalam struktur kisi terbuka dan dapat diangkat kedalam dan keluar dari teras reaktor. Tipe reaktor yang paling umum menggunakan bundel bahan bakar setinggi 3,5 – 4 meter.