KOMPONEN REAKTOR
NUKLIR
Dalam reaktor ini bahan bakar
dalam bentuk U02 ada dalam kelongsong yang terbuat dari paduan-logam zirkonium.
Kelongsong ini berfungsi sebagai pendukung mekanik, sebagai pembungkus untuk
mencegah agar produk-produk fisi tidak keluar dari elemen bahan bakar, dan
sebagai pelindung uranium terhadapat korosi oleh zat pendingin. Biasanya elemen
bahan bakar disusun secara teratur dengan moderator. Teras yang terdiri dari
bahan bakar moderator dikelilingi oleh reflektor, yang dapat juga berfungsi
sebagai moderator. Fungsi reflektor adalah mencegah kebocoran neutron yang berarti
pelepasan dari teras reaktor. Pada lapisan luar terdapat perisai yang
mengelilingi seluruh reaktor untuk menyerap neutron dan sinar gamma yang telah
lepas dari teras reaktor. Pengendalian reaktor dilaksanakan dengan batang
pengendali
komponen-komponen
utama tersebut dapat diterangkan melalui diagram seperti terlihat pada gambar 1
berikut:
1.Bahan bakar nuklir/bahan dapat belah
2.Bahan moderator
3. Pendingin reaktor
4. Perangkat batang kendali
5. Perangkat detektor
6. Reflektor
7. Perangkat bejana dan perisai reaktor
8. Perangkat penukar panas
Komponen No. 1 s/d 6 berada pada suatu lokasi yang disebut sebagai teras
reaktor, yaitu suatu tempat dimana reaksi berantai tersebut berlangsung.
Komponen
reaktor Nuklir
1.
Bahan Bakar Nuklir
-
Fungsi : sebagai bahan bakar untuk reaksi nuklir
di dalam reaktor
-
Persyaratan : bahan tersebut dapat mengadakan
fisi atau pembelahan atom
-
Mengapa persyaratannya demikian : karena di
dalam reaktor nuklir ini menggunakan prinsip reaksi berantai, sehingga jika
ditembakkan oleh neutron, maka bahan tersebut akan membelah secara berantai
atau kontinyu.
-
Penjelasan lain: Pada hakekatnya reaktor nuklir
itu adalah suatu wadah yang mengandung bahan nuklir yang dapat membelah, yang
disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan
dan kondisi yang terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan dapat
dipergunakan sebagai bahan bakar adalah bahwa bahan tersebut dapat mengadakan
fisi atau pembelahan atom. Untuk maksud ini dikenal hanya tiga macam isotop,
yaitu 235U, 239Pu dan 233U. Diantara isotop ini hanya 235U yang terdapat dalam
alam, yaitu dengan kadar 0,7 % dalam uranium alam, sedangkan selebihnya terdiri
dari 235U dan sedikit 234U. Bahan bakar uranium biasanya dipergunakan dalam
bentuk padat.
2.
Moderator Dan Reflektor
-
Fungsi : Untuk memperlambat neutron cepat sampai
mencapai tingkat energi yang lebih rendah, neutron yang berenergi tinggi itu
ditumbukkan pada atom-atom yang terdapat dalam bahan-bahan tertentu, yang
disebut moderator. Reflektor duntuk memantulkan neutron cepat kembali ke teras
reaktor.
-
Syarat untuk memilih dan menentukan bahan
moderator (dan reflektor) adalah:
1) Pada tiap tumbukan terdapat
kehilangan energi neutron yang besar.
2) Penampang penyerapan yang rendah.
3)
Penampang penghamburan yang tinggi.
4)
atom dengan nomor massa kecil.
5)
memiliki tampang lintang serapan neutron
(keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil.
6)
Memiliki tampang lintang hamburan yang besar.
7)
Memiliki daya hantar panas yang baik.
8)
Tidak korosif, Contoh : H2O, D2O, grafit, berilium, dll.
-
Mengapa persyaratannya demikian:
-
Penjelasan lain : Zat yang mengandung hidrogen
merupakan moderator yang baik jika dilihat pada kehilangan energi neutron
setelah terjadi tumbukan. Akan tetapi hidrogen mempunyai penampang penyerapan
yang relatif tinggi, yang dilihat dari sudut ekonomi neutron tidak
menguntungkan. Dalam bentuk persenyawaan, misalnya air normal dan hidrida
logam, zat hidrogen itu dapat dipakai sebagai moderator, asalkan dipergunakan
uranium diperkaya sebagai bahan bakar. Bahan-bahan lain yang dipergunakan
sebagai moderator adalah D20, grafit, berillium dan berillium oksida.
- Bahan Pengendali
- Fungsi : mengatur jumlah
neutron di dalam reaktor nuklir
-Syarat-syarat bahan untuk
batang pengendali adalah sebagai berikut:
1) Dapat
menyerap neutron dengan mudah
2) Tahan korosi.
3) Stabil dalam lingkungan radiasi dan suhu
tinggi.
-
Mengapa persyaratannya demikian: karena dalam reaksi dengan melibatkan neutron
dalam reaktor nuklir ini terjadi secara cepat dan harus dikendalikan dengan
cara meyerap neutron itu sendiri. Agar lebih efisien, maka digunakan
bahan yang mudah menyerap neutron. Bahannya juga harus tahan korosi serta
stabil dalam radiasi dan suhu yang tinggi dikarenakan suhu di dalam reaktor ini
lumayan tinggi.
Penjelasan
lain: Sebagai bahan batang pengendali biasanya dipergunakan paduan logam
kadmium atau borium. Kadmium murni adalah logam berwarna putih kebiru-biruan
yang sangat lunak. Sebagai logam murni kadmium tidak dapat dipergunakan sebagai
bahan pengendali karena titik leburnya relatif rendah (320°C) sedangkan pada
suhu tinggi mudah dioksidasi menjadi serbuk berwarna coklat. Sebagai bahan pengendali
biasanya kadmium dicampur dengan perak dan indium sehingga membentuk paduan
logam dengan sifat mekaniknya cukup kuat. Borium murni tidak mempunyai sifat
seperti logam; titik leburnya sangat tinggi (2100°C) dan kekerasan kristalnya
hanya dilebihi oleh intan. Sebagai bahan pengendali, borium biasanya
dipergunakan sebagai karbida (B4C), sebagai paduan logam dengan aluminium
(boral) dan belakangan ini sebagai boron baja (boron steel)
- Pendingin
-Fungsi
: Fungsi:
–
Menjaga tekanan pada batas yang diperbolehkan
,
memindahkan panas dari reaktor ke pembangkit
uap/sisi
sekunder
,
mempertahankan integritas batas tekanan
-Bahan
yang baik sebagai pendingin adalah fluida yang koefisien perpindahan panasnya
sangat bagus, memiliki tampang lintang serapan neutron yang kecil, dan tampang
lintang hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh : H2O, D2O, Na
cair, gas He dll.
Syarat:
1)
Mempunyai penyerapan neutron yang rendah.
2)
Mempunyai perpindahan kalor yang baik.
3)
Dapat menggunakan daya pompa yang rendah.
4)
Mempunyai titik beku yang rendah.
5)
Mempunyai titik didih yang tinggi.
6) Stabil dalam lingkungan radiasi dan
suhu tinggi.
7)
Tidak peka terhadap keradioaktivan yang di-induksi.
8)
Tidak korosi.
9)
Aman dalam penanganan.
-Mengapa
demikian: Setiap inti atom U-235 yang
mengalami pembelahan melepaskan sejumlah energi sebesar kira-kira 200 MeV, yang
kemudian hampir seluruhnya keluar dalam bentuk kalor. Jadi, jika suatu zat
tersebut mempunyai koefisien perpindahan panas yang baik, maka suhu di dalam
reaktor dapat stabil dengan pengaturan tertentu
- Bahan Perisai
-
Fungsi : Menahan radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisi
-
syarat untuk bahan perisai adalah:
1).
Dapat memperlambat neutron
2).
Dapat menyerap neutron
3).
Dapat menyerap radiasi gamma
-Mengapa
demikian :Dalam reaktor yang sedang beroperasi akan terdapat berbagai macam
radiasi yaitu partikel alfa dan beta, fragmen (produk) pembelahan, proton,
sinar gamma dan neutron. Proteksi terhadap radiasi yang berbahaya ini dilakukan
dengan memasang bahan perisai sebagai pelindung disekitar bejana reaktor.
Partikel alfa merupaka inti helium, terdiri dari dua neutron dan dua proton dan
oleh karena itu mengandung muatan listrik positif yang relatif besar. Partikel
alfa diemisi selama peluruhan radioaktif oleh isotop radioaktif dengan massa
berat dan energi diskrit yang khas untuk isotop tersebut dan besarnya pada
umumnya lebih dari 5 MeV. Partikel alfa melepaskan energinya dalam udara dengan
membentuk ion. Jarak tempuh partikel alfa dalam udara hanya 2 sampai 4 cm dan
karena itu radiasi alfa tidak merupakan suatu problem dalam disain perisai.
Proton juga menyebabkan ionisasi dalam udara, meskipun kurang karena muatan
listriknya lebih kecil. Jarak tempuh proton kira-kira 5 sampai 10 kali jarak
tempuh partikel alfa, akan tetapi seperti juga partikel alfa, proton tidak
menimbulkan kesulitan dalam desain perisai. Partikel beta (elektron dan
positron) di-emisi dengan energi yang meliputi spektrum yang luas dengan
kecepatan yang lebih besar dari pada partikel alfa. Partikel beta dapat juga
menimbulkan radiasi jika melalui medan listrik inti atom berat. Pelepasan
energi ini timbul sebagai sinar X dengan spektrum yang kontinyu dan disebut
“brermstrahlung”, yang mengandung bahaya disamping partikel betanya sendiri.
Positron mempunyai sifat yang sama seperti elektron akan tetapi lain dari itu
ia dapat bereaksi dengan elektron dan dapat menimbulkan dua foton gamma.
Neutron, seperti juga sinar gamma, mempunyai daya tembus yang cukup besar. Oleh
karena neutron tidak mempunyai muatan listrik maka cara satu-satunya agar
neutron melepaskan energinya adalah dengan tumbukan, hamburan elastis dan tidak
elastis dan penyerapan. Kesulitan yang timbul untuk menahan neutron adalah
karena pada umumnya penyerapan neutron oleh bahan disertai dengan reaksi (n,
gamma). Jadi meskipun neutron dapat ditahan, akan tetapi segera diikuti oleh
emisi gamma. Dengan demikian suatu perisai untuk menahan neutron harus juga
sanggup untuk menahan sinar gamma yang dikeluarkan pada akhir jarak tempuh
neutron.
- Pemindah kalor (heat exchanger)
-Fungsi
: sebagai pemindah kalor pada reaktor nuklir
-Syarat
: mampu memindah kalor dengan baik dan tepat, stabil
-Mengapa
demikian : karena kalor dalam reaktor nuklir ini harus dikendalikan agar tidak
terjadi kecelakaan yang fatal karena reaktor terlalu panas
-Penjelasan
lain: Pendingin primer biasanya merupakan suatu rangkaian tertutup, artinya
pendingin primer dikembalikan lagi oleh pompa ke reaktor setelah kalor yang
dibawa dari reaktor dipindahkan ke pendingin sekunder di dalam alat penukar
kalor.
- Pengungkung
Fungsi
: Mencegah pelepasan material radioaktif dari reaktor ke lingkungan
Struktur:
Struktur baja (Steel Containment Vessel – SCV)
banyak digunakan pada PWR 2 dan 3 loop
,
struktur beton pra tekan (Prestressed Concrete
Containment Vessel – PCCV)
banyak digunakan pada PWR 4 loop
Mengapa demikian : karena baja dapat meminimalisir pelepasan materi radioaktif
dari reaktor ke lingkungan
- Pembangkit Uap/Steam Generator
Fungsi
: sebagai boiler, berfungsi
untuk menghasilkan uap yang diperlukan untuk
menggerakkan turbin
Syarat
: Spesifikasi SG tipe U tube
(Sisi primer Tin : 324 C, Tout: 228 C
,
Sisi sekunder T: 285 C
,Berat
kotor: 312.208 kg
)
Mengapa demikian: agar lebih efisien dalam prosesnya
9.Perangkat detector
Fungsi : mendeteksi atau
mengontrol kejadian fisis di dalam teras reaktor nuklir
Syarat : mampu mendeteksi dan
mengontrol segala aktivitas dalam reaktor nuklir
Mengapa demikian : Detektor adalah komponen penunjang yang
mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua informasi tentang kejadian
fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas neutron, laju
pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui detektor yang
dipasang di dalam teras.
Catatan
1.
Bahan bakar
Terdapat
dalam teras reaktor diatur sedemikian rupa hingga luas permukaannya cukup besar
untuk memperbesar perpindahan kalor yang dihasilkan oleh bahan bakar.
2.
Pendingin (primer)
Cairan/gas
yang mempunyai sifat-sifat perpindahan kalor yang baik, berfungsi untuk
mendinginkan bahan bakar. Kadang-kadang pendingin primer berfungsi pula sebagai
moderator.
3.
Moderator
Berfungsi
untuk menurunkan energi neutron dari energi tinggi ke termaik. Moderator harus
mempunyai sifat-sifat kemampuan menghamburkan neutron besar, tetapi kemampuan
penyerapannya kecil. Seperti yang akan diterangkan kemudian moderator dipilih
dari unsur-unsur yang mempunyai A kecil agar penurunan energi per tumbukan
dapat besar.
4.
Batang kendali
Terbuat
dari bahan yang mempunyai serap neutron yang sangat besar berfungsi untuk
mengendalikan jumlah populasi neutron yang terdapat di dalam reaktor, jadi juga
mengendalikan jumlah reaksi fisi yang terjadi.
5.
Perisai (shielding)
Menahan
radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisi, agar para pekerja dapat
melakukan tugas-tugasnya di sekitar reaktor dengan aman.
6.
Pemindah kalor (heat exchanger)
Pendingin
primer biasanya merupakan suatu rangkaian tertutup, artinya pendingin primer
dikembalikan lagi oleh pompa ke reaktor setelah kalor yang dibawa dari reaktor
dipindahkan ke pendingin sekunder di dalam alat penukar kalor.
DAFTAR PUSTAKA