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.

3. 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)

4. 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

5. 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.

6. 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.

7. 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

8. 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

www.batan.go.id (diakses pada 4 Oktober 2014)

www.bapeten.go.id (diakses pada 4 Oktober 2014)

http://www.muapsein.blogspot.com/2011/11/definisi-reaktor-reaktor-nuklir-adalah.html (diakses pada 4 Oktober 2014)

http://masudahkusuma.blogspot.com/2012/11/reaktor-nuklir.html (diakses pada 4 Oktober 2014)

http://cinta-bangsasendiri.blogspot.com/2010/08/makalah-reaktor-nuklir.html (diakses pada 4 Oktober 2014)