Posted in WikiPAWK

Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir adalah sebuah pembangkit daya thermal yang menggunakan satu atau beberapa reaktor nuklir sebagai sumber panasnya. Prinsip kerja sebuah PLTN hampir sama dengan sebuah Pembangkilt Listrik Tenaga Uap, menggunakan uap bertekanan tinggi untuk memutar turbin. Putaran turbin inilah yang menggerakkan generator listrik sehingga menghasilkan energi listrik. Perbedaannya ialah sumber panas yang digunakan untuk menghasilkan panas. Sebuah PLTN menggunakan Uranium sebagai sumber panasnya. Reaksi nuklir Uranium menghasilkan energi panas yang sangat besar.

Berdasarkan reaksi nuklir yang terjadi, PLTN dibagi menjadi dua jenis, yaitu reaktor fisi dan reaktor fusi


Reaktor Fisi

Dalam PLTN Reaktor fisi, terjadi reaksi fisi terkendali di dalam reaktornya. Inti berat yang ditumbuk oleh sebuah partikel dapat membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan. Dalam reaksi inti inin, massa total produk lebih kecil dari pada massa total reaktan. Selisih massa muncul sebagai energi. Reaksi inti seperti inilah yang disebut reaksi pembelahan inti atau reaksi fisi.

Hingga kini telah ada berbagai jenis dan ukuran dari reaktor, tetapi semuanya memiliki lima komponen dasar yang sama: (1) elemen bahan bakar, (2) moderator neuron, (3) batang pengendali, (4) pendingin, dan (5) perisai radiasi.

Elemen bahan bakar berbentuk batang-batang tipis dengan diameter 1 cm. Dalam suatu reaktor besar ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakara dan daerah sekitarnya disebut teras reaktor. Umumnya, bahan bakar reaktor adalah Uranium-235 (U-235).Reaksi Pembelahan

Reaksi fisi diawali ketika inti uranium menyerap sebuah neutron lambat. Berdasarkan model butir cairan (Frenkel), neutron lambat yang diserap oleh inti U-235 memberikan tambahan energi dalam pada inti. Keadaan antara atau inti gabungan ini adalah  (karena menyerap neutron). Energi tambahan inti yang berada dalam keadaan tereksitasi ini, membuat gerakan masing-masing nukleon semakin lincah, yang kemudian membuat inti mengambil bentuk memanjang. Ketika inti memanjang, gaya nuklir (gaya tarik menarik) antara kedua ujung inti berkurang sangat besar akibat pertambahan jarak pisah, dan gaya tolak menolak Coulomb yang besarnya tetap menjadi lebih dominan, akibatnya inti membelah menjadi dua. Dalam proses pembelahan ini sejumlah neutron (umumnya dua atau tiga) juga turut dibebaskan. Dan telah diketahui bahwa energi rata-rata yang dibebaskan adalah 200 MeV. Energi inilah yang menjadi sumber panas suatu reaktor nuklir.

Teras Reaktor
Teras Reaktor

Tiap neutron yang dibebaskan dari reaksi fisi dapat diserap oleh inti U-235 yang belum mebelah untuk menghasilkan fisi U-235 lainnya. Dengan demikian akan dihasilkan neutron yang lebih banyak (mengikuti deret geometri : 1 > 2 > 4 > 8 > dan seterusnya), yang akan menghasilkan sederetan pembelahan inti sehingga semua inti U-235 yang tersedia habis membelah dengan cepat, maka kondisi inilah yang disebut reaksi berantai tak terkendali. Agar reaksi berantai dapat terkendali, hanya satu neutron dari tiap hasil fisi yang diperkenankan untuk membelah satu inti U-235 lainnya. Semua neutron lainnya harus diserap tanpa menyebabkan pembelahan. Nutron-neutron ini diserap oleh batang pengendali yang dibuat dari material-material seperti kadmium (yang menyerap neutron tanpa mengalami pembelahan).

Neutron-neutron yang mudah membelah inti U-235 adalah neutron-neutron lambat yang memiliki energi 0,04 eV atau lebih kecil. Sedangkan neutron-neutron yang dibebaskan selama pembelahan (fisi) memiliki energi beberapa MeV. Oleh karena itu, sebuah reaktor fisi harus memiliki material yang dapat mengurangi kelajuan neutron-neutron yang bergerak lebih cepat ini (energinya lebih besar) sehingga neutron-neutron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan neutron disebut moderator neurtron. Material-material moderator dapat berupa: air biasa (H2O), air berat (D2O), gravit, berillium. Tetapi moderator yang umum digunakan adalah air.

gh

Energi panas yang dihasilkan dalam batang-batang bahan bakar diangkut keluar dari atas teras reaktor oleh air yang terdapat disekitarnya. Air ini secara terus menerus dipompakan oleh pompa primer kedalam reaktor. Untuk mengangkut kalor sebesar mungkin, suhu air dapat naik mencapai 300O C. Untuk menjaga agar air tidak medidih, air diberi tekanan 160 atm. Air panas dilewatkan dalam alat penukar panas. Di sini kalor dipindahkan dari air panas ke air yang mengalir di dalam alat penukar panas. Kalor yang dipindahkan ke alat penukar panas, memanaskan air dalam penukar panas hingga air pada bagian atasnya menguap menghasilkan uap panas betekanan tinggi. Energi dari uap panas bertekanan tinggi ini disalurkan memasuki turbin dan akan memutar turbin. Turbin terhubung langsung dengan generatur sehingga putaran turbin diteruskan sebagai putaran generator dan generator pun membangkitkan energi listrik. Uap keluaran dari turbin didinginkan kembali di kondensator hingga berubah kembali menjadi air, untuk selanjutnya dikembalikan ke alat penukar panas oleh pompa sekunder.


Reaktor Fusi

Dalam PLTN reaktor fusi, terjadi reaksi fusi di dalam reaktornya. Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti. Reaksi fusi dapat menghasilkan energi yang lebih besar dengan bahan bakar yang mudah di dapat dan tingkat polusi yang rendah. Bahan yang digunakan bisa didapat dari air. Namun reaktor ini tidak dapat dibuat karena diperlukan suhu sangat tinggi untuk keberlangsungan reaksi fusi. Kondisi suhu ini yang tidak dapat dipenuhi.


Daftar Pustaka

Kanginan, Marthen. 2006. Fisika SMA 3B. Jakarta: Erlangga.

Prinsip dan Cara Kerja PLTN

Penulis:

Organisasi mahasiswa program studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Tanjungpura, Pontianak, Kalbar.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s