Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (Pltn)

Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akhir yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih sanggup dirasakan hingga sekarang.

Di samping sebagai senjata pamungkas yang dahsyat, semenjak usang orang sudah memikirkan bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Sampai ketika ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif sudah dipergunakan secara luas dalam banyak sekali bidang antara lain bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan materi makanan, bidang hidrologi, yang ialah aplikasi metode nuklir untuk non energi. Salah satu memanfaatkan metode nuklir dalam bidang energi ketika ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara besar-bemasukan dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, kondusif dan tidak mencemari lingkungan.

1. Sejarah Pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga nuklir

Pemanfaatan tenaga nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial semenjak tahun 1954. Pada waktu itu di Rusia (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air enteng bertekanan tinggi (VVER = PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe. Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR + Reaktor berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe.

Pada tahun 1997 di seluruh dunia baik di negara maju maupun negara sedang berkembang sudah dioperasikan sebanyak 443 unit PLTN yang tersebar di 31 negara dengan donasi sekitar 18 % dari pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai 351.000 Mwe dan 36 unit PLTN sedang dalam tahap kontruksi di 18 negara.

2. Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN

Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran materi fosil (minyak, batubara dan gas). Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya dipakai untuk menggerakkan generator, sehingga akan dihasilkan tenaga listrik.

Pembangkit listrik dengan materi bakar batubara, minyak dan gas memiliki potensi yang sanggup mengakibatkan dampak lingkungan dan duduk masalah transportasi bahanbakar dari tambang menuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akhir pembakaran materi fosil tersebut sanggup berupa CO₂ (karbon dioksida), SO₂ (sulfur dioksida) dan NOx (nitrogen oksida), serta debu yang mengandung logam berat. Kekhawatiran terbesar dalam pembangkit listrik dengan materi bakar fosil yakni sanggup mengakibatkan hujan asam dan peningkatan pemanasan global.

Perbedaan Pembangkit listrik konvensional
 dengan pembangkit listrik tenaga Nuklir

PLTN berperasi dengan prinsip yang sama ibarat PLK, spesialuntuk gerah yang dipakai untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran materi fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan inti materi fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. tenaga gerah tersebut dipakai untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap ( Steam Generator) dan selanjutnya sama ibarat pada PLK, uap dipakai untuk menggerakkan turbin generator sebagai pembangkit tenaga listrik. Sebagai pemindah gerah biasa dipakai air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.

Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dimembuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya ibarat CO₂, SO₂, NO_x ke lingkungan, sehingga PLTN ini ialah pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN yakni berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

3. Tentang Fisika Nuklir

Panas yang dipakai untuk membangkitkan uap diproduksi sebagai hasil dari pembelahan inti atom yang sanggup diuraikan sebagai diberikut :

Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh satu inti atom uranium-235, inti atom ini akan terbelah menjadi 2 atau 3 bagian/fragmen. Sebagian dari energi yang tiruanla mengikat fragmen-fragmen tersebut masing- masing dalam bentuk energi kinetik, sehingga mereka sanggup bergerak dengan kecepatan tinggi. Oleh lantaran fragmen-fragmen itu berada di dalam struktur kristal uranium, mereka tidak sanggup bergerak jauh dan gerakannya segera diperlambat.

Dalam proses perlambatan ini energi kinetik diubah menjadi gerah (energi termal). Sebagai gambaaran sanggup dikemukakan bahwa energi termal yang dihasilkan dari reaksi pembelahan 1 kg uranium-235 murni besarnya yakni 17 milyar kilo kalori, atau setara dengan energi termal yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kg (2400 ton) batubara.

Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan menghasilkan pula 2 atau 3 neutron yang dilepaskan dengan kecepatan lebih besar dari 10.000 km per detik. Neutron-neutron ini disebut neutron cepat yang bisa bergerak bebas tanpa dirintangi oleh atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya. Agar praktis ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkan reaksi pembelahan, kecepatan neutron ini harus diperlambat. Zat yang sanggup memperlambat kecepatan neutron disebut moderator.

4. Air Sebagai Pemerlambat Neutron (Moderator)

Seperti sudah disebutkan di atas, gerah yang dihasilkan dari reaksi pembelahan, oleh air yang bertekanan 160 atmosfir dan suhu 300 0 C secara terus menerus dipompakan ke dalam reaktor melalui jalan masuk pendingin reaktor. Air bersirkulasi dalam jalan masuk pendingin ini tidak spesialuntuk berfungsi sebagai pendingin saja melainkan juga bertindak sebagai moderator, yaitu sebagai medium yang sanggup memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen. Sesudah kecepatan neutron turun hingga 2000 m per detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300 ⁰ C, barulah ia bisa membelah inti atom uranium-235. Neutron yang sudah diperlambat disebut neutron termal.

5. Reaksi Pembelahan Inti Berantai Terkendali

Untuk mendapat keluaran termal yang mantap, perlu dijamin biar banyaknya reaksi pembelahan inti yang terjadi dalam teras reaktor dipertahankan pada tingkat tetap, yaitu 2 atau 3 neutron yang dihasilkan dalam reaksi itu spesialuntuk satu yang sanggup meneruskan reaksi pembelahan.

Neutron lainnya sanggup lolos keluar reaktor, atau terserap oleh materi lainnya tanpa mengakibatkan reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang kendali dibentuk dari bahan-bahan yang sanggup menyerap neutron, sehingga jumlah neutron yang mengakibatkan reaksi pembelahan sanggup dikendalikan dengan mengatur keluar atau masuknya batang kendali ke dalam teras reaktor.

Sehubungan dengan uraian di atas perlu digarisbawahi bahwa :

1. Reaksi pembelahan berantai spesialuntuk dimungkinkan apabila ada moderator.
2. Kandungan uranium-235 di dalam materi bakar nuklir maksimum yakni 3,2 %.

Kandungan ini kecil sekali dan terdistribusi secara merata dalam isotop uranium-238, sehingga mustahil terjadi reaksi pembelahan berantai secara tidak terkendali di dalamnya.

6. Radiasi dan Hasil Belahan

Fragmen-fragmen yang diproduksi selama reaksi pembelahan inti disebut hasil belahan, yang kebanyakan berupa atom-atom radioaktif ibarat xenon-133, kripton-85 dan iodium- 131. Zat radioaktif ini meluruh menjadi atom lain dengan memancarkan radiasi alpha, beta, gamma atau neutron.

Selama proses peluruhan, radiasi yang dipancarkan sanggup diserap oleh bahan-bahan lain yang berada di dalam reaktor, sehingga energi yang dilepaskan berkembang menjadi gerah. Panas ini disebut gerah peluruhan yang akan terus diproduksi walaupun reaktor berhenti beroperasi. Oleh lantaran itu reaktor dilengkapi dengan suatu sistem pemmembuangan gerah peluruhan. Selain hasil belahan, dalam reaktor dihasilkan pula materi radioaktif lain sebagai hasil kegiatan neutron. Bahan radioaktif ini terjadi lantaran bahan-bahan lain yang berada di dalam reaktor (seperti kelongsongan atau materi struktur) menangkap neutron sehingga berkembang menjadi unsur lain yang bersifat radioaktif.

Radioaktif yakni sumber utama timbulnya ancaman dari suatu PLTN, oleh lantaran itu tiruana sistem pengamanan PLTN ditujukan untuk mencegah atau menghalangi terlepasnya zat radioaktif ke lingkungan dengan kegiatan yang melampaui nilai batas ambang yang diizinkan berdasarkan peraturan yang berlaku.

7. Keselamatan Nuklir

Berbagai perjuangan pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatan masyarakat, para pekerja reaktor dan lingkungan PLTN. Usaha ini dilakukan untuk menjamin biar radioaktif yang dihasilkan reaktor nuklir tidak terlepas ke lingkungan baik selama operasi maupun kalau terjadi kecelakaan.

Tindakan protektif dilakukan untuk menjamin biar PLTN sanggup tidak boleh dengan kondusif setiap waktu kalau diinginkan dan sanggup tetap dipertahanan dalam keadaan aman, yakni memperoleh pendinginan yang cukup. Untyuk ini gerah peluruhan yang dihasilkan harus dimembuang dari teras reaktor, lantaran sanggup mengakibatkan ancaman akhir pemanasan lebih pada reaktor.

a. Keselamatan terpasang

Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya gerah yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi.

b. Penghalang Ganda

PLTN memiliki sistem pengaman yang ketat dan berlapis-lapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akhir yang ditimbulkannya sangat kecil. Sebagai contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar (> 99%) akan tetap tersimpan di dalam matriks materi bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama.

Selama operasi maupun kalau terjadi kecelakaan, kelongsongan materi bakar akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsongan. Dalam hal zat radioaktif masih sanggup keluar dari dalam kelongsongan, masih ada penghalang ketiga yaitu sistem pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang keempat berupa ember tekan dibentuk dari baja dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima yakni perisai beton dengan tebal 1,5-2 m. Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan beton setebal 1,5-2 m yang kedap udara.

Makara selama operasi atau kalau terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih ada zat radioaktif yang terlepas jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap lingkungan tidak berarti.

Sistem Keselamatan Reaktor dengan Penghalang Ganda

c. Pertahanan Berlapis

Disain keselamatan suatu PLTN menganut falsah pertahanan berlapis (defence in depth). Pertahanan berlapis ini mencakup : lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang, dibangun dan dioperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu yang tinggi dan teknologi mutakhir; lapis keselamatan kedua, PLTN dilengkapi dengan sistem pengaman/keselamatan yang dipakai untuk mencegah dan mengatasi akibat-aibat dari kecelakaan yang mungkin sanggup terjadi selama umur PLTN dan lapis keselamatan ketiga, PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan tambahan, yang sanggup diperkirakan sanggup terjadi pada suatu PLTN. Namun demikian kecelakaan tersebut kemungkinan terjadinya sedemikian sehingga tidak akan pernah terjadi selama umu uperasi PLTN.

8. Limbah Radioaktif

Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat radioaktif terhadap linkungan sanggup dikatakan tidak ada. Air bahari atau sungai yang dipergunakan untuk membawa gerah dari kondesnsor sama sekali tidak mengandung zat radioaktif, lantaran tidak bercampur dengan air pendingin yang bersirkulasi di dalam reaktor.

Gas radioaktif yang sanggup keluar dari sistem reaktor tetap terkungkung di dalam sistem pengungkung PLTN dan sudah melalui sistem ventilasi dengan filter yang berlapis-lapis. Gas yang dilepas melalui cerobong aktivitasnya sangat kecil (sekitar 2 milicurie/tahun), sehingga tidak mengakibatkan dampak terhadap lingkungan.

Pada PLTN sebagian besar limbah yang dihasilkan yakni limbah kegiatan rendah (70 – 80 %). Sedangkan limbah kegiatan tinggi dihasilkan pada proses daur ulang elemen bakar nuklir bekas, sehingga apabila elemen bakar bekasnya tidak didaur ulang, limbah kegiatan tinggi ini jumlahnya sangat sedikit.

Penangan limbah radioaktif kegiatan rendah, sedang maupun kegiatan tinggi pada umumnya mengikuti tiga prinsip, yaitu :

1. Memperkecil volumenya dengan cara evaporasi, insenerasi, kompaksi/ditekan.
2. Mengolah menjadi bentuk stabil (baik fisik maupun kimia) untuk megampangkan dalam transportasi dan penyimpanan.
3. menyimpan limbah yang sudah diolah, di daerah yang terisolasi.

Pengolahan limbah cair dengan cara evaporasi/pemanasan untuk memperkecil volume, kemudian dipadatkan dengan semen (sementasi) atau dengan gelas masif (vitrifikasi) di dalam wadah yang kedap air, tahan banting, contohnya terbuat dari beton bertulang atau dari baja tahan karat.

Pengolahan limbah padat yakni dengan cara diperkecil volumenya melalui proses insenerasi/pembakaran, selanjutnya abunya disementasi. Sedangkan limbah yang tidak sanggup dibakar diperkecil volumenya dengan kompaksi/penekanan dan dipadatkan di dalam drum/beton dengan semen. Sedangn limbah padat yang tidak sanggup dibakar atau tidak sanggup dikompaksi, harus dipotong-potong dan dimasukkan dalam beton kemudian dipadatkan dengan semen atau gelas masif.

Selanjutnya limbah radioaktif yang sudah diolah disimpan secara sementara (10-50 tahun) di gudang penyimpanan limbah yang kedap air sebelum disimpan secara lestari. Tempat penyimpanan lembah lestari dipilih di tempat/lokasi khusus, dengan kondisi geologi yang stabil dan secara ekonomi tidak bermanfaa.

Bagikan Artikel ini