Masalah energi merupakan salah satu isu penting yang sedang
hangat dibicarakan. Semakin berkurangnya sumber energi, penemuan sumber energi
baru, pengembangan energi-energi alternatif, dan dampak penggunaan energi
minyak bumi terhadap lingkungan hidup menjadi tema-tema yang menarik dan banyak
didiskusikan. Pemanasan global yang diyakini sedang terjadi dan akan memasuki
tahap yang mengkhawatirkan disebut-sebut juga merupakan dampak penggunaan
energi minyak bumi yang merupakan sumber energi utama saat ini.
Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber energi minyak
bumi memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan sumber energi baru. Salah
satu alternatif sumber energi baru yang potensial datang dari energi nuklir.
Meski dampak dan bahaya yang ditimbulkan amat besar, tidak dapat dipungkiri
bahwa energi nuklir adalah salah satu alternatif sumber energi yang layak
diperhitungkan.
Isu energi nuklir yang berkembang saat ini memang berkisar
tentang penggunaan energi nuklir dalam bentuk bom nuklir dan bayangan buruk
tentang musibah hancurnya reaktor nuklir di Chernobyl. Isu-isu ini telah
membentuk bayangan buruk dan menakutkan tentang nuklir dan pengembangannya.
Padahal, pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung jawab, dan terkendali atas
energi nuklir dapat meningkatkan taraf hidup sekaligus memberikan solusi atas
masalah kelangkaan energi.
Fisi Nuklir
Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua macam
mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa
inti melalui reaksi fusi. Di sini akan dibahas salah satu mekanisme produksi
energi nuklir, yaitu reaksi fisi nuklir.
Sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel
(misalnya neutron) dapat membelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan
beberapa partikel lain. Mekanisme semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi
nuklir. Contoh reaksi fisi adalah uranium yang ditumbuk (atau menyerap)
neutron lambat.
Reaksi fisi uranium seperti di atas menghasilkan neutron selain
dua buah inti atom yang lebih ringan. Neutron ini dapat menumbuk (diserap)
kembali oleh inti uranium untuk membentuk reaksi fisi berikutnya. Mekanisme ini
terus terjadi dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak
terkendali. Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat.
Mekanisme ini yang terjadi di dalam bom nuklir yang menghasilkan ledakan yang
dahsyat. Jadi, reaksi fisi dapat membentuk reaksi berantai tak terkendali yang
memiliki potensi daya ledak yang dahsyat dan dapat dibuat dalam bentuk bom
nuklir.
reaksi fisi berantai
(sumber: www.scienceclarified.com)
Dibandingkan dibentuk dalam bentuk bom nuklir, pelepasan energi
yang dihasilkan melalui reaksi fisi dapat dimanfaatkan untuk hal-hal yang lebih
berguna. Untuk itu, reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi harus dibuat
lebih terkendali. Usaha ini bisa dilakukan di dalam sebuah reaktor nuklir.
Reaksi berantai terkendali dapat diusahakan berlangsung di dalam reaktor yang
terjamin keamanannya dan energi yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk
keperluan yang lebih berguna, misalnya untuk penelitian dan untuk membangkitkan
listrik.
reaksi fisi berantai
terkendali (sumber: www.atomicarchive.com)
Di dalam reaksi fisi yang terkendali, jumlah neutron dibatasi
sehingga hanya satu neutron saja yang akan diserap untuk pembelahan inti
berikutnya. Dengan mekanisme ini, diperoleh reaksi berantai terkendali yang
energi yang dihasilkannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna.
Reaktor Nuklir
Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat
dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus
berlangsung secara terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor
nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar,
moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton.
skema reaktor nuklir
(sumber: http://personales.alc.upv.es)
Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan
mengalami fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah
uranium U. elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam
teras reaktor.
Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam
kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi
nuklir adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat
memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator neutron
yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air sebagai
moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan
kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.
Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi
nuklir dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi
berantai yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap
untuk memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap
neutron-neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering
digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.
Batang kendali didesain sedemikian rupa agar secara otomatis
dapat keluar-masuk teras reaktor. Jika jumlah neutron di dalam teras reaktor
melebihi jumlah yang diizinkan (kondisi kritis), maka batang kendali dimasukkan
ke dalam teras reaktor untuk menyerap sebagian neutron agar tercapai kondisi kritis.
Batang kendali akan dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah
kondisi kritis (kekurangan neutron), untuk mengembalikan kondisi ke kondisi
kritis yang diizinkan.
Radiasi yang dihasilkan dalam proses pembelahan inti atom atau
fisi nuklir dapat membahayakan lingkungan di sekitar reaktor. Diperlukan sebuah
pelindung di sekeliling reaktor nuklir agar radiasi dari zat radioaktif di
dalam reaktor tidak menyebar ke lingkungan di sekitar reaktor. Fungsi ini
dilakukan oleh perisai beton yang dibuat mengelilingi teras reaktor. Beton
diketahui sangat efektif menyerap sinar hasil radiasi zat radioaktif sehingga
digunakan sebagai bahan perisai.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Energi yang dihasilkan dari reaksi fisi nuklir terkendali di
dalam reaktor nuklir dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Instalasi
pembangkitan energi listrik semacam ini dikenal sebagai pembangkit listrik
tenaga nuklir (PLTN).
skema pembangkit
listrik tenaga nuklir (sumber: http://reactor.engr.wisc.edu)
Salah satu bentuk reaktor nuklir adalah
reaktor air bertekanan (pressurized water reactor/PWR) yang skemanya
ditunjukkan dalam gambar. Energi yang dihasilkan di dalam reaktor nuklir berupa
kalor atau panas yang dihasilkan oleh batang-batang bahan bakar. Kalor atau
panas dialirkan keluar dari teras reaktor bersama air menuju alat penukar panas
(heat exchanger). Di sini uap panas dipisahkan dari air dan dialirkan menuju
turbin untuk menggerakkan turbin menghasilkan listrik, sedangkan air
didinginkan dan dipompa kembali menuju reaktor. Uap air dingin yang mengalir
keluar setelah melewati turbin dipompa kembali ke dalam reaktor.
Untuk menjaga agar air di dalam reaktor (yang berada pada suhu
300oC) tidak mendidih (air mendidih pada suhu 100oC dan
tekanan 1 atm), air dijaga dalam tekanan tinggi sebesar 160 atm. Tidak heran
jika reaktor ini dinamakan reaktor air bertekanan.
Sumber : http://netsains.net/2009/04/energi-nuklir-pengertian-dan-pemanfaatannya/
