ENERGI PLANETER

ENERGI PLANETER
(Energi Nuklir, Magma dan Surya)


Proses Nuklir Fusi dan Fisi
• Definisi reaksi fusi adalah reaksi penggabungan beberapa inti ringan, disertai
pengeluaran energy yang sangat besar. Proses ini merupakan kebalikan dari fisi, tetapi
hasil terakhir sama yaitu energy yang dahsyat.
• Perbedaan fisi dan fusi adalah pada prosesnya. Pada fisi, atom berat terbelah menjadi
dua, sebaliknya pada fusi, atom ringan bergabung menjadi satu.
• Reaksi nuklir fisi, terjadi akibat suatu neutron bebas menubruk inti atom uranium U-235
yang stabil, neutron tsb diserab oleh inti atom U-235 sehingga menjadi isotop U-236
yang tdk stabil.
• Inti atom isotop U-236 tsb akhirnya terbelah menjadi beberapa atom lain yg lebih kecil
serta melepaskan dua neutron berkecepatan tinggi. Proses pembelahan tersebut
menghasilkan/ melepaskan sejumlah besar energi.
• Dua neutron yg dilepaskan pada proses pembelahan tsb dapat menyebabkan terjadinya
proses fisi berikutnya, sehingga terjadilah proses berantai. Apabila proses berantai tdk
dikendalikan terjadilah ledakan.
• Energi kinetik noutron cepat yang dihasilkan dari proses pembelahan inti U-235 perlu
diperlambat oleh molekul yg berat seperti H2O sehingga energi kinetiknya berubah
menjadi panas. H2o selain berfungsi sebagai pendingin reaktor juga sebagai Moderator
untuk memperlambat kecepatan neutron bebas berkecepatan tinggi agar proses fisi
berikutnya dapat terjadi.
• Jumlah neutron yang dapat menghasilkan proses fisi berikutnya harus dikendalikan
dengan batang kendali yang dapat menyerap/ menangkap neutron yg berkecepatan
tinggi tsb, dengan mengatur keluar masuknya batang kendali dari reaktor nuklir.
P

Proses Nuklir Fisi

Proses nuklir fusi terjadi secara alamiah di matahari. Jadi sebenarnya
matahari merupakan reaktor nuklir raksasa.
• Proses nuklir fusi terjadi apabila dua inti atom ringan bereaksi dan bertum
ukan dengan bantuan cahaya/ panas membentuk inti atom yang lebih
berat dengan melepaskan sejumlah energi yang besar.
• Sebagai contoh disini dua atom Deuterium bertumbukan membentuk
atom helium-3 sera melepaskan neutron dan sejumlah energi.
• Atom deuterium merupukan turunan dari atom Hidrogen yang
melepaskan salah satu elektronnya.
• Jadi Reaksi nuklir fusi dapat dihasilkan dengan tumbukan dua inti atom
hidrogen yang tersedia berlimlah dialam. Namun untuk menghasilkan
tumbukan dua inti atom hidrogen sangat sulit karena adanya gaya ikatam
antar atom hirogen yang sangat kuat. Salah satu caranya adalah dengan
dipanasi inti atom terlepas dari elektronnya.

Meskipun nuklir fusi relatif lebih aman dibandingkan dengan nuklir
fisi, namun hingga saat ini masih dalam tarah di Laboratorium,
belum ada PLTN komersial yang berdasarkan proses nuklir fisi.
• Karena dalam merealisaikan proses nuklir fusi pada intinya kita
mencoba mebuat reaksi nuklir yang terjadi pada inti matahari yang
tentunya melibatkan temperatur yang sangat tinggi dan tekanan
yang sangat besar.


Bahan bakar nuklir & siklusnya
• Uranium-235 adalah satu-satunya material yang tersedia cukup banyak di
alam dan sekaligus dapat dilakukan proses fisi.
• Bahan bakar fisi lainnya adalah Uranium-233 yang dihasilkan dari Thorium-232 dan Plutonium-239 yang dihasilkan dari Uranium-238 melalui proses
penyerapan neutron.
• Komposisi dari biji Uranium adalah 99,3% U-238 dan hanya 0,7% U-235.
• Oleh karena komposisinya U-235 sangat kecil dalam biji Uranium, maka
tidak bisa langsung menggunakan biji Uranium sebagai bahan bakar reaktor
nuklir yang berpendingin air

• Biji uranium tersebut perlu diperkaya (enrichment) komposisinya hingga
komposisinya U-235 mencapai antara 2% -5% .
• Bahan bakar uranium yang mengandung U-235 antara 2% -5% mampu
melakukan reaksi fisi dengan moderator dan pendingin air.
• Bahan bakar ini difabrikasi dalam bentuk pelet (UOX).
• Bahan bakar yg telah digunakan dalam reaktor akan menghasilkan limbah
radioaktif nuklir, yang bisa langsung simpan atau diproses ulang menjadi
bahan baakar (MOX)



Proses Kerja PLTN

Perbedan pokok dan PLTN dengan PLTU adalah sumber energi
panasnya. PLTN mendapatkan sumber energi panas dari energi yang
dilepaskan dalam reaksi nuklir fisi, sedangkan PLTU dari hasil
pembakaran bahan bakar fosil (batubara, minyak, gas)
• Proses pemanfaatan panas dari hasil reaksi nuklir fisi adalah sbb :
– Bahan bakar nuklir mengalami reaksi fisi sehingga melepaskan energi
dalam bentuk panas dalam jumlah besar
– Panas hasil reaksi nuklir fisi tersebuat dimanfaatkan untuk menguapkan air
pendingin, bisa pendingin dalam proses primer maupun sekunder
tergantung jenis reaktor nuklirnya
– Uap air yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin uap yang
selanjutnya akan menggerakkan generator untuk mengahasilkan listrik
• oleh karena energi panas yang dilepaskan dalam reaksi nuklir fisi
tersbut cukup besar, maka pada umumnya ukuran PLTN adalah
dalam ribuan MW

Jenis-jenis teknologi PLTN

Komponen utama dari PLTN adalah reaktor daya. Pada awalnya reaktor
nuklir yang dikembangkan oleh berbagai negara tidak ada yang sama.
• Perbedan tersebut tergantung pada penggunakan bahan bakar,
moderator, jenis pendingin dan lainnya.
• Amerika dan Rusia negara yg mula-mula mampu melakukan pengayaan
bahan bakar nuranium, sehingga reaktornya menggunakan uranium
diperkaya. Sedangkan Inggris, Perancis dan Canada reaktornya
menggunakan uranium alam.
• Sebagian besar reaktor daya di dunia ini merupakan reaktor daya jenis
Reaktor Air Ringan atau LWR (Light Water Reactor). Disebut LWR karena
moderatornya menggunakan H2O kemurnian tinggi yang sekaligus
berfungsi sebagai pendingin reaktor.
• Jenis reaktor ini ada dua yaitu Reaktor Air Tekan atau PWR (Presurise
Water Reactor) dan Reaktor Air Didih atau BWR (Boiling Water Reactor).
• Disamping itu ada jenis reaktor yang lain yaitu : Reaktor Air Berat atau
HWR (Heavy Water Reactor), Reaktor Magnox, Reaktor Temperatur Tinggi


Jenis-jenis teknologi PLTN

Proses kerja dan karakteristik BWR :
– Uap air dihasilkan langsung dalam bejana reaktor daya.
– Panas hasil reaksi fisi digunakan langsung untuk menguapkan air
pendingin dan uap air yang terbentuk langsung dipakai memutar
turbin
– Air dalam bejana reaktor berada pada temperatur sekitar 285 oC
dengan tekanan jenuh 70 Atmosfir.
– Tidak memiliki perangkat pembangkit uap sendiri
– Pada bejana reaktor bagian atas terdapat perangkat pemisah dan
pengering uap, air yg tidak diuapkan terkumbul dalam bejana bagian
bawah dan disirkulasikan kembali bersama uap air keluaran turbin yng
sdh didinginkan dalam kondenser.
– Karena tekanan uapnya cukup tinggi, digunakan turbin bertekanan
tinggi dan rendah, sehingga dpt diperoleh efisiensi sekitar 34 %

Proses kerja dan karakteristik PWR :
– Menggunakan dua macam pendingin yaitu pendingin primer dan
pendingin sekunder. Panas yang dihasilkan dari reaksi fisi dsigunakan
untuk memanaskan air pendingin primer, didalam reaktor terdapat
alat pengontrol tekanan (Presuriser) berupa sebuah tangki dengan
pemanas dan penyemprot air untuk mempertahankan tekanan sistem
pendingin primer.
– Tekanan pada sistem pendingin primer dipertahankan pada 150 Atm
dengan suhu 300 oC.
– Air dari sistem pendingin primer tsb dialirkan pada pembangkit uap
atau penukar panas, sehingga terjadi pertukaran panas antara sistem
pendingin primer dengan sistem pendingin sekunder.
– Uap yang terbentuk pada sistem pendingin sekunder digunakan untuk
memutar turbin.
– Dari Aspek efisiensi PWR lebih rendah dari BWR, namun dari aspek
keselamatan lebih baik, karena sistem primer merupakan sistem
tertutup, sehingga bila terjadi kebocoran tdk sampai keluar.

Proses kerja dan karakteristik HWR (Heavy Water Reaktor) :
– Merupakan jenis reaktor yang menggunakan air berat (D2O) sebagai
moderator sekaligus pendingin. Menggunakan bahan bakar uranium alam,
sehingga harus digunakan D2O yang memiliki daya serap neutron rendah.
– Reaktor HWR yang paling terkenal adalah CANDU (Canadian Deuterium
Uranium).
– Seperti halnya PWR, HWR menggunakan dua sistem pendingin yaitu
pendingin primer dan pendingin sekunder, sistem pembangkit uap serta
sistem pengontrol tekanan .
– D2O hanya digunakan pada sistem pendingin primer, sedangkan sistem
pendingin sekunder menggunakan H2O
– Dalam pengoperasian kemurnian D2O harus dijaga pada tingkat 95%
hingga 99,8%. D2O merupakan bahan yang harganya mahal serta secara
fisik dan kimiawi sulit dibedakan dengan H2O. Oleh karena itu perlu ada
sistem penanggulangan kebocorannya baik uap maupun cairannya.


Proses kerja dan karakteristik MR (Magnox Reactor) :
– Menggunakan bahan bakar dalam bentuk logam uranium atau
paduannya yang dimasukkan dalam selongsong paduan magnesium.
– Pada sistem pendingin primer digunakan gas CO2 , grafit sebagai
moderator dan bahan bakar uranium alam
– Panas hasil reaksi fisi diambil dengan mengalirkan gas CO2 melalui
elemen bakar menuju sistem pembangkit uap.
– Reaktor jenis ini banyak digunakan di Inggris. Hasil pengembangan
jenis reaktor ini adalah AGR (Advance Gas cooled Reactor) dimana
bahan bakar yang digunakan adalah uranium sedikit diperkaya, guna
meningkatkan efisiensi thermal.
• Proses kerja dan karakteristik HTR (High Temperatur Reactor) :
– Menggunakan pendingin gas helium (He) pada sistem pendingin
primer, sehingga mampu menghasilkan panas hingga 750 oC dan
efisiensi thermal 40 %