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.
Sumber : netsains.com
