# Pemrosesan ulang nuklir

Sellafield nuclear reprocessing site, UK
**Pemrosesan ulang nuklir** atau **Nuclear reprocessing** adalah pemisahan kimia produk fisi dan uranium yang tidak terpakai dari bahan bakar nuklir bekas. Awalnya, pemrosesan ulang hanya digunakan untuk mengekstrak plutonium untuk memproduksi senjata nuklir. Dengan komersialisasi tenaga nuklir, plutonium yang diproses ulang didaur ulang kembali menjadi bahan bakar nuklir MOX untuk reaktor termal. Reprocessed uranium, juga dikenal sebagai bahan bakar bekas, bisa pada prinsipnya juga akan digunakan kembali sebagai bahan bakar, tetapi itu hanya ekonomis bila volume pasokan uranium rendah dan harga tinggi. Sebuah reaktor breeder tidak diizinkan pada penggunaan plutonium dan uranium bekas daur ulang. Ia dapat menggunakan semua aktinida, menutup siklus bahan bakar nuklir dan berpotensi melipatgandakan energi yang diekstraksi dari uranium alam sekitar 60 kali.

Pemrosesan ulang harus sangat dikontrol dan dilakukan dengan hati-hati di fasilitas canggih oleh personel yang sangat terspesialisasi. Bundel bahan bakar yang tiba di lokasi dari pembangkit listrik tenaga nuklir (setelah didinginkan selama beberapa tahun) benar-benar larut dalam rendaman kimia, yang dapat menimbulkan risiko kontaminasi jika tidak dikelola dengan benar. Dengan demikian, pabrik pemrosesan ulang harus dianggap sebagai situs kimia tingkat lanjut, bukan pabrik nuklir.

Biaya yang relatif tinggi terkait dengan pemrosesan ulang bahan bakar bekas dibandingkan dengan siklus bahan bakar sekali pakai, tetapi penggunaan bahan bakar dapat ditingkatkan dan volume limbah berkurang. Pemrosesan ulang bahan bakar nuklir dilakukan secara rutin di Eropa, Rusia dan Jepang. Di Amerika Serikat, pemerintahan Obama mundur dari rencana Presiden Bush untuk pemrosesan ulang skala komersial dan kembali ke program yang berfokus pada penelitian ilmiah terkait pemrosesan ulang.

Komponen yang berpotensi berguna yang dibahas dalam pemrosesan ulang nuklir terdiri dari aktinida spesifik (plutonium, uranium, dan beberapa aktinida minor). Komponen elemen ringan meliputi produk fisi, produk aktivasi, dan cladding.

| material | disposition |
| --- | --- |
| plutonium, minor actinides, reprocessed uranium | fission in fast, fusion, or subcritical reactor |
| reprocessed uranium, cladding, filters | less stringent storage as intermediate-level waste |
| long-lived fission and activation products | nuclear transmutation or geological repository |
| medium-lived fission products 137Cs and 90Sr | medium-term storage as high-level waste |
| useful radionuclides, rare earths (lanthanides), and noble metals | industrial and medical uses |

Uranium yang diproses ulang atau **Reprocessed uranium** (**RepU**) adalah uranium yang diperoleh dari pemrosesan ulang nuklir, seperti yang dilakukan secara komersial di Prancis, Inggris dan Jepang dan oleh program produksi plutonium militer negara - negara senjata nuklir. Uranium ini sebenarnya merupakan bagian terbesar dari material yang dipisahkan selama pemrosesan ulang. Bahan bakar nuklir bekas LWR komersial mengandung rata-rata (tidak termasuk kelongsong) hanya empat persen plutonium, aktinida minor dan produk fisi menurut beratnya. Penggunaan kembali uranium yang diproses ulang belum umum karena harga rendah di pasar uranium selama dekade terakhir, dan karena mengandung isotop uranium yang tidak diinginkan .

Isotopic composition of reprocessed uranium| Isotope | Proportion | Characteristics |
| --- | --- | --- |
| uranium-238 | 98.5% | Fertile material |
| uranium-237 | 0% | Around 0.001% at discharge, but half-life only 1 week. Produces soluble, long-lived neptunium-237 which is hard to contain in a geological repository. |
| uranium-236 | 0.4%-0.6% | Neither fissile nor fertile. Affects reactivity. |
| uranium-235 | 0.5%-1.0% | Fissile material |
| uranium-234 | >0.02% | Fertile material but can affect reactivity differently |
| uranium-233 | trace | Fissile material |
| uranium-232 | trace | Fertile material, decay product thallium-208 emits strong gamma radiation making handling difficult |

Mengingat harga uranium yang cukup tinggi, uranium yang telah diproses ulang dapat diperkaya kembali dan digunakan kembali. Tingkat pengayaan yang lebih tinggi diperlukan untuk mengkompensasi 236 U yang lebih ringan dari 238 U dan oleh karena itu terkonsentrasi dalam produk yang diperkaya.Juga, jika reaktor pemulia cepat digunakan secara komersial, uranium yang diproses ulang, seperti uranium bekas, akan dapat digunakan dalam selimut pemuliaan.

Ada beberapa penelitian yang melibatkan penggunaan uranium yang diproses ulang dalam reaktor CANDU. CANDU dirancang untuk menggunakan uranium alam sebagai bahan bakar; 235 U konten yang tersisa di menghabiskan bahan bakar PWR / BWR biasanya lebih besar daripada yang ditemukan dalam uranium alam, yaitu sekitar 0,72% 235 U, yang memungkinkan langkah re-pengayaan akan dilewati. Uji siklus bahan bakar juga telah menyertakan siklus bahan bakar DUPIC (Penggunaan Langsung bahan bakar PWR bekas Dalam CANDU), di mana bahan bakar bekas dari Reaktor Air Bertekanan (PWR) dikemas ke dalam bundel bahan bakar CANDU hanya dengan pemrosesan ulang fisik (dipotong-potong) tetapi tidak pemrosesan ulang kimia.

Penggunaan langsung uranium yang dipulihkan untuk bahan bakar reaktor CANDU pertama kali ditunjukkan di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Qinshan di Cina. Penggunaan pertama uranium yang diperkaya ulang dalam LWR komersial adalah pada tahun 1994 di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Cruas di Prancis.

## Metode pemrosesan ulang nuklir

Metode utama pemrosesan ulang nuklir adalah PUREX (Plutonium and Uranium Recovery by EXtraction), yang merupakan metode standar untuk mengekstrak uranium dan plutonium dari bahan bakar bekas menggunakan ekstraksi cair-cair. Metode lain yang lebih canggih atau khusus termasuk UREX+ (yang dapat memulihkan uranium dan teknesium) dan berbagai metode ekstraksi aktinida seperti DIAMEX-SANEX, yang dirancang untuk memisahkan aktinida minor seperti amerisium dan kurium dari limbah PUREX.

Langkah-langkah kunci dalam pemrosesan ulang

* Pembongkaran: Rakitan bahan bakar bekas dibongkar, dan batang bahan bakar dipotong menjadi potongan-potongan yang lebih kecil.
* Pelarutan: Bahan bakar dilarutkan dalam asam kuat, paling umum asam nitrat dalam kasus PUREX.
* Pemisahan: Proses kimia atau fisika digunakan untuk memisahkan unsur-unsur yang diinginkan (seperti uranium dan plutonium) dari produk fisi lainnya.
* Pemurnian: Material yang dipisahkan diproses lebih lanjut untuk mencapai kemurnian yang dibutuhkan agar dapat digunakan kembali.
* Pengelolaan limbah: Limbah radioaktif tinggi yang tersisa diproses agar stabil untuk penyimpanan dan pembuangan jangka panjang, seringkali dengan pembakaran limbah padat atau penguapan limbah cair.

### Jenis

* Metode utama PUREX merupakan metode standar industri yang paling banyak digunakan saat ini. Menggunakan proses ekstraksi cair-cair untuk memisahkan uranium dan plutonium secara terpisah dari produk fisi (sisa-sisa reaksi nuklir). Proses ini juga dapat memisahkan aktinida minor jika diterapkan pada bahan bakar yang sudah diolah. PUREX, adalah proses kimia yang digunakan oleh sebagian besar fasilitas pemrosesan ulang. Batang bahan bakar bekas dipotong-potong. Potongan-potongan tersebut dilarutkan dalam asam nitrat panas. Ekstraksi kimia kemudian digunakan untuk memisahkan uranium dan plutonium.
* Pirometalurgi: Proses suhu tinggi di mana panas digunakan untuk memisahkan logam dari konsentratnya. Metode ini sering dikaitkan dengan desain reaktor suhu tinggi canggih yang dapat memproses lebih banyak jenis aktinida secara bersamaan.
* Volatilitas Fluorida: Menggunakan gas fluor yang sangat reaktif untuk memisahkan dan memurnikan unsur-unsur seperti uranium. Proses ini mungkin melibatkan langkah-langkah dehidrasi suhu tinggi.

Metode lanjutan dan spesifik seperti UREX (Uranium Extraction) merupakan tahap pertama dari proses pemrosesan ulang bahan bakar bekas yang dapat memulihkan uranium dan teknesium.  DIAMEX-SANEX (Direct Actinide Extraction - Selective ActiNide EXtraction) merupakan sistem ekstraksi multi-tahap untuk memisahkan aktinida minor dari limbah PUREX, terutama setelah proses PUREX selesai.  TRUEX (Transuranic Extraction) digunakan untuk memisahkan aktinida minor (seperti amerisium dan kurium) dari produk yang tersisa setelah proses PUREX.  UREX+ adalah varian proses UREX yang lebih kompleks, dapat menghasilkan hingga tujuh aliran produk yang berbeda dan mampu memulihkan uranium dan teknesium di tahap awal, diikuti pemrosesan untuk neptunium dan aktinida minor lainnya.

Metode historis/khusus adalah Proses ThorEX metode khusus yang digunakan di India untuk memisahkan U 233 dari bahan bakar torium yang diiradiasi, dengan mengekspos bahan bakar menggunakan larutan asam nitrat dan fluoride sebelum diekstraksi.  Proses PUREX tanpa pemisahan aktinida minor, tujuan dari proses ini adalah untuk mendapatkan kembali uranium dan plutonium untuk digunakan kembali sebagai bahan bakar nuklir.

## Daftar situs

Berikut adalah daftar situs pemrosesan ulang bahan bakar nuklir

| Negara | Situs pemrosesan ulang | Jenis bahan bakar | Prosedur | Kapasitas pemrosesan tHM/tahun | Periode komisioning atau operasi |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
|  Belgium | Mol | LWR, MTR (Material test reactor) |  | 80 | 1966–1974 |
|  China | intermediate pilot plant |  |  | 60–100 | 1968-early 1970s |
|  China | Plant 404 |  |  | 50 | 2004 |
|  Germany | Karlsruhe, WAK | LWR |  | 35 | 1971–1990 |
|  France | Marcoule, UP 1 | Military |  | 1200 | 1958-1997 |
|  France | Marcoule, CEA APM | FBR | PUREX DIAMEX SANEX | 6 | 1988–sekarang |
|  France | La Hague, UP 2 | LWR | PUREX | 900 | 1967–1974 |
|  France | La Hague, UP 2–400 | LWR | PUREX | 400 | 1976–1990 |
|  France | La Hague, UP 2–800 | LWR | PUREX | 800 | 1990 |
|  France | La Hague, UP 3 | LWR | PUREX | 800 | 1990 |
|  UK | Windscale, B204 | Magnox, LWR | BUTEX | 750 | 1956–1962, 1969-1973 |
|  UK | Sellafield, Magnox Reprocessing Plant | Magnox, LWR, FBR | PUREX | 1500 | 1964-2022 |
|  UK | Dounreay | FBR |  | 8 | 1980 |
|  UK | THORP | AGR, LWR | PUREX | 900 | 1994-2018 |
|  Italy | Rotondella | Thorium |  | 5 | 1968 (shutdown) |
|  India | Trombay | Military | PUREX | 60 | 1965 |
|  India | Tarapur | PHWR | PUREX | 100 | 1982 |
|  India | Kalpakkam | PHWR and FBTR | PUREX | 100 | 1998 |
|  India | Tarapur | PHWR |  | 100 | 2011 |
|  Israel | Dimona | Military |  | 60–100 | ~1960–sekarang |
|  Japan | Tokaimura | LWR |  | 210 | 1977-2006 |
|  Japan | Rokkasho | LWR |  | 800 | under construction (2024) |
|  Pakistan | New Labs, Rawalpindi | Military/Plutonium/Thorium |  | 80 | 1982–sekarang |
|  Pakistan | Khushab Nuclear Complex, Atomic City of Pakistan | HWR/Military/Tritium |  | 22 kg | 1986–sekarang |
|  Russia | Mayak Plant B | Military |  | 400 | 1948-196? |
|  Russia | Mayak Plant BB, RT-1 | LWR | PUREX + Np separation | 400 | 1978 |
|  Russia | Tomsk-7 Radiochemical Plant | Military |  | 6000 | 1956 |
|  Russia | Zheleznogorsk (Krasnoyarsk-26) | Military |  | 3500 | 1964–~2010 |
|  Russia | Zheleznogorsk, RT-2 | VVER |  | 800 | under construction (2030) |
|  USA, WA | Hanford Site | Military | bismuth phosphate, REDOX, PUREX |  | 1944–1988 |
|  USA, SC | Savannah River Site | Military/LWR/HWR/Tritium | PUREX, REDOX, THOREX, Np separation | 5000 | 1952–2002 |
|  USA, NY | West Valley | LWR | PUREX | 300 | 1966–1972 |
|  USA, NC | Barnwell | LWR | PUREX | 1500 | never permitted to operate |
|  USA, ID | INL | LWR | PUREX | – |  |

## Lihat pula

* Bahan bakar nuklir bekas
* Limbah radioaktif
* Kecelakaan dan insiden nuklir
* Pencemaran radioaktif
* Radiasi alam
* Peluruhan radioaktif
* Produk peluruhan
* Rantai peluruhan
* Deret radioaktif
* Tangkapan neutron
* Tangkapan elektron
* Radiasi pengion
* Racun neutron

## Referensi