## EFISIENSI MATERIAL PADA PEMBANGKIT  LISTRIK TENAGA NUKLIR  LWR  (LIGHT WATER REACTOR) DAN  PHWR
(PRESSURIZED HEAVY WATER REACTOR)

## Mochammad Ahied
Program Studi Pendidikan IPA, Universitas Trunojoyo Madura Jl. Raya Telang Po Box 2 Kamal 69162 ahiedalgaff@gmail.com

## Abstrak
P a d a karya t ul i s  i ni d i an al is i s mo d el - mo d el  r ea kto r   n u kl ir   d ar i  P e mb a n g k it L i s t r i k  T e na ga   N u k l i r   ( P LT N ) ,   ya i t u  LW R ( L i g h t   W a t e r   R e a c t o r ) ya n g  t e r d i r i d a r i   B W R (B o i l i n g   W a t e r   R e a c t o r ) d a n  P W R ( P r e s s u r i z e d   W a t e r   R e a c t o r ) d a n P H W R (P r e s s u r i z e d H e a v y   Wa t e r   R e a c t o r . D i a na l i s a   s e c a r a   k ua l i t a t i f  ko mb i na s i ma t e r i a l n ya   ya n g   me l i p ut i   b a h a n  b a k a r ,   mo d e r a t o r ,   d a n  p e nd i n gi n  u n t u k me nd a p a t ka n  e ne r g i   ya n g  a nd a l   d a n  e fi s i e n  d a r i   p e mr o s e s a n  b e r b a ga i   mo d e l r e a kt o r   n u k l i r   t e r s e b u t . D a r i a na l i s a   d i d a p a t , b u r n   u p b a ha n  b a ka r   B W R 3 0 . 0 0 0 M W D / M T U , d a n P W R   3 2 . 0 9 0   M W D / M T U ,   d a n  P H W R   8 0 0 0   M W D / M T U , Z a t H i d r o ge n   me r up a k a n  m o d e r a t o r   ya n g   b a i k  a ka n  t e t a p i   me mp u n ya i   p e na mp a n g p e n ye r a p a n   ya n g  t i n g g i .   A i r   b e r a t b e r p e g a n g   t e g u h  p a d a   e ko no mi   ne u t r o n. M o d e r a t o r   d a p a t   j u g a   b e r f u n gs i   s e b a ga i   p e nd i n g i n  mi s a l n ya   u nt u k  LW R   d a n H W R .
Kata Kunci: Burn up, HWR (Heavy Water Reactor), LWR (light Water Reactor), moderator, dan pendingin.

## Abstract
This article analyze models of nuclear reactors from nuclear power plants the LWR (Light Water Reactor),  which  consists  of  BWR  (Boiling  Water  Reactor)  and  PWR  (Pressurized  Water  Reactor) and  PHWR  (Pressurized  Heavy  Water  Reactor).  Analyzed  qualitatively  its  material  combination which  includes  fuel,  moderator  and  cooler  to  get  a  reliable  and  energy  efficient  processing  of various models of the nuclear reactor. From the analysis of the obtained, BWR fuel burn up 30,000 MWD/MTU, and PWR 32.090 MWD/MTU, and PHWR 8000 MWD/MTU, a substance Hydrogen is a good moderator but have a high absorption cross section. Heavy water neutron economy cling to. Moderators can also serve as a coolant for example for LWR and HWR.
Keywords: Burn up, cooler, PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor), LWR (light Water Reactor), and moderator.

## Pendahuluan
Kemelut  energi  yang  terjadi  tahun 1974,  menyebabkan  banyak  pengertian dan  pandangan  yang  menyangkut  energi mengalami  perubahan  secara  pesat  dan mendasar.  Energi,  yang  tadinya  dianggap sebagai  komoditi  yang  senantiasa  ada, kini  disadari  merupakan  suatu  sumber daya  yang  bukan  tak  terbatas.  Banyak ahli,  yang  tadinya  memandang  ‘ringan’ masalah  energi  kini  mempublikasikan laporan-laporan yang serius  tentang potensi  sumber  energi  yang  terbaharui. Kini  secara  umum  disadari  bahwa masalah  energi  yang  menggoncangkan tahun 70-an itu bukan sekedar merupakan suatu persoalan yang bersifat sepintas lalu melainkan  merupakan  tanda  berakhirnya suatu  zaman  energi  murah,  dan  mulainya suatu peralihan ke era energi mahal. Sejak saat itu manusia berusaha untuk memanfaatkan energi yang diperlukannya dalam daya  guna yang lebih tinggi.
Pada  prinsipnya  sumber  daya energi  dibagi  menjadi  dua  bentuk  yaitu energi  konvensional  dan  modern.  Energi konvensional  bentuk  energi  yang  paling umum  pada  saat  ini.  Energi  ini  juga disebut  energi  fosil  yang  merupakan peninggalan  zaman  purba  yang  harus digali  dari  perut  bumi.  Termasuk  disini adalah  minyak  bumi  dan  gas  bumi  pada satu pihak, dan batu bara pada pihak lain. Kita  meninjau  secara  sepintas  bagaimana para ahli telah mencoba untuk menafsirkan  besarnya  cadangan  yang masih  ada.  Kalau  itu  dibandingkan dengan pola pemakaian kedua jenis energi fosil  tersebut  maka  jelaslah  energi “konvensional” tidak akan dapat bertah an lama lagi.
Ada dua pilihan utama yaitu energi surya dan nuklir. Di bidang listrik, energi nuklir  mempunyai  sumbangan  yang sangat  besar/penting  dalam  penyediaan
energi  dunia  dimana  17%  listrik  yang dibangkitkan berasal dari PLTN.
Kecenderungan penggunaan  listrik nuklir akan meningkat di dunia berhubung sumber energi fosil, utamanya batu bara secara langsung telah menimbulkan  dampak  negatif  terhadap kesehatan  dan  lingkungan  disebabkan polusi SO2, NOx dan logam-logam berat.
Jelaslah  dengan  memperhitungkan aspek  sumber  daya  alam,  kesehatan  dan lingkungan,  energi  nuklir  mempunya prospek  masa  depan  yang  cerah  bagi PLTN khususnya di Indonesia.
Berdasarkan cetak  biru (blue  print) pengelolaan  energi  Nasional  2005-2025 yang  telah  disusun  oleh Departemen ESDM,  diperkirakan  bahwa  sekitar  1, 99%  dari  total  kebutuhan  listrik  Nasional pada tahun 2025 atau sekitar 10.000 Mwe akan  dikembangkan  dari  energi  nuklir. [3].
Reaktor  merupakan  sumber  energi yang sangat efisien. Dan terdapat berbagai model  reaktor  nuklir  yang  diterapkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga
Nuklir.  Tetapi  dari  model  reaktor  yang diterapkan di berbagai negara belum jelas mana yang paling efektif ditinjau dari segi kombinasi  materialnya  yang  meliputi bahan bakar, moderator, dan pendingin.

## Metode Penelitian
Karya  tulis  ini  menganalisa  secara kualitatif kombinasi material untuk mendapatkan  energi  yang  andal  dan efisien  dari  pemrosesan  berbagai  model reaktor nuklir dari berbagai PLTN.
Dikenal  ada  dua  jenis  reaksi  inti yang  dapat  membebaskan  energi  :  proses pada inti (fusi) dan belah inti (fisi). Dalam tulisan  ini  dibatasi  pada  model  reaktor nuklir  dari  belah  inti  (fisi)  berhubung prinsip  pembangkitan  energi  melalui  fusi masih  berada  dalam  taraf  laboratorium, sehingga masih jauh dari taraf
pemanfaatan  yang  praktis.  Dan  hanya  2 jenis reaktor nuklir yang dianalisa. Kedua jenis  reaktor  nuklir  tersebut  adalah  LWR (Light  Water  Reactor)  yang  terdiri  dari BWR  (Boiling  Water  Reactor)  dan  PWR (Pressururized  Water  Reactor),  dan
PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor). Dari  tulisan  ini,  diharapkan  dapat menjadi  pertimbangan  model  reaktor nuklir yang cocok dipakai pada
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
(PLTN) di Indonesia dan masyarakat mau menerima keberadaan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

## Hasil dan Pembahasan

## B ahan  bakar , untuk  reaktor
BWR,  PWR,  PHWR,  pengayaan  bahan bakar  berbeda-beda.  Oleh  karena  itu untuk menyederhanakan perhitungan,
biasanya kebutuhan bahan bakar diperkirakan untuk pengayaan
equilibrium  atau  pengayaan  rata-rata [7]. Demikian  juga  dengan  efisiensi  thermal. Efisiensi termik pada PLTN dihitung dari daya listrik netto dibagi daya termik yang dihasilkan  oleh  reaktor.  Adapun  hasilnya sebagai berikut;
Tabel  1.  Ef i si ensi  Th ermal Jeni s P erkayaan Rata- rata, % Ef i si ensi Thermal ,  % B WR 2.6 32.7 P WR 3.2 32.9 P H WR 0.71 28.5 Sedangkan untuk menilai kebutuhan  Uranium  tiap  tahun  atau kebutuhan  awal  (uranium  alam)  harus dicari dari besar-besaran yang mencirikan operasi  PLTN,  antara  lain    efisiensi thermal,  capacity  factor,  dan  burn  up (fraksi bakar).
Biaya  modal  yang  besar  pada PLTN  mengharuskan  PLTN  beroperasi pada  beban  dasar  untuk  memperoleh jumlah  kWh  sebanyak  mungkin  tiap tahunnya. Terlaksana atau tidaknya keharusan  ini  dapat  dilihat  dari  faktor beban  (capacity  factor/load  factor,  CF). Faktor beban berbeda-beda untuk berbagai  jenis  PLTN  dan  harganya berubah-ubah  seiring  dengan  waktu  dan perkembangan  teknologi  reaktor.  CF setelah  2015  dari  berbagai  jenis  PLTN sama sebesar 0, 85 seiring perkembangan teknologi. [9]. Capaciy factor adalah perbandingan  waktu  yang  diberi  oleh energi  dalam  waktu  produksi  dengan produksi  maximum  net  energi  selama operasi berlangsung. [1].
% 100 . Em E CF  E = Produksi   ener gi  net t o (Mk ( e ) .h ) E m=Pr oduksi   maxi mum  energi net t o  (Mk ( e ) . h)
Selanjutnya, bahan bakar itu telah dimanfaatkan dalam teras reaktor (besarnya  tenaga  panas  yang  dapat dihasilkan dari suatu berat uranium dalam bundel-bundel  bahan  bakar)  akan  dapat dinilai dari “burn up” (fraksi bakar), yang mempunyai satuan MWD/ton U,
megawatt  termik  hari  tiap  ton  uranium bahan bakar jadi.
Adapun  tambahan  bahan  bakar setiap tahun sebagai berikut [6]:
MWD up Burn U ton tahun hari CF MWe termik efisiensi MWt MWe al no Daya th U ton 1 * 365 * * 1 * ) ( min / 
……………………………. ( 1) Angka hasil adalah jumlah
Uranium  yang  terdapat  dalam  bundel-
bundel bahan bakar yang telah siap (jadi) yang diperlukan setiap tahun.
Kalau konsumsi
Uranium pertahun  tersebut  tidak  sama, hal  ini menunjukkan  penggantian  bahan  bakar yang  tidak  akan  selalu  mencapai  burn  up yang  sama.  Ini  tergantung  pada  Capacity faktor dan disain teras. Karena penggantian  teras  yang  berbeda-beda. Setelah  beberapa  kali  penggantian  bahan bakar,  apabila  pola  operasi  reaktor  telah mapan  dan  ajeg,  maka  akan  selalu  sama dengan  jumlah  yang  mengganti  dan  burn up  yang  dicapai  hampir  selalu  sama. Keadaan ini disebut keadaan
keseimbangan (equilibrium), menurut istilah pengelolaan bahan bakar nuklir.
Burn up equilibrium yang didapat untuk  BWR 33.000 MWD/MTU,  PWR 32090  MWD/MTU  dan  PHWR 8000 MWD/MT [9]. Burn up lebih besar berarti dari  tiap  ton-U  dalam  bahan  bakar  lebih kompak.  Dan  juga  berarti  bahwa  bahan bakar jadi tersebut telah dibuat lebih tahan terhadap  iradiasi.  Menurut  ciri  ini  maka urutan terbaik PWR, BWR, dan PHWR.
Namun  demikian  ketiga  jenis reaktor  PLTN  ini  menggunakan  bahan bakar  dengan  pengayaan  yang  berbeda- beda,  sehingga  bahan  baku  masing- masing  diperlukan yang  tidak  sama,  juga ongkos  pengayaan  dan  fabrikasi  yang berlainan.  Oleh  karena  itu  ditinjau  dari bahan  mentahnya  (kuntisasi  bahan)  akan lebih visuil dalam bentuk U3O8 (YC=Yellow Cake).
Pengkayaan rata-rata bahan bakar (equilibrium) untuk reaktor PLTN U-235,
dengan memperoleh perkayaan equilibrium  dari  0.71%  masukan  dengan buangan  sekitar  0.2%  diperlukan  bahan masukan (=Bm) [6].
Bm*  (0.71 %)  =  (1 *pengkayaan equi l i bri um) +  ((B m - 1 )0.2 %) . . ( 2)
Sel a ma proses kon versi ,
pen gka yaan, dan
fabri kasi ,
masi n g -masi n g  di asu msi kan  ada kehi l an ga n/ keru gi an
(l osser ) sebesar  1%,  1%  dan   1 %.  Sehi n gga dapat di si mpul kan , masu kan Y el l ow Cake (=YC) adal ah seban ya k [6] :
Y C  =  Bm  *  (1+0.01 )  *  (1 +0.01 )  *
(1+0 .01 ) kg - U =  Bm  *  3.03 kg - U
……………………………. ( 3)
Sedangkan  PHWR  tanpa  proses konvensi dan pengkayaan sehingga menjadi,
Y C = Bm  *  (1+0 .01 )   kg - U... .. . (4)
Karena Yellow  Cake biasanya disebut  dalam  kandungan  U3O8  maka angka terakhir menjadi:
8 3 8 3 . 6 . 2 . O U lbs YC U kg O U lbs U kg YC    
.... .... .... .... .... ... ..... .... ....(5)
Perbandingan  jenis  bahan  bakar dengan  pemanfaatan  bahan dasar  urutan terbaik  PHWR  (0,  6  MWD/lbs yellow cake),  PWR (2 MWD/lbs yellow  cake), dan BWR (3 MWD/lbs yellow cake).[9]
Moderator, Neutron yang dilepaskan  oleh  fisi  mempunyai  energi kinetik yang relatif sangat tinggi (sekitar 2
MeV)  dengan  kecepatan  yang  sangat tinggi.  Agar  neutron  dapat  menyebabkan fisi yang berikutnya lagi, energinya harus dikurangi  sampai  mencapai  energi  termik
(0.025 eV)[5]. Kecepatan diklasifikasikan sebagai kecepatan dengan memiliki energi neutron  sekitar  0.1-10  MeV,  tidak  begitu cepat  sekitar  1  eV,  dan  lambat  sekitar
0.025  eV  (Fast,  Intermediate,  dan Slow). Energi  perantara  dalam  mendapatkan fungsi temperature, adalah neutron
thermal,  dalam  kategori  neutron  lambat (slow neutron) [4].
Untuk  memperlambat  neutron cepat  sampai  mencapai  energi  yang  lebih rendah,  neutron  yang  berenergi  tinggi  itu ditumbukkan pada atom-atom yang terdapat  dalam  bahan  tertentu,  yang disebut  moderator.  Syarat  untuk  memilih dan menentukan bahan moderator adalah : Pada  tiap  tumbukan  terdapat  kehilangan energi  neutron  yang  besar, penampang penyerapan  yang  rendah,  dan penampang penghamburan yang rendah.
Zat  hidrogen  pada  reaktor  LWR merupakan  moderator  yang  baik  jika dilihat  dari  kehilangan  pada  energi neutron  setelah  terjadi  tumbukan.  Karena inti  adalah  suatu  proton  dan  mendekati sama dengan ukuran neutron [4]. Namun, proton  cenderung  untuk  menangkap neutron untuk membentuk deutron melalui  reaksi  1H(n,µ)2H.  Untuk  itu Uranium perlu diperkaya [2].
Air  berat  (D2O)  pada  reaktor
HWR juga moderator yang baik disebabkan  suatu  proton  mendekati  sama dengan  ukuran  neutron dan  berpegang teguh  pada  ekonomi  neutron [8]. Karena deutron  mempunyai  peluang  yang  lebih kecil  daripada  proton  untuk  menangkap neutron, air berat menjadi bahan moderator  yang  lebih  baik  daripada  air ringan [2]. Dan  prinsip  ekonomi  neutron memungkinkan penggunaan Uranium alam  sebagai  bahan.  Dan  HWR  dengan moderator D2O mempunyai prospek yang baik bila sudah di produksi dalam negeri.
Pendingin, setiap inti atom U-235 yang  mengalami  pembelahan  melepaskan sejumlah  energi  sebesar  kira-kira  200 MeV,  yang  kemudian  hampir  seluruhnya keluar  dalam  bentuk  panas [5]. Suatu  zat pendingin diperlukan untuk menghindarkan  terjadinya  suhu  yang berlebihan  dalam  bajana  reaktor. Bahan bakar  nuklir  untuk  PLTN  tipe  BWR  dan PWR dengan  pengayaan  U235  sekitar 33.000
MWD/MTU memerlukan
pendingin lebih lama dibanding PHWR.
Salah  satu  faktor  yang  harus dimiliki oleh zat pendingin ialah:mempunyai penyerapan neutron
yang  rendah,  mempunyai  perpindahan panas yang baik, tidak korossif.
Adakalanya  moderator  berfungsi sebagai  pendingin  misalnya  Hidrogen pada reaktor LWR dan D2O pada reaktor HWR.

## Simpulan dan Saran
Simpulan,  Dari  segi  burn  upnya bahan bakar  paling  tinggi,  PWR,  BWR, dan  PHWR.  Karena  burn  up  berbanding lurus  dengan  energi  maka  energi  yang paling  efisien  adalah PWR,  BWR,  dan PHWR. Ditinjau dari bahan U3O8 urutan terbaik BWR, PWR, dan PHWR,
moderator  dapat  juga  berfungsi sebagai coolant  misalnya  untul  LWR  dan Moderator  air  berat  lebih  baik  daripada moderator  air  ringan  ditinjau  dari  proton dalam menangkap neutron.
Saran.  Reaktor  HTGR (High Temperature Gas Reactor) yang memakai reaktor pebble bed hanya ada satu sampai sekarang.  Namun  secara  empiris  telah berhasil  dioperasikan  secara  komersial. Agar  lebih  memantapkan  keberhasilan operasional  jenis  ini  perlu  dikembangkan dengan prototype-prototype  yang  lain, diperlukan data yang sempurna dan up to date untuk analisa kualitatif selanjutnya.

## Daftar Pustaka
Anon ymous, 1988 , Operat i ng Experi ence wi t h N ucl ear Power  St at i on  i n  M ember St at es i n 198 6, IAEA , V i enna.
Bei ser,  A .,  1 992 Ko nsep  Fi si ka Modern . Erl an gga . J akart a.
Depart e men   ES DM,  2005, Bl ue
Pri nt   Pengel ol aan  Energi Nasi onal , J akart a.
El -Wa ki l ,  M.M. ,  19 71. N ucl ear Energi   Conver si on, Int ext
Educat i onal Publ i shers,
New  Yor k.
Il yas,   J .,  1978 , Pe ngo l ahan  Ba han Reakt or  dal a m  : Pen g ant ar Il mu  dan  Teknol o gi   N ukl i r, Bat an. J akart a.
K uncoro,  AH.,  19 92. Kebut uhan
Bahan Bakar Pr ogram PLTN di Indo nesi a.
Lo ka kar ya  12 -13  Fe bruari 1992.  Bat an. J akart a.
Soe karno  &  Dj ol el ono,  M.,  1975, Cat at an t ent ang O perasi PLTN  Jeni s  P WR ,  B WR ,
dal am :  Teknol ogi   Pusat Li st ri k Tenaga N ukl i r,
Bat an, J akart a.
Sub ki ,  I.   &  K usno w o,  A .  1 97 8,
Pemban gki t   Li st ri k  T enaga Li st ri k  Si st em  Ai r  Berat (H WR )  dal a m  :  Tek nol ogi Pusat Li st ri k Tenaga Nukl i r, Bat an , J akart a. Wat i , Nuro khi m, Pengel ol aan Bahan  B akar  N ukl i r  bekas dari PLT N, Pro si di ng Se mi nar Na si onal T eknol o gi Pe n gel ol aan Li mbah  V I,  Bat an,   IS S N 1410 -6086, Hal 88 -8 9.