Reaktor nuklir
Reaktor nuklir adalah suatu tempat atau perangkat yang digunakan untuk membuat, mengatur, dan menjaga kesinambungan reaksi nuklir berantai pada laju yang tetap. Berbeda dengan bom nuklir, yang reaksi berantainya terjadi pada orde pecahan detik dan tidak terkontrol.
Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitian digunakan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir.
Saat ini, semua reaktor nuklir komersial berbasis pada reaksi fisi nuklir, dan sering dipertimbangkan masalah risiko keselamatannya. Sebaliknya, beberapa kalangan menyatakan bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir merupakan cara yang aman dan bebas polusi untuk membangkitkan listrik. Daya fusi merupakan teknologi ekperimental yang berbasi pada reaksi fusi nuklir. Ada beberapa peranti lain untuk mengendalikan reaksi nuklir, termasuk di dalamnya pembangkit thermoelektrik radioisotop dan baterai atom, yang membangkitkan panas dan daya dengan cara memanfaatkan peluruhan radioaktif pasif, seperti halnya Farnsworth-Hirsch fusor, di mana reaksi fusi nuklir terkendali digunakan untuk menghasilkan radiasi neutron.Meskipun umat manusia telah menguasai daya nuklir baru-baru ini, reaktor nuklir yang pertama muncul dikendalikan oleh alam. Lima belas reaktor fisi nuklir alami telah ditemukan di tambang Oklo, Gabon, West Africa. Pertama ditemukan pada tahun 1972 oleh ahli fisika Perancis Francis Perrin. Reaktor alami ini dikenal dengan sebutan Reaktor Fossil Oklo. Reaktor-reaktor ini diperkirakan aktif selama 150 juta tahun, dengan daya keluaran rata-rata 100 kW. Bintang-bintang juga mengandalkan fusi nuklir guna membangkitkan panas, cahaya dan radiasi lainnya. Konsep reaktor nuklir alami diajukan pertama kali oleh Paul Kuroda pada tahun 1956 saat di Universitas Arkansas .
Enrico Fermi dan Leó Szilárd, pertama kali membangun reaktor nuklir Chicago Pile-1 saat mereka di Universitas Chicago pada 2 Desember, 1942.
Reaktor nuklir generasi pertama digunakan untuk menghasilkan plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Selain itu, reaktor nuklir juga digunakan oleh angkatan laut Amerika (lihat Reaktor Angkatan Laut Amerika Serikat) untuk menggerakkan kapal selam dan kapal pengangkut pesawat udara. Pada pertengahan 1950-an, baik Uni Sovyet maupun negara-negara barat meningkatkan penelitian nuklirnya termasuk penggunaan atom di luar militer. Tetapi, sebagaimana program militer, penelitian atom di bidang non-militer juga dilakukan dengan rahasia.
Pada 20 Desember 1951, listrik dari generator yang digerakkan oleh tenaga nuklir pertama kali dihasilkan oleh Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1) yang berlokasi di Arco, Idaho. Pada 26 Juni 1954, pukul 5:30 pagi, PLTN pertama dunia utnuk pertama kalinya mulai beroperasi di Obninsk, Kaluga Oblast, USSR. PLTN ini menghasilkan 5 megawatt, cukup untuk melayani daya 2,000 rumah..
PLTN skala komersial pertama dunia adalah , yang mulai beroperasi pada 17 Oktober 1956 . Reaktor generasi pertama lainnya adalah Shippingport Reactor yang berada di Pennsylvania (1957).
Sebelum Musibah Pulau Three Mile pada tahun 1979, sebenarnya permintaan akan PLTN baru di Amerika Serikat sudah menurun karena alasan ekonomi. Dari tahun 1978 sampai dengan 2004, tidak ada permintaan PLTN baru di Amerikat Serikat , meskipun hal itu mungkin akan berubah pada tahun 2010 ( lihat Masa depan industri nuklir).
Tidak seperti halnya kecelakaan Three Mile Island, bencana Chernobyl pada tahun 1986 tidak berpengaruh pada peningkatan standar reaktor nuklir negara barat. Hal ini dikarenakan memang reaktor Chernobyl dikenal mempunyai desain yang tidak aman , menggunakan reaktor jenis RBMK, tanpa kubah pengaman (containment building) dan dioperasikan dengan tidak aman, dan pihak barat memetik pelajaran dari hal ini .
Pada tahun 1992 topan Andrew menghamtam Turkey Point Nuclear Generating Station. Lebih dari US$90 juta kerugian yang diderita, sebagian besar menimpa tangki penampungan air dan cerobong asap pembangkit listrik berbahan bakar fossil (minyak/batubara) yang ada dilokasi, tapi containment building tidak mengalami kerusakan .
Hingga tahun 2006, Watts Bar 1, yang akan beroperasi pada tahun 1997, adalah PLTN komersial Amerika Serikat terakhir yang akan beroperasi. Hal ini biasanya dijadikan bukti berhasilnya kampanye anti nuklir dunia. Tetapi, penolakan politis akan nuklir hanya berhasil terjadi di sebagian Eropa, Selandia Baru, Filipina dan Amerika Serikat. Bahkan di Amerika Serikat dan seluruh Eropa, investasi pada penelitian daur bahan bakar nuklir terus berlanjut, dan dengan prediksi beberapa ahli akan kelangkaan listrik , peningkatan harga bahan bakar fosil dan perhatian akan emisi gas rumah kaca akan memperbarui kebutuhan PLTN.
Banyak negara yang tetap aktif mengembangkan energi nuklirnya termasuk diantaranya Jepang, China dan India, kesemuanya aktif mengembangkan teknolgi reaktor termal dan reaktor cepat. Korea Selatan dan Amerika Serikat hanya mengembangkan teknolgi reaktor thermasSouth, Afrika Selatan dan China mengembangkan versi baru Pebble Bed Modular Reactor (PBMR). Finlandia dan Perancis aktif mengembangkan energi nuklir; Finladia mempunyai European Pressurized Reactor yang sedang dibangun oleh Areva. Jepang membangun unit yang beroperasi pada tahun 2005.
Pada 22 September 2005 telah diumumkan dua lokasi baru di Amerika Serikat yang telah dipilih sebagai lokasi PLTN.
Proses kerja PLTN sebenarnya hampir sama dengan proses kerja pembangkit listrik konvensional seperti pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), yang umumnya sudah dikenal secara luas. Yang membedakan antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir, sedang PLTU mendapatkan suplai panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi.
Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :Komponen dasar dari reaktor nuklir adalah sebagai berikut:
Macam reaktor dibedakan berdasarkan kegunaan, tenaga neutron dan nama komponen serta parameter operasinya.
Menurut kegunaan:
Ditinjau dari tenaga neutron yang melangsungkan reaksi pembelahan, reaktor dibedakan menjadi:
Berdasarkan parameter yang lain dapat disebut:
Semua PLTN komersial yang ada di dunia menggunakan reaksi nuklir fisi. Pada umumnya reaktor jenis ini menggunakan bahan bakar nuklir Uranium dan reaktor jenis ini akan menghasilkan Plutonium, meskipun dimungkinkan juga menggunakan siklus bahan bakar Thorium. Reaktor fisi dapat dibagi menjadi 2 kelompok besar berdasarkan energy neutron yang digunakan dalam proses fisi, yaitu:Reaktor jenis ini merupakan teknologi reaktor nuklir yang masih dalam tahap eksperimental, secara umum menggunakan hydrogen sebagai bahan bakarnya.
Desain reaktor nuklir biasanya dikategorikan "generasi", yaitu, Generasi I, II, III,III +, dan IV. Atribut kunci karakteristik pembangunan dan penyebaran reaktor nuklir menerangi perbedaan penting antara berbagai generasi reaktor. Analisis saat ini konsep reaktor yang ada berfokus pada enam faktor kunci reaktor
Dari perspektif pelanggan, reaktor nuklir di lihat dari sisi harganya, yang mana dapat dibedakan dari energi terbarukan ataufosil-fired kilowatt - jam. Oleh karena itu tenaga nuklir harus ekonomis kompetitif.
Beberapa sistem nuklir yang menggabungkan fitur desain pasif untuk menjamin keselamatan operasi reaktor nuklir, dibandingkan dengan sistem keselamatan aktif memerlukan intervensi oleh agen manusia. Ini karena berbagai alasan teknis dan kebijakan publik, termasuk pengurangan risiko kuantitatif. Apa langkah-langkah keamanan yang diusulkan untuk reaktor baru? Apakah mereka mempertahankan atau memajukan langkah-langkah saat ini.
Sistem tenaga nuklir harus meminimalkan risiko pencurian nuklir dan terorisme. Desain yang akan bermain di pasar internasional juga harus meminimalkan risiko yang disponsori negara proliferasi senjata nuklir. Kekhawatiran tentang teknologi penggunaan ganda (yaitu, teknologi yang awalnya dikembangkan untuk militer atau lainnya tujuan dan sekarang dalam penggunaan komersial) yang memperkuat ancaman ini. Desain Apa yang mungkin mengurangi risiko ini.
Kedua kemampuan baik lokal dan nasional jaringan listrik harus sesuai dengan tenaga listrik reaktor yang diusulkan akan menyampaikan ke jaringan. Jaringan kesesuaian ditentukan oleh kombinasi dari kapasitas terpasang dan eksternalitas yang didefinisikan oleh masih ada jaringan listrik. Bagaimana kapasitas jaringan listrik berdampak pada persyaratan keuangan, kelayakan ekonomi jangka panjang, dan ketersediaan dari reaktor.
Menurut sejarah, perpindahan dasar sumber daya oleh sumber alternatif telah menjadi proses evolusi bukan pergeseran tiba-tiba, mengganggu, dan radikal. Mencoba untuk "mendorong amplop"dengan memaksa pergeseran ke arah ekonomis yang tidak layak karena investor jarang bersedia menanggung biaya, misalnya, biaya modal terkait dengan penyebaran teknologi alternatif ke dalam arsitektur jaringan yang ada. Karena itu komersialisasi roadmap harus mencakup waktu yang masuk akal untuk penyebaran (terutama di negara berkembang teknologi powerhouses seperti Cina, India, dan Republik Korea) Akankah praktik konstruksi modular merampingkan komersialisasi reaktor nuklir dan mengurangi semalam biaya beban.
Rincian siklus bahan bakar reaktor yang diberikan itu adalah unsur yang sangat penting dalam menentukan tingkat risiko untuk keselamatan nuklir, keamanan, dan penjamin. Dengan kedua bagian depan dan belakang ujung siklus bahan bakar, intrinsik sifat reaktor pasangan desain erat dengan eksternalitas seperti kemungkinan internasionalisasi depan dan ujung belakang proses.
PLTN generasi pertama dikembangkan pada rentang waktu tahun 50-an hingga tahun 60-an. PLTN generasi pertama ini merupakan prototipe awal dari reaktor pembangkit daya yang bertujuan untuk membuktikan bahwa energi nuklir dapat dimanfaatkan dengan baik untuk tujuan damai. Contoh PLTN generasi pertama ini adalah Shippingport (tipe PWR), Dresden (tipe BWR), Fermi I (tipeFBR) dan Magnox (tipe GCR).
Enrico Fermi dan Leó Szilárd, pertama kali membangun reaktor nuklir Chocago Pile-1 saat mereka di Universitas Chicago pada 2 Desember 1942. Reaktor nuklir generasi pertama digunakan untuk menghasilkan plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Selain itu, reaktor nuklir juga digunakan oleh angkatan laut Amerika (lihat Reaktor Angkatan Laut Amerika Serikat) untuk menggerakkan kapal selam dan kapal pengangkut pesawat udara. Pada pertengahan 1950-an, baik Uni Sovyet maupun negara-negara barat meningkatkan penelitian nuklirnya termasuk penggunaan atom di luar militer. Tetapi, sebagaimana program militer, penelitian atom di bidang non-militer juga dilakukan dengan rahasia.
Pada 20 Desember 1951, listrik dari generator yang digerakkan oleh tenaga nuklir pertama kali dihasilkan oleh Experimental Breeder Reaktor-I (EBR-1) yang berlokasi di Arco, Idaho. Pada 26 Juni 1954, pukul 5:30 pagi, PLTN pertama dunia utnuk pertama kalinya mulai beroperasi di Obninsk, Kaluga Oblast,USSR. PLTN ini menghasilkan 5 megawatt, cukup untuk melayani daya 2,000 rumah. PLTN skala komersial pertama dunia adalah Calder Hall, yang mulai beroperasi pada 17 Oktober 1956. Reaktor ini menghasilkan listrik untuk disambungkan ke jaringan listrik, sekaligus menghasilkan energi panas yang dibutuhkan oleh pabrik proses olah ulang bahan bakar di wilayah itu.
Setelah lebih dari 40 tahun, empat unit reaktor Calder Hall dengan kapasitas masing-masing 50 MWe masih beroperasi sampai sekarang. Di Swedia, Reaktor Agesta menyediakan air panas untuk 'district heating' daerah pinggiran kota Stockhlom selama 1 dasawarsa, yang dimulai pada tahun 1963. Reaktor generasi pertama lainnya adalah Shippingsport Reactor yang berada diPennsylvania (1957).
Gen II mengacu pada kelas reaktor komersial yang dirancang untuk menjadi ekonomis dan handal. Dirancang untuk khas operasional seumur hidup 40 tahun, 2 prototipikal Reaktor Gen II termasuk reaktor air bertekanan (PWR), Kanada Deuterium Reaktor uranium (CANDU), reaktor air mendidih (BWR), reaktor gas maju didinginkan (AGR), dan Vodo-Vodyanoi EnergeticheskyReaktor (VVER). Reaktor Gen II di Amerika Serikat diatur oleh NRC sesuai 10CFR Part 50. Sistem Gen II mulai beroperasi pada akhir tahun 1960 dan terdiri massal dari PWR 400 + komersial dunia dan BWR. Reaktor-reaktor ini, biasanya disebut sebagai reaktor air ringan (LWR), gunakan fitur keselamatan aktif tradisional melibatkan operasi listrik atau mekanik yang dimulai secara otomatis dan dalam banyak kasus, dapat diprakarsai oleh operator reaktor nuklir.
Beberapa sistem rekayasa masih beroperasi secara pasif (misalnya,menggunakan tekanan katup relief) dan berfungsi operator tanpa kendali atau kehilangan daya tambahan. Sebagian besar instalasi Gen II masih beroperasi di Barat yang diproduksi oleh salah satu dari tiga perusahaan: Westinghouse, 3Framatome4 (sekarang bagian dari AREVA5), dan General Electric (GE).
Reaktor nuklir Gen III adalah reaktor Gen II yang berevolusi, desain improvements state-of-the-art. Perbaikan ini berada di daerah teknologi bahan bakar, efisiensi termal, termodulasi konstruksi, sistem keselamatan (terutama penggunaan pasif daripada sistem aktif), dan standar design. Perbaikan teknologi reaktor Gen III telah ditujukan pada operasional yang lebih lama, biasanya beroperasi 60tahun, berpotensi untuk lebih melebihi 60 tahun, sebelum menyelesaikan perbaikan dan tekanan reaktor pengganti.
Penelitian Konfirmatori untuk menyelidiki penuaan instalasi nuklir melampaui 60 tahun diperlukan untuk memungkinkan reaktor tersebut untuk beroperasi selama masa hidup diperpanjang tersebut. Tidak seperti Gen I dan reaktor Gen II, reaktor Gen III diatur oleh Peraturan NRC berdasarkan 10 CFR Part 52.
Desain reaktor Gen III + merupakan perkembangan evolusi dari reaktor Gen III, menawarkan perbaikan yang signifikan dalam keamanan atas desain reaktor Gen III disertifikasi oleh NRC pada 1990-an. Di Amerika Serikat, Desain Gen III + harus disertifikasi oleh NRC sesuai dengan 10 CFR Part 52.
Produsen memulai pengembangan sistem Gen III + pada 1990-an dengan membangun pada pengalaman operasi Armada LWR dari Amerika, Jepang, dan Eropa Barat. Mungkin peningkatan yang paling signifikan dari desain sistem Gen III + over-generasi kedua adalah penggabungan dalam beberapa desain fitur keselamatan pasif yang tidak memerlukan kontrol aktif atau intervensi operator melainkan bergantung pada gravitasi atau konveksi alami untuk mengurangi dampak peristiwa abnormal.
Dimasukkannya fitur keselamatan pasif, antara perbaikan lain, dapat membantu mempercepat proses sertifikasi reaktor dan dengan demikian memperpendek konstruksi schedules. Reaktor ini, sekali on line, diharapkan untuk mencapai derajat bakar bahan bakar lebih tinggi dari pendahulu evolusioner mereka (sehingga mengurangi konsumsi bahan bakar dan produksi limbah). Lebih dari dua lusin reaktor Gen III + didasarkan pada lima teknologi direncanakan untuk Amerika Serikat .
PLTN generasi IV adalah reaktor daya hasil pengembangan inovatif dari PLTN generasi sebelumnya. PLTN generasi IV terdiri dari enam tipe reaktor daya yang diseleksi dari sekitar 100 buah desain. Kriteria seleksi adalah aspek ekonomi yang tinggi, tingkat keselamatan lanjut, menghasilkan limbah dengan kuantitas yang sangat rendah, dan tahan terhadap aturan NPT. PLTN generasi IV dirancang tidak hanya berfungsi sebagai instalasi pemasok daya listrik saja, tetapi dapat pula digunakan untuk pemasok energi termal kepada industri proses.
Oleh karena itu PLTN generasi IV tidak lagi disebut sebagai PLTN, tetapi disebut sebagai Sistem Energi Nuklir (SEN) atau Nuclear Energy System (NES). Enam tipe dari reaktor daya generasi IV adalah: Very High Temperature Reactor (VHTR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Gas-cooled Fast Reactor (GFR), Liquid metal cooled Fast Reactor (LFR), Molten Salt Reactor (MSR), dan Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR).
Secara konseptual, reaktor Gen IV memiliki semua fitur dari unit Gen III +, serta kemampuan, ketika beroperasi pada suhu tinggi, untuk mendukung ekonomi produksi hidrogen, energi panas terambil, dan bahkan mungkin desalinasi air. Selain itu, desain ini termasuk manajemen aktinida canggih.
Reaktor Gen IV akan sampai dua sampai empat dekade ke depan, meskipun beberapa desain bisa akan tersedia dalam satu dekade. Seperti dalam kasus desain Gen III dan Gen III + dalam Amerika Serikat, Gen IV desain harus disertifikasi oleh NRC sesuai dengan 10 CFR Part 52, sesuai dengan peraturan diperbarui dan panduan peraturan. Departemen Energi AS (DOE) Kantor Energi nuklir memilikidan mengambil tanggung jawab untuk mengembangkan ilmu yang dibutuhkan selama lima Gen teknologi . Tingkat pendanaan untuk setiap konsep teknologi mencerminkan penilaian DOE konsep ini tahap pengembangan teknologi dan potensinya untuk memenuhi kebutuhan energi nasional. The Next Generation Tenaga Nuklir ( NGNP ) proyek sedang mengembangkan satu contoh dari sistem reaktor Gen IV, Reaktor Suhu Sangat Tinggi , yang dikonfigurasi untuk menyediakan panas suhu tinggi (sampai 950 °C ) untuk varietas co - produk , termasuk produksi hidrogen . NRC bekerjadengan DOE pada pendekatan lisensi . Awal potensial tanggal aplikasi COL adalah pertengahan dekade ini .
Secara umum, sistem Gen IV meliputi penuh aktinida daur ulang dan ditempat fasilitas daur bahan bakar berdasarkan pada maju berair , pirometalurgi ,atau lainnya. Penelitian reaktor cepat telah aktif di Amerika Serikat dan lebih aktif di China, Prancis, India, dan negara-negara bekas Soviet Union. Satu alasan untuk menutup siklus bahan bakar dengan reaktor cepat adalah berpotensi mengurangi keterbatasan pasokan uranium. Namun, mengingat ekonomi saat ini pasokan uranium, dari toko primer dan sekunder, tujuan pemuliaan plutonium sipil tidak dapat didasarkan pada kebutuhan komersial saat ini.Generator termoelektrik radioisotop atau radioisotope thermoelectric generator (RTG, RITEG) adalah sebuah generator listrik yang menggunakan sebuah array dari termokopel untuk mengubah panas yang dilepaskan oleh peluruhan bahan radioaktif yang cocok menjadi listrik oleh efek Seebeck.
RTGS telah digunakan sebagai sumber listrik di satelit, pesawat antariksa berawak dan seperti fasilitas remote sebagai serangkaian mercusuar Uni Soviet yang didirikan di dalam Lingkaran Arktik.
Kapal pemecah es / icebreaker bertenaga nuklir adalah kapal bertenaga nukliryang dibangun dengan tujuan untuk digunakan di perairan yang tertutup es. Satu-satunya negara pembangun kapal pemecah es bertenaga nuklir adalah Rusia. Kapal pemecah es bertenaga nuklir telah dibangun oleh Uni Soviet dan kemudian Rusia terutama untuk membantu pengiriman sepanjang Rute Laut Utara di perairan Arktik beku utara Siberia.
Kapal pemecah es bertenaga nuklir jauh lebih kuat daripada rekan-rekan diesel mereka, dan meskipun propulsi nuklir mahal untuk menginstal dan memelihara, dengan tuntutan bahan bakar sangat berat dan keterbatasan pada jangkauan dapat membuat kapal diesel kurang praktis dan ekonomis secara keseluruhan untuk tugas-tugas kapal pemecah es.
Kapal selam bertenaga nuklir adalah kapal selam yang menggunakan reaktor air bertekanan atau PWR (pressurizer water reactor) sebagai sumber tenaga memutar turbin utama yang menggerakkan baling-baling serta motor elektrik pengisi baterai yang menghasilkan listrik untuk berbagai keperluan.
Tidak seperti kapal selam diesel yang harus muncul ke permukaan untuk menghisap udara yang dibutuhkan mesin diesel, keunggulan kapal selam nuklir adalah masa operasionalnya serta lebih bertenaga meskipun kapal selam mempunyai ukuran besar dan harus dalam kondisi menyelam, uranium sebagai bahan bakar dari reaktor dapat diganti setelah 3 tahun pemakaian. Faktor penghambat masa operasional hanya kebutuhan suplai awak kapal.