Keselamatan kekritisan nuklir

Keselamatan kekritisan nuklir adalah bidang teknik nuklir yang didedikasikan untuk pencegahan kecelakaan nuklir dan radiasi yang dihasilkan dari reaksi berantai nuklir mandiri yang tidak disengaja.
Keselamatan kekritisan nuklir berkaitan dengan mengurangi konsekuensi dari kecelakaan kekritisan nuklir. Kecelakaan kekritisan nuklir terjadi dari operasi yang melibatkan bahan fisil dan mengakibatkan pelepasan radiasi yang tiba-tiba dan berpotensi mematikan.
Praktisi keselamatan kekritisan nuklir berupaya mencegah kecelakaan kekritisan nuklir dengan menganalisis kondisi abnormal yang normal dan kredibel dalam operasi bahan fisil dan merancang pengaturan yang aman untuk pemrosesan bahan fisil. Praktik umum adalah menerapkan analisis kontinjensi ganda pada operasi di mana dua atau lebih perubahan kondisi proses yang independen, bersamaan dan tidak mungkin terjadi harus terjadi sebelum kecelakaan kekritisan nuklir dapat terjadi. Sebagai contoh, perubahan pertama dalam kondisi mungkin penggenangan penuh atau sebagian dan yang kedua mengubah penataan ulang bahan fisil.
Kontrol (persyaratan) pada parameter proses (misalnya massa bahan fisil, peralatan) dihasilkan dari analisis ini. Kontrol ini, baik pasif (fisik), aktif (mekanis), atau administratif (manusia), diimplementasikan dengan desain pabrik yang aman atau toleran terhadap kesalahan, atau, jika desain tersebut tidak dapat dipraktikkan, dengan kontrol administratif seperti prosedur pengoperasian, instruksi kerja, dan cara lain untuk meminimalkan potensi perubahan proses yang signifikan yang dapat menyebabkan kecelakaan kekritisan nuklir.
Kecelakaan kekritisan, kadang-kadang juga disebut ekskursi atau ekskursi daya, adalah kecelakaan nuklir berupa peningkatan tak disengaja dalam reaksi berantai nuklir dan tidak terkendali dalam bahan fisil, seperti uranium atau plutonium yang diperkaya. Ini melepaskan gelombang radiasi neutron yang sangat berbahaya bagi manusia dan menyebabkan radioaktivitas yang diinduksi di sekitarnya. Peristiwa ini disertai dengan pancaran radiasi neutron dan gamma yang mungkin intens dan cepat berakibat fatal. Kecelakaan kekritisan dapat didefinisikan sebagai pelepasan energi yang tidak disengaja yang terjadi sebagai akibat dari reaksi berantai fisi. Situasi seperti itu dapat terjadi dalam suatu instalasi ketika jumlah bahan fisil yang ada lebih besar daripada massa kritis yang bergantung pada geometri dan sifat fisiko-kimia lingkungan yang dipertimbangkan. Ekskursi tenaga disertai dengan emisi intens neutron dan radiasi gamma serta pelepasan produk fisi.
Fisi nuklir kritis atau superkritis (dengan daya tetap atau meningkat) umumnya terjadi di dalam inti reaktor nuklir dan kadang-kadang dalam situasi percobaan. Kecelakaan kekritisan terjadi ketika reaksi kritis yang tidak diinginkan terjadi. Meskipun berbahaya, kecelakaan kekritisan biasanya tidak dapat mereproduksi kondisi desain senjata nuklir fisi, sehingga tidak menyebabkan ledakan nuklir. Panas yang dilepaskan oleh reaksi nuklir biasanya menyebabkan pemuaian bahan fisil, sedemikian rupa sehingga reaksi nuklir menjadi subkritis setelah beberapa detik, berhenti.
Dalam sejarah pengembangan energi atom, enam puluh kecelakaan kekritisan telah terjadi di timbunan bahan fisil di luar reaktor nuklir dan beberapa di antaranya mengakibatkan kematian, akibat paparan radiasi, dari mereka yang paling dekat dengan peristiwa tersebut. Namun, tidak ada yang mengakibatkan ledakan.
Kekritisan terjadi ketika terlalu banyak bahan fisil berada di satu tempat. Kekritisan dapat dicapai dengan menggunakan logam uranium atau plutonium atau dengan mencampurkan senyawa atau larutan cair dari unsur-unsur tersebut. Campuran isotop, bentuk bahan, komposisi kimia larutan, senyawa, paduan, bahan komposit, dan bahan di sekitarnya semuanya mempengaruhi apakah bahan akan menjadi kritis, misalnya mempertahankan reaksi berantai.
Dalam keadaan normal, reaksi fisi kritis atau superkritis (reaksi yang mampu bertahan sendiri atau meningkatkan daya) seharusnya hanya terjadi di dalam lokasi yang terlindung dengan aman, seperti teras reaktor atau lingkungan pengujian yang sesuai. Kecelakaan kekritisan terjadi jika reaksi yang sama terjadi secara tidak sengaja, misalnya di lingkungan yang tidak aman atau selama perawatan reaktor.
Meskipun berbahaya dan sering mematikan bagi manusia di area terdekat, massa kritis yang terbentuk tidak akan mampu menghasilkan ledakan nuklir masif seperti yang dirancang untuk dihasilkan oleh bom fisi. Ini karena semua fitur desain yang diperlukan untuk membuat hulu ledak nuklir tidak dapat muncul secara kebetulan. Dalam beberapa kasus, panas yang dilepaskan oleh reaksi berantai akan menyebabkan bahan fisil (dan bahan terdekat lainnya) mengembang. Dalam kasus seperti itu, reaksi berantai dapat menetap ke kondisi tunak berdaya rendah atau bahkan dapat dimatikan sementara atau permanen (subkritis).
Kecelakaan tersebut bisa berakibat fatal bagi orang yang berada di dekat tempat terjadinya kecelakaan; mereka biasanya mengembangkan sindrom radiasi akut (penyakit radiasi) dalam beberapa jam, kerusakan sel sel dam kromosom untuk membelah diri tidak berfungsi, terutama bagian yang terkena paparan. Menurut rekomendasi ICRP, pekerja radiasi yang di tempat kerjanya terkena radiasi tidak boleh menerima dosis radiasi lebih dari 50 mSv per tahun dan rata-rata pertahun selama 5 tahun tidak boleh lebih dari 20 mSv. Nilai maksimum ini disebut Nilai Batas Dosis (NBD).
Radiasi bahan atau proses nuklir dapat dengan mudah dideteksi dengan dosimetri radiasi instrumentasi dan detektor "sistem alarm kecelakaan kekritisan" yang dikerahkan dengan benar.
Faktor paling penting pada bahan inti nuklir yang mempengaruhi keselamatan kekritisan nuklir terutama pada terapan perencanaan desain awal inti reaktor nuklir daya PLTN maupun riset adalah:
Massa
Volume
Shape bentuk
Kepadatan (konsentrasi)
Moderasi
Refleksi cerminan
Racun neutron (penyerapan)
Interaksi
Saat ini terdapat berbagai jenis desain reaktor nuklir dan bahan bakar inti reaktor nuklir.