Cara Kerja Reaktor Nuklir, Kenali Komponen dan Bahan Bakarnya

Liputan6.com, Jakarta Bagaimana cara kerja reaktor nuklir menjadi salah satu pertanyaan yang kerap muncul saat kita mempelajari tentang energi nuklir. Bagaimana cara kerja reaktor nuklir dalam mengubah suatu energi hingga akhirnya dapat digunakan untuk kebutuhan manusia menjadi hal yang masih belum diketahui oleh banyak orang secara umum. 

Energi nuklir sendiri dikenal mampu menyediakan listrik yang efisien dan andal di seluruh dunia. Saat ini, lebih dari 400 reaktor komersial beroperasi di lebih dari 30 negara. Kian populer dan digunakan diberbagai negara, energi nuklir dikenal memiliki dampak lingkungan terendah pada tanah dan sumber daya alam daripada sumber energi lain.

Selain itu reaktor nuklir atau pembangkit nuklir adalah satu-satunya sumber listrik yang dapat menghasilkan pasokan daya konstan dikenal sebagai daya beban dasar, serta andal tanpa memancarkan gas rumah kaca. Lantas bagaimana cara kerja reaktor nuklir dalam menciptakan energi nuklir yang sangat disukai oleh banyak orang ini? 

Lebih lengkapnya, berikut ini telah Liputan6.com rangkum dari berbagai sumber pada Rabu (22/2/2023). Pengertian, komponen, bahan bakar, pengolahan limbah dan cara kerja reaktor nuklir.

Reaktor Nuklir adalah sistem yang dibuat untuk menghasilkan energi nuklir. Definisi umum untuk energi nuklir adalah energi yang dilepaskan oleh reaksi berantai, terutama oleh fisi atau fusi. Secara praktis, energi nuklir menggunakan bahan bakar yang terbuat dari uranium yang ditambang dan diproses untuk menghasilkan uap dan menghasilkan listrik.

Reaktor nuklir adalah sistem yang mengandung dan mengendalikan reaksi berantai nuklir yang berkelanjutan. Reaktor digunakan untuk menghasilkan listrik, menggerakkan kapal induk dan kapal selam, memproduksi isotop medis untuk pencitraan dan pengobatan kanker, dan untuk melakukan penelitian.

Bahan bakar, terdiri dari atom-atom berat yang terbelah ketika menyerap neutron, ditempatkan ke dalam bejana reaktor (pada dasarnya tangki besar) bersama dengan sumber neutron kecil. Neutron memulai reaksi berantai di mana setiap atom yang terbelah melepaskan lebih banyak neutron yang menyebabkan atom lain terbelah. 

Setiap kali sebuah atom membelah, ia melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk panas. Panas dilakukan dari reaktor oleh pendingin, yang paling sering hanya air biasa. Pendingin memanas dan pergi ke turbin untuk memutar generator atau poros penggerak. 

Inti reaktor berisi semua bahan bakar nuklir dan menghasilkan semua panas. Ini mengandung uranium yang diperkaya rendah (<5% U-235), sistem kontrol, dan bahan struktural. Inti dapat berisi ratusan ribu pin bahan bakar individual.

Pendingin adalah bahan yang melewati inti, mentransfer panas dari bahan bakar ke turbin. Itu bisa berupa air, air berat, natrium cair, helium, atau yang lainnya. Di armada reaktor daya AS, air adalah standarnya.

Turbin memindahkan panas dari pendingin ke listrik, seperti di pembangkit berbahan bakar fosil.

Kontainmen adalah struktur yang memisahkan reaktor dari lingkungan. Ini biasanya berbentuk kubah, terbuat dari beton bertulang baja dengan kepadatan tinggi. Chernobyl tidak memiliki penahanan untuk dibicarakan.

Menara pendingin dibutuhkan oleh beberapa pembangkit untuk membuang kelebihan panas yang tidak dapat diubah menjadi energi karena hukum termodinamika. Ini adalah ikon hiperbolik energi nuklir. Mereka hanya memancarkan uap air bersih.

Reaktor nuklir pada dasarnya adalah ceret besar, yang digunakan untuk memanaskan air untuk menghasilkan listrik rendah karbon dalam jumlah besar. Mereka datang dalam berbagai ukuran dan bentuk, dan dapat ditenagai oleh berbagai bahan bakar yang berbeda. 

Reaktor nuklir digerakkan oleh pemisahan atom, sebuah proses yang disebut fisi, di mana sebuah partikel ('neutron') ditembakkan ke sebuah atom, yang kemudian membelah menjadi dua atom yang lebih kecil dan beberapa neutron tambahan. Beberapa neutron yang dilepaskan kemudian menabrak atom lain, menyebabkan mereka juga membelah dan melepaskan lebih banyak neutron. Ini disebut reaksi berantai.

Pembelahan atom dalam reaksi berantai juga melepaskan sejumlah besar energi sebagai panas. Panas yang dihasilkan dikeluarkan dari reaktor dengan cairan yang bersirkulasi, biasanya air.  Panas ini kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan uap, yang menggerakkan turbin untuk produksi listrik. 

Untuk memastikan reaksi nuklir berlangsung pada kecepatan yang tepat, reaktor memiliki sistem yang mempercepat, memperlambat atau mematikan reaksi nuklir, dan panas yang dihasilkannya. Ini biasanya dilakukan dengan batang kendali, yang biasanya terbuat dari bahan penyerap neutron seperti perak dan boron.

Reaktor nuklir hadir dalam berbagai bentuk dan ukuran, beberapa menggunakan air untuk mendinginkan intinya, sementara yang lain menggunakan gas atau logam cair. Jenis reaktor daya yang paling umum menggunakan air, dengan lebih dari 90 persen reaktor dunia berbasis air. 

Reaktor nuklir sangat andal dalam menghasilkan listrik, mampu beroperasi selama 24 jam sehari selama berbulan-bulan, bahkan bertahun-tahun, tanpa gangguan, apa pun cuaca atau musimnya. Selain itu, sebagian besar reaktor nuklir dapat beroperasi untuk jangka waktu yang sangat lama, yaitu lebih dari 60 tahun dalam banyak kasus. 

Bahan Bakar Reaktor Nuklir

Sejumlah bahan yang berbeda dapat digunakan sebagai bahan bakar reaktor, tetapi yang paling umum digunakan adalah uranium. Uranium berlimpah, dan dapat ditemukan di banyak tempat di seluruh dunia, termasuk di lautan. Bahan bakar lain, seperti plutonium dan thorium, juga bisa digunakan. 

Sebagian besar reaktor saat ini berisi beberapa ratus rakitan bahan bakar, masing-masing memiliki ribuan pelet kecil bahan bakar uranium. Satu pelet mengandung energi sebanyak yang ada dalam satu ton batu bara. 

Reaktor tipikal membutuhkan sekitar 27 ton bahan bakar segar setiap tahun. Sebaliknya, pembangkit listrik batu bara dengan ukuran yang sama akan membutuhkan lebih dari dua setengah juta ton batubara untuk menghasilkan listrik sebanyak itu

Limbah Reaktor Nuklir 

Seperti industri lainnya, industri nuklir juga menghasilkan limbah. Namun, tidak seperti banyak industri, tenaga nuklir menghasilkan sangat sedikit dan sepenuhnya menampung dan mengelola apa yang dihasilkannya. Sebagian besar limbah dari pembangkit listrik tenaga nuklir tidak terlalu radioaktif dan selama beberapa dekade telah dikelola dan dibuang secara bertanggung jawab. 

Jika tenaga nuklir digunakan untuk memasok kebutuhan listrik seseorang selama satu tahun penuh, hanya sekitar 5 gram limbah radioaktif tinggi yang akan dihasilkan, yang beratnya sama dengan selembar kertas. 

Bahan bakar bekas yang keluar dari reaktor dapat dikelola dengan berbagai cara, termasuk daur ulang untuk produksi energi atau pembuangan langsung. Faktanya, banyak negara telah menggunakan bahan bakar daur ulang selama beberapa dekade untuk sebagian bahan bakar reaktor mereka.