Reaktor nuklir

Lecture Presentation
NUCLEAR CHEMISTRY &
RADIOCHEMISTRY
By
By ::
Agung Nugroho Catur S,S.Pd.,M.Sc
NIP. 19770723 200501 1 001
Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
REAKTOR NUKLIR
TUJUAN PEMBELAJARAN
Setelah mengikuti pembelajaran bab ini
diharapkan mahasiswa mampu :
 Mendeskripsikan reaktor nuklir
 Mengklasifikasikan tipe-tipe reaktor nuklir
 Menyebutkan komponen-komponen reaktor
nuklir
 Mendeskripsikan PLTN dan prospeknya
 Menjelaskan metode penanganan limbah
radioaktif
CURAH PENDAPAT






Apakah reaktor nuklir itu?
Ada berapa jenis reaktor nuklir?
Apa saja komponen dalam reaktor nuklir?
Bagaimana prinsip kerja reaktor nuklir?
Apa yang anda ketahui tentang PLTN dan
prospeknya di Indonesia?
Bagaimana cara penanganan limbah
radioaktif?
PENGERTIAN REAKTOR
Apa yang dimaksud dengan :
Reaktor
?
Reaktor menurut arti sesungguhnya adalah
tempat berlangsungnya reaksi.
 Berdasarkan proses reaksinya, reaktor
dibedakan menjadi :
1. Reaktor kimia,
Apabila yang terjadi di dalamnya adalah
reaksi kimia. Misalnya reaktor pada pabrik
pupuk, pabrik kertas, dll.

2. Reaktor bakar (tungku)
Apabila proses yang terjadi di dalamnya
adalah reaksi pembakaran. Misalnya reaktor
pada pabrik baja atau tungku perajin logam.
3. Reaktor nuklir
Apabila proses yang terjadi di dalamnya
adalah reaksi nuklir.
REAKTOR NUKLIR



Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh
Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas
Chicago.
Reaktor nuklir adalah suatu alat untuk
mengendalikan reaksi fisi berantai dan
sekaligus menjaga kesinambungan reaksi
itu.
Reaktor nuklir ditetapkan sebagai “alat yang
menggunakan materi nuklir sebagai bahan
bakarnya”.



Materi fisi yang digunakan sebagai bahan
bakar misalnya Uranium, Plutonium, dll.
Secara umum, reaktor nuklir adalah tempat
berlangsungnya reaksi nuklir yang
terkendali.
Untuk mengendalikan operasi dan
menghentikannya digunakan bahan
penyerap neutron yang disebut “batang
pengendali”.
KLASIFIKASI REAKTOR
NUKLIR


Klasifikasi jenis-jenis reaktor nuklir dibedakan
berdasarkan kegunaan, tenaga neutron dan
nama komponen serta parameter operasinya.
Menurut kegunaan, dibedakan :
1. Reaktor daya
2. Reaktor riset, termasuk uji material dan
latihan.
3. Reaktor produksi isotop . Reaktor ini
kadang-kadang digolongkan juga ke dalam
reaktor riset.

Ditinjau dari tenaga netron yang
melangsungkan reaksi pembelahan, reaktor
dibedakan menjadi :
1. Reaktor cepat : GCFBR, Liquid Metal Fast
Breeder Reactor (LMFBR), SCFBR.
2. Reaktor thermal : PWR, BWR, PHWR,
GCR.


Berdasarkan parameter yang lain dapat
disebut :
1. Reaktor berreflektor grafit : Gas Cooled
Reactor (GCR), AGCR.
2. Reaktor berpendingin air ringan : PWR,
BWR.
3. Reaktor suhu tinggi : HTGR
Masih banyak nama atau jenis reaktor
lainnya.
Reaktor Fisi



Reaktor fisi merupakan instalasi yang
menghasilkan daya panas secara konstan
dengan memanfaatkan reaksi fisi berantai.
Istilah ini dibedakan dengan reaktor fusi
yang memanfaatkan panas dari reaksi fusi.
Dimungkinkan adanya reaktor yang
memadukan kedua jenis tersebut (reaktor
hibrid).
Reaktor Fusi


Reaktor fusi adalah suatu instalasi untuk
mengubah energi yang terjadi pada reaksi
fusi menjadi energi panas atau listrik yang
mudah dimanfaatkan.
Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan
inti atom ringan, misalnya reaksi antara
deuterium dan tritium.
Reaktor Penelitian


Reaktor riset/penelitian yang diutamakan
adalah pemanfaatan netron yang dihasilkan
dari reaksi nuklir untuk keperluan berbagai
penelitian dan produksi isotop.
Misalnya reaktor uji material yang secara
khusus digunakan untuk uji iradiasi, reaktor
untuk eksperimen fisika reaktor, reaktor riset
untuk penelitian dengan menggunakan
berkas netron dan alat eksperimen kekritisan,
reaktor untuk pendidikan dan pelatihan.


Di antara reaktor-reaktor tersebut, reaktor
riset-pun terdiri dari berbagai macam,
misalnya reaktor untuk eksperimen berkas
netron dan uji iradiasi material, reaktor untuk
eksperimen perisai, reaktor untuk uji pulsa,
dll.
Tipe-tipe reaktor riset antara lain tipe kolam
berpendingin dan bermoderator air berat, tipe
kolam berpendingin dan bermoderator air
ringan dan tipe kolam berpendingin air ringan
dan bermoderator air berat.
Reaktor Daya


Reaktor daya adalah reaktor yang
digunakan untuk menghasilkan daya listrik,
biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga
Nuklir (PLTN).
Pada reaktor daya, yang dimanfaatkan
adalah uap yang bersuhu dan bertekanan
tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk
memutar turbin, turbin menggerakkan
generator yang menghasilkan listrik.

Netron yang dihasilkan sebagian
diserap oleh batang kendali dan
sebagian diserap lagi diubah menjadi
netron untuk berlangsungnya reaksi
berantai.
KOMPONEN REAKTOR
NUKLIR
Komponen-komponen reaktor nuklir antara
lain :
1. Bahan bakar nuklir/bahan dapat belah
2. Bahan moderator
3. Pendingin reaktor
4. Perangkat batang kendali
5. Perangkat detektor
6. Reflektor : untuk mengendalikan laju
pembelahan.
7. Perangkat bejana dan perisai reaktor.
8. Perangkat penukar panas.
 Komponen No. 1 s/d 6 berada pada
suatu lokasi yang disebut “Teras
Reaktor”, yaitu suatu tempat dimana
reaksi berantai tersebut berlangsung.
Skema Dasar Reaktor Nuklir
1. Bahan Bakar Nuklir

Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir,yaitu :
a. Bahan Fisil : suatu unsur/atom yang langsung
dapat memberikan reaksi pembelahan apabila
dirinya menangkap neutron. Contoh : 92U233,
235,
239,
241
92U
94Pu
94Pu
b. Bahan Fertil : suatu unsur/atom yang setelah
menangkap neutron tidak dapat langsung
membelah, tetapi membentuk bahan fisil.
Contoh : 90Th232, 92U238


Pada kenyataannya sebagian besar bahan
bakar nuklir yang berada di alam adalah
bahan fertil.
Elemen bakar reaktor nuklir dibuat dengan
kadar isotop fisilnya lebih besar dari kondisi
alamnya, isotop demikian disebut isotop
yang diperkaya, sedangkan untuk kadar
isotop fisil yang lebih kecil dari kondisi
alamnya disebut isotop yang susut kadar.
2. Bahan Moderator


Dalam reaksi fisi,neutron yang dapat
menyebabkan reaksi pembelahan adalah
neutron thermal.
Neutron thermal memiliki energi sekitar
0,025 eV pada suhu 27oC, sementara
neutron yang lahir dari reaksi pembelahan
memiliki energi rata-rata 2 MeV, yang
sangat jauh lebih besar dari energi
thermalnya.
Syarat bahan moderator :
 atom dengan nomor massa kecil.
 memiliki tampang lintang serapan neutron
(keboleh-jadian menyerap neutron) yang
kecil.
 Memiliki tampang lintang hamburan yang
besar.
 Memiliki daya hantar panas yang baik.
 Tidak korosif.
Contoh : H2O, D2O, grafit, berilium, dll.
3. Pendingin Reaktor


Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana
pengambilan panas hasil fisi dari dalam elemen
bakar untuk dipindahkan /dibuang ke tempat
lain/lingkungan melalui perangkat penukar
panas.
Bahan yang baik sebagai pendingin adalah fluida
yang koefisien perpindahan panasnya sangat
bagus, memiliki tampang lintang serapan neutron
yang kecil, dan tampang lintang hamburan yang
besar serta tidak korosif. Contoh : H2O, D2O, Na
cair, gas He dll.
4. Batang Kendali Reaktor


Batang kendali berfungsi sebagai
pengendali jalannya operasi reaktor agar
laju pembelahan/populasi neutron di dalam
teras reaktor dapat diatur sesuai dengan
kondisi operasi yang dikehendaki.
Selain itu, juga berfungsi untuk
memadamkan reaktor/menghentikan reaksi
pembelahan.



Bahan batang kendali adalah material yang
mempunyaintampang lintang serapan
neutron yang sangat besar, dan tampang
lintang hamburan yang kecil.
Bahan batang kendali : Boron, Cadmium,
Gadolinium, dll.
Prinsip kerja pengaturan oerasi adalah
dengan jalan memasukkan dan
mengeluarkan batang kendali ke dan dari
teras reaktor.
5. Perangkat Detektor


Detektor adalah komponen penunjang yang
mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir.
Semua informasi tentang kejadian fisis di
dalam teras reaktor, yang meliputi
popularitas neutron, laju pembelahan, suhu
dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui
detektor yang dipasang di dalam teras.
6. Reflektor


Neutron yang keluar dari pembelahan
bahan fisil, berjalan dengan kecepatan
tinggi ke segala arah. Karena tidak
bermuatan listrik maka gerakan neutron tsb
bebas menembus medium dan tidak
berkurang bila tidak menumbuk inti atom
medium.
Sebgian neutron tsb dapat lolos keluar teras
reaktor, atau hilang dari sistem. Kondisi
demikian merugikan.



Untuk mengurangi kejadian tsb, maka sekeliling
teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron
yang disebut “Reflektor”, sehingga neutronneutron yang lolos akan bertahan dan
dikembalikan ke dalam teras untuk
dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya.
Bahan reflektor yang baik adalah unsur-unsur
yg mempunyai tampang lintang hamburan
neutron yang besar, dan tampang lintang
seraapan yg sekecil mungkin serta tidak
korosif.
Contoh : Berilium, Grafit, Parafin, H2O, D2O.
7. Bejana dan Perisai Reaktor



Bejana/tangki reaktor berfungsi untuk
menampung fluida pendingin agar teras
reaktor selalu terendam di dalamnya.
Bejana tsb harus kuat menahan beban dan
tidak korosif bila berinteraksi dengan
pendingin atau benda lain di dalam teras.
Contoh bahan bejana reaktor : Aluminium
dan Stainless stell.


Perisai reaktor berfungsi untuk
menahan/menghambat/menyerap radiasi
yang lolos dari teras reaktor agar tidak
menerobos keluar sistem reaktor.
Pada umumnya perisai yang digunakan
adalah lapisan beton berat.
8. Perangkat Penukar Panas



Perangkat penukar panas (Heat Exchanger)
merupakan komponen penunjang yang berfungsi
sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin
primer, yang menerima panas dari elemen
bakar, untuk diberikan pada fluida pendingin
yang lain (sekunder).
Dengan sistem pengambilan panas tsb maka
integritas komponen teras akan selalu terjamin.
Pada jenis reaktor tertentu, terutama PLTN heat
exchanger juga berfungsi sebagai fasilitas
pembangkit uap.
Nuclear Reactor
In nuclear reactors the heat generated by the
reaction is used to produce steam that turns a
turbine connected to a generator.
Source :John D. Bookstaver,
Chemistry, The Central Science, 10th
edition Theodore L. Brown; H. Eugene
LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten
Nuclear Reactor
 The
reaction is kept in check
by the use of control rods.
 These block the paths of some
neutrons, keeping the system
from reaching a dangerous
supercritical mass.
 The control rods must be
withdrawn from between the
fuel rods the to initiate nuclear
reaction.
 The normal position of the
control rods is in between the
fuel rods.
Source :John D. Bookstaver,
Chemistry, The Central Science, 10th
edition Theodore L. Brown; H. Eugene
LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten
Nuclear Fuel




The most common fuel for a nuclear
reactor is usually uranium pressed
dioxide into pellets
The UO2 is produced from enriched
UF6 gas.
The pellets are encased in long
metal tubes, usually made of
zirconium alloy (zircalloy) or
stainless steel, to form fuel rods.
The fuel rods are sealed and
assembled in clusters to form fuel
assemblies for use in the core of
the nuclear reactor.
Source :John D. Bookstaver,
Chemistry, The Central Science, 10th edition
Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.;
and Bruce E. Bursten
Nuclear Waste
Source :John D. Bookstaver,
Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L.
Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten
Nuclear Fusion
Fusion would be a superior
method of generating power.
􀂾 Once fusion reactors are
perfected, the products of the
reaction will not be
radioactive. (There are
radioactive products of
hydrogen fusion.)
􀂾 In order to achieve fusion,
the material must be in the
plasma state at several
million Kelvin's.
Source :John D. Bookstaver,
Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L.
Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten
Nuclear Fusion




A Tokomak reactor, like the one
shown on the right right, show
promise for carrying out these
reactions.
Magnetic fields are used to
compress materials to initiate
the reaction.
Today, lasers may be used to
initiate the fusion reaction.
Magnetic fields are used to
contain the fusion reactants
and products.
Source :John D. Bookstaver,
Chemistry, The Central Science, 10th edition Theodore L.
Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten