Paper Nuclear Battery
advertisement
BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Untuk mendapatkan tenaga listrik dari energi nuklir, sejauh ini sudah banyak dilakukan melalui PLTN (Pusat Listrik Tenaga Nuklir) dan manfaatnya sudah sangat terasa bagi negara-negara maju, terutama dalam menggerakkan perindustriannya disamping untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik bagi rumah tangga. Pemanfaatan energi nuklir untuk menghasilkan tenaga listrik sejauh ini sudah terbukti dapat bersaing dengan tenaga listrik yang diperoleh secara konvensional melalui pemakaian energi primer (batubara dan minyak) maupun melalui pemakaian energi terbarukan (air, panas bumi dan matahari). Selain dari itu, para ahli pada saat ini juga akan melengkapi kemampuan energi nuklir dengan cara lain untuk menghasilkan tenaga listrik arus searah (tenaga baterai/DC). Cara lain yang dimaksud adalah tidak dengan memanfaatkan panas dari hasil reaksi fisi maupun fusi, akan tetapi memanfaatkan proses terjadinya reaksi peluruhan (decay process) pada setiap bahan radioaktif. Pada reaksi peluruhan ini yang dimanfaatkan adalah radiasi nuklir itu sendiri yang disertai dengan pelepasan adioiso atau muatan listrik dan juga kemampuan menumbuk bahan untuk menghasilkan adioiso sekunder yang dapat diubah menjadi tenaga listrik. Bila hal ini bias direalisasikan maka tenaga listrik yang diperoleh dari hasil proses peluruhan zat radioaktif akan dapat menambah sumber 1 tenaga listrik arus searah, disamping sumber arus searah (tanaga baterai) yang telah dikenal secara konvensional berupa baterai kimia sel basah maupun sel kering. 2 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. MODEL BATERAI NUKLIR Kebutuhan energi di dunia dari tahun ke tahun terus menerus meningkat tajam. Pertumbuhan kebutuhan energi masih cukup tinggi seiring dengan kenaikan jumlah penduduk, perubahan pola hidup, tingkat kemakmuran masyarakat dan perubahan pada beberapa aspek kehidupan yang lain. Di lain sisi sejak krisis ekonomi, penyediaan energi tidak dapat meningkat untuk mengikuti tingkat kebutuhannya. Energi Nuklir merupakan sumber energi alternatif yang layak untuk dipertimbangkan dalam Perencanaan Energi Jangka Panjang bagi Indonesia guna mendukung pembangunan yang berkelanjutan. Terdapat banyak manfaat radiasi inti atau radiasi nuklir bagi kehidupan manusia, baik dari bidang pertanian, bidang perikanan, bidang kesehatan, bidang industri, dll. Tetapi dalam makalah ini akan dibahas mengenai macam-macam model baterai nuklir serta pemanfaatan baterai nuklir bagi kehidupan manusia. 1. Macam-Macam Model Baterai Nuklir Pemanfaatan energi nuklir untuk diubah menjadi tenaga listrik arus searah (DC) adalah karena timbulnya elektron atau muatan listrik pada peristiwa peluruhan zat radioaktif. Oleh karena itu, sumber arus searah baterai nuklir ini berasal dari radioisotope yang memancarkan radiasi Alpha, Beta Negatif maupun Beta Positif. Mengingat daya tembus radiasi Alpha sangat 3 kecil, maka radioisotope pemancar Alpha jarang digunakan, karena menyulitkan dalam proses pembuatannya, kecuali bila akan dimanfaatkan untuk mengionisasi langsung medium baterai nuklir. Radioisotop pemancar Beta Positif (b+) jarang digunakan sebagai sumber tenaga baterai nuklir karena sumber baterai nuklir adalah adioisotope pemancar radiasi Beta Negatif (b-). Kemampuan sumber radiasi untuk menghasilkan adioiso sekunder dalam tumbukannya dengan medium baterai nuklir, juga dipakai sebagai bahan pertimbangan dalam memilih sumber adioisotope. Penelitian dan pengembangan pembuatan baterai nuklir sangat menarik perhatian para ahli, karena tegangan yang diperoleh dari baterai nuklir adioiso konstan dan bisa mencapai orde beberapa ribu volt, sehingga sangat menguntungkan dalam pemakaiannya. Sedangkan umur pakainya sangat panjang, bisa mencapai 2 kali waktu paro adioisotope yang digunakan. Namun demikian, efisiensinya dan arus yang dihasilkan sejauh ini masih rendah, untuk itu perlu ditingkatkan lebih jauh lagi. Berbagai macam model baterai nuklir yang sudah dikembangkan sejauh ini adalah sebagai berikut; a. Baterai nuklir “high speed electrons battery” Baterai ini dinamakan juga dengan baterai nuklir Beta, sesuai dengan jenis radiasi yang dipancarkan oleh adioisotope. Baterai nuklir ini bisa menghasilkan tegangan sampai beberapa ribu volt. Tegangan yang tinggi ini 4 dipengaruhi oleh kerapatan isolator yang digunakan, sehingga tidak terjadi kebocoran yang dapat menimbulkan ionisasi udara di sekitar terminal elektrodenya. Arus yang dihasilkan masih rendah dan perlu dinaikkan lagi dengan memperhatikan masalah nuclear barrier transmission. Radioisotop yang digunakan dalam baterai ini adalah Strontium-90 (Sr90) yang mempunyai waktu paro 28 tahun, sehingga umur pakai baterai nuklir jenis ini bisa dua kali waktu paronya, yaitu 56 tahun. b. Baterai nuklir “contact potential difference battery” Baterai nuklir ini sering disingkat dengan baterai CPD (Contact Difference Potential). Elektrode yang digunakan adalah 2 jenis bahan logam yang mempunyai sifat “work function” yang sangat berbeda. Work function suatu bahan adalah energi yang diperlukan untuk membebaskan adioiso keluar orbitnya. Bahan adioisot yang mempunyai sifat work function yang sangat jauh berbeda adalah Seng (Zn) dan Karbon. Ruang diantara kedua adioisot, yaitu antara bahan logam yang mempunyai sifat “work function” tinggi dan bahan logam yang mempunyai “work function” rendah, diisi medium berbentuk gas, yaitu Tritium yang setiap saat dapat diionisasikan oleh adioisotope menghasilkan adioiso dan ion positif. Hasil ionisasi (adioiso dan ion) akan menuju ke masing-masing elektrodenya sesuai dengan muatan listrik yang dibawanya. Penyerahan muatan listrik ke masing-masing adioisot akan menimbulkan arus listrik searah secara berkesinambungan. Radioisotop 5 yang digunakan sama dengan baterai nuklir pertama, yaitu Strontium 90 (Sr90). c. Baterai nuklir PN junction Baterai nuklir ini memanfaatkan sifat adioisotope yang dapat menimbulkan berondongan adioiso (avalanche) pada salah satu elemen diode semikonduktor yang dipasang di dalam wadah baterai. Bahan semikonduktor yang dapat menghasilkan berondongan adioiso akibat terkena radiasi adalah Antimon. Sedangkan untuk adioisot positifnya digunakan Silikon. Berondongan adioiso yang terbentuk akan ditarik oleh adioisot positif dan pada saat penyerahan muatan listrik akan timbul arus listrik searah seperti yang terjadi pada baterai nuklir CPD. Baterai nuklir PN junction ini walaupun tegangannya rendah tapi arus yang dihasilkan jauh lebih besar dari pada baterai nuklir lainnya. Sumber adioisotope yang digunakan adalah Prometium 147 (Pm147) yang mempunyai waktu paro 2,5 tahun, sehingga umur pakai baterai nuklir jenis ini bisa mencapai 5 tahun. d. Baterai nuklir termokopel Baterai nuklir jenis ini memanfaatkan panas yang ditimbulkan oleh adioisotope yang ditempatkan pada bagian dalam wadah yang dilengkapi dengan dua jenis logam yang bersifat sebagai termokopel. Arus yang timbul dari adanya termokopel dapat menjadi tenaga baterai. e. Baterai nuklir “secondary emitter” 6 Baterai nuklir jenis ini menggunakan adioisotope yang dapat menumbuk bahan target yang peka terhadap radiasi, sehingga akan menimbulkan adioiso sekunder akibat tumbukan tersebut. Elektron sekunder ini akan dikumpulkan oleh adioisot yang tidak peka terhadap radiasi. Perbedaan tegangan pada kedua adioisot tersebut akan menghasilkan arus listrik yang besarnya proporsional dengan energi yang dibawa oleh adioiso sekunder. f. Baterai nuklir fotolistrik Baterai nuklir fotolistrik ini memanfaatkan sifat bahan sintilator yang akan mengeluarkan pendar cahaya (foton) bila terkena radiasi. Pendar cahaya (foton) yang timbul kemudian diubah menjadi tenaga listrik oleh bahan semikonduktor yang peka terhadap foton cahaya. Foton cahaya dapat juga diubah menjadi tenaga listrik oleh sel fotolistrik. Bahan sintilator yang digunakan dapat berupa Posfor, Natrium Iodida yang diberi Thalium. g. Baterai nuklir “photon junction” Baterai nuklir ini menggunakan posfor radioaktif (P32) sebagai sumber radioisotopnya yang diapit oleh bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor diletakkan berhimpitan dengan “semiconductor surface layer” agar dapat terjadi perpindahan “electron hole” akibat terkena radiasi P32. Adanya perpindahan electron hole pada bahan semikonduktor ini 7 akan menimbulkan pulsa listrik yang besarnya sama dengan energi pendar cahaya yang terjadi. Tegangan baterai nuklir ini adioiso konstan. B. KEUNGGULAN BATERAI NUKLIR Baterai baru dengan basis peluruhan radioaktif material nuklir telah dikembangkan lebih jauh menjadi 10 kali lebih kuat dari prototipe-nya. Baterai nuklir bisa tahan sampai 12 tahun tanpa melakukan doping (charging) sama sekali. Ketahanan baterai ini memungkinkan digunakan sebagai sumber energi bagi peralatan-peralatan yang penggunaannya dalam waktu lama tanpa pengisian seperti peralatan yang ditanam dalam tubuh (jantung buatan, paru-paru buatan dan lain-lain) atau juga sebagai sumber energi pesawat ruang angkasa dan peralatan selam laut dalam. Dalam jangka waktu tak lama lagi, mungkin kita akan menemukan peralatan sensor ataupun peralatan kecil dirumah kita yang telah menggunakan baterai sakti ini. “Berbagai peralatan tidak akan lagi memerlukan penggantian baterai yang cukup merepotkan bagi penggunanya” kata Philippe Fauchet, electrical engineer dari University of Rochester. Pengembangan baterai ini dilakukan University of Rochester dengan pendanaan yang berasal dari National Science Foundation dan telah dipatenkan oleh BetaBatt Inc. 8 Teknologi baterai ini disebut juga betavoltaics. Teknologi ini menggunakan lapisan silikon untuk menangkap elektron yang dipancarkan oleh gas radioaktif seperti tritium. Mekanismenya mirip dengan solar sel yang mengubah cahaya matahari menjadi listrik. Sampai sekarang betavoltaics masih belum dapat mencapai efisiensi sebagaimana dicapai oleh solar sel. Sebabnya sederhana: Ketika gas meluruh, elektron-elektronnya terpancar ke segala arah dan sebagian besarnya hilang tanpa termanfaatkan. “Teknologi ini sangat aman dan dapat ditanam dalam tubuh,” kata Fauchet. “Partikel berenergi yang dipancarkan oleh Tritium tidak membahayakan tubuh.” “Tritium hanya memancarkan energi rendah yang dapat tertahan oleh material sangat tipis seperti selembar kertas,” kata Gadeken dari BetaBatt. “Baterai akan dibungkus dengan metallic BetaBattery yang akan menghalangi pancaran sinar radioaktif seperti baterai umumnya yang aman tanpa adanya kebocoran zat kimianya. C. KEKURANGAN BATERAI NUKLIR Selain memiliki banyak kelebihan, namun baterai nuklir juga memilki kekurangan yaitu efisiensinya rendah karena pengaruh nuclear barrier transmission (d) yang dinyatakan dalam persamaan: 4 h x1 2 M . V x T . dx x2 9 X1 dan X2 = titik partikel pada saat masuk dan meninggalkan potensial barrier. M = massa partikel. V(X) = potensial energi sebagai fungsi barrier. T = energi kinetik partikel. h = konstanta Planck. Mengingat bahwa nuclear barrier transmission merupakan fungsi dari massa radioisotop yang digunakan dan energi kinetik radiasi yang dipancarkan, maka usaha untuk meningkatkan arus harus memperhatikan sumber radioisotop yang digunakan dan juga energi kinetik radiasinya. D. DAMPAK REAKSI INTI Reaksi inti dalam kehidupan memiliki peranan yang sangat penting. Tetapi apabila penggunaan yang berlebihan dan tidak terkendali akan menimbulkan dampak yang sangat fatal. Bahaya yang ditimbulkan adalah adanya radiasi yang mengancam keselamatan jiwa manusia. Radiasi yang diakibatkan oleh reaktor nuklir ini ada dua, yaitu: a. Pertama, radiasi langsung, yaitu radiasi yang terjadi bila radioaktif yang dipancarkan mengenai langsung kulit atau tubuh manusia. 10 b. Kedua, radiasi tak langsung. Radiasi tak langsung adalah radiasi yang terjadi lewat makanan dan minuman yang tercemar zat radio aktif, baik melalui udara, air, maupun media lainnya. Baik radiasi langsung maupun tidak langsung, akan mempengaruhi fungsi organ tubuh melalui sel-sel pembentukannya. Organ-organ tubuh yang sensitif akan dan menjadi rusak. Sel-sel tubuh bila tercemar radioaktif uraiannya sebagai berikut: terjadinya ionisasi akibat radiasi dapat merusak hubungan antara atom dengan molekul-molekul sel kehidupan, juga dapat mengubah kondisi atom itu sendiri, mengubah fungsi asli sel atau bahkan dapat membunuhnya. Pada prinsipnya, ada tiga akibat radiasi yang dapat berpengaruh pada sel, yaitu sel akan mati, terjadi penggandaan sel, pada akhirnya dapat menimbulkan kanker, kerusakan dapat timbul pada sel telur atau testis, yang akan memulai proses bayibayi cacat. Selain itu, juga menimbulkan luka bakar dan peningkatan jumlah penderita kanker (thyroid dan cardiovascular), radang pernapasan, dan terhambatnya saluran pernapasan, juga masalah psikologi dan stres yang diakibatkan dari kebocoran radiasi. 11 BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN Manfaat reaksi inti dalam kehidupan adalah sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), pemanfaatan nuklir di bidang kesehatan, di bidang perindustrian, di bidang pertanian dan baterai nuklir. Reaksi inti dalam kehidupan memiliki peranan yang sangat penting. Tetapi apabila penggunaan yang berlebihan dan tidak terkendali akan menimbulkan dampak yang sangat fatal. Bahaya yang ditimbulkan adalah adanya radiasi yang mengancam keselamatan jiwa manusia. Ada tiga akibat radiasi yang dapat berpengaruh pada sel, yaitu Sel akan mati, terjadi penggandaan sel pada akhirnya dapat menimbulkan kanker, dan kerusakan dapat timbul pada sel telur atau testis, yang akan memulai proses bayi-bayi cacat. Selain itu, juga menimbulkan luka bakar, radang pernapasan, dan terhambatnya saluran pernapasan, juga masalah psikologi dan stres yang diakibatkan dari kebocoran radiasi. B. SARAN Berdasarkan uraian di muka tampak bahwa penelitian dan pengembangan pembuatan baterai nuklir dari berbagai macam jenis yang pernah dibuat, masih perlu ditingkatkan lagi untuk memperoleh efisiensi baterai nuklir yang lebih baik dan juga untuk dapat menaikkan arus listriknya agar diperoleh daya keluaran yang lebih baik. Umur paro radioisotop yang digunakan akan sangat 12 mempengaruhi umur pakai baterai dan juga kestabilan tegangan baterai nuklir. Bahan radioisotop pemancar radiasi Beta yang dapat digunakan menjadi sumber energi baterai nuklir bisa diperoleh dari hasil fisi yang dihasilkan oleh reaktor nuklir maupun oleh akselerator. Produk radioisotop yang sampai saat ini sudah dipasarkan menjadi baterai nuklir adalah dari deret Lantanida, yaitu Prometium (Pm147) yang bisa mencapai umur pakai lebih dari 5 tahun per baterai. Bila umur paro radioisotop yang digunakan panjang, maka wadah baterai nuklir harus dibuat sedemikian rupa agar supaya tidak bocor selama dalam pemakaian, karena hal ini menyangkut masalah keselamatan lingkungan dan proteksi radiasi. Satu hal yang perlu diketahui bahwa baterai nuklir yang sudah tidak dipakai tidak boleh dibuang sembrangan, mengingat di dalamnya mengandung bahan radioaktif, sehingga pembuangannya memerlukan pengaturan tersendiri sesuai dengan ketentuan yang telah ditetapkan oleh Badan Tenaga Nuklir atau BAPETEN. 13 DAFTAR PUSTAKA Bundjali, Bunbun. 2002. Kimia Inti. Penerbit ITB: Bandung Wikipedia. 2010. Reaksi Nuklir. Diakses melalui http://id.wikipedia.org/wiki/Fisika nuklir dalam www.google.com Wikipedia. 2010. Pemanfaatan Baterai Nuklir bagi Kehidupan Manusia. Diakses melalui http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener30.html dalam www.google.com Wisnu Arya Wardhana, Widyaiswara BATAN. 2010. Baterai Nuklir: Sumber Arus Searah yang Perlu Dikembangkan. Diakses pada tanggal melalui http://senymuslimah.blog.friendster.com/category/bel-zone/ dalam www.google.com 14
