pltn

PENGENALAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN)

Masyarakat pertama kali mengenal tenaga nuklir dalam bentuk bom atom yang dijatuhkan di
Hiroshima dan Nagasaki dalam Perang Dunia II tahun 1945. Sedemikian dahsyatnya akibat
yang ditimbulkan oleh bom tersebut sehingga pengaruhnya masih dapat dirasakan sampai
sekarang.
Di samping sebagai senjata pamungkas yang dahsyat, sejak lama orang telah memikirkan
bagaimana cara memanfaatkan tenaga nuklir untuk kesejahteraan umat manusia. Sampai
saat ini tenaga nuklir, khususnya zat radioaktif telah dipergunakan secara luas dalam
berbagai bidang antara lain bidang industri, kesehatan, pertanian, peternakan, sterilisasi
produk farmasi dan alat kedokteran, pengawetan bahan makanan, bidang hidrologi, yang
merupakan aplikasi teknik nuklir untuk non energi. Salah satu pemanfaatan teknik nuklir
dalam bidang energi saat ini sudah berkembang dan dimanfaatkan secara besar-besaran
dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga nuklir (PLTN), dimana tenaga nuklir digunakan
untuk membangkitkan tenaga listrik yang relatif murah, aman dan tidak mencemari
lingkungan.
Pemanfaatan tenaga nuklir dalam bentuk PLTN mulai dikembangkan secara komersial sejak
tahun 1954. Pada waktu itu di Rusia (USSR), dibangun dan dioperasikan satu unit PLTN air
ringan bertekanan tinggi (VVER = PWR) yang setahun kemudian mencapai daya 5 Mwe.
Pada tahun 1956 di Inggris dikembangkan PLTN jenis Gas Cooled Reactor (GCR + Reaktor
berpendingin gas) dengan daya 100 Mwe.
Pada tahun 1997 di seluruh dunia baik di negara maju maupun negara sedang berkembang
telah dioperasikan sebanyak 443 unit PLTN yang tersebar di 31 negara dengan kontribusi
sekitar 18 % dari pasokan tenaga listrik dunia dengan total pembangkitan dayanya mencapai
351.000 Mwe dan 36 unit PLTN sedang dalam tahap kontruksi di 18 negara.
Perbedaan Pembangkit Listrik Konvensional (PLK) dengan PLTN
Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalam suatu ketel melalui
pembakaran bahan fosil (minyak, batubara dan gas). Uang yang dihasilkan dialirkan ke turbin
uap yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya digunakan
untuk menggerakkan generator, sehingga akan dihasilkan tenaga listrik.
Pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara, minyak dan g as mempunyai potensi yang
dapat menimbulkan dampak lingkungan dan masalah transportasi bahanbakar dari tambang
menuju lokasi pembangkitan. Dampak lingkungan akibat pembakaran bahan fosil tersebut
dapat berupa CO2 (karbon dioksida), SO2 (sulfur dioksida) dan NOx (nitrogen oksida), serta
debu yang mengandung logam berat. Kekhawatiran terbesar dalam pembangkit listrik
dengan bahan bakar fosil adalah dapat menimbulkan hujan asam dan peningkatan
pemanasan global.
PLTN berperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untuk
menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran bahan fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi
pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam suatu reaktor nuklir. tenaga panas tersebut
digunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap ( Steam Generator)
dan selanjutnya sama seperti pada PLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbingenerator
sebagai pembangkit tenaga listrik. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air
yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.
Proses pembangkitan listrik ini tidak membebaskan asap atau debu yang mengandung
logam berat yang dibuang ke lingkungan atau melepaskan partikel yang berbahaya seperti
CO2, SO2, NOx ke lingkungan, sehingga PLTN ini merupakan pembangkit listrik yang ramah
lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN adalah berupa
elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa
disimpan di lokasi PLTN sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.
Tentang Fisika Nuklir
Panas yang digunakan untuk membangkitkan uap diproduksi sebagai hasil dari pembelahan
inti atom yang dapat diuraikan sebagai berikut :
Apabila satu neutron (dihasilkan dari sumber neutron) tertangkap oleh satu inti
atom uranium-235, inti atom ini akan terbelah menjadi 2 atau 3 bagian/fragmen.
Sebagian dari energi yang semula mengikat fragmen-fragmen tersebut masingmasing
dalam bentuk energi kinetik, sehingga mereka dapat bergerak dengan
kecepatan tinggi. Oleh karena fragmen-fragmen itu berada di dalam struktur kristal
uranium, mereka tidak dapat bergerak jauh dan gerakannya segera diperlambat.
Dalam proses perlambatan ini energi kinetik diubah menjadi panas (energi termal).
Sebagai gambaaran dapat dikemukakan bahwa energi termal yang dihasilkan dari
reaksi pembelahan 1 kg uranium-235 murni besarnya adalah 17 milyar kilo kalori,
atau setara dengan energi termal yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kg
(2400 ton) batubara.
Selain fragmen-fragmen tersebut reaksi pembelahan menghasilkan pula 2 atau 3
neutron yang dilepaskan dengan kecepatan lebih besar dari 10.000 km per detik.
Neutron-neutron ini disebut neutron cepat yang mampu bergerak bebas tanpa
dirintangi oleh atom-atom uranium atau atom-atom kelongsongnya. Agar mudah
ditangkap oleh inti atom uranium guna menghasilkan reaksi pembelahan,
kecepatan neutron ini harus diperlambat. Zat yang dapat memperlambat kecepatan
neutron disebut moderator.
Air Sebagai Pemerlambat Neutron (Moderator)
Seperti telah disebutkan di atas, panas yang dihasilkan dari reaksi pembelahan, oleh air
yang bertekanan 160 atmosfir dan suhu 300 0C secara terus menerus dipompakan ke dalam
reaktor melalui saluran pendingin reaktor. Air bersirkulasi dalam saluran pendingin ini tidak
hanya berfungsi sebagai pendingin saja melainkan juga bertindak sebagai moderator, yaitu
sebagai medium yang dapat memperlambat neutron. Neutron cepat akan kehilangan
sebagian energinya selama menumbuk atom-atom hidrogen. Setelah kecepatan neutron
turun sampai 2000 m per detik atau sama dengan kecepatan molekul gas pada suhu 300
0C, barulah ia mampu membelah inti atom uranium-235. Neutron yang telah diperlambat
disebut neutron termal.
Reaksi Pembelahan Inti Berantai Terkendali
Untuk mendapatkan keluaran termal yang mantap, perlu dijamin agar banyaknya reaksi
pembelahan inti yang terjadi dalam teras reaktor dipertahankan pada tingkat tetap, yaitu 2
atau 3 neutron yang dihasilkan dalam reaksi itu hanya satu yang dapat meneruskan reaksi
pembelahan.
Neutron lainnya dapat lolos keluar reaktor, atau terserap oleh bahan lainnya tanpa
menimbulkan reaksi pembelahan atau diserap oleh batang kendali. Batang kendali dibuat
dari bahan-bahan yang dapat menyerap neutron, sehingga jumlah neutron yang
menyebabkan reaksi pembelahan dapat dikendalikan dengan mengatur keluar atau
masuknya batang kendali ke dalam teras reaktor.
Sehubungan dengan uraian di atas perlu digarisbawahi bahwa :
a. Reaksi pembelahan berantai hanya dimungkinkan apabila ada moderator.
b. Kandungan uranium-235 di dalam bahan bakar nuklir maksimum adalah 3,2 %.
Kandungan ini kecil sekali dan terdistribusi secara merata dalam isotop uranium-238,
sehingga tidak mungkin terjadi reaksi pembelahan berantai secara tidak terkendali di
dalamnya.
Radiasi dan Hasil Belahan
Fragmen-fragmen yang diproduksi selama reaksi pembelahan inti disebut hasil belahan,
yang kebanyakan berupa atom-atom radioaktif seperti xenon-133, kripton-85 dan iodium-
131. Zat radioaktif ini meluruh menjadi atom lain dengan memancarkan radiasi alpha, beta,
gamma atau neutron.
Selama proses peluruhan, radiasi yang dipancarkan dapat diserap oleh bahan-bahan lain
yang berada di dalam reaktor, sehingga energi yang dilepaskan berubah menjadi panas.
Panas ini disebut panas peluruhan yang akan terus diproduksi walaupun reaktor berhenti
beroperasi. Oleh karena itu reaktor dilengkapi dengan suatu sistem pembuangan panas
peluruhan. Selain hasil belahan, dalam reaktor dihasilkan pula bahan radioaktif lain sebagai
hasil aktivitas neutron. Bahan radioaktif ini terjadi karena bahan-bahan lain yang berada di
dalam reaktor (seperti kelongsongan atau bahan struktur) menangkap neutron sehingga
berubah menjadi unsur lain yang bersifat radioaktif.
Radioaktif adalah sumber utama timbulnya bahaya dari suatu PLTN, oleh karena itu semua
sistem pengamanan PLTN ditujukan untuk mencegah atau menghalangi terlepasnya zat
radioaktif ke lingkungan dengan aktivitas yang melampaui nilai batas ambang yang diizinkan
menurut peraturan yang berlaku.
Keselamatan Nuklir
Berbagai usaha pengamanan dilakukan untuk melindungi kesehatan dan keselamatan
masyarakat, para pekerja reaktor dan lingkungan PLTN. Usaha ini dilakukan untuk menjamin
agar radioaktif yang dihasilkan reaktor nuklir tidak terlepas ke lingkungan baik selama
operasi maupun jika terjadi kecelakaan.
Tindakan protektif dilakukan untuk menjamin agar PLTN dapat dihentikan dengan aman
setiap waktu jika diinginkan dan dapat tetap dipertahanan dalam keadaan aman, yakni
memperoleh pendinginan yang cukup. Untyuk ini panas peluruhan yang dihasilkan harus
dibuang dari teras reaktor, karena dapat menimbulkan bahaya akibat pemanasan lebih pada
reaktor.
Keselamatan terpasang
Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium.
Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun
yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi
pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini
akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal
beroperasi.
Penghalang Ganda
PLTN mempunyai sistem pengaman yang ketat dan berlapis-lapis, sehingga
kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkannya sangat kecil.
Sebagai contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium
sebagian besar (> 99%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang
berfungsi sebagai penghalang pertama.
Selama operasi maupun jika terjadi kecelakaan, kelongsongan bahan bakar akan
berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif
tersebut keluar kelongsongan. Dalam hal zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam
kelongsongan, masih ada penghalang ketiga yaitu sistem pendingin. Lepas dari sistem
pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan dibuat dari baja
dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5-2 m.
Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada penghalang
keenam, yaitu sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7 cm dan
beton setebal 1,5-2 m yang kedap udara.
Jadi selama operasi atau jika terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan
dalam reaktor dan tidak dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih ada zat radioaktif
yang terlepas jumlahnya sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap
lingkungan tidak berarti.
Gb. Sistem Keselamatan Reaktor dengan Penghalang Ganda
Pertahanan Berlapis
Disain keselamatan suatu PLTN menganut falsah pertahanan berlapis (defence in
depth). Pertahanan berlapis ini meliputi : lapisan keselamatan pertama, PLTN
dirancang, dibangun dan dioperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat,
mutu yang tinggi dan teknologi mutakhir; lapis keselamatan kedua, PLTN dilengkapi
dengan sistem pengaman/keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan
mengatasi akibat-aibat dari kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur
PLTN dan lapis keselamatan ketiga, PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan
tambahan, yang dapat diperkirakan dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun demikian
kecelakaan tersebut kemungkinan terjadinya sedemikian sehingga tidak akan pernah
terjadi selama umu uperasi PLTN.
Limbah Radioaktif
Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat radioaktif terhadap linkungan
dapat dikatakan tidak ada. Air laut atau sungai yang dipergunakan untuk membawa panas
dari kondesnsor sama sekali tidak mengandung zat radioaktif, karena tidak bercampur
dengan air pendingin yang bersirkulasi di dalam reaktor.
Gas radioaktif yang dapat keluar dari sistem reaktor tetap terkungkung di dalam sistem
pengungkung PLTN dan sudah melalui sistem ventilasi dengan filter yang berlapis-lapis. Gas
yang dilepas melalui cerobong aktivitasnya sangat kecil (sekitar 2 milicurie/tahun), sehingga
tidak menimbulkan dampak terhadap lingkungan.
Pada PLTN sebagian besar limbah yang dihasilkan adalah limbah aktivitas rendah (70 – 80
%). Sedangkan limbah aktivitas tinggi dihasilkan pada proses daur ulang elemen bakar nuklir
bekas, sehingga apabila elemen bakar bekasnya tidak didaur ulang, limbah aktivitas tinggi ini
jumlahnya sangat sedikit.
Penangan limbah radioaktif aktivitas rendah, sedang maupun aktivitas tinggi pada umumnya
mengikuti tiga prinsip, yaitu :
- Memperkecil volumenya dengan cara evaporasi, insenerasi, kompaksi/ditekan.
- Mengolah menjadi bentuk stabil (baik fisik maupun kimia) untuk memudahkan
dalam transportasi dan penyimpanan.
- menyimpan limbah yang telah diolah, di tempat yang terisolasi.
Pengolahan limbah cair dengan cara evaporasi/pemanasan untuk memperkecil volume,
kemudian dipadatkan dengan semen (sementasi) atau dengan gelas masif (vitrifikasi) di
dalam wadah yang kedap air, tahan banting, misalnya terbuat dari beton bertulang atau dari
baja tahan karat.
Pengolahan limbah padat adalah dengan cara diperkecil volumenya melalui proses
insenerasi/pembakaran, selanjutnya abunya disementasi. Sedangkan limbah yang tidak
dapat dibakar diperkecil volumenya dengan kompaksi/penekanan dan dipadatkan di dalam
drum/beton dengan semen. Sedangn limbah padat yang tidak dapat dibakar atau tidak dapat
dikompaksi, harus dipotong-potong dan dimasukkan dalam beton kemudian dipadatkan
dengan semen atau gelas masif.
Selanjutnya limbah radioaktif yang telah diolah disimpan secara sementara (10-50 tahun) di
gudang penyimpanan limbah yang kedap air sebelum disimpan secara lestari. Tempat
penyimpanan lembah lestari dipilih di tempat/lokasi khusus, dengan kondisi geologi yang
stabil dan secara ekonomi tidak bermanfaat.