Jenis-Jenis Reaktor Nuklir dan Cara Kerjanya – Materi Fisika Kelas 12

Jenis-Jenis Reaktor Nuklir dan Cara Kerjanya Zenius Education

Kalau dengar yang namanya “reaktor nuklir”, elo mungkin bakalan langsung mikir ledakan dahsyat dan partikel radioaktif yang dilepaskan–contohnya pada kecelakan yang menimbulkan ledakan nuklir Chernobyl di tahun 1986. Atau mungkin, ledakan bom atom di Jepang. Hih, ngeri, ya! Tapi kenapa orang-orang tetap membuat dan menggunakan reaktor nuklir di berbagai titik di dunia?

Alasan pertama adalah dibandingkan dengan sumber energi lain seperti biomassa, gas, solar, dan sebagainya, energi nuklir itu kematian per unit energi setiap tahunnya itu paling kecil. Jadi korban nyawa dalam penggunaan energi ini paling sedikit.

Selain itu, kalau kita pakai bahan bakar dari minyak dan batu bara, itu emisi CO2-nya banyak banget, jadi nggak ramah lingkungan. Energi yang dihasilkan oleh reaktor nuklir lebih bersih, makanya dia bisa jadi alternatif yang mendukung pengurangan emisi CO2.

Kemudian, para ilmuwan juga percaya kalau teknologi bisa terus dikembangkan untuk mengatasi bahayanya reaktor nuklir dan juga limbah berupa partikel radioaktif yang dihasilkan. Makanya, reaktor nuklir terus dikembangkan dan dipelajari hingga saat ini.

Tahu nggak sih, kalau di Indonesia juga udah ada reaktor nuklir yang digunakan untuk keperluan penelitian dan pengembangan teknologi nuklir? Jadi meskipun belum digunakan sebagai sumber energi, tapi negara kita juga udah mempelajari soal itu. Keren, ya! Elo bisa baca-baca lebih lanjut di website resmi Badan Tenaga Nuklir Nasional.

Nah, sekarang gue juga mau ngajakin elo buat ikut mempelajari tentang reaktor nuklir mulai dari jenis-jenis, bagian-bagian, cara kerja, hingga reaksinya. Yuk kita langsung mulai aja!

Baca Juga: Dahsyatnya Dampak Bom Nuklir dalam Perang Nuklir

Reaksi Fisi Berantai

Sebelum kita lihat-lihat bagian dari reaktor nuklir, gue akan jelaskan dulu ke elo mengenai reaksi fisi yang dikembangkan dalam reaktor nuklir menggunakan bahan bakar, yakni reaksi fisi berantai.

Sebenarnya reaksi fisi itu ada banyak, tapi kali ini gue hanya akan bahas reaksi fisi pada radioaktif uranium karena uranium paling sering dipakai sebagai bahan bakar reaktor nuklir.

Ketika mengambil uranium dari alam, sebagian besar uraniumnya memiliki nomor massa 238 (U-238) dengan persentase 99,27%. Namun, kita nggak bisa pakai yang ini sebagai bahan bakar reaktor nuklir. Yang bisa kita pakai adalah bagian lainnya, yaitu U-235 dengan persentase 0,7%. Sisanya adalah uranium dengan nomor massa lainnya.

U-235 kalau ditembakkan dengan sebuah neutron lambat, dia akan menjadi uranium yang punya sifat unik. Unik gimana, tuh? Uraniumnya bisa membelah secara spontan, menjadi dua atom yang lebih ringan. Reaksi inilah yang disebut dengan reaksi fisi.

Reaksi fisi pada reaktor nuklir Zenius Education

Membelahnya jadi kayak gimana?

Reaksi fisi berantai pada reaktor nuklir Zenius Education

Nantinya, 3 neutron yang juga merupakan hasil pembelahan itu kalau dikenakan lagi kepada U-236, reaksi fisinya akan kembali terjadi. Makanya reaksi ini disebut dengan reaksi fisi berantai. Bayangin deh, kalau pembelahannya menghasilkan begitu banyak atom, energinya akan menjadi super besar!

Selain yang di atas, ada juga reaksi lain yang mungkin terjadi, yaitu

Reaksi fisi berantai pada reaktor nuklir Zenius Education

Sama seperti reaksi sebelumnya, yang ini pembelahannya juga bisa terjadi berulang kali.

Reaktor Nuklir dan Fungsinya

Reaktor nuklir Zenius Education
Reaktor Nuklir (Dok. Pixabay)

Kalau elo perhatikan gambar reaktor nuklir di atas, elo punya pikiran yang sama nggak sih kayak gue? Gue pikir untuk ukuran penghasil energi yang pengaruhnya begitu besar, bentuknya biasa banget! Namun ternyata, kalau kita lihat bagian-bagian beserta fungsinya, nggak sesederhana itu, lho.

Bagian-bagian dari reaktor nuklir Zenius Education
Bagian-bagian dari reaktor nuklir (Dok. Wikimedia Commons)

Sebelumnya, gue udah jelaskan tentang reaksi fisi berantai, di mana dengan menggunakan bahan bakar uranium, kita bisa menciptakan energi yang sangat besar menggunakan reaktor nuklir.

Dari gambar teras reaktor nuklir di atas, kira-kira kayak gimana ya, tiap bagian itu berfungsi? Kita bahas satu persatu, yuk.

Mulai dari batang uranium (fuel rods) yang merupakan bahan bakar dari reaktor nuklir. Namun, uraniumnya bukan dibakar ya, melainkan ditembakkan oleh neutron supaya bisa terjadi reaksi fisi berantai seperti yang udah gue jelaskan sebelumnya. Batang uranium ini terdiri atas palet yang terdiri atas susunan U-235 yang diperkaya dari 0,7% menjadi 3%.

Selubung (graphite moderator) berfungsi untuk mengurangi energi neutron. Setelah terjadi reaksi fisi berantai, energi neutron menjadi cukup besar untuk melakukan reaksi fisi berantai. Jadi sebelum dikenakan ke U-235 lainnya, selubung sedikit mengurangi energi neutronnya terlebih dahulu.

Pelindung radiasi (radiation shielding) dan dinding pelindung (pressure vessel) yang fungsinya kalau misalnya ada hal yang nggak diinginkan seperti hasil reaksi yang berlebihan, dua bagian ini mencegah partikel-partikel itu keluar dari teras reaktor nuklir agar tidak terjadi ledakan. Soalnya kalau meledak, radiasi nuklir itu berbahaya banget bagi makhluk hidup.

Batang pengendali (control rods) merupakan bagian penting yang berfungsi untuk mengendalikan reaksi berantai dari uranium dengan menyerap neutron yang dihasilkan berlebihan. Umpama hasil reaksi kurang, batang pengendali ini akan diangkat, tapi kalau kelebihan, maka akan ditutup supaya kelebihannya bisa diserap oleh bagian ini.

Air berat yang ditandai dengan warna kuning pada gambar bagian reaktor di atas juga berfungsi sama seperti selubung, yaitu mengurangi energi neutron dalam reaksi fisi berantai.

Cara Kerja Reaktor Nuklir

Belajar reaksinya udah, bagian-bagian serta fungsinya juga udah, sekarang kita sampai di bagian paling asyiknya, yaitu cara kerja reaktor nuklir!

Cara kerja reaktor nuklir Zenius Education
Cara kerja reaktor nuklir (Dok. Wikimedia Commons)

Pertama, air berat yang terdapat di dalam teras reaktor nuklir akan mengalami pemanasan akibat reaksi fisi berantai dari uranium. Nah, saking panasnya, air tadi berubah menjadi uap kemudian naik ke bagian yang ditandai dengan nomor 2.

Uap panas tadi akan didinginkan dengan air dari luar melalui sirkulator. Air tadi menjadi panas dan bahkan menjadi uap panas yang akan memutar turbin dan menghasilkan energi.

Air yang sudah mengalami pendinginan akan kembali masuk ke teras reaktor, kemudian proses yang sama akan diulangi lagi.

Elo bisa nonton video penjelasan tentang cara kerja reaktor nuklir dengan klik banner di bawah ini!

CTA materi belajar zenius fisika

Jenis-Jenis Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir jenisnya bisa dibedakan berdasarkan kegunaan, tenaga neutron, nama komponen, hingga parameter operasinya.

Berdasarkan kegunaannya, reaktor nuklir bisa terbagi atas reaktor daya, reaktor riset seperti yang ada di Indonesia, dan reaktor produksi isotop yang kadang-kadang termasuk reaktor riset juga.

Berdasarkan tenaga neutron yang digunakan dalam reaksinya, reaktor bisa dibedakan menjadi reaktor cepat (GCFBR, LMFBR, dan SCFBR) serta reakor thermal (PWR, BWR, PHWR, dan GCR).

Kemudian berdasarkan parameter lain ada reaktor berreflektor grafit (GCR dan AGCR), reaktor berpendingin air ringan (PWR dan BWR), serta reaktor suhu tinggi (HTGR).

Baca Juga: Mengenal Reaktor Nuklir Pertama Buatan Manusia yang Jadi Cikal Bakal Bom Hiroshima-Nagasaki

Penutup dan Contoh Soal

Wow, elo udah belajar cukup jauh tentang reaktor nuklir, lho. Kira-kira sekarang elo ada minat buat kuliah teknik nuklir nggak nih, nantinya? Hehe.

Anyways, seperti biasa untuk memeriksa pemahaman elo tentang materi ini, coba jawab contoh soal berikut, ya!

  1. Fungsi batang pengendali pada reaktor nuklir adalah ….
    A. menyerap kalor berlebih pada reaktor nuklir
    B. menangkap kelebihan inti atom
    C. menangkap kelebihan neutron pada reaktor nuklir
    D. mendinginkan temperatur
    E. mengendalikan kecepatan partikel
  2. Meskipun beberapa kecelakaan besar yang terkait dengan pembangkit listrik bertenaga nuklir telah terdokumentasikan, alasan yang valid di balik penggunaan energi nuklir sebagai sumber energi listrik adalah ….
    A. rendahnya rasio korban jiwa per unit energi yang berkaitan dengan energi nuklir
    B. energi nuklir merupakan salah satu sumber energi yang paling efisien/bebas limbah karbon (CO2)
    C. jumlah energi listrik yang dapat dihasilkan pembangkit listrik bertenaga nuklir sangat besar apabila dibandingkan dengan yang dihasilkan pembangkit listrik bertenaga sumber daya terbarukan yang lainnya (e.g. biomassa, angin, air, panas bumi)
    D. semua alasan di atas valid
    E. tidak cukup informasi untuk menyimpulkan alasan yang mendukung pemanfaatan energi nuklir sebagai sumber energi
  3. Dua bagian reaktor nuklir yang sama-sama berfungsi untuk mengurangi energi neutron pada reaksi fisi berantai adalah ….
    A. selubung dan air berat
    B. pelindung radiasi dan dinding pelindung
    C. batang pengendali dan selubung
    D. air berat dan pelindung radiasi
    E. selubung dan teras reaktor nuklir

Pembahasan:

  1. Jawaban: C. Fungsi batang pengendali pada reaktor nuklir adalah menangkap kelebihan neutron pada reaktor nuklir.
  2. Jawaban: D. Banyak banget manfaat pemanfaatan energi nuklir ini. Terlebih lagi dengan perkembangan teknologi semua kekurangan yang mungkin ada pada reaktor nuklir saat ini bisa diatasi suatu saat nanti!
  3. Jawaban: A. Selubung dan air berat pada reaktor nuklir berfungsi mengurangi energi neutron dalam reaksi fisi berantai.

Tibalah kita di penghujung artikel. Sekian dulu ya, sampai jumpa di artikel lainnya di Zenius!

Baca Juga: Peluruhan Radioaktif dan Jenisnya – Materi Fisika Kelas 12

Referensi

Reaktor dan Klasifikasinya – Badan Tenaga Nuklir Nasional.

Bagikan Artikel Ini!