MAKALAH KONVERSI DAN KONSERVASI ENERGI

APLIKASI PLASMA ENERGI

disusun Oleh :

Kelompok V

AHMAD MURSYID A. (0806321240)

AFRIZA ANDIKA (0806329760)

RECHMAN SINURAT (0806330440)

ZESKI PHAGARA (0806330592)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

2011

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan

karuniaNyalah kami dapat menyelesaikan tugas besar dari mata kuliah konversi dan konservasi

energi yaitu aplikasi plasma energi.

Tugas besar ini merupakan salah satu bagian dari mata kuliah konversi dan konservasi

energi, dimana selain termasuk ke dalam penilaian, juga sangat bermanfaat dalam menambah

ilmu-ilmu/teori-teori dan pengetahuan yang telah kami dapat selama pembelajaran di mata kuliah

ini.

Tugas besar ini dimaksudkan untuk menambah pengetahuan mengenai pengaplikasian

dari plasma energi, oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih kepada dosen pengajar yang

telah memberi tugas besar, yaitu Bpk. Imansyah dan yang telah mengajari kami menganalisa

prospek energi berdasarkan peraturan yang mendukung dan besarnya nilai konservasi energi,

yaitu Bpk. Prof Yuliato sehingga kami bisa menyusun makalah ini.

Kami menyadari, bahwa masih terdapat banyak kekurangan dan kesalahan dalam

pengerjaan tugas ini diakibatkan kami masih bingung mengenai apa saja yang harus kami tulis di

makalah ini, outline yang diinginkan oleh Bpk. Imansyah seperti apa, apa saja batasan masalah

dalam makalah ini dan tujuan dari tugas besar ini, oleh karena itu, kami sangat berterima kasih

jika ada kritik dan saran dari semua pihak yang pada akhirnya akan menjadi titik acuan kami

untuk bergerak maju.

Depok, 18 Mei 2011

Penulis

3

DAFTAR ISI

Kata Pengantar 2

Daftar Isi 3

Bab I. Pendahuluan 4

I.1. Latar Belakang 4

I.2. Tujuan 5

I.3. Batasan Masalah 5

Bab II. Plasma, Bahan bakar Reaksi Fusi dan Tokamak 7

II.1. Plasma pada Reaksi Fusi 7

II.2. Bahan bakar Reaksi Fusi 10

II.3. Tokamak 11

Bab III. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir 15

III.1. Perkembangan 15

III.2. Skema 17

III.3. Konversi Energi 21

Bab IV. Analisa 22

Bab V. Kesimpulan 23

Referensi 24

4

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Energi dan pemanasan global kini menjadi isu yang sangat penting. Beberapa

penyebab, diantaranya adalah semakin berkurangnya sumber energi fosil (minyak bumi

dan batu bara), adanya analisa yang mengatakan bahwa sumber energi fosil akan habis

dalam hitungan puluhan tahun, semakin tidak terkendalinya pertumbuhan penduduk

sehingga semakin meningkatnya kebutuhan terhadap energi, meningkatnya lobang ozon di

atmosfer tiap tahun dan peningkatan pencairan es di kutub utara dan selatan.

Berbagai cara dilakukan untuk mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi

fosil dan mengurangi pemanasan global, dari sisi ilmuwan energi salah satunya adalah

menciptakan pembangkit listrik dengan sumber energi energi yang renewable dan sumber

energi nuklir yang lebih ramah lingkungan. Energi renewable seperti angin dan air

memiliki keterbatasan, yaitu hanya dapat didistribusikan ke daerah sekitar pembangkit

listrik energi reneweble sedangkan di dunia tidak semua daerah yang memiliki energi

angin dan yang relatif besar dan konstan. Selain itu sumber energi angin dan air tergantung

pada kondisi alam dan energi listrik yang dihasilkan tidak sebesar sumber energi fosil.1

Untuk sumber energi panas bumi memiliki kekurangan, diantaranya:

1. Hanya sedikit lokasi sumber panas bumi yang bisa digunakan untuk power plant

karena tidak semua sumber panas bumi memiliki batuan yang mudah dilakukan drill.

2. Bisa jadi sumber panas bumi tersebut tidak memproduksi steam untuk sementara,

sehingga power plant tidak punya energi untuk menghasilkan listrik.

3. Energi geothermal hanya mampu menghasilkan listrik untuk daerah sekitar. Dan juga

hanya menghasilkan sedikit listrik jika dibandingkan sumber energi fosil.

4. Energi geotermal juga bisa membawa gas dan material yang berbahaya yang terbawa

bersama uap.

1 http://www.solarschools.net/resources/stuff/advantages_and_disadvantages.aspx. Akses tanggal 1 Mei 2011

5

5. Peningkatan jumlah gempa bumi juga meningkat seiring dengan pemanfaatan energi

panas bumi untuk power plant meskipun masih tergolong low-level.2

Untuk pembangkit listrik energi tenaga nuklir yang ramah lingkungan terdapat pada

reaksi fusi yang dalam makalah ini dibahas yang prosesnya melibatkan plasma panas yang

dikungkung atau diwadahi oleh medan magnet. Karena reaksi fusi yang dikungkung medan

magnet lebih banyak dikembangkan dibandingkan proses energi fusi yang lain yang

menggunakan pengukungan inersia.

I.2. Tujuan

Tujuan dari tugas besar ini:

1. Mengetahui dan memahami plasma.

2. Mengetahui dan memahami aplikasi plasma untuk reaksi fusi.

3. Mengetahui dan memahami Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) reaksi fusi.

4. Mengetahui dan mampu menganalisa konversi energi di PLTN.

I.3. Batasan Masalah

Salah satu masalah terbesar dalam tugas besar ini adalah penentuan outline aplikasi

plasma energi dan tujuan. Bila kami terlalu fokus pada plasma dan reaksinya terlalu

banyak reaksi kimianya, sedangkan bila terlalu fokus pada reaktornya terlalu banyak

persamaan fisika untuk didapatkan kondisi yang seharusnya untuk plasma panas aga dapat

menghasilkan energi nuklir yang diinginkan dimana kedua hal tersebut menurut kami tidak

terlalu memiliki banyak keterkaitan dengan mata kuliah dimana tugas besar ini diberikan

yaitu konversi dan konservasi energi. Setelah kami menyimpulkan dan bertanya dengan

Bpk. Imansyah didapatkan bahwa yang diinginkan adalah pada reaksi fusi Pembangkit

Listrik Tenaga Nuklir, tetapi bagaimanapun kami memutuskan tetap harus mengetahui

plasma dan apa kaitannya dengan reaksi fusi.

2http://www.associatedcontent.com/article/288108/five_disadvantages_of_geothermal_energy_pg2.html?cat=15

. Akses tanggal 1 Mei 2011

6

Oleh karena itu, pada makalah ini kami tidak mendalami plasma, bahan bakar reaksi

fusi, dan tokamak secara mendalam, tetapi secara garis besar mengetahui. Sedangkan pada

bab selanjutnya dibahas perkembangan dan skema pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

reaksi Fusi. Dan pada bab terakhir diberi analisa prospek dan konversi energi Pembangkit

Listrik Tenaga Nuklir reaksi Fusi.

7

BAB II

PLASMA, BAHAN BAKAR REAKSI FUSI, DAN TOKAMAK

I.1. Plasma pada Reaksi Fusi

Sir William Crookes, Fisikawan Inggris, pada tahun 1879 mengidentifikasi 4 macam

bentuk materi, yaitu: padat, cairan, gas netral dan plasma. Plasma memiliki temperatur dan

kerapatan dengan range yang sangat besar, mulai dari relatif dingin dan renggang (seperti

aurora) hingga panas dan padat (seperti inti pusat dari bintang). Padat, cairan dan gas

terlalu dingin dan padat untuk disebut dalam kondisi plasma (lihat Gbr1.). Pada Gbr1. Juga

terlihat bahwa plasma dilihat dalam skala ion dan elektron sedangkan padatan, cairan dan

gas dilihat dalam skala molekul.

Gbr1. Empat macam bentuk materi.

8

Istilah plasma pertama kali diperkenalkan oleh Langmuir di tahun 1928 untuk gas

terionisasi, sekarang digunakan untuk sebuah materi yang mengandung beberapa partikel

bermuatan seperti ion dan elektron bebas.3

Plasma diciptakan pada kondisi udara yang terdiri dari beberapa gas atau bahkan

salah satu gas penyusunnya memiliki atom-atom yang terionisasi sehingga terbentuk ion

dan elektron bebas. Gas terionionisasi akibat panas di daerah tersebut. Panas bisa

ditimbulkan oleh panas pembakaran atau beda potensial. Panas yang ditimbulkan harus

tinggi agar gas terionisasi dan menghasilkan ion dan elektron, adanya ion dan elektron

inilah yang membawa muatan sehingga plasma mampu menghantarkan arus listrik dan

bereaksi pada medan magnet. Sifat tersebut dimanfaatkan untuk mengungkung plasma

pada pembangkit listrik tenaga nuklir.

Energi pada plasma adalah energi internal pada plasma tersebut yang diakibatkan

energi kinetik dan energi potensial akibat pergerakan bebas elektron bebas dan ion. Dapat

dirumuskan sebagai berikut:

� � �� � ��

Namun, karena energi internal dari plasma tidak dapat diukur, maka untuk

mengukurnya menggunakan perubahan energi dalam. Jadi, energi plasma adalah

perubahan energi internal pada plasma terhadap energi internal gas pada kondisi dasar.

Yang dapat dirumuskan sebagai berikut.

�� � �� � ��

Energi diperlukan untuk membentuk plasma dan plasma sendiri mengandung energi

yang sangat relatif, tergantung pada banyaknya pergerakan bebas elektron bebas dan ion.

Energi yang terdisipasi pada plasma berbentuk cahaya atau panas.

Plasma pada reaksi fusi terdiri dari inti dan elektron dari atom ringan seperti

hidrogen, bukan lagi ion dan elektron. Kondisi plasma seperti itu dapat diciptakan ketika

plasma dipanaskan pada temperatur termonuklir (100.000.000K) sehingga dihasilkan inti

3 Tanenbaum, B., Samuel. Plasma Physiscs. 1967. McGraw-Hill, Inc. United States of America.

9

dan elektron. Semakin besar suhu maka semakin cepat pergerakan inti dan tumbukan yang

dihasilkan semakin besar sesuai dengan persamaan Einstein,

� � �

Selain itu, besarnya temperatur bisa meniadakan gaya tolak antar inti atom, sehingga

proses tumbukan dapat terjadi.

Plasma yang sangat panas tersebut kemudian dipanaskan kembali dengan

dikungkung atau diwadahi (pengukungan magnet) atau ditembakkan laser (pengukungan

inersia) dalam jangka waktu cukup lama dahulu agar dihasilkan energi yang lebih besar

dibandingkan energi untuk memanaskan dan mewadahi plasma dalam jumlah besar dan

suhu termonuklir. Output energi yang dihasilkan harus lebih besar dibandingkan energi

untuk mewadahi dan memanasi plasma, hal tersebut dapat terpenuhi bila hasil kali waktu

mewadahi (t) dan densitas plasma (n); tn>= ��� ( Kriteria Lawson).4

Ada 2 jenis reaktor fusi berdasarkan metode pemanasan plasma, yaitu pengukungan

magnetik (tokamak) dan pengukungan inersia. Pada pengukungan inersia memiliki

kekurangan yaitu tidak adanya penelitian terkini mengenai teknologi yang memungkinkan

untuk menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan energi untuk memanasi plasma

sedangkan untuk pengukungan magnetik sedang dikembangkan teknologinya oleh ITER

(International Thermonuclear Experimental Reactor).5 Oleh karena itu, plasma untuk reaksi

fusi yang dibahas pada tugas besar ini dikungkung atau diwadahi oleh medan magnet untuk

dipanasi pada temperatur termonuklir. Medan magnet diciptakan secara khusus agar

plasma panas tidak beraksi dengan dinding material.

Berikut proses terbentuknya energi plasma: atom-atom ringan dipanaskan sampai

temperatur termonuklir (100.000.000K) sehingga atom-atom tersebut terionisasi dan

menghasilkan inti atom dan elektron (kondisi plasma) kemudian plasma dipanaskan agar

terjadi proses tumbukan dan menghasilkan atom-atom baru yang lebih berat dan stabil

yang disertai pelepasan energi.

4 Fusi Nuklir: Sumber Energi Masa Depan. Alexander Agung. 1 Agustus 1998.

5 http://www.propagation.gatech.edu/ECE6390/project/Fall2010/Projects/group1/MASA_files/Page443.htm.

Akses tanggal 7 Mei 2011.

10

dipanaskan dipanaskan pada temperatur termonuklir (dalam tokamak)

Partikel gas atom(D-T) inti atom dan

dipanaskan pada temperatur termonuklir (dalam tokamak)

elektron terionisasi (plasma) energi

Persyaratan untuk terjadinya reaksi fusi nuklir:

• Suhu awal yang sangat tinggi (di atas 100 juta kelvin) atau sama dengan 6x lebih

panas dari temperatur matahari.

• Tekanan yang sangat tinggi

Suhu setinggi yang dipersyaratkan tersebut dapat dicapai dengan bantuan

microwaves dan laser. Pada suhu setinggi ini elektron-elektron atom terpisah dari intinya

dan terbentuk wujud plasma. Inti-inti atom yang akan bergabung memiliki muatan listrik

sejenis (positif) sehingga tolak-menolak sehingga diperlukan energi yang sangat besar

(suhu tinggi) agar mereka dapat mengatasi tolakan listrik. Reaksi fusi baru dapat terjadi

jika inti-inti atom tersebut dapat didekatkan hingga jarak 10−15

m (seper satu juta miliar

meter). Pada jarak ini baru terjadi ikatan nuklir yang mampu mengatasi tolakan listrik dari

kedua inti atom yang akan berfusi tersebut.

Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan inti-inti atom yang akan

digabungkan. Persyaratan ini dicapai dengan bantuan medan magnet yang sangat kuat

(yang dihasilkan oleh arus listrik dalam superkonduktor).

I.2. Bahan bakar Reaksi Fusi

Dalam reaksi fusi nuklir dua inti atom ringan bergabung menjadi satu inti baru.

Dalam suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium, deuterium, dan tritium)

bergabung menjadi inti atom helium dan netron serta sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini

11

sejenis dengan reaksi yang terjadi di dalam inti matahari dan bersifat jauh lebih bersih,

lebih aman, lebih efisien dan menggunakan bahan bakar yang jauh lebih berlimpah

dibandingkan dengan reaksi fisi nuklir.

Ada 3 reaksi fusi yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi pada Pembangkit

Listrik Tenaga Nuklir. Reaksi tersebut adalah:

a. Reaksi D-D: 2 atom deuterium helium-3 + neutron (3,25MeV)

b. Reaksi D-T: 1 atom deuterium + 1 atom tritium helium-3 + neutron

(17,59MeV)

c. Reaksi D³He: 1 atom deuterium + helium-3 helium -4 + neutron

(18,35MeV)

Keterangan:

Deuterium: isotop hidrogen (1 proton dan 1 neutron) dengan berat 2x hidrogen

Tritium: isotop hidrogen (1 proton dan 2 neutron) dengan berat 3x hidrogen

helium-3: atomatom hidrogen dengan berat 3x hidrogen

helium-4: atomatom hidrogen dengan berat 4x hidrogen

Dari ketiga proses di atas, reaksi D-T lah yang digunakan untuk Pembangkit Tenaga

Listrik Nuklir reaksi Fusi. Hal ini karena reaksi D-T diketahui paling efisien.6 Deutrium

bukan radioaktif dan bisa didapatkan dari air laut. Tiap satu liter air laut bisa didapatkan 33

miligram Deutrium. Tritium adalah elemen radioaktif pada hidrogen dengan waktu paruh

12,4 tahun.7 Di alam, tritium sangat jarang ada, dia dihasilkan oleh radiasi kosmik di

bagian atas atmosfer yang merupakan tempat kombinasi dengan oksigen untuk membentuk

air. Kemudian jatuh ke bumi sebagai hujan, tetapi konsentrasinya terlalu rendah untuk

dimanfaatkan. Tritium juga dapat dihasilkan selama reaksi fusi yaitu ketika salah satu hasil

tumbukan reaksi D-T yaitu neutron berenergi besar berinteraksi dengan Lithium yang

terdapat dalam blanket modules. Sehingga dihasilkan 1 atom tritium dan 1 atom helium.

6 http://www.iter.org/sci/fusionfuels. Akses tanggal 7 Mei 2010.

7 http://www.fas.org/nuke/intro/nuke/tritium.htm. Akses tanggal 7 Mei 2011.

12

Tritium kemudian keluar dari selimut pembiakan tritium dan digunakan ulang sebagai

bahan bakar. Lithium bisa didapatkan di dalam kerak bumi.

I.3. Tokamak

Kata Tokamak yang berasal dari bahasa Rusia yang berarti kamar berbentuk torus

yang diberi magnet, yang berarti ada gas dalam tabung torus yang menjadi plasma dan

dikungkung dengan medan magnet.8 Medan magnet disekeliling torus diperlukan agar

plasma panas tidak kontak dengan dinding material. Bila plasma panas menyentuh dinding

material maka material tersebut akan hangus terbakar karena suhu plasma yang sangat

tinggi.

Tokamak adalah piranti berbentuk torus yang mampu menghasilkan plasma dalam

sistem tanpa elektroda, menampung dan memanaskan plasma, serta mempunyai misi

sebagai salah satu piranti yang mampu menghasilkan reaksi fusi terkendali. Oleh karena

itu, sistem tokamak memuat peralatan bantu seperti sistem pelucut induksi, sistem medan

magnet sebagai pengungkung plasma, serta sistem pemanas tambahan seperti RF, berkas

neutral dan fasilitas-fasilitas lain yang sebegitu banyak dan rumitnya.

Sistem tokamak memiliki cara kerja yang mirip transformator, –meskipun tidak

sesederhana itu-, dengan kumparan primer (central selenoid magnet) yang memberikan

induksi sehingga gas yang ada dalam torus sebagai sekundernya akan mengalami lucutan.

Untuk menjaga kestabilan maka pada sistem tersebut dilengkapi dengan medan toroidal,

medan vertikal dan medan peloidal (Gbr2.).

8 Widdi Usada, Suryadi, Agus Purwadi, Kasiyo. Lucutan Plasma berbentuk Torus. Pusat Penelitian Nuklir

Yogyakarta. Prosiding Pertemuan don Presentasi Ilmiah. PPNY-BATAN. Yogyakarta 23.25 April 1996

13

Gbr2. Susunan Tokamak

Proses lucutan plasma dalam torus ataupun lucutan plasma tokamak pada prinsipnya

sama dengan cara kerja transformator biasa, yaitu adanya kumparan primer dan kumparan

sekunder. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber daya dalam hal ini kapasitor

yang dinyalakan melalui sebuah saklar dan sebagai kumparan sekundernya adalah torus itu

sendiri. Gbr3. menunjukkan kesetaraan antara transformator dengan lucutan torus.

Gbr3. Cara kerja tokamak yang mirip transformator

Pengguanaan tokamak pertama kali disarankan di Rusia oleh Igor Tamm dan Andrey

Sakharov pada awal tahun 60-an. Tokamak dengan diameter 1 meter dan diameter luar 3

meter dan medan magnet Gauss sebesar 50.000 gauss. Arus longitudinal jutaan ampere

diinduksikan ke plasma oleh koil transformator yang berhubungan dengan torus. Garis

medan magnet spiral di dalam torus, dengan mantap mewadahi plasma. Kemudian

berdasarkan kesuksesan pengoperasian tokamak kecil tersebut, dua buah piranti besar

dibangun pada awal 80-an, yaitu di Princeton University di AS dan di Uni Sovyet.

14

Gbr4. Tokamak Igor Tamm dan Andrey Sakharov

Gbr5. Tokamak di Kurchiv Institute di Moscow menjadi desain acuan Reeaktor Fusi hingga kini dari

tahun 1968.9

Gbr6. Tokamak di Princeton University, USA.

9 http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/fusion/histoire/site_historique.htm. Akses tanggal 7 Mei 2011.

15

Gbr7. Perbandingan tokamak buatan JET (The Joint European Torus) dan ITER (International

Thermonuclear Experimental Reactor)10

Kemudian secara berurutan JET yang merupakan perkumpulan negara Eropa pada

pertengahan tahun 1970an dan ITER yang terdiri dari China, Eropa, India, Jepang, Korea

dan USA pada tahun 1988 mulai membangun tokamak untuk dijadikan reaktor pada

PLTN.

Detail pergerakan plasma, penyebab pergerakan plasma dan dampaknya terhadap

kestabilan plasma tidak dibahas pada tugas besar ini karena akan terlalu melebar dan bukan

fokus utama mata kuliah konversi dan konservasi energi.

10

http://www.jet.efda.org/wp-content/uploads/JET-ITER-cutaway.jpg. Akses tanggal 7 Mei 2011.

16

BAB III

PEMBANGKIT LISTRIK ENERGI NUKLIR REAKSI FUSI

II.1. Perkembangan PLTN Reaksi Fusi

Tujuan utama dari pembuatan reaksi fusi adalah ingin menghadirkan energi seperti

matahari di bumi. Energi matahari dihasilkan dari reaksi fusi. Kesulitannya yang dihadapi

sampai saat ini adalah energi yang digunakan untuk memanasi plasma masih lebih besar

dibandingkan energi yang dihasilkan dari reaksi fusi.

Suatu konsorsium dari USA, Rusia, Eropa, China, Korea, India dan Jepang telah

mengajukan pembangunan suatu reaktor fusi, -yang disebut International Thermonuclear

Experimental Reactor (ITER) di Cadarache (Perancis)-, untuk menguji kelayakan dan

keberlanjutan penggunaan reaksi fusi untuk menghasilkan energi listrik.

Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum bisa dioperasikan secara komersial.

Permasalahan yang masih harus mendapatkan penyelesaian serius adalah tidak mampunya

sistem reaktor plasma tokamak tetap menahan keadaan plasma pada kondisi kriteria

Lawson ketika sumber daya pemanasan plasma diputus. Di dunia hanya satu kali terjadi di

reaktor fusi Joint European Torus (JET) dan berlangsung hanya selama dua menit.

Prototipe reaktor-reaktor fusi saat ini masih dalam tahap eksperimen pada beberapa

laboratorium di negara anggota ITER dan JET. Pada Gbr8. terlihat bahwa sampai tahun

2011, ITER masih memulai konstruksi dari Tokamak yang sangat kompleks. Dan

diharapkan pada tahun 2019 telah dapat diciptakan plasma dari tokamak tersebut dengan

kondisi stabil.

17

Gbr8. Timeline ITER.

Reaktor Fusi temonuklir yang dikembangkan kini di seluruh dunia masih

menggunakan model Plasma Tokamak. Hal ini disebabkan pengukungan magnetik lebih

memberi harapan dibandingkan pengukungan inersia yaitu medan magnet yang dihasilkan

mampu mengungkung plasma panas dengan baik, seperti yang telah diberitahu pada I.3.

Beberapa kemajuan mengenai PLTN reaksi fusi dicapai pada awal tahun 1990-an.

Pada tahun 1991, untuk pertama kalinya, sejumlah energi sekitar 1,7 megawatt dapat

diahsilkan dari reaksi fusi terkendali di Joint European Torus Laboratory di Inggris. Pada

Desember 1993, para peneliti di Princeton University menggunakan Tokamak Fusion Test

Reactor (TFTR) untuk menghasilkan reaksi fusi terkendali dengan output daya sebesar 5,6

megawatt. Tetapi baik JET maupun TFTR, mengkonsumsi energi lebih banyak daripada

yang dihasilkan selama pengoperasiannya.

18

II.2. Skema PLTN Reaksi Fusi

Reaksi fusi menghasilkan energi yang sangat besar yang bermula di tokamak dan

panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air dan menghasilkan steam,

kemudian steam digunakan untuk menggerakkan turbin dan turbin menggerakkan

generator sehingga terbentuklah energi listrik. Oleh karena itu, pada bab ini kami membagi

skema menjadi 2 yang saling berhubungan, yang satu skema di Tokamak dan yang satu

skema di PLTN.

Skema di Tokamak

Gbr9. Sistem di Tokamak ITER11

11

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor4.htm. Akses tanggal 9 Mei 2011.

19

1. vacuum vessel: ruang vakum yang menjaga agar plasma panas tidak memiliki kontak

langsung dengan dinding dan sebagai fitur keselamatan tingkat awal.

2. neutral beam injector: menyuntikkan partikel dari akselerator ke plasma agar plasma

mencapai temperatur kritis.

3. magnetic field coil (poloidal, toroidal): magnet super konduktor yang membatasi dan

membentuk plasma dengan memanfaatkan medan magnet.

4. transformer (central selenoid): mensuplai listrik ke kumparan medan magnet (poloidal

dan toroidal) dan bekerja mirip transformator kumparan primer.

5. Blanket modules: terbuat dari lithium; menyerap panas dan neutron berenergi besar

dari reaksi fusi.

6. Alat pendingin (crostat, cryopump): mendinginkan magnet.

7. Divertor: mengeluarkan produk helium dari reaksi fusi.

Reaksi fusi bermula dari reaksi D-T yaitu antara Deutrium dan Tritium yang

menghasilkan atom yang lebih berat dan stabil berupa neutron berenergi tinggi dan helium.

Proses tersebut dilakukan dalam tokamak pada jangka waktu tertentu pada temperatur

termonuklir (100.000.000K) dan tekanan tinggi. Temperatur termonuklir diperlukan agar

elektron terpisah dari intinya dan terbentuk kondisi plasma dan meniadakan gaya tolak

elektrostatik antara inti atom. Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan

inti-inti atom yang akan digabungkan. Reaksi fusi baru dapat terjadi jika inti-inti atom

tersebut dapat didekatkan hingga jarak 10−15

m (seper satu juta miliar meter). Pada jarak ini

baru terjadi ikatan nuklir yang mampu mengatasi tolakan listrik dari kedua inti atom yang

akan berfusi tersebut.

Medan magnet yang terbentuk dalam tokamak menjaga agar plasma panas tidak

memiliki kontak langsung ke dinding tokamak dan di luar dinding tokamak terdapat

vacuum vessel sebagai fitur keselamatan tingkat pertama untuk meminimalaisir bahaya

bila terjadi kebocoran pada tokamak.

20

Neutron berenergi tinggi kemudian diserap oleh blanket modules yang memiliki

kandungan lithium. Di situ neutron dan lithium berinteraksi dan menghasilkan tritium

sebagai salah satu bahan bakar yang digunakan ulang untuk reaksi fusi. Secara otomatis

blanket modules juga dipanasi oleh neutron berenergi tinggi. Panas dari blanket modules

kemudian menghangatkan air pada sistem heat exchanger. Sedangkan helium dikeluarkan

melalui divertor.

Skema di PLTN Reaktor Fusi

Gbr10. Skema PLTN Reaksi Fusi12

Skema di PLTN reaksi Fusi:

1. Panas dari neutron berenergi tinggi diserap oleh blanket modules (mantle pada

Gbr10.), dimana pada mantle tersebut terkandung lithium.

12

http://gurumia.com/2009/07/31/power-shortage-in-bangladesh-industriies/. Akses tanggal 7 Mei 2011.

21

2. Neutron yang diserap bereaksi dengan lithium yang menghasilkan tritium yang

merupakan salah satu bahan bakar dari reaksi fusi.

3. Sedangkan panas akan memanasi air yang dialiri di mantle melalui heat excahnger

dan menghasilkan steam.

4. Steam kemudian menggerakkan turbin uap dan menggerakkan generator yang

kemudian menghasilkan energi listrik.

5. Steam yang telah digunakan untuk menggerakkan turbin uap kemudian didinginkan

dan dihasilkan air yang akan dialiri kembali ke mantle melalui heat exchanger agar

turbin uap terus bergerak.

II.3. Konversi Energi

Sampai saat ini belum ada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir reaksi fusi. Hal ini

disebabkan energi yang dihasilkan masih lebih kecil dibandingkan energi untuk memanasi

plasma. Bila telah berhasil dihasilkan energi output yang lebih besar maka bisa digunakan

untuk Pembangkit Listrik. Kami mnganalisa konversi energi terdapat pada efisisensi

mantel mengerap kalor, efisiensi heat exchanger menyerap kalor, loss kalor yang terjadi

pada pipa heat exchanger, efisiensi turbin dan efisiensi generator.

22

BAB IV

ANALISA

Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan yang

menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, sangat efisien, bersih dari polusi, tidak

akan menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan sampah radioaktif

yang merisaukan seperti pada reaktor fisi nuklir. Bahan bakarnya adalah deutrium dan

tritium. Deutrium ada di lautan dan tiap 1 liter air laut terdapat 33 miligram deutrium

sedangkan tritium adalah elemen radioaktif yang memiliki waktu paruh hanya 12,4 tahun.

Reaktor-reaktor nuklir yang saat ini dioperasikan untuk menghasilkan energi (listrik)

merupakan reaktor fisi nuklir. Dalam reaktor fisi nuklir energi diperoleh dari pemecahan

satu atom menjadi dua atom. Dalam reaktor-reaktor fisi nuklir konvensional, neutron

lambat yang menumbuk inti atom bahan bakar (umumnya Uranium) menghasilkan inti

atom baru yang sangat tidak stabil dan hampir seketika pecah menjadi dua bagian (inti) dan

sejumlah neutron dan energi yang besar. Pecahan hasil reaksi fisi tersebut merupakan

sampah radioaktif dengan waktu paruh yang sangat panjang yaitu ratusan tahun sehingga

menimbulkan masalah baru pada lingkungan.

Kelemahannya adalah proses perkembangan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir dari

reaksi fusi memerlukan waktu penelitian yang sangat lama yaitu dimulai dari 1960an

dimana sistem medan magnet berhasil dengan mantap mengukungi plasma panas hingga

2011 dimana ITER (reaktor fusi eksperimen buatan US, Jepang, Kanada, India, Korea dan

Uni Eropa) diharapkan berhasil. Hal ini tentu juga memakan biaya yang sangat banyak.

Sampai saat ini pun, PLTN reaksi fusi tidak ada wujud realisasinya karena energi

yang dihasilkan masih lebih kecil dibandingkan energi untuk memanaskan plasma. Oleh

karena itu, kami tidak bisa menganalisa konversi energi dari PLTN reaksi fusi karena

ketiadaan data.

23

BAB V

KESIMPULAN

1. Plasma dalam reaksi fusi adalah dalam kondisi seluruh elektronnya telah meninggalkan inti

atom.

2. Energi reaksi fusi yang rencananya akan dimanfaatkan adalah dari reaksi penggabungan 1

atom deutrium dan 1 tritium yang menghasilkan neutron berenergi tinggi dan helium.

3. Deutrium dan tritium tergolong bahan bakar yang ramah lingkungan.

4. Reaksi fusi terjadi dalam tokamak yang dikelilingi medan magnet untuk mencegah kontak

plasma panas dengan dinding tokamak.

5. Reaksi fusi terjadi pada temperatur termonuklir dan tekanan tinggi.

6. Neutron berenergi tinggi diserap mantle dan bereaksi dengan lithium menghasilkan tritium.

7. Panas yang diserap mantle digunakan untuk memanasi air pada sistem heat exchanger.

8. Sistem PLTN reaksi fusi hanya memiliki perbedaan pada cara mendapatkan sumber energi

panas, sedangkan sistem turbin, heat exchanger dan generator sama dengan Pembangkit

Listrik Tenaga Uap.

9. Nilai konversi energi pada PLTN reaksi fusi meliputi efisiensi penyerapan kalor oleh

mantle, efisiensi penyerapan kalor oleh heat exchanger, loss kalor di pipa sistem heat

exchanger, efisiensi turbin dan efisiensi generator.

10. Sampai saat ini energi reaksi fusi belum bisa dimanfaatkan untuk PLTN karena energi

output yang dihasilkan masih lebih kecil dibandingkan energi untuk memanasi plasma.

24

REFERENSI

Tanenbaum, B., Samuel. Plasma Physiscs. 1967. McGraw-Hill, Inc. United States of America.

http://www.plasmas.org/rot-energy.htm. Akses tanggal 1 mei 2011.

http://www.plasmas.org/rot-plasmas.htm. Akses tanggal 1 mei 2011.

http://www.plasmas.org/basics.htm. Akses tanggal 1 mei 2011.

http://www.solarschools.net/resources/stuff/advantages_and_disadvantages.aspx. Akses tanggal

1 Mei 2011

http://www.associatedcontent.com/article/288108/five_disadvantages_of_geothermal_energy_pg

2.html?cat=15. Akses tanggal 1 Mei 2011

Tanenbaum, B., Samuel. Plasma Physiscs. 1967. McGraw-Hill, Inc. United States of America.

Fusi Nuklir: Sumber Energi Masa Depan. Alexander Agung. 1 Agustus 1998.

http://www.propagation.gatech.edu/ECE6390/project/Fall2010/Projects/group1/MASA_files/Pag

e443.htm. Akses tanggal 7 Mei 2011.

http://www.iter.org/sci/fusionfuels. Akses tanggal 7 Mei 2010.

http://www.fas.org/nuke/intro/nuke/tritium.htm. Akses tanggal 7 Mei 2011.

Widdi Usada, Suryadi, Agus Purwadi, Kasiyo. Lucutan Plasma berbentuk Torus. Pusat

Penelitian Nuklir Yogyakarta. Prosiding Pertemuan don Presentasi Ilmiah. PPNY-BATAN.

Yogyakarta 23.25 April 1996

http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/fusion/histoire/site_historique.htm. Akses tanggal 7 Mei

2011

http://www.jet.efda.org/wp-content/uploads/JET-ITER-cutaway.jpg. Akses tanggal 7 Mei 2011.

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor4.htm. Akses tanggal 9 Mei 2011.

25

http://gurumia.com/2009/07/31/power-shortage-in-bangladesh-industriies/. Akses tanggal 7 Mei

2011.