Paper Sumber Daya Energi

Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

(Fisi Nuklir dan Fusi Nuklir)

Nama Anggota: 1. Eny Agustiandini (2013-11-270)

2. Fildzah Syafitri Suhono (2013-11-272)

3. Friska Rianty Amelia (2013-11-273)

4. Irsyad Muslihin (2013-11-274)

5. Lidya Utami Budiawan (2013-11-275)

Kelas : G

Kelompok : 5

S1 Teknik Elektro

STT-PLN JAKARTA

2013/2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wata΄ala, karena berkat rahmat-Nya

kami bisa menyelesaikan paper yang berjudul Pusat Listrik Tenaga Nuklir. Paper ini diajukan

guna memenuhi tugas mata kuliah Sumber Daya Energi. Kami mengucapkan terima kasih

kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada

waktunya. Makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kami mengharapkan kritik

dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini

memberikan informasi bagi masyarakat dan bermanfaat untuk pengembangan wawasan dan

peningkatan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

                                                                                              Cengkareng, 6 Mei 2014

                                                                                Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

I.A. Latar Belakang

Reaktor nuklir yang pertama kali membangkitkan listrik adalah stasiun pembangkit

percobaan EBR-I pada 20 Desember 1951 di dekat Arco, Idaho, Amerika Serikat. Pada 27

Juni 1954, PLTN pertama dunia yang menghasilkan listrik untuk jaringan listrik (power grid)

mulai beroperasi di Obninsk, Uni Soviet. PLTN skala komersil pertama adalah Calder Hall di

Inggris yang dibuka pada 17 Oktober 1956 .

Energi nuklir merupakan salah satu sumber energi yang sangat besar potensinya untuk

digunakan dalam kehidupan manusia. Energi nuklir merupakan suatu teknologi yang

melibatkan penggunaan terkendali dari reaksi fisi nuklir untuk melepaskan energi. Energi

nuklir diproduksi oleh reaksi nuklir terkendali yang menciptakan panas yang lalu digunakan

untuk memanaskan air, memproduksi uap, dan mengendalikan turbin uap. PLTN

dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga PLTN yang

menerapkan unit-unit independen, dan hal ini bisa menggunakan jenis reaktor yang berbeda.

Sebagai tambahan, beberapa jenis reaktor berikut ini, di masa depan diharapkan mempunyai

sistem keamanan pasif.

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai terkendali, baik pembelahan inti

(Fisi) atau penggabungan inti (Fusi). Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk

memproduksi Plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Hingga saat ini telah ada berbagai

jenis dan ukuran reaktor nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen

dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan

perisai beton.

Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan, diantaranya sebagai reaktor penelitian dan

reaktor daya. Saat ini reaktor nuklir banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Hal ini

biasanya melibatkan panas dari reaksi nuklir untuk tenaga turbin uap. Sedangkan reaktor

penelitian digunkan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan penelitian lebih

lanjut.

Sebagaimana diketahui bahwa reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi inti berantai

terkendali, baik pembelahan inti (Fisi) atau penggabungan inti (Fusi).

I.B. Tujuan

- Untuk mengetahui beberapa jenis reaktor berdasarkan proses terjadinya baik secara Fissi

(pembelahan inti) maupun Fusi (penggabungan inti).

BAB II

PEMBAHASAN

II.A. Fisi Nuklir

II.A.1.Beberapa Jenis Reaktor

II.A.1.1. Reaktor Nuklir dengan Pendingin Gas

HTGR, high temperatur gas-cooled reactor, reaktor berpendingin gas merupakan salah

satu jenis reaktor nuklir yang menggunakan gas inert yang disirkulasi sebagai pendingin

reaktor, gas helium sering digunakan sebagai pendingin reaktor pada desain reaktor

temperatur tinggi, pada awalnya gas karbon dioksida juga digunakan dalam desain PLTN

generasi sebelumnya di Inggris dan Perancis. Gas nitrogen juga digunakan dalam desain

reaktor PLTN, gas yang dihasilkan sangat bervariasi tergantung jenis reaktornya.

Beberapa reaktor yang menggunakan pendingin nitrogen dapat menggerakkan turbin gas

secara langsung dari tekanan gas panas yang dihasilkan tanpa melalui sistem penukar

panas (heat exchanger) untuk menghasilkan uap panas yang diperlukan untuk

menggerakkan turbin uap. Namun beberapa jenis reaktor berpendingin nitrogen dengan

desain lama memerlukan heat exchanger untuk menghasilkan uap yang diperlukan untuk

menggerakkan turbin uap.

II.A.1 2. Reaktor Air Biasa

Hingga saat ini, di Amerika Serikat telah dibangun dan dioperasikan reaktor berpendingin air

sebanyak 104, 69 reaktor berjenis PWR dan 35 reaktor berjenis BWR.

PWR, Pressurized Water Reactor merupakan jenis reaktor berteknologi barat yang paling

banyak dibangun, karakteristik reaktor jenis ini adalah adanya pressurizer, yang berfungsi

mengatur tekanan sistem pendingin primer. Sebagian besar reaktor jenis PWR baik yang

digunakan untuk tujuan komersil (PLTN) maupun untuk tujuan militer (kapal militer)

menggunakan pressurizer. Dalam kondisi normal, pressurizer sebagian terisi air dan sebagian

terisi rongga udara, dan didalam air terdapat pemanas yang berfungsi mengatur suhu air yang

kemudian berpengaruh terhadap tekanan rongga udara sehingga tekanan didalam pressurizer

ini akan memberikan kontribusi pada tekanan sistem primer, sehingga tekanan yang

dibutuhkan pada sistem primer dapat terjaga dengan cara menaikturunkan tekanan didalam

rongga udara pressurizer.

BWR, Boiling Water Reactor merupakan salah satu jenis reaktor daya (penghasil listrik)

berpendingin air yang mempunyai karakteristik terjadinya pendidihan air pendingin didalam

teras reaktor nuklir (disekitar bahan bakar) dengan porsi yang lebih rendah dibandingkan total

keseluruhan air pendingin yang digunakan. Reaktor jenis ini menggunakan Uranium 235

yang diperkaya (enriched uranium) dalam bentuk Uranium Dioxide sebagai bahan bakarnya.

Bahan bakar dibentuk dalam rangkaian batangan-batangan yang dibungkus stainless steel

yang terendam dalam air. Reaksi fisi (nuklir-fisi) yang terjadi dalam bahan bakar

mengakibatkan terjadinya pendidihan air disekitar bahan bakar yang kemudian menghasilkan

uap air yang kemudian mengalir keluar dari bejana reaktor melalui pipa yang  kemudian

digunakan untuk menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik.  Dalam kondisi normal,

tekanan dikendalikan oleh jumlah uap yang mengalir dari bejana tekan reaktor menuju turbin.

II.A.1.3. Reaktor Air Berat (Heavy Eater Reaktor)

Reaktor Air Berat merupakan jenis Reaktor yag menggunakan D2O (Air Berat) sebagai

moderator sekaligus pendingin. Reaktor ini menggunakan bahan bakar Uranium alam

sehingga harus digunakan air berat yang penampang lintang serapanya terhadap neutron

sangat kecil.

PLTN dengan reaktor Air berat paling terkenal adalah CANDU (Canadian Deuterium

Uranium) yang pertama dikembangkan oleh Canada. Seperti halnya Reaktor Air Tekan,

Reaktor CANDU juga mempunyai sistem pendingin primer dan skunder, pembangkit uap dan

pengontrol tekanan untuk mempertahankan tekanan tinggi pada sistem pendingin primer,

sedangkan sistem pendingin skunder menggunakan H2O.

Dalam pengoperasian Reaktor CANDU, kemurnian D2O harus di jaga pada tingkat 95-

99,8%. Air berat merupakan bahan yang harganya sangat mahal dan secara fisik maupun

kimia tidak dapat dibedakan secara langsung dengan H2O. Oleh sebab itu, perlu adanya

penanggulangan kebocoran D2O baik dalam bentuk uap ataupun cairan. Aliran ventilasi dari

ruangan dilakukan secara tertutup dan dipantau tingkat kebasahanya, sehingga kemungkinan

adanya kebocoran D2O dapat diketahui secara dini.

II.A.1.4. Reaktor Pembiak Cepat

Reaktor pembiak cepat (Fast Breeder Reactor/FBR) adalah reaktor yang memiliki

kemampuan untuk melakukan "pembiakan", yaitu suatu proses di mana selama reaktor

beroperasi (terjadi reaksi fisi) akan dihasilkan bahan dapat belah baru (Plutonium-239) yang

lebih banyak dari pada bahan dapat belah yang dikonsumsi. Plutonium-239 yang dihasilkan

dan uranium-238 yang belum berreaksi dapat dipisahkan dari perangkat bahan bakar bekas

untuk dimanfaatkan kembali sebagai bahan bakar. Reaktor pembiak cepat perlu

dikembangkan untuk menghasilkan kesetabilan pasokan energi dan memanfaatkan bahan

bakar fertil (U-238) yang melimpah di alam.

Dewasa ini, di seluruh dunia beroperasi sebanyak 434 unit PLTN. Sebanyak 345 unit (80 %)

di antaranya adalah jenis reaktor air ringan yang menggunakan uranium sebagai bahan

bakarnya, 35 unit (8%) adalah jenis reaktor air berat dan 35 unit (8%) lainnya adalah jenis

reaktor gas (Data Desember 1996). Semua PLTN di atas merupakan reaktor neutron termal

atau lebih singkat disebut reaktor termal. Pada reaktor termal, energi yang dihasilkan berasal

dari pembelahan inti uranium-235. Neutron berenergi tinggi (neutron cepat) diturunkan

energinya dengan bahan moderator air ringan, air berat atau grafit, sehingga menjadi neutron

berenergi rendah (neutron termal), sebelum diserap oleh inti U-235. Di dalam pembelahan

inti dihasilkan 2-3 neutron baru yang dapat bereaksi dengan inti uranium yang lain dan

seterusnya menghasilkan reaksi berantai.

II.B. Fusi Nuklir

Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti

atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir

adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen

meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi

nuklir.

Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir, bahkan elemen

yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti atom

yang lebih berat dan neutron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari

energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka, sebuah reaksi eksotermik yang dapat

menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.

Energi yang dilepas di banyak reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia, karena energi

pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi yang menahan elektron

ke inti atom. Contoh, energi ionisasi yang diperoleh dari penambahan elektron ke hidrogen

adalah 13.6 elektronvolt — lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi

D-T.

Prinsip Fusion adalah: suhu permukaan standar, materi inti hanya dapat mencapai dekat satu

sama lain tingkat atom elektron shell batas yang diijinkan. Oleh karena itu, interaksi kulit

elektron atom hanya mempengaruhi satu sama lain. Dengan sesama jenis muatan tolakan

positif antara inti dekat satu sama lain untuk menghentikan mereka, hasilnya tidak bisa inti

bertabrakan tanpa risiko reaksi nuklir. Untuk berpartisipasi dalam reaksi fusi nuklir harus

memiliki energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya tolak dekat satu sama lain.

Peningkatan suhu reaksi zat, Anda dapat meningkatkan energi kinetik inti. Oleh karena itu,

reaksi fusi sangat sensitif terhadap suhu, pada suhu kamar, laju reaksi sangat kecil, hanya

14.000.000-100.000.000 derajat kondisi temperatur absolut, laju reaksi dapat cukup besar

untuk mencapai reaksi fusi mandiri. Jadi ini akan dipanaskan sampai suhu tinggi terjadi

reaksi fusi khusus ini disebut reaksi termonuklir, yang membuat senjata fusi juga disebut

senjata termonuklir. Untuk mendapatkan seperti suhu tinggi dan tekanan, hanya dapat

diberikan oleh reaksi fisi.

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 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.Persyaratan untuk terjadinya reaksi fusi nuklir: suhu awal yang sangat tinggi (di atas 100 juta kelvin)

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) dan dengan bantuan laser dengan daya tinggi. Teknologi terkini baru mencapai suhu dan tekanan yang mampu menghasilkan fusi antara deuterium dan tritium  Fusi antara deuterium dan deuterium memerlukan suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Reaksi fusi yang kedua inilah yang menjadi tumpuan reaktor fusi nuklir masa mendatang, karena ketersediaan bahan bakar deuterium yang lebih mudah diperoleh (diekstrak dari air laut), tidak radioaktif dan menghasilkan energi yang lebih tinggi.    Secara teknis ada dua cara untuk mencapai persyaratan suhu dan tekanan yang dipersyaratkan untuk terjadinya reaksi fusi, yaitu:

menggunakan medan magnet dan medan listrik yang sangat kuat untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. ITER di Perancis menggunakan metode yang lebih dikenal sebagai metode Magnetic confinement ini.

menggunakan berkas laser atau berkas ion untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. Metode ini (Inertial confinement) digunakan dalam pusat penelitian reaktor fusi nuklir di Lawrence Livermore Laboratory (USA).

Fusi Laser

Laser fusi adalah penggunaan iradiasi laser bahan bakar nuklir untuk membuat reaksi fusi

nuklir. Ini adalah simulasi efek fisik ledakan alat yang ampuh nuklir.

Pengantar singkat

Karena fusi laser dan ledakan bom hidrogen dalam banyak hal sangat perangkat fusi laser

yang sama, sehingga, pada tahun 1960, ketika munculnya laser, para ilmuwan mulai bekerja

untuk membuat penggunaan fusi bahan bakar reaksi fusi laser daya tinggi, untuk mempelajari

beberapa masalah fisik penting dari senjata nuklir.

Kita tahu, deuterium, tritium inti elemen ringan pertemuan tersebut, dikumpulkan ke inti

berat, melepaskan energi yang luar biasa dalam proses yang disebut fusi nuklir. Kontrol

manual reaksi fusi berkelanjutan dapat dibagi menjadi magnet kurungan fusi dan fusi

kurungan inersia dua kategori. Yang terakhir ini dapat dibagi menjadi fusi laser, fusi nuklir

dan partikel balok saat fusi pulsa tiga kategori.

Ada tiga jenis fusi tujuan utama Laser: Pertama, menemukan cara bagi manusia pernah

menggunakan energi bersih, yang kedua adalah untuk mengembangkan benar "bersih" senjata

nuklir, dan tiga dapat menggantikan sebagian uji coba nuklir. Oleh karena itu, fusi nuklir

laser sipil dan militer adalah sangat penting.