Pengertian reaktor nukir

Nuklir merupakan suatu energi yang dihasikan melalui reaksi inti, baik reaksi fisi

(pemisah ) dan reaksi fusi ( pengabungan ). Sedangkan reaktor nuklir adalah tempat terjadinya

reaksi inti berantai terkendali baik fisi maupun fusi. Sumber energi yang sering digunakan

untuk energi PLTN adalah unsur radioaktif (uranium). Sebuah unsur radio aktif akan

menghasilkan panas yang besar melalui reaksi pemisah inti (reaksi fisi) baik itu pada reaktor

penelitian maupun reaktor daya konvensional. Pada reaktor daya, energi panas yang dihasilkan

bertujuan untuk mendapatkan uap panas, yang selanjutnya akan digunakan untuk menggerakkan

turbin- generator hingga menghasilkan energy listrik. Sedangkan panas yang dihasilkan pada

reaktor penelitian tidak dimanfaatkan.

Gambar 1: reaksi pemisah inti

Atom memiliki (U- 235) dalam gambar berwarna hitam merah disebelah kiri) memiliki atom yang tidak setabil ketika ketika ada neuron (warna hitam yang paling kiri) yang ditembakkan pada inti atom tersebut, maka inti atom uranium akan membelah menjadi dua buah inti atom, yakni atom barium (Ba-141) dan atom krypton (kr-92) seta 3 neuron (warna hitam dikanan).

Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan senjata nuklir meledak. 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 netron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka maka sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya. Energi yang dilepas pada 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 elektron volt lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi Deuterium Tritium (D-T) fusion seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2: Reaksi D-T Fusion

PRINSIP KERJA REAKTOR NUKLIR

I. Komponen reakor nuklir

Komponen utama reaktor nuklir antara lain :

1. Inti reactor 5. Tangki Reaktor

2. Moderator 6. Fluida Pendingin

3. Perisai Termal 7. Perisai Biologi

4. Reflektor 8. Batang-batang kendali

1. Inti reaktor

Dibuat dari batang-batang bahan bakar yang berisi uranium alam, uranium yang

dipercaya, plutoium, atau U-233. Batang-batang bahan bakar tersebut dapat dicampur

dengan material-material tidakberfisi.

Gambar 3 : reaktor inti nuklir

2. Moderator

Berfungsi untuk memperlambat kecepatan nutron sehingga berkecepatan termal. Biasanya dibuat dari granit yang membungkus bahan bakar, tetapi mungkin juga air berat, air ringan (normal), atau berilium. Moderator dapat juga dicampur dengan bahan bakar.

3. Perisai Termal

Berfungsi menyerap radiasi (parikelb , nutron yang terlepas, dan sinar gamma) yang

terjadi karena proses fisi. Karena itu perisai menyelubungi inti reaktor, biasanya dibuat dari

besi, menyerap energi dan menjadi panas.

4. Reflektor :

Berfungsi untuk memantulkan kembali nutron yang meninggalkan inti bahan bakar. Pada

gambar diatas menunjukkan bahwa tepi moderator juga berfungsi sebagai reflektor, selain

reflektor yang diletakkan di dalam perisai termal dan menyelubungi inti reaktor.

5. Tangki Reaktor :

Berfungsi untuk membungkus seluruh inti reaktor, reflektor dan perisai termal. Dengan demikian tangki reaktor membentuk pula saluran untuk mengatur aliran pendingin melalui dan mengelilingi inti reaktor.

6. Fluida Pendingin:

Membawa panas yang dihasilkan dari proses fisi untuk berbagai keperluan, antara lain sebagai pemanas air ketel pada pusat tenaga uap. Menjaga agar bahan bakar reaktor dan perlengkapannya ada pada temperature yang diperbolehkan (aman dan tidak rusak).

7. Perisai Biologi :

Membungkus reaktor untuk menahan dan melemahkan semua radiasi yang mematikan sebagai akibat dari proses fisi. Perisai biologi dapat dibuat dari besi, timah hitam atau beton tebal dicampur oksida besi.

8. Batang-batang kendali:

Berfungsi mengendalikan proses fisi (pembangkitan panas) di dalam reaktor, yaitu dengan menyerap nutron berlebihan yang terjadi dari proses fisi. Batang-batang kendali biasanya terbuat dari boron atau hafnium yang dapat menyerap nutron.

Gambar 4: batang kendali

II. Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN)

Proses kerja PLTN sebenarnya hampir sama dengan proses kerja pembangkit listrik konvensional seperti pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), yang umumnya sudah dikenal secara luas. Yang membedakan antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir, sedang PLTU mendapatkan suplai panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :

1. Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar.

2. Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa

pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan.

3. Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik).

4. Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

KEUNGULAN DAN KELEMAHAN REAKTOR NUKLIR

Energi Nuklir, sebagi salah satu sumber Energi, Energi Nuklir adalah Energi yang paling ditakutkan. Yang di takutkan dari Energi Nuklir adalah bahayanya bagi keselamatan dan kesehatan hidup manusia. Berikut ini adalah beberapa kelemahan dan kelebihan Energi Nuklir sebagai sumber Energi

Kelebihan :

1. Bahan bakarnya tidak mahal

2. Mudah untuk dipindahkan (dengan sistem keamanan yang ketat),

3. Energinya sangat tinggi, dan Tidak mempunyai efek rumah kaca dan hujan asam

Kelemahan:

1. Butuh biaya yang besar untuk sistem penyimpanannya disebabkan dari bahaya radiasi energi nuklir itu sendiri

2. Masalah kepemilikan energi nuklir disebabkan karena bahayanya massal dan Produk buangannya yang sangat radioaktif

3. Nuklir sebagai senjata pemusnah

APLIKASI REAKTOR NUKLIR

Sebagai penghasil radioisotop, reaktor atom dapat menghasilkan berbagai macam

radioisotop yang dapat dimanfaatkan untuk banyak keperluan. Selain itu reaktor atom juga

dapat menghasilkan neutron yang dapat digunakan untuk penelitian. Unsur radioaktif yang

tersedia di alam tidak memadai untuk memenuhi kebutuhan tertentu yang menghendaki sifat-

sifat tertentu dari unsur radioaktif tersebut.

Penggunaan radioisotop, di samping mendatangkan banyak manfaat, juga dapat

mendatangkan masalah. Masalah yang dihadapi sekarang ini di antaranya, masalah

pengontrolan dan pembuangan limbah nuklir. Pembuatan persenjataan nuklir dari negara-

negara maju maupun negara yang berkembang yang tidak dikontrol akan membahayakan bagi

kehidupan.

Di bidang kedokteran, radioisotop digunakan untuk keperluan diagnosis dan perawatan

medis. Mesin sinar X merupakan peralatan diagnosis penting yang selama bertahun- tahun telah

digunakan. Alat ini membutuhkan arus listrik untuk pengoperasiannya. Kini dengan

menggunakan sinar gamma dari sinar radioisotop, dapat diperoleh hasil yang sama. Karena

peralatan yang menggunakan sinar gamma sangat ringan dan tidak memerlukan arus listrik yang

besar, maka alat ini dapat digunakan di lapangan atau di tempat-tempat yang sekiranya pasien

sulit dipindahkan ke ruang sinar X.

PROSES KERJA MOTOR

mesin pembakaran dalam 4 tak mempunyai 4 tahap dasar yang terus diulangi setiap 2 putaran

mesin:

(1) Siklus masukan

(2) Siklus kompresi

(3) Siklus pembakaran

(4) Sillus pembuangan

1. Siklus masukan: Siklus yang pertama dari mesin pembakaran dalam disebut dengan siklus

masukan karena pada saat ini, posisi piston berpindah ke bawah silinder. Membukanya klep

menyebabkan perubahan posisi piston, dan campuran bahan bakar yang sudah diuapkan

memasuki ruang bakar. Di akhir siklus ini, klep masukan tertutup.

2. Siklus kompresi: Di siklus ini, kedua klep tertutup dan pistonnya kembali bergerak ke atas ke

volume minimum, sehingga menekan campuran bahan bakar. Selagi proses penekanan, tekanan,

suhu, dan kepadatan campuran bahan bakar meningkat.

3. Siklus pembakaran: Ketika pistonnya mencapai volume minimum, lalu busi akan

memantikkan api lalu campuran bahan bakar pun terbakar. Terbakarnya bahan bakar ini

memberikan tenaga pada piston sehingga piston kembali bergerak ke bawah dan menggerakkan

crankshaft.

4. Siklus pembuangan: Di akhir siklus pembakaran, maka klep buang pun membuka. Selama

siklus ini, pistonnya kembali bergerak ke atas menuju volume silinder minimum. Ketika klep

buangan membuka, maka gas sisa pembakaran keluar dari silinder. Di akhir siklus ini, klep

buangan menutup, klep masukan kembali membuka, dan siklus ini dimulai dari awal lagi.

Charles of Cattering. prinsip kerjanya: Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi

kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia

(pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar).Pada

motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan

dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder

motor diesel hanya memiliki satu torak. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara

akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak,

sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah

menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol

juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.

Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu

motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan

siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus

diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto). Pada mesin Diesel, dibuat

”ruangan” sedemikian rupa sehigga pada ruang itu akan terjadi peningkata suhu hingga mencapai

”titik nyala” yang sanggup ”membakar” minyak bahan bakar. Pemampatan yang biasanya

digunakan hingga mencapai kondisi ”terbakar” itu biasanya 18 hingga 25 kali dari volume

ruangan normal. Sementara suhunya bisa naik mencapai 500 oC .

Cara kerjanya mudah, minyak solar yang sudah dicampur udara (seperti yang keluar dari

semprotan obat nyamuk) disemprotkan ke dalam ruangan yang telah ”mampat” dan bersuhu

tinggi, sehingga dapat langsung membuat ”kabut solar” tadi meledak dan mendorong ”piston”

yang kemudian akan menggerakkan poros-poros roda, singkatnya menjadi TENAGA. Kejadian

ini berulang-ulang dan tenaga yang muncul pun dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan mobil,

generator listrik, dan sebagainya. Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti

dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran.

Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh

lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi

Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke

ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang

bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan

bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk

menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston

dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam

ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada

dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection). Ledakan tertutup ini menyebabkan gas

dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan

menghasilkan tenaga linear.

Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh

crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros

crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Untuk meningkatkan kemampuan mesin

diesel, umumnya ditambahkan komponen : Turbocharger atau supercharger untuk

memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar

didorong oleh turbin pada turbo/supercharger. Untuk aplikasi generator listrik, komponen

penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran

mesin selalu para putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas

listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja

sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan

over voltage yang bisa merusak peralatan listrik.

Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini

melalui elektronik kontrol modul (ECM) atau elektronik kontrol unit (ECU) – yang merupakan

“komputer” dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan

menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia

mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik..

Proses Kuasi Statik

System dalam kesetimbangan termodinamika memenuhi persyaratan yang ketat sebagai berikut:

1.      Kesetimbangan mekanis . tidak terdapat gaya tak berimbang yang beraksi pada baagian mana

pun dari system atau pada system secara keseluruhan;

2.      Kesetimbangan termal . tidak ada perbedaan temperature atar pada bagian system atau antara

system dengan lingkungan.

3.      Kesetimbangan kimia. Tidak ada reaksi kimia dakam sistem dan tidak ada perpindahan unsure

kimia dari satu bagian system ke bagian sistem lainnya.

Sekali sistem dalam kesetimbangan termodinamika dan lingkungannya  dibuat tidak berubah ,

tidak ada gerak yang terjadi dan tidak ada kerja yang dilakukan. Namun jumlah gaya eksternal

diubah sehingga terjadi gaya berhingga yang tak seimbang bereaksi pada sistem ,

Persyaratan kesetimbangan mekanis tidak lagi dipenuhi dan keadan berikut ini timbul;

1.      Gaya tak berimbang dan dapat terbentuk dalam sistem ; akibatnya, timbul

turbulensi,gelombang dan seterusnya.

2.      Sebagai akibat turbulensi,percepatan, dan seterusnya ini, distribusi temperature tidak sama

sama dapat timbul atau dapat juga timbul perbedaan temperature antara sistem dengan

lingkungannya.

3.      Perubahan gaya dan temperature yang mendadak dapat menimbulkan reaksi kimia atau

perpindahan unsur kimia.

Jadi gaya dan temperature yang berhingga dapat mengakibatkan sistem mengalami keadaan tak

setimbang. Jika kita ingin memerikan setiap keadaan sistem selama berlangsungnya proses

dengan koordinat system yang berhubungan dengan sistem secara keseluruhan , maka proses itu

tidak boleh diakibatkan oleh gaya tak berimbang yang berhingga. Jadi, kita didorong untuk

menerima keadaan yang ideal dengan hanya mengubah sedikit saja gaya eksternal yang bereaksi

pada system sehingga gaya tak berimbang nya san gat kecil. Proses yang dilasankan dengan cara

ideal ini disebut quasisatic. Selama proses quasistatic berlangsung  pada setiap saat keadaan

system itu sangat menghampiri keadaan setimbang termodinamik dan semua keadaan yang

dilewati oleh system dapat diberikan dengan memakai koordinat termodinamik yang mengacu

pada system secara keseluruhan. Proses kuasi-statik merupakan suatu pengidealan yang dapat

diterapkan untuk segala system termodinamik, termasuk system listrik dan magnet.

TUGAS TERMODINAMIKA

TENTANG REAKTOR NUKLIR, MOTOR, DAN PROSES KUASISTATIK

Di susun oleh :

Nama : ANIS KURNIA NURNAIM

NPM : F1C014007

Dosen Pembimbing : LIZALIDIAWATI, Dr, M.Si

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BENGKULU

2015