3. Peluruhan Alfa
โข Peluruhan alfa terjadi ketika inti induk meluruh
menjadi inti anak yang disertai dengan
pelepasan partikel alfa yang identik dengan inti
helium.
๐
๐ด
๐ โ ๐โ2
๐ดโ4
๐ + 2
4
๐ป๐
5. Peluruhan Gamma
Sebagian besar peluruhan ฮฑ dan ฮฒ,
meninggalkan inti akhir dalam
keadaan tereksitasi. Keadaan
tereksitasi ini meluruh dengan
cepat ke keadaan dasar melalui
emisi satu atau lebih sinar ฮณ, yang
merupakan foton radiasi
elektromagnetik.
๐
๐ด
๐โ โ ๐
๐ด
๐ + ๐พ
9. Reaksi Fisi
Inti-inti yang lebih berat akan cenderung membelah/memecah
menjadi inti yang lebih ringan karena energi ikat pernukleon (B/A) inti
berat lebih kecil dibandingkan dengan energi ikat pernukleon inti
ringan.
Inti berat yang stabil dapat digambarkan seperti setetes air berbentuk
bulat. Apabila tetesan air tersebut diganggu seperti menyerap neutron
atau proton berenergi tinggi, maka tetesan air akan bergetar di sekitar
titik kesetimbangannya dan bentuknya akan berubah menjadi agak
lonjong. Bentuk tetes cairan yang bundar stabil menunjukkan adanya
gaya inti yang lebih besar dibandingkan dengan gaya Coulomb. Gaya
inti cenderung mempertahankan bentuk inti, sedangkan gaya Coulomb
cenderung memisahkan kesatuan inti.
Bila inti berat terus diganggu dan tertarik ke bentuk yang sangat
lonjong menyebabkan inti terbelah menjadi dua bagian. Hal ini
menunjukkan bahwa gaya Coulomb lebih besar dibandingkan gaya
inti, sehingga gaya inti tidak dapat mempertahankan kesatuan inti.
Reaksi inilah yang disebut sebagai reaksi Fisi.
10. Reaksi Fisi
Contoh inti yang mengalami reaksi fisi inti adalah inti kalifornium 98
254
๐ถ๐
98
254
๐ถ๐ โ 54
140
๐๐ + 44
110
๐ ๐ข + 4๐
Inti kalifornium adalah inti yang dapat diproduksi dalam akselerator dengan menumbukkan
pratikel tertentu. Inti kalifornium ini juga terproduksi dalam ledakan supernova.
โข Energi ikat inti kalifornium 98
254
๐ถ๐ sekitar 7 MeV. Inti kalifornium membelah menjadi dua inti
dengan nomor massa 110 dan 140, bisa saja atom kalifornium membelah menjadi dua inti
yang lain.
โข Jika inti kalifornium dengan A=254 membelah menjadi dua inti yang sama besar dengan
A=127 maka energi ikat pernukleon masing-masing atom adalah 8 MeV.
โข Jadi yang awalnya inti 98
254
๐ถ๐ mempunyai energi ikat pernukleon 7 MeV, setelah mengalami
fisi, inti hasil reaksinya mempunyai energi ikat pernukleon 8 MeV.
โข Dari 7 MeV menjadi 8 MeV menunjukkan peningkatan energi ikat pernukleon sebesar 1 MeV.
Artinya energi ikat inti meningkat sekitar 200 MeV.
โข Kelebihan energi ini karena bernilai positif maka pada proses fisi ini terjadi pelepasan energi
(eksotermik). Energi tersebut berubah menjadi energi kinetik hasil reaksi.
11. Reaksi Fisi
Contoh lain inti yang mengalami reaksi fisi inti adalah inti uranium 92
235
๐
92
235
๐ + ๐ โ 92
235
๐โ
โ 37
93
๐ ๐ + 55
141
๐ถ๐ + 2๐
12. Reaksi Fisi
Inti uranium 92
235
๐ menyerap sebuah neutron dan mengalami reaksi fisi. Hasil
fisi berupa pemancaran dua neutron langsung (prompt neutron) dan satu
neutron tunda (delayed neutron). Setelah melewati moderator, kedua neutron
langsung menyebabkan dua fisi baru dengan salah satu hasilnya adalah
plutonium
239
๐๐ข sedangkan neutron tunda ditangkap oleh
238
๐ menjadi
239
๐๐.
Uranium 92
235
๐ sering digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir.
Namun batuan uranium di alam hanya mengandung 0,7% isotop 92
235
๐,
sedangkan 99,3% berupa isotop 92
238
๐. Oleh karena itu, konsentrasi 92
235
๐ harus
ditingkatkan dengan melakukan proses penyuburan (enrichment).
13. Reaksi Fusi
Penggabungan atau peleburan antara inti-inti ringan menjadi inti berat disertai
pelepasan energi disebut sebagai reaksi fusi. Contoh reaksi fusi
1
2
๐ป + 1
2
๐ป โ 1
3
๐ป + 1
1
๐ป
Penggabungan dua inti deutrium menjadi inti tritium dan hidrogen. Dari proses
reaksi fusi ini diperoleh nilai Q = 4 MeV, nilai Q positif jadi termasuk proses
eksotermik dimana terjadi pelepasan energi sekitar 1 MeV per nukleon. Reaksi
fusi ini dapat dikendalikan jika berada dalam suatu ruangan bersuhu 107 โ 108 K.
Pada suhu ini atom-atom terionisasi menjadi plasma yang hanya dapat
dikungkung menggunakan medan magnet. Contoh reaksi fusi lainnya adalah
reaksi fusi pada bintang-bintang. Terdapat dua macam reaksi fusi yaitu daur
proton-proton dan daur karbon.
14. Reaksi Fusi
Daur proton-proton ditunjukkan pada gambar
menghasilkan energi sekitar 25 MeV melalui proses
berikut:
1
1
๐ป + 1
1
๐ป โ 1
2
๐ป + ๐+
+ ๐ฃ
1
2
๐ป + 1
1
๐ป โ 2
3
๐ป๐ + ๐พ
2
3
๐ป๐ + 2
3
๐ป๐ โ 2
4
๐ป๐ + 21
1
๐ป
Proses akhir dapat ditulis menjadi
41
1
๐ป โ 2
4
๐ป๐ + 2๐+ + 2๐ฃ + 2๐พ
15. Reaksi Fusi
Daur karbon pada gambar di atas dapat dijelaskan dengan urutan berikut:
6
12
๐ถ + 1
1
๐ป โ 7
13
๐ + ๐พ
7
13
๐ โ 6
13
๐ถ + ๐+ + ๐ฃ
6
13
๐ถ + 1
1
๐ป โ 7
14
๐ + ๐พ
6
14
๐ + 1
1
๐ป โ 8
15
๐ + ๐พ
16. Reaktor Nuklir
Reaksi nuklir yang terkendali digunakan
untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan
untuk menggerakkan turbin.Jika inti dari
elemen besar, misalnya uranium 235, dipecah
menjadi beberapa inti dengan komposisi
elemen yang berbeda, sejumlah besar energi
dilepaskan dalam proses tersebut. Proses ini
dikenal sebagai reaksi nuklir dan panas yang
dipancarkan digunakan untuk menghasilkan
uap untuk menggerakkan turbin.
92
235
๐ + ๐ โ 92
235
๐โ
โ 37
93
๐ ๐ + 55
141
๐ถ๐ + 2๐
17. Reaktor Nuklir
โข Pembelahan elemen berat ketika disambar
oleh neutron disebut fisi.
โข Ketika elemen berat terpecah, mereka
melepaskan energi (panas) dan juga
menghasilkan neutron tambahan sebagai
produk sampingan.
โข Neutron tambahan ini dapat digunakan
untuk reaksi berantai.
โข Dalam pembangkit listrik ada pelepasan
energi yang terkendali, sedangkan pada
bom atom ada pelepasan yang tidak
terkendali.
18. Komponen Reaktor
1. Bahan bakar: merupakan material dimana reaksi
pembelahan terjadi.
2. Pendingin: fluida (cair atau gas) yang memiliki sifat-
sifat perpindahan panas yang baik berfungsi untuk
mendinginkan bahan bakar.
3. Moderator (untuk reaktor termal): untuk menurunkan
energi neutron dari energi cepat ke energi termal.
4. Batang kendali: untuk mengendalikan jumlah populasi
neutron yang terdapat di dalam teras reaktor.
5. Reflektor (reaktor non daya): untuk memantulkan
neutron kembali ke teras sehingga memperkecil
kebocoran serta memperbaiki ekonomi neutron.
19. Komponen Reaktor
6. Perisai (shielding): untuk menahan radiasi yang
dikeluarkan oleh inti-inti hasil reaksi pembelahan.
7. Sungkup (containment, untuk reaktor daya): untuk
menahan tekanan tinggi yang dihasilkan dari reaksi
pembelahan inti. Di dalamnya dilapisi dengan baja
tahan karat untuk meminimalkan kebocoran gas dan
uap.
20. Bahan Bakar
โข Inti reaktor berisi bahan bakar dalam tabung
silinder. Tabung-tabung tersebut disusun
secara berkelompok untuk membuat rakitan
bahan bakar dan sekelompok rakitan bahan
bakar membentuk inti reaktor.
โข Bahan bakar yang cocok adalah U 235 karena
mudah dibelah dan melepaskan energi panas
dalam jumlah besar.
21. โข Reaktor nuklir harus dapat mengendalikan
jumlah neutron yang dilepaskan dalam
reaksi ini.
โข Reaksi berantai dapat dikendalikan dengan
menggunakan batang kendali.
โข Batang kendali terbuat dari bahan
(kadmium atau boron) yang dapat dengan
cepat menyerap neutron.
Batang Kendali
22. โข Reaktor nuklir harus dapat mengendalikan
jumlah neutron yang dilepaskan dalam
reaksi ini.
โข Reaksi berantai dapat dikendalikan dengan
menggunakan batang kendali.
โข Batang kendali terbuat dari bahan
(kadmium atau boron) yang dapat dengan
cepat menyerap neutron.
Batang Kendali
23. Moderator
Mekanisme moderasi neutron
โข Dalam reaktor termal, reaksi pembelahan
dihasilkan oleh neutron termal.
โข Neutron hasil pembelahan adalah neutron
cepat yang berenergi tinggi.
โข Neutron cepat tersebut perlu diperlambat
(dimoderasi) sampai mencapai tingkat
termal.
โข Moderasi neutron hingga mencapai tingkat
energi termal melalui proses hamburan
elastik.
24. Jenis Reaktor Nuklir Berdasarkan Moderator
โข Reaktor dengan moderator grafit;
โข Reaktor dengan moderator air:
โข Reaktor Air Berat;
โข Reaktor Air Ringan;
โข Reaktor dengan moderator elemen
ringan. Reaktor ini menggunakan
moderator litium dan berilium:
โข Reaktor Garam Cair/Molten Salt
Reactor (MSR) dimoderasi oleh
elemen ringan seperti litium atau
berilium, yang merupakan konstituen
dari garam matriks pendingin/bahan
bakar LiF dan BeF2;
25. Jenis Reaktor Nuklir Berdasarkan Moderator
โข Reaktor berpendingin logam cair,
seperti reaktor yang pendinginnya
merupakan campuran Timbal dan
Bismut, dapat menggunakan BeO
sebagai moderator.
โข Reaktor yang dimoderasi secara organik
(OMR) menggunakan bifenil dan terfenil
sebagai moderator dan pendingin.
26. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Energi Neutron
Reaktor Termal
โข Reaktor termal menggunakan neutron lambat atau termal. Hampir semua
reaktor yang ada saat ini adalah jenis ini.
โข Memiliki bahan moderator neutron yang memperlambat neutron hingga
suhu neutronnya mengalami termalisasi [yaitu hingga energi kinetiknya
mendekati energi kinetik rata-rata partikel di sekitarnya].
โข Neutron termal memiliki probabilitas yang jauh lebih tinggi untuk membelah
inti fisil U-235, plutonium-239 & Pt-241, dan probabilitas yang relatif lebih
rendah untuk menangkap neutron oleh U-238 dibandingkan dengan neutron
yang lebih cepat yang pada awalnya merupakan hasil fisi, memungkinkan
penggunaan uranium yang diperkaya rendah atau bahkan bahan bakar
uranium alami.
โข Moderator sering kali juga merupakan pendingin, biasanya air di bawah
tekanan tinggi untuk meningkatkan titik didih.
27. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Energi Neutron
Reaktor Neutron Cepat
โข Reaktor neutron cepat menggunakan neutron cepat untuk menyebabkan fisi
pada bahan bakarnya.
โข Reaktor ini tidak memiliki moderator neutron, dan menggunakan pendingin
yang lebih sedikit.
โข Mempertahankan reaksi berantai membutuhkan bahan bakar yang lebih
diperkaya [pemisahan isotop] dalam bahan fisil (~ 20% atau lebih) karena
probabilitas fisi yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan penangkapan
oleh U-238.
โข Lebih sedikit limbah - tetapi lebih sulit untuk dibangun - lebih mahal untuk
dioperasikan. - Kurang umum dibandingkan reaktor termal
โข Beberapa pembangkit listrik awal adalah reaktor cepat
28. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Reaktor Air Ringan
โข Komponen penting lainnya dari inti reaktor nuklir adalah air.
โข Air berfungsi untuk memperlambat neutron cepat.
โข Fungsi kedua dari air adalah sebagai pembawa energi panas sehingga uap
dapat dihasilkan untuk memutar turbin di pembangkit listrik, sehingga
menghasilkan listrik.
โข Air di dalam inti reaktor terpapar partikel subatomik bebas dalam jumlah
besar.
โข Atom Hidrogen dalam air berinteraksi dengan neutron untuk menjadi
Deuterium atau Tritium (air berat dan super berat), yang keduanya tidak
stabil dan radioaktif dan air ini memerlukan sistem pembuangan khusus.
โข Ada dua jenis reaktor air ringan
1. Pressurized Water Reactor (PWR)
2. Boiling Water Reactor (BWR)
29. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Pressurized Water Reactor (PWR)
โข Air radioaktif menyerap panas yang dilepaskan selama proses fisi.
โข Air panas ini melewati penukar panas yang memindahkan panas ke air non
radioaktif.
โข Air non radioaktif mendidih dan membentuk uap super panas yang
digunakan untuk menggerakkan turbin.
โข Catatan:
Inti reaktor dan generator uap
ditempatkan dalam
wadah/struktur yang sama.
Struktur ini dirancang untuk tahan
terhadap kejadian yang tidak
disengaja.
30. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Pressurized Water Reactor (PWR)
โข Batang kendali reaktor juga dirancang sedemikian rupa sehingga jika terjadi
kegagalan daya, batang tersebut akan jatuh ke bawah, ke dalam inti reaktor,
memanfaatkan gaya gravitasi dan mematikan sistem.
โข Kelebihan:
o Kelebihan utama dari desain ini adalah jika terjadi kebocoran bahan
bakar, bahan radioaktif akan tetap berada di dalam struktur
penahanan/perisai beton.
o Dapat dioperasikan pada suhu dan tekanan tinggi.
o Diyakini bahwa PWR lebih stabil daripada desain lainnya.
โข Kekurangan:
o Desain reaktor lebih rumit
o Karena dirancang untuk beroperasi pada suhu/tekanan tinggi, maka
harganya lebih mahal.
31. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Boiling Water Reactor (BWR)
โข Ini juga berisi struktur penahanan / beton di mana reaktor nuklir berada
โข Dalam BWR, air mendidih di dalam inti reaktor dan langsung masuk ke
generator turbin untuk menghasilkan listrik.
โข Uapnya, setelah melewati turbin, dikondensasi dan digunakan kembali.
โข Torus atau kolam penekan digunakan
untuk menghilangkan panas yang
dilepaskan jika terjadi peristiwa di mana
uap dalam jumlah besar dilepaskan dari
reaktor atau Sistem Resirkulasi Reaktor.
โข Dalam BWR yang berlawanan dengan
PWR, batang kendali dimasukkan dari
bawah oleh semacam sistem hidrolik.
32. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Boiling Water Reactor (BWR)
โข Kelebihan:
o Efisiensi termal secara keseluruhan lebih besar daripada PWR karena
tidak ada generator uap atau penukar panas yang terpisah
o Mengontrol BWR lebih mudah dibandingkan dengan PWR, karena
dengan mengendalikan aliran air melalui inti, kita dapat mengendalikan
pembangkitan, misalnya meningkatkan aliran air akan meningkatkan
pembangkitan.
o Sistem dirancang sedemikian rupa sehingga bejana reaktor terkena
radiasi yang lebih sedikit.
33. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Pressurised Heavy Water Reactors
(PHWR)
โข Sebagian dari reaktor air bertekanan,
berbagi penggunaan loop pengangkut
panas bertekanan dan terisolasi,
โข Tetapi dengan menggunakan air berat
sebagai pendingin dan moderator, maka
ekonomi neutron yang ditawarkan
dapat lebih besar.
34. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Liquid Metal Cooled Reactor
โข Karena air adalah moderator, air tidak
dapat digunakan sebagai pendingin
dalam reaktor cepat.
โข Pendingin logam cair โ natrium, NaK,
timbal, timbal-bismut, dan pada reaktor
awal, merkuri.
โข Sodium-cooled fast reactor
โข Lead-cooled fast reactor
35. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Gas Cooled Reactors
โข Didinginkan oleh gas inert yang bersirkulasi, biasanya helium, CO2.
36. Jenis Reaktor Nuklir Berdasar Pendingin
Molten Salt Reactors (MSR)
โข Didinginkan dengan mengedarkan garam cair, biasanya campuran garam
fluorida.
38. Generasi I
Shippingport (1957โ1982) in
Pennsylvania
Pembangkit listrik tenaga nuklir
berskala besar pertama di dunia
mulai beroperasi di Shippingport,
Pennsylvania, pada tanggal 2
Desember 1957 - tepat 15 tahun
setelah Enrico Fermi
mendemonstrasikan reaksi nuklir
yang berkelanjutan untuk pertama
kalinya.
39. Generasi I
Dresden-1 (1960โ1978) in
Illinois
Dresden 1 adalah BWR
berkapasitas 280 MW yang
merupakan bagian dari tiga unit
Stasiun Pembangkit Dresden.
Pembangunan Dresden Unit 1
dimulai pada tahun 1957 dengan
produksi listrik komersial dimulai
pada tahun 1960.
Unit 1 dipensiunkan pada tahun
1978.
42. Generasi II
โข Lebih ekonomis dan dapat diandalkan.
โข Masa pakai 40 tahun.
โข Beroperasi pada akhir tahun 1960-an
โข 400+ PWR dan BWR komersial
โข Prototipe Gen II
โข CDF (10-5 kejadian kerusakan inti per tahun reaktor)
โข Pressurized Water Reactors (PWR),
โข CANada Deuterium Uranium Reactors (CANDU),
โข Boiling Water Reactors (BWR),
โข Advanced Gas-cooled Reactors (AGR), dan
โข Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactors (VVER).
45. Generasi III
Reaktor Gen II dengan peningkatan desain yang evolusioner dan
canggih.
1. Teknologi bahan bakar
2. Efisiensi termal,
3. Konstruksi termodulasi,
4. Sistem keselamatan (terutama penggunaan sistem pasif
daripada sistem aktif), dan
5. Desain terstandarisasi.
โข Umur operasional yang lebih panjang mencapai 60 tahun
โข CDF (10-7 kejadian kerusakan inti per tahun reaktor)
โข Desain terstandarisasi ini dimaksudkan untuk mengurangi biaya
perawatan dan modal.
โข Peningkatan Signifikan dalam Keselamatan
46. Generasi III
Reaktor Gen II dengan peningkatan desain yang evolusioner dan
canggih.
1. Teknologi bahan bakar
2. Efisiensi termal,
3. Konstruksi termodulasi,
4. Sistem keselamatan (terutama penggunaan sistem pasif
daripada sistem aktif), dan
5. Desain terstandarisasi.
โข Umur operasional yang lebih panjang mencapai 60 tahun
โข CDF (10-7 kejadian kerusakan inti per tahun reaktor)
โข Desain terstandarisasi ini dimaksudkan untuk mengurangi biaya
perawatan dan modal.
โข Peningkatan Signifikan dalam Keselamatan
47. Generasi III+
Desain Gen III+:
โข VVER-1200
โข Advanced CANDU Reactor (ACR-1000)
โข AP1000: berdasarkan AP600, dengan peningkatan output daya
โข Economic Simplified Boiling Water Reactor (ESBWR):
berdasarkan ABWR
โข APR-1400: desain PWR canggih yang dikembangkan dari Sistem
AS 80+,
โข EU-ABWR: berdasarkan ABWR, dengan peningkatan output
daya dan kepatuhan terhadap keamanan UE standar
