Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama dari reaktor nuklir yaitu: elemen bakar, batang kendali, moderator, pendingin dan perisai. Reaktor nuklir dibedakan berdasarkan fungsinya menjadi dua, yaitu reaktor penelitian/riset, dan reaktor daya (pembangkit listrik tenaga nuklir).

Reaksi nuklir ini akan menghasilkan energi panas dalam jumlah cukup besar. Contohnya pada reaktor daya, energi panas yang dihasilkan dapat digunakan untuk menghasilkan uap panas, dan selanjutnya digunakan untuk mengerakkan turbin-generator yang bisa menghasilkan listrik. Sedangkan pada reaktor penelitian, panas yang dihasilkan tidak dimanfaatkan dan dapat dibuang ke lingkungan.

Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus berlangsung secara terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar, moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton.

Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U. elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras reaktor.

Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi nuklir adalah neutron lambat, sehingga diperlukan material yang dapat memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air sebagai moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron, karena neutron akan kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.

Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.

Batang kendali didesain sedemikian rupa agar secara otomatis dapat keluar-masuk teras reaktor. Jika jumlah neutron di dalam teras reaktor melebihi jumlah yang diizinkan (kondisi kritis), maka batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk menyerap sebagian neutron agar tercapai kondisi kritis. Batang kendali akan dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi kritis (kekurangan neutron), untuk mengembalikan kondisi ke kondisi kritis yang diizinkan.

Radiasi yang dihasilkan dalam proses pembelahan inti atom atau fisi nuklir dapat membahayakan lingkungan di sekitar reaktor, oleh karena itu diperlukan sebuah pelindung di sekeliling reaktor nuklir agar radiasi dari zat radioaktif di dalam reaktor tidak menyebar ke lingkungan di sekitar reaktor. Fungsi ini dilakukan oleh perisai beton yang dibuat mengelilingi teras reaktor. Beton diketahui sangat efektif menyerap sinar hasil radiasi zat radioaktif sehingga digunakan sebagai bahan perisai.

Berikut adalah garis besar cara kerja sebuah reaktor air bertekanan (pressurized water reactor/PWR), hingga bisa menghasilkan listrik. Di dalam inti reaktor, reaksi fisi terjadi karena adanya penembakan neutron terhadap batang-batang bahan bakar nuklir yang menghasilkan energi panas. Energi panas yang dihasilkan dari inti reaktor, kemudian dialirkan keluar dari teras reaktor bersama air bertekanan pada primary loop menuju alat penukar panas (heat exchanger). Di sini uap panas dipisahkan dari air dan dialirkan menuju ke generator uap. Di dalam generator uap, air yang berasal dari secondary loop menjadi terpanaskan dan terbentuklah uap. Uap panas yang dihasilkan, dipisahkan dari air dan dialirkan menuju ke turbin uap untuk memutar generator dan akhirnya menghasilkan listrik, sedangkan air didinginkan dan dipompa kembali menuju reaktor. Uap air dingin yang mengalir keluar setelah melewati turbin dipompa kembali ke dalam reaktor.

Untuk menjaga agar air di dalam reaktor (yang berada pada suhu 300^oC) tidak mendidih (air mendidih pada suhu 100^oC dan tekanan 1 atm), air dijaga dalam tekanan tinggi sebesar 160 atm. Itulah sebabnya reaktor ini dinamakan reaktor air bertekanan.