NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI

NUKLIR SEBAGAI SUMBER ENERGI

A.  Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan dunia dimana populasi semakin bertambah, perkembangan  teknologi yang semakin pesat dan naiknya gaya hidup manusia, maka dibutuhkan banyaknya sumber energi listrik. Sumber energi di dunia yang tersedia saat ini meliputi energi batu bara, nuklir, bensin, angin, matahari, hidrogen dan biomassa. Namun, dari masing-masing jenis energi di atas mempunyai kelebihan dan kelemahan masing-masing. Misalnya saja batu bara. Kelebihan batu bara yaitu tidak mahal bahan bakarnya dan mudah untuk didapat. Namun kelemahannya yaitu dibutuhkan kontrol untuk polusi udara dari pembakaran batu bara tersebut, berkontribusi terjadinya hujan asam dan pemanasan global serta jumlahnya yang kian menipis di muka bumi ini. Dari fakta di atas, dapat dilihat bahwa diperlukan energi alternatif lain sebagai sumber energi baru. Sumber energi lain yang dapat digunakan sebagai sumber energi adalah nuklir. Adapun kelebihan nuklir yaitu bahan bakarnya tidak mahal, mudah untuk dipindahkan (dengan sistem keamanan yang ketat), jumlah energi yang terkandung pada bahan bakar nuklir sama dengan beberapa juta kali dari energi yang terkandung bahan bakar kimia (seperti bensin) dengan berat yang sama dan tidak mempunyai efek rumah kaca dan hujan asam. Namun, nuklir juga memiliki kelemahan yaitu memerlukan biaya yang tidak sedikit untuk sistem penyimpanannya untuk menghindari bahaya radiasi yang ditimbulkannya, produk buangannya yang sangat radioaktif dan masalah kepemilikan energi nuklir disebabkan bahaya nuklir sebagai senjata pemusnah massal.

B.  Energi Nuklir

Nuklir merupakan istilah yang berhubungan dengan inti atom yang tersusun atas dua buah partikel fundamental, yaitu proton dan neutron. Energi nuklir dihasilkan di dalam inti atom melalui dua buah jenis reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi.

Reaksi fusi adalah suatu reaksi yang menggabungkan beberapa partikel atomik menjadi sebuah partikel atomik yang lebih berat. Reaksi fusi dapat menghasilkan energi yang sangat besar seperti yang terjadi pada bintang. Sampai saat ini, reaksi fusi belum dapat dirancang oleh manusia karena membutuhkan suhu yang sangat tinggi. Hal ini menyebabkan pemanfaatan reaksi fusi sebagai sumber energi listrik belum dapat direalisasikan.

Reaksi nuklir lain yang sudah dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik adalah reaksi fisi. Reaksi fisi merupakan kebalikan dari reaksi fusi, yaitu reaksi yang membelah suatu partikel atomik menjadi beberapa partikel atomik lainnya dan sejumlah energi. Reaksi fisi ini dapat terjadi karena adanya radiasi dari sinar alpha dan beta yang berada di alam. Tapi reaksi ini berjalan sangat lambat, oleh karena itu digunakan reaktor nuklir yang dapat mempercepat reaksi fisi ini dengan menembakkan partikel neutron. Reaksi fisi dapat berlangsung secara terus menerus yang biasa disebut dengan reaksi rantai. Energi yang dihasilkan dari reaksi ini dapat dikonversi menjadi energi listrik pada sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Tiga hal menarik yang terjadi pada proses reaksi fisi adalah sebagai berikut:

1.      Peluang sebuah atom U-235 menangkap sebuah neutron bernilai sangat tinggi. Dalam sebuah reaktor yang bekerja (dikenal dengan keadaan kritis), sebuah neutron yang terhambur dari setiap reaksi fisi dapat menyebabkan terjadinya reaksi fisi yang lainnya.

2.      Proses penyerapan dan penghamburan neutron terjadi dengan sangat cepat pada orde pikosekon (1×10-12 sekon)

3.      Jumlah energi yang dihasilkan berupa panas dan radiasi gamma luar biasa besar pada sebuah reaksi fisi yang terjadi. Dalam reaksi ini terbentuk beberapa produk fisi dan neutron dengan massa total yang lebih ringan dari partikel U-235 pada awal reaksi. Perbedaan massa ini diubah menjadi energi dengan nilai yang dirumuskan dalam E = mc2. Dalam satu kali peluruhan atom U-235 bisa dihasilkan energi sebesar 200 MeV (1 eV = 1,6.10-19 joule). U-235 dapat bekerja dalam sebuah sampel uranium yang diperkaya menjadi 2 sampai 3 persen. Pada senjata nuklir, komposisi U-235 mencapai 90 persen atau lebih dari sebuah sampel uranium.

C.    Pemanfaatan Nuklir

1.      Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) menyediakan sekitar 17 persen dari total tenaga listrik dunia. Beberapa negara membutuhkan tenaga nuklir yang lebih besat dari negara lain. Di Prancis, menurut International Atomic Energy Agency (IAEA), 75 persen tenaga listriknya dihasilkan oleh reaktor nuklir. Jumlah pembangkit tenaga listrik di dunia diperkirakan lebih dari 400 buah dengan 100 buah diantaranya berada di Amerika Serikat. Pada PLTN, bahan bakar sebuah reaktor nuklir berupa uranium. Uranium merupakan salah satu hasil tambang yang terdapat di bumi. Uranium-238 (U-238) mempunyai waktu paruh yang sangat lama (4,5 milyar tahun) dengan komposisi 99 persen dari total uranium yang ada di bumi. Komposisi lainnya, U-235 mempunyai sekitar 0,7 persen dan U-234 jauh lebih rendah yang dibentuk melalui proses peluruhan U-238 (U-238 melalui beberapa tahap peluruhan alpha dan beta untuk membentuk isotop yang lebih stabil dan

U-234 adalah salah satu hasil dari mata rantai dari peluruhan ini). Dalam sebuah reaktor nuklir, butiran uranium yang sudah diperkaya disusun dalam sebuah balok dan dikumpulkan ke dalam bundelan (reactor). Bundelan tersebut direndam dalam air pada sebuah bejana tekan. Air tersebut digunakan sebagai sebuah pendingin. Bundelan uranium yang digunakan pada reaktor nuklir berada dalam keadaan superkritis. Hal ini dapat menyebabkan uranium menjadi panas dan meleleh dengan mudah. Untuk mencegahnya, sebuah balok kontrol (control rods) dibuat dengan bahan yang menyerap neutron. Balok kontrol dimasukkan kedalam bundelan uranium dengan menggunakan sebuah mekaninisme yang dapat mengangkat atau menurunkan balok kontrol tersebut.

Pengangkatan dan penurunan balok kontrol menerima perintah seorang operator untuk mengatur jumlah reaksi nuklir. Ketika seorang operator menginginkan inti uranium untuk menghasilkan panas yang lebih, balok kontrol dinaikkan dari bundelan uranium. Sebaliknya, jika ingin panas berkurang maka balok kontrol harus diturunkan. Balok kontrol dapat diturunkan hingga komplit untuk menghentikan reaktor nuklir jika terjadi kasus kecelakaan atau penggantian bahan bakar. Bundelan uranium digunakan sebagai sumber energi panas yang sangat tinggi. Panas ini dapat mengubah air menjadi uap air. Uap air ini digunakan untuk menggerakkan sebuah turbin uap yang memutar rotor pada generator. Berdasarkan hukum Faraday putaran rotor dikonversi menjadi tenaga listrik.

Dalam beberapa reaktor, uap air akan melalui tahap kedua sebagai pengubah panas medium untuk mengubah air menjadi uap air yang menggerakkan turbin. Keuntungan dari desain ini adalah air atau uap air yang tercemar bahan radioaktif tidak akan mengenai turbin. Dalam reaktor nuklir yang sama, fluida pendingin dalam kontak dengan inti reaktor dapat berupa gas (karbon dioksida) atau logam cair (sodium, potasium). Tipe reaktor ini menerima inti uranium untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Ketidakberuntungan dalam PLTN dapat membuat masalah yang besar diantaranya:

1.      Penambangan dan pemurnian uranium, berdasarkan sejarah, tidak mempunyai proses yang cukup bersih.

2.      Penggunaan PLTN yang tidak tepat dapat menimbulkan masalah yang besar. Tragedi Chernobyl dapat digunakan sebagai contoh yang tepat. Chernoyl didesain dengan seadanya dan dioperasikan dengan tidak tepat sehingga mengakibtakan skenario kasus yang paling buruk. Beberapa ton debu radioaktif terhambur ke atmosfer dalam tragedy ini.

3.      Limbah PLTN merupakan racun yang dapat bertahan dalam ratusan tahun dan hal ini tidak aman jika tidak digunakan fasilitas penyimpanan yang permanent untuk ini.

4.      Transportasi bahan bakar nuklir dari dan ke PLTN mempunyai beberapa resiko tetapi selama ini track record di Amerika Serikat menunjukkan hasil yang sangat baik.

2. Senjata Nuklir

                                                                                          

Awan cendawan pengeboman Nagasaki, Jepang, 1945, menjulang sampai 18 km di atas hiposentrum. Senjata nuklir adalah senjata yang mendapat tenaga dari reaksi nuklir dan mempunyai daya  pemusnah yang dahsyat - sebuah bom nuklir mampu memusnahkan sebuah kota. Senjata nuklir telah digunakan hanya dua kali dalam pertempuran-semasa Perang Dunia II oleh Amerika Serikat terhadap kota kota Jepang, Hiroshima dan Nagasaki.Pada masa itu daya ledak bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasakisebesar 20 kilo(ribuan) ton TNT. Sedangkan bom nuklir sekarang ini berdaya ledak lebih dari 70 mega(jutaan) ton TNT Negara pemilik senjata nuklir yang dikonfirmasi adalah Amerika Serikat, Rusia, Britania Raya (Inggris), Perancis, Republik Rakyat Cina, Indiadan Pakistan. Selain itu, negara Israel dipercayai mempunyai senjata nuklir, walaupun tidak diuji dan Israel enggan mengkonfirmasi apakah memiliki senjata nuklir ataupun tidak. Lihat daftar negara dengan senjata nuklir lebih lanjut.

Bentuk bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki. Senjata nuklir kini dapat dilancarkan melalui berbagai cara, seperti melalui pesawat pengebom, peluru kendali, peluru kendali balistik, danPeluru kendali balistik jarak benua.

D.    Bahan Bakar Nuklir

1.      Uranium diambil dari alam dan dibuat menjadi bahan bakar nuklir

2.      Kemudian dikirim ke pembangkit tenaga nuklir. Setelah digunakan sebagai pembangkit, sisa bahan bakar tadi dikirim ke tempat daur ulang tenaga nuklir atau ke tempat pembuangan akhir jika tidak mau didaur ulang

3.      Pada saat daur ulang, 97 % sisa bahan bakar nuklir dapat digunakan kembali di instalasi pembangkit tenaga nuklir

4.       Prinsip daur ulang nuklir ini adalah memisahkan material yang masih berguna (seperti uranium dan plutonium) dari produk reaksi fisi atau sisa dari bahan bakar reaktor nuklir. Biasanya tujuannya adalah untuk mendaur ulang uranium menjadi bahan bakar oksida baru (MOX), tetapi ada juga yang bertujuan untuk mendapatkan plutonium yang dapat digunakan sebagai senjata.

Ada beberapa cara untuk melakukan proses daur ulang nuklir ini, yaitu:

1.      PUREX

PUREX adalah akronim dari nama Plutonium and Uranium Recovery by Extraction. Proses Purex berdasarkan metode ekstraksi cair-cair yang digunakan untuk mendaur ulang sisa bahan bakar nuklir, untuk menghasilkan uranium dan plutonium dari produk reaksi fisi. Cara ini adalah yang paling banyak digunakan dalam industri saat ini.

2.      UREX

UREX (URanium Extraction) adalah proses yang hampir sama seperti dengan proses seperti PUREX yang telah dimodifikasi dengan mencegah plutonium untuk terekstraksi. Proses ini dapat dilakukan dengan menambahkan reduktan plutonium sebelum tahap ekstraksi dilakukan. Reduktan yang ditambahkan adalah asam asetohidroksamik, yang menyebabkan senyawa plutonium dan neptunium tidak terekstraksi.

3.      TRUEX

TRUEX (TRansUranic EXtraction) adalah proses daur ulang nuklir yang didesain untuk menghilangkan metal transuranik dari limbah.

4.      DIAMEX

DIAMEX (DIAMideEXtraction) adalah proses ekstraksi yang mempunyai kelebihan untuk menghindari senyawa limbah organik yang mengandung elemen karbon, hidrogen, nitrogen dan oksigen. Limbah tanpa senyawa organik tersebut kemudian dapat dibakar tanpa menyebabkan hujan asam.

5.      UNEX

UNEX (UNiversal Extraction) digunakan untuk menghilangkan semua senyawa radioisotop yang tidak dibutuhkan (seperti Sr,Cs dan senyawa golongan aktinida) agar proses ekstraksi uranium dan plutonium berjalan sempurna. Senyawa yang digunakan dalam reaksi ini adalah polietilen oksida dan anion kobalt karboran untuk menghilangkan senyawa cesium dan stronsium. Untuk senyawa golongan aktinida digunakan senyawa aromatik yang polar seperti nitrobenzena.