Mengenal Teknologi Reaktor Nuklir Kontemporer

Teknologi reaktor nuklir telah mengalami beberapa fase pengembangan. Reaktor nuklir yang pertama dibangun yakni Chicago Pile-1, masih sangat sederhana. Reaktornya terdiri dari susunan grafit dan uranium. Dibawah pengawasan Enrico Fermi dan Leo Szilard, Chicago Pile-1 berhasil menghasilkan reaksi fisi berantai. Seiring riset untuk keperluan nuklir sipil yang semakin berkembang, muncullah berbagai desain reaktor nuklir yang kelak menjadi acuan pembangunan PLTN di berbagai belahan dunia.

Baca juga Benarkah Radiasi Nuklir Dapat Menyebabkan Kemandulan?

Generasi reaktor nuklir saat ini adalah Generasi III. Sebentar lagi, pada tahun 2020-an, teknologi reaktor nuklir akan masuk ke Generasi IV. Namun, masih banyak reaktor Generasi II yang beroperasi. Karena itu, teknologi reaktor nuklir kontemporer pada dasarnya adalah gabungan dari reaktor nuklir Generasi II dan III.

Tabel 1. Deskripsi Tiap Generasi Reaktor Nuklir

Apa saja teknologi reaktor nuklir kontemporer tersebut?

       1. Pressurised Water Reactor (PWR)

Teknologi reaktor nuklir yang paling umum digunakan di dunia (kecuali di Inggris Raya, Jepang dan Kanada) adalah Pressurised Water Reactor (PWR). Reaktor ini pertama didesain oleh Oak Ridge National Laboratory. Awalnya, PWR didesain untuk keperluan militer. Kapal selam nuklir pertama, USS Nautilus, menggunakan PWR sebagai propulsinya. Namun, PWR kemudian dibangun untuk keperluan nuklir sipil[1].

PWR menggunakan bahan bakar padat uranium dalam bentuk keramik (UO2) dan pendingin sekaligus moderator berupa air ringan (H2O). Air ringan mendidih pada suhu 100oC, sementara suhu tersebut tidak cukup tinggi untuk membangkitkan listrik secara efisien. Karena itu, air pendingin PWR diberi tekanan tinggi, hingga 158 atm, agar tidak mendidih pada suhu 320oC. PWR menggunakan bejana tekan agar mampu menahan tekanan setinggi itu[2].

Untuk membangkitkan listrik, PWR menggunakan siklus tidak langsung. Air bersuhu tinggi dialirkan menuju steam generator, dimana uap dihasilkan dan dialirkan ke turbin untuk menghasilkan listrik[1-2]. Suhu operasi yang rendah meniscayakan PWR memiliki efisiensi termal yang rendah, berkisar 34%[2].

Gambar 1. Skema Pressurised Water Reactor (sumber: Wikipedia)

Beberapa pabrikan yang memproduksi reaktor nuklir jenis PWR adalah Westinghouse, AREVA, Rosatom dan Korean Electric Power Company (KEPCO).

     2. Boiling Water Reactor (BWR)

Boiling Water Reactor (BWR) adalah tipe reaktor nuklir yang kedua terbanyak digunakan. Sepertiga PLTN di Amerika Serikat dan mayoritas PLTN di Jepang menggunakan BWR. BWR pertama didesain oleh General Electric (GE) dan Idaho National Laboratory[3].

Basis desain BWR mirip dengan PWR, sehingga keduanya dimasukkan dalam kategori lebih tinggi, yaitu Light Water Reactor (LWR). Namun, BWR menggunakan siklus uap langsung. Uap dibangkitkan dalam reaktor pada suhu 285oC dan dialirkan langsung ke turbin. Karena itu, tekanan dalam bejana BWR tidak setinggi PWR (~75 atm) dan efisiensi termalnya lebih rendah[4].

Gambar 2. Skema Boiling Water Reactor (sumber: US NRC)

Vendor utama BWR adalah GE-Hitachi.

     3. Canadian Deuterium Uranium (CANDU)

Kanada mengoperasikan reaktor nuklir yang mereka kembangkan sendiri, yaitu Canadian Deuterium Uranium (CANDU). Reaktor ini juga disebut sebagai Pressurised Heavy Water Reactor (PHWR). CANDU menggunakan pendingin dan moderator berupa air berat (D2O) alih-alih air ringan[5]. Dibandingkan air ringan, air berat menyerap lebih sedikit netron. Imbasnya, nilai ekonomi netron CANDU lebih baik dari PWR, sehingga dapat menggunakan uranium alam sebagai bahan bakarnya[5-6].

Seperti PWR, CANDU beroperasi dengan siklus uap tidak langsung. Namun, suhu operasinya hanya setara BWR. Selain Kanada, Rumania dan Cina juga mengoperasikan CANDU.

Gambar 3. Skema Canadian Deuterium-Uranium (sumber: Wikipedia)

Baca juga: Berkenalan Dengan Molten Salt Reactor, Reaktor Nuklir Super Selamat

 4. Advanced Gas-cooled Reactor (AGR)

Selayaknya Kanada, Inggris Raya menggunakan reaktor nuklir desain sendiri, Advanced Gas-cooled Reactor (AGR). Berbeda dengan LWR dan CANDU, AGR menggunakan moderator grafit dan pendingin CO2. Karena pendinginnya berupa gas, AGR bisa beroperasi dengan suhu lebih tinggi daripada LWR dan CANDU (650oC) dengan tekanan reaktor lebih rendah[7]. Sehingga, efisiensi termal AGR lebih tinggi, mampu mencapai lebih dari 40%.

Gambar 4. Skema Advanced Gas-cooled Reactor (sumber: WNA)

 5.  Light Water Graphite Reactor (LWGR)

Di Rusia dan bekas negara Uni Soviet, dikenal reaktor nuklir tipe Light Water Graphite Reactor (LWGR). Nama lainnya adalah reaktor bolshoy moshchnosty kanalny (RBMK/high-power channel reactor). Reaktor ini menggunakan moderator grafit dan pendingin air ringan. Kombinasi moderator-pendingin ini menyebabkan LWGR secara alami bersifat tidak selamat (inherently unsafe), karena menyebabkan reaktor memiliki reaktivitas void positif[8]. PLTN Chernobyl unit 4 yang mengalami kecelakaan pada tahun 1986 merupakan reaktor nuklir tipe LWGR.

Gambar 5. Skema Light Water Graphite Reactor (sumber: WNA)

Baik AGR maupun LWGR sudah tidak lagi diproduksi, dan diperkirakan pada medio 2030-an seluruhnya akan mencapai akhir usia pakai. Karena itu, tren reaktor nuklir kontemporer terbatas pada LWR dan CANDU. Dari kedua kategori ini, LWR tetap yang paling populer.

Reaktor nuklir Generasi IV belum akan beroperasi hingga medio 2020-an. Jadi, hingga saat itu, teknologi reaktor nuklir kontemporer masih akan mendominasi pembangunan PLTN di seluruh dunia. Dengan usia pakai yang relatif panjang (60-80 tahun), reaktor nuklir kontemporer masih akan beroperasi hingga setidaknya pertengahan abad ini.

 

Referensi:

  1. Pressurized Water Reactor. Diakses dari https://en.wikipedia.org/wiki/Pressurized_water_reactor pada 16 Januari 2018
  2. Jacopo Buongiorno. 2010. PWR Description. Massachusetts: Center for Advanced Nuclear Energy Systems, Massachusetts Institute of Technology.
  3. Boiling Water Reactor. Diakses dari https://en.wikipedia.org/wiki/Boiling_water_reactor pada 16 Januari 2018
  4. Jacopo Buongiorno. 2010. BWR Description. Massachusetts: Center for Advanced Nuclear Energy Systems, Massachusetts Institute of Technology.
  5. William Garland (peny.). 2015. The Essential CANDU, A Textbook on the CANDU Nuclear Power Plant Technology. Kanada: University Network of Excellence in Nuclear Engineering.
  6. Jacopo Buongiorno. 2010. Heavy Water, Gas and Liquid Metal Cooled Reactor. Massachusetts: Center for Advanced Nuclear Energy Systems, Massachusetts Institute of Technology.
  7. Nuclear Power. AGR – Advanced Gas-cooled Reactor. Diakses dari http://www.nuclear-power.net/agr-reactor/ pada 16 Januari 2018
  8. World Nuclear Association. RBMK Reactors. Diakses dari http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/appendices/rbmk-reactors.aspx pada 16 Januari 2018
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
R. Andika Putra Dwijayanto

R. Andika Putra Dwijayanto

Alumni S1 Teknik Nuklir Universitas Gadjah Mada. Peneliti Fisika Reaktor dan Teknologi Keselamatan Reaktor.

Satu tanggapan untuk “Mengenal Teknologi Reaktor Nuklir Kontemporer

  • 04 September 2018 pada 01:27
    Permalink

    Kenapa selisih efisiensi bahan bakar pada reaktor generasi III dan IV sangat besar?

    Balas

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar