Sejumlah Konsep Untuk PLTN

Tulisan ini adalah suplemen dari artikel Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir.

Satu joule energi

Sebagai gambaran seberapa besar energi satu joule itu, berikut ilustrasi bahwa satu joule kira-kira setara dengan:

  • energi yang dibutuhkan untuk mengangkat satu buah apel setinggi 1 meter;
  • energi yang dilepas sebagai panas oleh orang yang sedang diam setiap 1/100 detik;
  • energi yang dibutuhkan untuk memanaskan 0,24 gram air sebesar 1 derajat celcius (0,24 gram air kira-kira setara dengan 0,003 liter);
  • energi yang dibutuhkan orang dewasa untuk bergerak setiap langkah setiap satu detik.

Inti atom

Ilustrasi atom Helium. Inti atom berwarna pink (ukuran 1 fm = 10sup-15/sup m) yang terdiri dari dua proton (merah) dan dua neutron (biru). Dua buah elektron tersebar dengan distribusi tertentu dalam daerah abu-abu.
Ilustrasi atom Helium. Inti atom berwarna pink (ukuran 1 fm = 10^{-15} m) yang terdiri dari dua proton (merah) dan dua neutron (biru). Dua buah elektron tersebar dengan distribusi tertentu dalam daerah abu-abu. Ukuran radius atom adalah 1 Angstrom (10^{-10} m).

Menurut model atom modern, sebuah atom terdiri dari elektron yang bermuatan listrik negatif dan inti atom. Jangan bayangkan bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengorbit pada Matahari. Pergerakan elektron pada inti atom tidak dapat kita pahami secara kausal, tapi harus dipahami secara kuantum.

Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan listrik positif dan neutron yang bermuatan listrik netral. Jumlah proton dan elektron harus sama dalam sebuah atom netral, sehingga muatan listrik total adalah nol (netral). Jika jumlah proton lebih banyak daripada elektron, maka atom itu disebut ion positif, dan begitu juga sebaliknya. Atom Hidrogen, misalnya, adalah atom paling sederhana, memiliki satu proton dan satu elektron. Proton dan neutron disebut juga nukleon (partikel inti atom).

Nukleon terikat di dalam inti atom oleh sebuah gaya yang sungguh luar biasa besarnya yang disebut gaya ikat. Sejumlah energi dapat dilepas jika nukleon-nukleon tersebut lepas dari inti atom.

Isotop

Isotop adalah jenis inti atom yang berbeda dari atom yang sama. Misalnya inti atom Uranium memiliki isotop U-235 dan U-238, seperti juga inti atom Carbon memiliki isotop Carbon-12 dan Carbon-13.

Apa yang membedakannya secara prinsip? Yaitu jumlah neutron dalam intinya. Misalnya, U-238 memiliki 146 neutron dan 92 proton; sedangkan U-235 memiliki 143 neutron dan 92 proton. Jadi, isotop memiliki jumlah proton yang sama tapi beda jumlah neutron.

Perbedaan jumlah ini memberikan perbedaan sifat pada isotop: ada isotop yang stabil, ada yang tidak stabil. Isotop yang stabil cenderung memiliki jumlah proton dan neutron yang sama. Jika sebuah isotop memiliki neutron lebih banyak, maka untuk stabil dia cenderung untuk meluruhkan neutron menjadi proton dengan melepas sinar beta dan gamma. Sebaliknya, jika proton lebih banyak maka dia cenderung untuk meluruhkan proton menjadi neutron dengan melepas sinar alpha dan gamma. Sinar beta adalah elektron; sinar alpha adalah inti atom Helium (2 proton + 2 neutron); sinar gamma adalah radiasi sinar-X.

Pengayaan Uranium

Sebuah metal dengan pengayaan U-235 yang tinggi (high-enriched Uranium).
Sebuah metal dengan pengayaan U-235 yang tinggi (high-enriched Uranium).

Pernah dengar “pengayaan uranium? Apa maksudnya?

Uranium alamiah, atau Natural Uranium (NU), yaitu bongkahan Uranium yang terdapat di alam bebas terdiri dari 99,27% isotop U-238, 0,72% isotop U-235, dan sisanya yang lain-lain. Isotop U-238 termasuk isotop stabil dan bukanlah sebuah fissile yang baik karena ketika ditembakkan oleh sebuah slow neutron, U-238 menjadi U-239 (reaksi fusi, bukan fisi).

Untuk menjadi bahan bakar dalam reaktor nuklir, jumlah kadar isotop U-235 harus diperbanyak karena sejauh ini hanya U-235 yang dapat menjadi fissile yang baik. Proses peningkatan kadar isotop U-235 ini disebut pengayaan Uranium. Untuk dapat menjadi bahan bakar dalam PLTN, pengayaan dilakukan sampai 4% (low enriched Uranium). Untuk menjadi bahan bakar dalam sebuah bom, pengayaan dilakukan sampao 90% (high enriched Uranium). Itulah kenapa Amerika Serikat rada pusing pada negara-negara yang sedang mengembangkan teknologi pengayaan Uranium, karena walaupun alasannya untuk PLTN, tapi proses ini adalah langkah untuk menciptakan bom atom.

Ada lagi kira-kira konsep terkait nuklir yang belum jelas?

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

5 thoughts on “Sejumlah Konsep Untuk PLTN”

  1. Tolong jelaskan dong apa itu “Massa kritis” dalam proses fisi nuklir? Bagaimana cara kita menghitungnya?

Leave a Reply