Reaktor nuklir: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k v2.04b - Fixed using Wikipedia:ProyekWiki Cek Wikipedia (Tanda baca setelah kode "<nowiki></ref></nowiki>") |
Tidak ada ringkasan suntingan |
||
Baris 42:
Pada tahun [[1992]] [[topan Andrew]] menghamtam [[Turkey Point Nuclear Generating Station]]. Lebih dari US$90 juta kerugian yang diderita, sebagian besar menimpa tangki penampungan air dan cerobong asap pembangkit listrik berbahan bakar fossil (minyak/batubara) yang ada dilokasi, tapi [[containment building]] tidak mengalami kerusakan.<ref name="NRC1">{{cite web|title=EFFECT OF HURRICANE ANDREW ON TURKEY POINT NUCLEAR GENERATING STATION AND LESSONS LEARNED|work=[[Nuclear Regulatory Commission]]|url=http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/gen-comm/info-notices/1993/in93053.html|accessdate=June 28|accessyear=2006}}</ref><ref name="NRC2">{{cite web|title=SUPPLEMENT 1:EFFECT OF HURRICANE ANDREW ON TURKEY POINT NUCLEAR GENERATING STATION AND LESSONS LEARNED|work=[[Nuclear Regulatory Commission]]|url=http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/gen-comm/info-notices/1993/in93053s1.html|accessdate=June 28|accessyear=2006}}</ref>
== Operasi ==
[[Neutron]] diserap oleh inti atom uranium-235, yang pada gilirannya terpecah menjadi elemen ringan yang bergerak cepat (produk fisi) dan neutron bebas. Meskipun kedua reaktor dan senjata nuklir bergantung pada reaksi berantai nuklir, laju reaksi dalam reaktor jauh lebih lambat daripada di bom.
Sama seperti pembangkit listrik termal konvensional menghasilkan listrik dengan memanfaatkan energi panas yang dilepaskan dari pembakaran bahan bakar fosil, reaktor nuklir mengubah energi yang dilepaskan oleh fisi nuklir terkontrol menjadi [[energi panas]] untuk konversi lebih lanjut ke bentuk [[mekanik]] atau [[listrik]].
=== Fisi ===
Ketika inti atom fisil besar seperti [[uranium-235]] atau [[plutonium-239]] menyerap neutron, ia dapat mengalami [[fisi nuklir]]. Inti berat terbagi menjadi dua atau lebih inti ringan, (produk fisi), melepaskan [[energi kinetik]], [[radiasi gamma]], dan [[neutron]] bebas. Sebagian dari neutron ini dapat diserap oleh atom fisil lain dan memicu peristiwa fisi lebih lanjut, yang melepaskan lebih banyak neutron, dan seterusnya. Ini dikenal sebagai reaksi berantai nuklir.
Untuk mengendalikan reaksi berantai nuklir seperti itu, batang kendali yang mengandung racun neutron dan [[moderator neutron]] dapat mengubah bagian neutron yang akan menyebabkan lebih banyak fisi. Reaktor nuklir umumnya memiliki sistem otomatis dan manual untuk mematikan reaksi fisi jika pemantauan atau instrumentasi mendeteksi kondisi yang tidak aman.
=== Pembangkit panas ===
[[Inti reaktor]] menghasilkan '''[[panas]]''' dalam beberapa cara:
* [[Energi kinetik]] dari produk fisi diubah menjadi energi panas ketika inti ini bertabrakan dengan atom di dekatnya.
* Reaktor menyerap sebagian [[sinar gamma]] yang dihasilkan selama fisi dan mengubah energinya menjadi panas.
* Panas dihasilkan oleh peluruhan radioaktif produk fisi dan bahan yang telah diaktifkan oleh penyerapan neutron. Sumber panas peluruhan ini akan tetap ada selama beberapa waktu bahkan setelah reaktor dimatikan.
Satu kilogram uranium-235 (U-235) dikonversi melalui proses rilis nuklir sekitar tiga juta kali lebih banyak energi daripada satu kilogram batubara dibakar secara konvensional (7,2 × 10 13 joule per kilogram uranium-235 vs 2,4 × 10 7 joule per kilogram batu bara).
=== Moderator neutron dan Pendinginan ===
Sebuah pendingin nuklir reaktor- biasanya air tapi kadang-kadang gas atau logam cair (seperti natrium cair atau timbal) atau garam cair- disirkulasikan melewati inti reaktor untuk menyerap panas yang dihasilkannya. Panas dibawa pergi dari reaktor dan kemudian digunakan untuk menghasilkan uap. Kebanyakan sistem reaktor menggunakan sistem pendingin yang secara fisik terpisah dari air yang akan direbus untuk menghasilkan uap bertekanan untuk turbin, seperti reaktor air bertekanan. Namun, di beberapa reaktor air untuk turbin uap direbus langsung oleh teras reaktor; misalnya reaktor air mendidih.
;Moderator neutron
Dalam [[teknik nuklir]], [[moderator neutron]] atau pelambat neutron adalah sebuah medium yang mengurangi kecepatan [[neutron cepat]], sehingga mengubahnya menjadi [[neutron termal]] yang dapat mendukung [[reaksi nuklir berantai]] yang melibatkan [[uranium-235]] atau [[bahan fisi]] serupa.
Pada sekitar 2000-an, bahan yang paling umum digunakan sebagai moderator neutron adalah [[air|air biasa]] (sekitar 75% seluruh [[reaktor nuklir]] dunia), [[grafit nuklir|grafit padat]] (20% reaktor) dan [[air berat]] (5% reactor, disebut [[reaktor air berat]]).<ref>{{cite book
| last = Miller, Jr.
| first = George Tyler
| authorlink =
| title = Living in the Environment: Principles, Connections, and Solutions (12th Edition)
| publisher = [[The Thomson Corporation]]
| year = 2002
| location = Belmont
| pages = 345
| url =
| isbn = 0-534-37697-5}}</ref><ref>{{cite book|last1=Kratz|first1=Jens-Volker|last2=Lieser|first2=Karl Heinrich|title=Nuclear and Radiochemistry: Fundamentals and Applications|date=2013|publisher=John Wiley & Sons|isbn=9783527653355|edition=3|url=https://books.google.com/books?id=gXNwAAAAQBAJ&q=neutron+moderator+kinetic+energy+%22boltzmann+constant%22&pg=PT346|access-date=27 April 2018}}</ref><ref>{{cite book|last1=De Graef|first1=Marc|last2=McHenry|first2=Michael E.|title=Structure of Materials: An Introduction to Crystallography, Diffraction and Symmetry|date=2012|publisher=Cambridge University Press|isbn=9781139560474|page=324|url=https://books.google.com/books?id=NMUgAwAAQBAJ&q=neutron+moderator+kinetic+energy+%22boltzmann+constant%22&pg=PA324|access-date=27 April 2018}}</ref><ref name="
Weston">{{cite book
| last = Stacey.
| first = Weston M
| title = Nuclear reactor physics
| publisher = [[Wiley-VCH]]
| year = 2007
| pages = 29–31
| url = https://books.google.com/books?id=iolyNyJYEaYC
| isbn = 978-3-527-40679-1}}</ref><ref name="
DB">{{cite book |last= Dobrzynski |first= L. |author2=K. Blinowski |title= Neutrons and Solid State Physics|publisher= Ellis Horwood Limited |year= 1994 |isbn= 0-13-617192-3}}</ref>
Selain itu, dalam penelitian [[berilium]] juga pernah digunakan, dan berbagai senyawa [[hidrokarbon]] juga disebutkan memiliki kemungkinan dapat dipakai.<ref name="arregui16b">{{cite journal | last1 = Arregui Mena | first1 = J.D. | display-authors = etal | year = 2016 | title = Spatial variability in the mechanical properties of Gilsocarbon | url = https://www.researchgate.net/publication/308515387 | journal = Carbon | volume = 110| pages = 497–517| doi = 10.1016/j.carbon.2016.09.051}}</ref><ref name="arregui18">{{cite journal | last1 = Arregui Mena | first1 = J.D. | display-authors = etal | year = 2018 | title = Characterisation of the spatial variability of material properties of Gilsocarbon and NBG-18 using random fields | url = https://www.researchgate.net/publication/327537624 | journal = Journal of Nuclear Materials | volume = 511 | pages = 91–108| doi = 10.1016/j.jnucmat.2018.09.008| bibcode = 2018JNuM..511...91A }}</ref><ref name="upshot">[http://www.nuclearweaponarchive.org/Usa/Tests/Upshotk.html Operation Upshot–Knothole]</ref><ref name="globalsecurity">[http://www.globalsecurity.org/wmd/systems/w48.htm W48] - globalsecurity.org</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.ask.ne.jp/~hankaku/english/np5y.html |title=Atomic Bomb Chronology: 1942-1944 |access-date=2008-12-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080528074940/http://www.ask.ne.jp/~hankaku/english/np5y.html |archive-date=2008-05-28 |url-status=dead }}</ref><ref>[[Hans Bethe]] in ''[[Physics Today]]'' Vol 53 (2001) [http://www.nd.edu/~nsl/Lectures/phys205/pdf/Nuclear_warfare_3.pdf]</ref>
Bahan yang digunakan:
* [[Hydrogen]], seperti dalam " air ringan " biasa. Karena protium juga memiliki penampang melintang yang signifikan untuk penangkapan neutron, hanya moderasi terbatas yang dimungkinkan tanpa kehilangan terlalu banyak neutron. Neutron yang kurang dimoderasi relatif lebih mungkin untuk ditangkap oleh uranium-238 dan lebih kecil kemungkinannya untuk fisi uranium-235, sehingga reaktor air ringan memerlukan uranium yang diperkaya untuk beroperasi.
** Ada juga usulan untuk menggunakan senyawa hasil reaksi kimia uranium logam dan hidrogen (uranium hidrida —UH 3) sebagai bahan bakar kombinasi dan moderator dalam reaktor tipe baru.
** Hidrogen juga digunakan dalam bentuk metana cair kriogenik dan kadang-kadang hidrogen cair sebagai sumber neutron dingin di beberapa reaktor penelitian : menghasilkan distribusi Maxwell-Boltzmann untuk neutron yang maksimumnya bergeser ke energi yang jauh lebih rendah.
** Hidrogen dikombinasikan dengan karbon seperti dalam lilin parafin digunakan dalam beberapa percobaan Jerman awal.
* [[Deuterium]], dalam bentuk air berat, dalam reaktor air berat, misalnya CANDU. Reaktor yang dimoderasi dengan air berat dapat menggunakan uranium alam yang tidak diperkaya.
* [[Carbon]], dalam bentuk grafit tingkat reaktor atau karbon pirolitik, digunakan misalnya dalam reaktor RBMK dan pebble-bed, atau dalam senyawa, misalnya karbon dioksida. Reaktor suhu rendah rentan terhadap penumpukan energi Wigner dalam material. Seperti reaktor yang dimoderasi deuterium, beberapa reaktor ini dapat menggunakan uranium alam yang tidak diperkaya.
** Grafit juga sengaja dibiarkan dipanaskan hingga sekitar 2000 K atau lebih tinggi di beberapa reaktor penelitian untuk menghasilkan sumber neutron panas : memberikan distribusi Maxwell-Boltzmann yang maksimumnya menyebar untuk menghasilkan energi neutron yang lebih tinggi.
* [[Beryllium]], dalam bentuk logam. Berilium mahal dan beracun, sehingga penggunaannya terbatas.
* [[Lithium]]-7, dalam bentuk garam litium fluorida, biasanya bersama dengan garam berilium fluorida (FLiBe). Ini adalah jenis moderator yang paling umum dalam reaktor garam cair.
Bahan inti ringan lainnya tidak cocok karena berbagai alasan. Helium adalah gas dan memerlukan desain khusus untuk mencapai kepadatan yang cukup; lithium-6 dan boron-10 menyerap neutron.<ref name="herk">{{cite book |author-link=Gregg Herken |first=Gregg |last=Herken |title=Brotherhood of the Bomb |url=https://archive.org/details/brotherhoodofbom0000herk |url-access=registration |date=2003}}</ref><ref name="swordsoarIII">{{cite book |author-link=Chuck Hansen |first=Chuck |last=Hansen |title=Swords of Armageddon |volume=III |date=1995 |url=http://www.uscoldwar.com |access-date=2016-12-28}}</ref><ref name="swordsoarI">{{cite book |author-link=Chuck Hansen |first=Chuck |last=Hansen |title=Swords of Armageddon |volume=I |date=1995 |url=http://www.uscoldwar.com |access-date=2016-12-28}}</ref><ref name="swordsoarVII">{{cite book |author-link=Chuck Hansen |first=Chuck |last=Hansen |title=Swords of Armageddon |volume=VII |date=1995 |url=http://www.uscoldwar.com |access-date=2016-12-28}}</ref><ref name="Rose1998">{{cite book|author=Paul Lawrence Rose|author-link=Paul Lawrence Rose|title=Heisenberg and the Nazi Atomic Bomb Project: A Study in German Culture|url=https://archive.org/details/isbn_9780520229266|url-access=registration|access-date=6 May 2017|year=1998|publisher=[[University of California Press]]|isbn=978-0-520-21077-6|page=[https://archive.org/details/isbn_9780520229266/page/211 211]}}</ref>
<ref>[http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq4-1.html#Nfaq4.1.7.3 Nuclear Weapons Frequently Asked Questions - 4.1.7.3.2 Reflectors]</ref><ref name="killus">[http://unintentional-irony.blogspot.com/2007/07/n-moderation.html N Moderation]</ref>
{| class="wikitable"
|+Moderator Reaktor [[PLTN]] saat ini
|-
!Moderator!!Reaktor!!Desain!!Negara
|-
|kosong ([[fast neutron reactor|cepat]])||1||[[BN-600]], [[BN-800 reactor|BN-800]]||Rusia (2)
|-
|grafit||25||[[Advanced gas-cooled reactor|AGR]], [[Magnox]], [[RBMK]]|| Inggris (14), Rusia (9)
|-
|air berat||29||[[CANDU]], [[Pressurized heavy-water reactor|PHWR]] ||Kanada (17), Korea Selatan (4), Rumania (2), Cina (2),<br /> India (18), Argentina, Pakistan
|-
|air ringan||359||[[Pressurized water reactor|PWR]], [[Boiling water reactor|BWR]]||27 negara
|}
;Pendingin reaktor nuklir
[[Pendingin reaktor nuklir]] adalah [[pendingin]] dalam [[reaktor nuklir]] yang digunakan untuk menghilangkan [[panas]] dari [[inti]] reaktor nuklir dan transfer ke [[generator listrik]] dan lingkungan. Seringkali, rantai dua loop pendingin digunakan karena loop pendingin primer mengambil radioaktivitas jangka pendek dari reaktor.<ref>
{{
cite web|
title=as the result of routine, approved releases;from google (why tritium leak) result 2|
url=https://www.nrc.gov/reactors/operating/ops-experience/tritium/sites-grndwtr-contam.html
}}
</ref><ref>
{{
cite web|
title=Partial Meltdowns Led to Hydrogen Explosions at Fukushima Nuclear Power Plant;from google (fukushima hydrogen explosion) result 1|
url=https://www.scientificamerican.com/article/partial-meltdowns-hydrogen-explosions-at-fukushima-nuclear-power-plant/
}}
</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/for-educators/04.pdf|title=Pressurized Water Reactor Systems|website=USNRC Technical Training Center|access-date=March 12, 2019}}</ref>
Dalam reaktor daya sirkuit ganda (misalnya, VVER), pendingin dari reaktor memasuki generator uap, di mana uap dihasilkan, yang menggerakkan turbin, dan dalam reaktor sirkuit tunggal (misalnya, RBMK) pendingin itu sendiri (uap-air atau gas) dapat berfungsi sebagai fluida kerja siklus turbin. Dalam penelitian (misalnya, ilmu material) dan reaktor khusus (misalnya, dalam reaktor untuk akumulasi isotop radioaktif), pendingin hanya mendinginkan reaktor, panas yang dihasilkan tidak digunakan.<ref>{{Cite web|url=https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/075/28075997.pdf|title=Water Chemistry and Behavior of Materials in PWRs and BWRs|last=Aaltonen1, Hanninen2|first=P.1, H.2|website=VTT Manufacturing Technology|access-date=March 12, 2019}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/22-06-engineering-of-nuclear-systems-fall-2010/lectures-and-readings/MIT22_06F10_lec18.pdf|title=Nuclear Safety|last=Buongiorno|first=Jacopo|website=MIT OpenCourseWare|access-date=March 12, 2019}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.columbuschemical.com/MSDS/SDS/Borated%20Water%200881.pdf|title=Borated Water|website=Columbus Chemical Industries|access-date=March 12, 2019}}</ref><ref name=":0">{{Cite web|url=http://fhr.nuc.berkeley.edu/wp-content/uploads/2014/10/12-007_Boron_Use_in_PWRs_and_FHRs.pdf|title=Boron Use and Control in PWRs and FHRs|last=Monterrosa|first=Anthony|date=May 5, 2012|website=Department of Nuclear Engineering, University of California, Berkeley|access-date=March 12, 2019}}</ref>
Persyaratan berikut dikenakan pada pendingin:
* Penyerapan neutron yang lemah (dalam reaktor termal) atau perlambatan yang lemah (dalam reaktor cepat);
* Ketahanan kimia dalam kondisi paparan radiasi yang intens;
* Korosif rendah dalam kaitannya dengan bahan struktural yang kontak dengan pendingin;
* Tinggi koefisien perpindahan panas ;
* Kapasitas panas spesifik yang besar ;
* Tekanan kerja rendah pada suhu tinggi.
Dalam reaktor termal, air (biasa dan berat), uap air , cairan organik, karbon dioksida digunakan sebagai pendingin; dalam reaktor neutron cepat menggunakan logam cair (terutama natrium , serta gas (misalnya, uap air, helium). Seringkali cairan berfungsi sebagai pembawa panas, yang sekaligus sebagai moderator.
{| class="wikitable sortable" align="center"
|+Pendingin reaktor nuklir
!Pendingin!![[Titik lebur]]!![[Titik didih]]
|-
|[[Air berat]] at 154 bar|| ||345 °C
|-
|[[NaK]] eutectic||-11 °C ||785 °C
|-
|[[Sodium]]||97.72 °C||883 °C
|-
|[[FLiNaK]]||454 °C||1570 °C
|-
|[[FLiBe]]||459 °C||1430 °C
|-
|[[Timbal]]||327.46 °C||1749 °C
|-
|[[Lead-bismuth eutectic]]||123.5 °C ||1670 °C
|}
=== Kontrol reaktivitas ===
Laju reaksi fisi di dalam teras reaktor dapat diatur dengan mengontrol jumlah neutron yang mampu menginduksi peristiwa fisi lebih lanjut. Reaktor nuklir biasanya menggunakan beberapa metode kontrol neutron untuk menyesuaikan keluaran daya reaktor. Beberapa dari metode ini muncul secara alami dari fisika peluruhan radioaktif dan hanya diperhitungkan selama operasi reaktor, sementara yang lain adalah mekanisme yang direkayasa ke dalam desain reaktor untuk tujuan yang berbeda.
Metode tercepat untuk mengatur tingkat neutron yang menginduksi fisi dalam reaktor adalah melalui pergerakan batang kendali. Batang kendali terbuat dari racun neutron dan karenanya menyerap neutron. Ketika batang kendali dimasukkan lebih dalam ke dalam reaktor, ia menyerap lebih banyak neutron daripada material yang digantikannya—seringkali moderator. Tindakan ini menghasilkan lebih sedikit neutron yang tersedia untuk menyebabkan fisi dan mengurangi keluaran daya reaktor. Sebaliknya, mengekstraksi batang kendali akan menghasilkan peningkatan laju peristiwa fisi dan peningkatan daya.
Batang kendali digunakan dalam reaktor nuklir untuk mengontrol laju fisi uranium atau plutonium. Komposisi mereka termasuk unsur-unsur kimia, seperti boron, kadmium, perak, hafnium, atau indium, yang mampu menyerap banyak neutron tanpa fisi sendiri. Unsur-unsur ini memiliki penampang penangkap neutron yang berbeda untuk neutron dari berbagai energi. Reaktor air mendidih (BWR), reaktor air bertekanan (PWR), danreaktor air berat (HWR) beroperasi dengan neutron termal, sedangkan reaktor breeder beroperasi dengan neutron cepat. Setiap desain reaktor dapat menggunakan bahan batang kendali yang berbeda berdasarkan spektrum energi neutronnya. Paduan atau senyawa juga dapat digunakan, seperti baja boron tinggi, paduan perak-indium-kadmium, boron karbida, zirkonium diborida, titanium diborida, hafnium diborida, gadolinium nitrat, gadolinium titanat, disprosium titanat, dan komposit boron karbida-europium hexaboride.
Pilihan material dipengaruhi oleh energi neutron dalam reaktor, ketahanannya terhadap pembengkakan yang diinduksi neutron, dan sifat mekanik dan umur yang diperlukan. Batang mungkin memiliki bentuk tabung yang diisi dengan pelet atau bubuk penyerap neutron. Tabung dapat dibuat dari baja tahan karat atau bahan "jendela neutron" lainnya seperti zirkonium, kromium, silikon karbida , atau kubus.
Di beberapa reaktor, pendingin juga bertindak sebagai moderator neutron. Moderator meningkatkan daya reaktor dengan menyebabkan neutron cepat yang dilepaskan dari fisi kehilangan energi dan menjadi neutron termal. Neutron termal lebih mungkin daripada neutron cepat untuk menyebabkan fisi. Jika pendingin adalah moderator, maka perubahan suhu dapat mempengaruhi densitas pendingin/moderator dan karena itu mengubah output daya. Pendingin suhu yang lebih tinggi akan kurang padat, dan karena itu moderator kurang efektif.
Di reaktor lain, pendingin bertindak sebagai racun dengan menyerap neutron dengan cara yang sama seperti yang dilakukan batang kendali. Dalam reaktor ini output daya dapat ditingkatkan dengan memanaskan pendingin, yang membuatnya menjadi racun yang kurang padat. Reaktor nuklir umumnya memiliki sistem otomatis dan manual untuk mengais reaktor dalam keadaan darurat shutdown. Sistem ini memasukkan sejumlah besar racun (seringkali boron dalam bentuk asam borat) ke dalam reaktor untuk menghentikan reaksi fisi jika kondisi yang tidak aman terdeteksi atau diantisipasi.
Sebagian besar jenis reaktor sensitif terhadap proses yang dikenal sebagai keracunan xenon, atau lubang yodium. Produk fisi umum Xenon-135 yang dihasilkan dalam proses fisi bertindak sebagai racun neutron yang menyerap neutron dan oleh karena itu cenderung mematikan reaktor.
Reaktor yang digunakan dalam propulsi nuklir kelautan (terutama kapal selam nuklir) seringkali tidak dapat dijalankan dengan daya terus menerus sepanjang waktu dengan cara yang sama seperti reaktor daya berbasis darat biasanya dijalankan, dan sebagai tambahan seringkali harus memiliki masa pakai inti yang sangat lama tanpa pengisian bahan bakar.
=== Pembangkit tenaga listrik ===
Energi yang dilepaskan dalam proses fisi menghasilkan panas, beberapa di antaranya dapat diubah menjadi energi yang dapat digunakan. Metode umum untuk memanfaatkan energi panas ini adalah mengambil memindahkan panas air didih dari reaktor ke steam generator heat exchanger untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian akan menggerakkan turbin uap yang memutar alternator dan menghasilkan listrik.
== Masa depan industri nuklir ==
| |||