BOM ATOM

Bom Nuklir

Apa yang ada di benak anda ketika mendengar kata Nuklir? Mungkin sebagian dari anda berpikir tentang suatu hal yang berbahaya dan mengerikan. Memang, sejarah sudah membuktikan bahwa Nuklir dapat menimbulkan kerusakan yang sangat fatal. Dua kota di Jepang, Hiroshima dan Nagasaki adalah saksi bisu dasyatnya Bom atom yang meledak dan menghancurkan segala yang ada disekitarnya. Tak hanya bom atom, reaktor nuklir yang meledak pun menjadi mimpi buruk bagi penggunaan teknologi nuklir ini.

Namun dibalik semua kengerian itu, tersimpan manfaat yang sangat besar. Apa saja itu? Mari kita simak bersama.

Nuklir dari segi bahasa sebenarnya berarti inti, dan dalam hal ini inti itu diartikan inti dari atom.

Seberapa jauh manusia mengetahui nuklir?

Sejauh ini manusia baru mengetahui Nuklir terdiri dari proton dan neutron, namun proton dan neutron ini juga tersusun dari beberapa partikel yang jauh lebih kecil bernama kuark. Agak ribet juga kalo menjelaskan semua teori tentang inti di sini, namun singkatnya manusia masih banyak pertanyaan mengenai inti dan mengapa inti bisa berikatan sedangkan inti mempunyai gaya tolak akibat jenis muatan yang sama. Namun bukan berarti tidak ada teori mengenai itu, dan pembicaraan mengenai ikatan kuat dalam inti masih terbuka bebas bagi kita. untuk lebih mudahnya saya sarankan anda membaca buku fisika modern untuk universitas.

Apakah da anfaat ari pengetahuan engenai nuklir?

Dengan banyaknya pertanyaan mengenai inti bukan berarti manusia tidak bisa memanfaatkan potensi inti tersebut. Sudah berpuluh tahun manusia memanfaat potensi energi yang dihasilkan dari reaksi fisi (pembelahan) inti uranium dan plutonium. Penemuan ini juga berasal dari coba-cobanya para ilmuan menembakkan neutron ke inti untuk mendapatkan inti baru, namun pada bebarapa inti berat hal itu menyebabkan inti menjadi pecah (terbagi) sekaligus melepaskan neutron lain yang konsekuensinya menimbulkan panas disekitarnya. panas ini kemudian di ambil dengan menempatkan reaksi tersebut didalam air , air yang panas tadi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. untuk bagian turbinnya hampir sama dengan pembangkit listrik tenaga uap. Namun selain panasnya yang diambil, neutron yang lepas ini juga dimanfaatkan untuk banyak hal, seperti untuk mengukur dimensi dari suatu zat, untuk memutasikan tumbuhan agar didapatkan bibit unggul dan lain sebagainya.

Reaktor nuklir

Apakah ada hasil lain dari reaksi fisi?

Selain itu reaksi fisi juga menyisakan unsur-unsur yang bersifat radioaktif atau meluruh (memancarkan partikel alfa, beta dan sinar gamma) dalam jangka waktu sangat lama, bahkan jutaan tahun. Radiasi yang dihasilkan sangat berbahaya bagi manusia, karena dapat memutasikan manusia secara acak. Mutasi banyak menyebabkan tumbuhnya kanker atau disfungsi organ manusia. Radiasi ini menyebabkan hal-hal mengerikan hanya dalam dosis tertentu. Radiasi ini bukan tidak bisa di kontrol. Penanganan yang baik terhadap sampah sampah sisa reaksi fisi akan menghindarkan kita dari hal-hal yang tidak diinginkan. Negara-negara pengguna energi nuklir saat ini juga sedang mencari tempat yang baik untuk mengubur sampah nuklir ini agar terhindar dari manusia dan hal-hal yang bisa dirusaknya.

Reaksi Fisi

Apakah ada reaksi inti lain selain reaksi fisi?

Reaksi fisi bukanlah satu-satunya reaksi yang terjadi pada inti. Reaksi fusi mempunyai prospek yang lebih menjanjikan. Namun pemanfaatannya masih relatif sulit. Reaksi fusi adalah reaksi bergabungnya dua inti menjadi satu. Pada proses ini inti baru mempunyai kehilangan massa dari dua inti penyusunnya, kehilangan massa ini berubah menjadi energi. Saat ini inti yang sering di fusikan adalah isotop hidrogen, yaitu hidrogen yang mempunyai neotron di intinya. Bagi yang pernah melihat film spiderman2 Vs Dr.Octopus, bisa kita lihat adegan reaksi fusi menggunakan metode tekanan laser.

Reaksi Fusi

Reaksi fusi tidak menyisakan unsur radioaktif, dan otomotasi relatif lebih aman. Dan lagi bahan untuk reaksi ini tergolong sangat amat banyak dimuka bumi ini. Tapi lagi-lagi karena kurangnya pemahaman manusia mengenai inti membatasi kita untuk pemanfaatannya. Saat ini manusia baru mengenal metode thermo nuklir untuk melaksanakan reaksi fusi, dan terbaru menggunakan teknologi laser. Namun semua itu masih dalam ukuran percobaan. Seandainya manusia benar-benar mampu membuat reaktor seperti yang ada di film iron man, maka kita akan terlepas dari yang namanya krisis energi.

Apakah bom atom itu?

Mungkin yang paling menteror dari reaksi inti adalah terciptanya BOM NUKLIR. Bom tidak lain adalah reaksi cepat dimana melapaskan panas yang luar biasa. Reaksi inti juga bisa dipercepat untuk dijadikan Bom. Dengan memperbanyak uranium yang bisa melakukan reaksi fisi maka reaksi fisi bisa mengalami suatu kondisi kritikal. Yaitu kondisi dimana satu reaksi bisa menyebabkan 3 sampai 4 reaksi lain. Hal ini bisa tercapai karena inti yang mengalami reaksi fissi akan melepaskan beberapa neutron yang akan memicu reaksi lain bila neutron cukup lambat menumbuk bidang inti uranium labil lainnya. Bom hasil reaksi fisi bukan yang terbesar, Bom dari reaksi fusi jauh lebih dahsyat dari itu. Bom ini lebih dikenal dengan nama bom hidrogen. Bom hidrogen adalah bom yang pemicunya adalah Bom reaksi fisi uranium atau plutonium. Panas dan tekanan tinggi dari reaksi fissi uranium akan memicu reaksi fusi pada hidrogen dan menyebabkan ledakan kedua yang amat dahsyat.

Bom Atom

Apakah reaktor fisi Nuklir untuk pembangkit listrik bisa meledak seperti bom nuklir?

Pada dasarnya rekator pembangkit listrik tenaga nuklir tidak akan bisa menghasilkan ledakan seperti boom atom. Ini disebabkan karena jumlah uranium yang dibatasi serta banyaknya peredam neutron disekitar bahan untuk reaksi nuklir ini. Namun apabila kontrol atau pengawasan yang kurang, reaksi nuklir di reaktor bisa menyebabkan panas yang sangat tinggi berakibat kebocoran. Dan yang sangat berbahaya dari kebocoran ini adalah materi yang dilepaskannya dalam bentuk gas. karena bisa dengan cepat terhembus angin dan sampai di pemukiman.

Bagaimanakah prospek teknologi nuklir di masa depan?

Manusia sangat berharap bahwa reaktor fusi bisa segera diaplikasikan untuk mengatasi kelangkaan energi. Selain karena keamanannya juga karena bahannya yang sangat berlimpah. Namun itu membutuhkan kerja keras dari semua pihak, terutama dari pakar-pakar nuklirnya.

Uranium ditemukan pada tahun 1789 oleh Martin Klaproth, seorang ilmuwan Jerman. Nama Uranium diambil dari nama planet Uranus yang ditemukan 8 tahun sebelumnya.

Uranium terbentuk bersamaan dengan terjadinya bumi. Karena itu uranium dapat diketemukan di setiap batuan dan juga di air laut. Batuan yang mengandung uranium kadar tinggi disebut batuan uranium atau ”uranium ore” atau ”pitch-blende”

Saat ini dan di masa depan, uranium merupakan sumber energi penting mengingat kelimpahannya yang cukup besar. Meskipun demikian uranium dikategorikan sebagai sumber energi tak-terbarukan atau ”non-renewable energy source”.

Cadangan uranium yang telah diketahui secara pasti saat ini dan dapat dipungut dengan biaya kurang dari 130 USD/kgU adalah 3,3 juta ton. Cadangan uranium teridentifikasi yang dapat dipungut dengan biaya kurang dari 130 USD/kgU adalah 5,5 juta ton.Adapun uranium yang terkandung dalam batuan phosphate diperkirakan 22 juta ton, dan di air laut adalah 4200 juta ton.

---

Atom Uranium

Dalam tabel skala unsur-unsur yang diurutkan berdasarkan kenaikan massa inti atom, uranium adalah unsur terberat dari seluruh unsur alamiah (Hidrogen adalah yang paling ringan) dan diklasifikasikan sebagai logam. Uranium memiliki kerapatan atau masa jenis yang besar, sekitar 18,7 kali lipat dibanding air, dengan titik leleh yang relatif tinggi yaitu 1132 ^oC. Simbul kimiawi untuk unsur ini adalah U.

Seperti unsur lainnya, uranium memiliki beberapa isotop. Uranium alami sebagaimana yang terdapat dalam lapisan kerak bumi utamanya tersusun atascampuran isotop U-238 (99.3%) dan U-235 (0.7%). Isotop adalah elemen atau unsur yang memiliki nomor atom yang sama tetapi jumlah neutron atau berat atom-nya berbeda.

U-235 merupakan isotop uranium yang penting, sebab dalam kondisi tertentu inti ini dapat dibelah yang diikuti dengan pelepasan energi dalam jumlah besar (sekitar 200 MeV per-pembelahan). Reaksi pembelahan inti atom dikenal dengan ”fisi nuklir”, dan isotop U-235 disebut sebagai ”bahan fisil”.

Seperti isotop radioaktif lainnya, uranium juga mengalami peluruhan. U-238 meluruh dalam jangka waktu yang panjang dengan waktu paro yang sama dengan umur bumi (4500 juta tahun). Ini dapat diartikan U-238 hampir tidak radioaktif jika dibandingkan dengan isotop lain di lapisan batuan dan tanah. Namun demikian peluruhan U-238 menghasilkan energi 0,1 watt/ton dalam bentuk panas. Energi peluruhan ini cukup untuk menghangatkan inti bumi. Adapun U-235 meluruh dalam jangka waktu sedikit lebih cepat dibanding U-238 (sekitar 700 juta tahun).

Isotop uranium U-238 dan U-235 adalah pemancar radiasi alpha dengan energi cukup rendah dan dapat ditahan oleh selembar kertas. Bahaya radiasi akan muncul apabila isotop uranium masuk ke dalam tubuh karena akan merusak jaringan dan dapat menimbulkan penyakit kanker.

Energi dari atom Uranium

Inti atom dari U-235 terdiri dari 92 proton dan 143 neutron (92+143=235). Saat sebuah inti atom U-235 menangkap neutron, ia akan membelah menjadi dua inti atom baru dan melepaskan sejumlah energi dalam bentuk panas, disertai pelepasan 2 atau 3 neutron baru.

Jika neutron yang dilepaskan tersebutdapat memicu reaksi yang sama pada atom U-235 lainnya, dan melepaskan neutron baru lain, reaksi fisi berantai dapat terjadi. Reaksi ini dapat terjadi dan terjadi lagi, hingga berjuta-juta kali, maka energi panas dalam jumlah sangat besar dapat dihasilkan dari sedikit Uranium. Secara kasar energi panas dari reaksi inti 1 gram U-235 adalah sama dengan energi panas dari pembakaran 1 ton batubara.

reaksi fisi uranium yang berlangsung di dalam reaktor nuklir

Proses membelah atau “membakar” uranium secara berantai dan terkendali adalah sebagaimana yang terjadi di dalam reaktor nuklir. Panas yang dihasilkan digunakan untuk membangkitkan uap air, dan selanjutnya uap air digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya menghasilkanlistrik.

Tabel berikut memberikan gambaran tentang bertapa besarnya kandungan energi dalam bahan bakar uranium dibandingkan sumber energi lainnya.

Kandungan Energi dalam 1 ton berat (GJ)
Kayu	14
Batubara	29
Minyak	42
Gas alam (cair)	46
Uranium (bahan bakar PLTN - PWR)	630.000

Uranium di dalam Reaktor

Di dalam sebuah reaktor nuklir, bahan bakar uranium dirakit dalam bentuk tertentu sedemikian hingga reaksi fisi berantai yang terkendali dapat dicapai. Panas yang dihasilkan dari pembelahan U-235 kemudian digunakan untuk membangkitkan uap yang akan memutar turbin dan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Pada dasarnya PLTN dan PLT Fosil, dengan kapasitas yang sama, memiliki banyak kemiripan. Keduanya membutuhkan panas untuk menghasilkan uap guna memutar turbin dan generator. Dalam PLTN, fisi atom uranium menggantikan pembakaran batubara atau gas.

Reaksi fisi berantai yang berlangsung di dalam teras reaktor nuklir dikendalikan oleh batang kendali yang mempunyai sifat menyerap neutron dan dapat ditarik/didorong untuk mengatur reaktor pada tingkat daya yang dibutuhkan.

Di dalam teras reaktor yang menerapkan konsep fisi thermal sebagaimana reaktor PLTN komersial saat ini, bahan bakar uranium dikelilingi oleh materi yang disebut moderator. Bahan ini berfungsi untuk memperlambat kecepatan neutron yang dihasilkan dari reaksi reaksi fisi sehingga memungkinkan terjadinya reaksi berantai. Air, grafit dan air berat biasa digunakan sebagai moderator dalam berbagai jenis reaktor.

Karena jenis bahan bakar yang digunakan (konsentrasi U-235 dalam bahan bakar uranium hanya 3 - 5%),maka apabilaterjadi malfungsi yang fatal dalam reaktor, bahan bakar dapat saja menjadi terlalu panas dan meleleh, akan tapi tidak dapat meledak seperti bom nuklir.

Ada banyak jenis reaktor nuklir yang digunakan dalam PLTN komersial saat ini, dan yang masuk 3 besar dari 440 PLTN adalah PWR – Pressurized Water Reactor (48%), BWR – Boilling Water Reactor (20,8%), dan PHWR – Pressurized Heavy Water Reactor (7,7%) . Berikut ini adalah skema PLTN tipe PWR.

Uranium dan Plutonium

Jika U-235 disebut “bahan fisil”, maka U-238 disebut “bahan fertil”. Disebut fertil karena U-238 dapat menangkap satu neutron dalamterasreaktor dan menjadi Plutonium-239 (Pu-239) yang fisil. Pu-239 memiliki sifat yang sangat mirip dengan U-235, dalam arti, akan mengalami fisi jika ditembak dengan sebuah neutron dan juga melepaskan energi dalam jumlah besar.

reaksi berantai di dalam reaktor

Karena di dalam reaktor nuklir PLTN terdapat U-238 dalam jumlah besar (bahan bakar reaktor PLTN hanya mengandung 3 – 5% U-235, dan sisanya adalah U-238), reaksi U-238 dengan neutron akan terjadi sangat sering. Faktanya sekitar 1/3 energi yang dihasilkan bahan bakar dalam reaktor berasal dari pembelahan Pu-239.

Tapi terkadang Pu-239 dapat menangkap neutron tanpa membelah dan berubah menjadi Pu-240. Karena Pu-239 secara progresif terbakar/membelah atau berubah menjadi Pu-240, maka semakin lama bahan bakar berada di dalam reaktor akan semakin banyak Pu-240 di dalamnya.

Arti penting dari terbentuknya Pu-240 adalah plutonium yang telah dipisahkan dari bahan bakar bekas PLTN yang telah diiradiasi lebih dari 3 tahun tidak dapat digunakan sebagai bahan hulu ledak nuklir, akan tetapi dapat digunakan ulang sebagai bahan bakar PLTN.

Penyiapan Bahan Bakar Uranium

Bijih uranium dapat ditambang melalui metode terowongan atau metode tambang terbuka, tergantung dari kedalamannya. Setelah ditambang, bijih dihancurkan dan diolah dengan asam untuk melarutkan uranium, yang kemudian uranium dipungut dari larutan.

Uranium juga dapat ditambang dengan metode pemisahan dari batuan langsung di tempat (in situ leaching / ISL), dimana Uranium dilarutkandari batuan berpori bijih bawah tanah dan dipompa ke permukaan.

Produk akhir dari penambangan dan pengolahan bijih, atau ISL, adalah konsentrat uranium oksida (U₃O₈) yang dikenal dengan istilah ”Yellow Cake” . Dalam bentuk inilah Uranium diperjual-belikan.

Sebelum dapat digunakan dalam reaktor untuk pembangkitan listrik, uranium oksida hasil penambangan harus melalui serangkaian proses. Untuk sebagian besar bahan bakar reaktor nuklir di dunia, langkah berikutnya mengubah uranium oksida menjadi dalam bentuk gas, uranium heksafluorida (UF₆) murni nuklir. Konversi ini diperlukan dalam proses pengayaan uranium.

Pengayaan adalah meningkatkan proporsi U-235 dari level alaminya (0,7%) menjadi 3 - 5%. Proporsi ini akan meningkatkan efesiensi teknis dalam desain dan operasi reaktor, terutama pada reaktor besar dan memungkinkan penggunaan air sebagai moderator.

Setelah pengayaan, gas UF₆ diperkaya diubah menjadi serbuk uranium dioksida (UO₂) yang kemudian difabrikasi menjadi pelet bahan bakar. Pelet-pelet selanjutnya diletakkan dalam kelongsong logam dan dirakit menjadi perangkat bakar nuklir yang siap digunakan di dalam teras reaktor.

Untuk reaktor yang menggunakan uranium alam sebagai bahan bakar (yang-mana akan memerlukan grafit atau air berat sebagai moderator), Yellow Cake dapat langsung diubah menjadi serbuk UO₂ murni nuklir melalui proses pemurnian dan konversi yang lebih sederhana.

Ketika perangkat bakar uranium sudah berada dalam reaktor selama 3 - 6 tahun, perangkat bakar dikeluarkan dari teras reaktor, dipindahkan, disimpan sementara untuk kemudian diproses ulang, atau disimpan lestari di bawah tanah.

Pengguna Energi Nuklir

Lebih 16% listrik dunia dibangkitkan dari uranium (PLTN). Jumlah ini mencapai lebih dari 2600 milyar kWh tiap tahun, dan sama jumlahnya dengan pasokan listrik dunia tahun 1960. Daya ini berasal dari 440 reaktor nuklir dengan total kapasitas sekitar 370.000 MWe yang beroperasi di 31 negara.

Sekitar 30 reaktor sedang dalam konstruksi dan 40 lainnya dalam perencanaan. Belgia, Bulgaria, Finlandia, Perancis, Jerman, Hungaria, Jepang, Korea Selatan, Lituania, Slowakia, Slovenia, Swedia, Swis dan Ukraina mendapatkan 30% atau lebih listrik dari nuklir. AS memiliki lebih dari 100 reaktor beroperasi, menyuplai 20% listriknya. Perancis memenuhi lebih dari 75% kebutuhan listriknya dari uranium.

Yang cukup menarik, hampir semua negara operator PLTN tidak memiliki tambang uranium di negaranya, khususnya negara Eropa barat, Jepang, dan Korea, sebagaimana terlihat dalam peta di bawah ini.

Negara Pemilik dan Penambang Uranium

Uranium tersebar dalam batuan dan bahkan dalam air laut. Akan tetapi, seperti logam pada umumnya, uranium jarang terkonsentrasi secara cukup untuk bernilai ekonomis.

Australia memiliki cadangan uranium sekitar 732.000 ton yang dapat ditambang dengan beaya 80 USD/kgU (jauh dibawah harga pasar), Kanada memiliki 345.000 ton uranium. Cadangan uranium Australia dalam kategori ini adalah sekitar 27% cadangan dunia, sedangkan Kanada sekitar 13%. Walaupun kalah dalam jumlah cadangan, faktor politis membuat Kanada lebih unggul dari Australia sebagai penyuplai utama uranium di pasar dunia.

Pada tahun 2005 Australia mengekspor lebih dari 12.000 ton U₃O₈bernilai hampir 600 juta dollar Australia. Produksi aktual adalah sekitar 23% dari total dunia. Kanada menghasilkan hampir 14.000 ton U₃O₈pada tahun 2005, sekitar sepertiga dari total dunia dan sebagian besar diekspor.

Selain Australia dan Kanada, negara lain yang memiliki cadangan uranium signifikan adalah : Kazakhstan (16%), AS, Afrika Selatan, Namibia, Brasil, Nigeria dan Rusia. Beberapa negara lain memiliki sedikit cadangan yang dapat ditambang jika diperlukan.

Total produksi uranium dari penambangan pada tahun 2009 adalah 50.572 tonU, yang-mana 36% diproduksi dengan metode ISL. Kazakhstan merupakan negara pemroduksi terbesar, yaitu 13.820 tonU atau 27% dari total produksi dunia dari penambangan, diikuti Kanada 20% dan Australia 16%.

Perkiraan produksi pada tahun 2010 adalah 55.000 tonU. Hal ini dikarenakan adanya peningkatan tajam aktivitas penambangan di Kazahkstan dan Namibia.

Uranium dijual hanya kepada negara-negara penandatangan NPT dan mengizinkan inspeksi internasional untuk memverifikasi penggunaannya hanya untuk tujuan damai. Konsumen untuk uranium Australia juga harus memiliki perjanjian safeguard bilateral dengan Australia. Kanada juga memiliki peraturan ini.

INFO NUKLIR.COM :: Read Uranium

INFO NUKLIR.COM :: Read Uranium

PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)

PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)

LISTRIK pada umumnya dibangkitkan dari turbin yang digerakkan uap air. Uap air dihasilkan dengan mendidihkan air dalam bejana (boiller). Bahan bakar yang sering digunakan untuk mendidihkan air inilah yang membedakan nama pembangkit listrik. Ada yang menggunakan bahan bakar fosil, seperti minyak bumi, gas, batu bara atau nuklir. Pembangkit yang menggunakan bahan bakar fosil, biasanya disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan yang menggunakan nuklir disebut PLTN.PLTU telah banyak didirikan di Indonesia, dan telah banyak pula pengalaman yang kita rasakan, baik masalah pergiliran pasokan arus listrik, harga, dan polusi. Masalah pergiliran pasokan arus listrik disebabkan masalah pasokan yang terbatas, karena tak adanya cadangan sumber listrik. Harga telah dipastikan naik terus mengikuti harga minyak bumi. Padahal minyak bumi dan gas dapat dimanfaatkan untuk pembuatan plastik, pupuk, kain, kendaraan bermotor atau keperluan lain yang lebih bermanfaat untuk kehidupan.Kalau PLTN memang merupakan salah satu pilihan yang tepat untuk mengatasi krisis ekonomi di Indonesia. Selain bersih dan tak mencemari lingkungan, harga listriknya sangat murah dan dapat bersaing. Bahkan dengan reaktor temperatur tinggi, selain listrik yang dihasilkan, pendinginnya dapat digunakan untuk memproses batu bara menjadi bahan bakar minyak dan gas untuk kendaraan bermotor, serta desalinasi air laut, untuk menjadi air minum dan garam. Harga listrik yang murah tidak hanya didukung harga bahan bakar nuklir yang lebih murah dari harga minyak bumi atau batu bara, tetapi volume bahan bakar nuklir yang diperlukan jauh lebih kecil, sehingga harga transportasinya murah.

2. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Prinsip kerja PLTN, pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yaitu : air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran. Uang yang dihasilkan dialirkan ke turbin yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga menghasilkan tenaga listrik. Perbedaannya pada pembangkit listrik konvensional bahan bakar untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar fosil seperti : batu bara, minyak dan gas. Dampak dari pembakaran bahan bakar fosil ini, akan mengeluarkan karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (S02) dan nitrogen oksida (Nox), serta debu yang mengandung logam berat. Sisa pembakaran tersebut akan teremisikan ke udara dan berpotensi mencemari lingkungan hidup, yang bias menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global. Sedangkan pada PLTN panas yang akan digunakan untuk menghasilkan uap yang sama, dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (uranium) dalam reaktor nuklir. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disalurkan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel sperti C02, S02, atau Nox, juga tidak mengeluarkan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian LTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan di lokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :

* Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar.
* Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan.
* Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik). Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik.

2.1. Jenis-Jenis PLTN

Di dalam inti atom tersimpan tenaga inti (nuklir) yang luar biasa besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat dikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir. Proses ini sangat berbeda dengan pembakaran kimia biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu, minyak dan batubara. Besar energi yang tersimpan (E) di dalam inti atom adalah seperti dirumuskan dalam kesetaraan massa dan energi oleh Albert Einstein : E = m C2, dengan m : massa bahan (kg) dan C = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s). Energi nuklir berasal dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas.

Dilihat dari proses berlangsungnya, ada dua jenis reaksi nuklir, yaitu reaksi nuklir berantai tak terkendali dan reaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan bom nuklir. Dalam peristiwa ini reaksi nuklir sengaja tidak dikendalikan agar dihasilkan panas yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal. Agar reaksi nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi yang dibebaskan dari reaksi nuklir tersebut dapat dimanfaatkan, maka manusia berusaha untuk membuat suatu sarana reaksi yang dikenal sebagai reaktor nuklir. Jadi reaktor nuklir sebetulnya hanyalah tempat dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat dilangsungkan. Reaksi berantai di dalam reaktor nuklir ini tentu sangat berbeda dengan reaksi berantai pada ledakan bom nuklir.

Sejarah pemanfaatan energi nuklir melalui Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dimulai beberapa saat setelah tim yang dipimpin Enrico Fermi berhasil memperoleh reaksi nuklir berantai terkendali yang pertama pada tahun 1942. Reaktor nuklirnya sendiri sangat dirahasiakan dan dibangun di bawah stadion olah raga Universitas Chicago. Mulai saat itu manusia berusaha mengembangkan pemanfaatan sumber tenaga baru tersebut. Namun pada mulanya, pengembangan pemanfaatan energi nuklir masih sangat terbatas, yaitu baru dilakukan di Amerika Serikat dan Jerman. Tidak lama kemudian, Inggris, Perancis, Kanada dan Rusia juga mulai menjalankan program energi nuklirnya.

Listrik pertama yang dihasilkan dari PLTN terjadi di Idaho, Amerika Serikat, pada tahun 1951. Selanjutnya pada tahun 1954 PLTN skala kecil juga mulai dioperasikan di Rusia. PLTN pertama di dunia yang memenuhi syarat komersial dioperasikan pertama kali pada bulan Oktober 1956 di Calder Hall, Cumberland. Sistim PLTN di Calder Hall ini terdiri atas dua reaktor nuklir yang mampu memproduksi sekitar 80 juta Watt tenaga listrik. Sukses pengoperasian PLTN tersebut telah mengilhami munculnya beberapa PLTN dengan model yang sama di berbagai tempat.

2.2. Energi Nuklir

Untuk mendapatkan gambaran tentang besarnya energi yang dapat dilepaskan oleh reaksi nuklir, berikut ini diberikan contoh perhitungan sederhana. Ambil 1 g (0,001 kg) bahan bakar nuklir 235U. Jumlah atom di dalam bahan bakar ini adalah : N = (1/235) x 6,02 x 1023 = 25,6 x 1020 atom 235U. Karena setiap proses fisi bahan bakar nuklir 235U disertai dengan pelepasan energi sebesar 200 MeV, maka 1 g 235U yang melakukan reaksi fisi sempurna dapat melepaskan energi sebesar : E = 25,6 x 1020 (atom) x 200 (MeV/atom) = 51,2 x 1022 MeV Jika energi tersebut dinyatakan dengan satuan Joule (J), di mana 1 MeV = 1.6 x 10-13 J, maka energi yang dilepaskan menjadi : E = 51,2 x 1022 (MeV) x 1,6 x 10-13 (J/MeV) = 81,92 x 109 J Dengan menganggap hanya 30 % dari energi itu dapat diubah menjadi energi listrik, maka energi listrik yang dapat diperoleh dari 1 g 235U adalah : Elistrik = (30/100) x 81,92 x 109 J = 24,58 x 109 J Karena 1J = 1 W.s ( E = P.t), maka peralatan elektronik seperti pesawat TV dengan daya (P) 100 W dapat dipenuhi kebutuhan listriknya oleh 1 g 235U selama : t = Elistrik / P = 24,58 x 109 (J) / 100 (W) = 24,58 x 107 s Angka 24,58 x 107 sekon (detik) sama lamanya dengan 7,78 tahun terus-menerus tanpa dimatikan. Jika diasumsikan pesawat TV tersebut hanya dinyalakan selama 12 jam/hari, maka energi listrik dari 1 g 235U bisa dipakai untuk mensuplai kebutuhan listrik pesawat TV selama lebih dari 15 tahun.

Contoh perhitungan di atas dapat memberikan gambaran yang cukup jelas mengenai kandungan energi yang tersimpan di dalam bahan bakar nuklir. Energi panas yang dikeluarkan dari pembelahan satu kg bahan bakar nuklir 235U adalah sebesar 17 milyar kilo kalori, atau setara dengan energi yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kg (2.400 ton) batubara. Melihat besarnya kandungan energi tersebut, maka timbul keinginan dalam diri manusia untuk memanfaatkan energi nuklir sebagai pembangkit listrik dalam rangka memenuhi kebutuhan energi dalam kehidupan sehari-hari.

2.3. Perbandingan energi

Densitas energi nuklir sangat tinggi, lebih tinggi dibandingkan dengan batu bara ataupun minyak bumi. Sebagai ilustrasi, dalam 1 kg uranium dapat menghasilkan energi listrik sebesar 50.000 kWh bahkan dengan proses lebih lanjut dapat mencapai 3.500.000 kWh. Sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak bumi hanya dapat menghasilkan energi sebesar 3 kWh dan 4 kWh.

Pada sebuah pembangkit listrik non-nuklir berkapasitas 1000 MWe diperlukan 2.600.000 ton batu bara atau 2,000,000 ton minyak bumi sebagai bahan bakarnya. Sementara pada pembangkit listrik tenaga nuklir dengan kapasitas listrik yang sama hanya memerlukan 30 ton uranium dengan teras reaktor 10 m3, sebagai bahan bakarnya. Saat ini, kontribusi energi nuklir terhadap pasokan kebutuhan energi primer dunia sekitar 6% dan pasokan kebutuhan energi listrik global sekitar 17%.

Bayangan akan Bom Atom dan kecelakaan radiasi nuklir sudah selayaknya dibuang jauh-jauh dan dijadikan sebuah pelajaran berharga dalam penggunaan energi nuklir, tidak lagi dijadikan momok yang dapat menghambat pemanfaatan energi nuklir sebagai alternatif pasokan kebutuhan energi listrik dunia.

3. Bagian dan Fungsi Reaktor Nuklir
3.1. Reaktor

Reaktor Penembak Cepat (Fast Breeder Reactor) Monju, Jepang
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, perisai, moderator dan elemen kendali. Reaksi fisi berantai terjadi apabila inti dari suatu unsur dapat belah (Uranium-235, Uranium-233) bereaksi dengan neutron termal/lambat yang akan menghasilkan unsur-unsur lain dengan cepat serta menimbulkan energi panas dan neutron-neutron baru. Reaktor nuklir berdasarkan fungsinya dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu:

1. Reaktor Penelitian/Riset
2. Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/PLTN)

3.2. Reaktor Penelitian
Diagram alir reaktor dayaKeterangan

1. Reaktor
2. Bahan bakar
3. Batang kendali
4. Motor batang kendali
5. Pompa sirkulasi
6. Uap air

1. Air penguapan
2. Turbin tekanan tinggi
3. Turbin tekanan rendah
4. Generator
5. Motor magnet
6. Kondensator

1. Air sungai
2. Pompa kondensasi
3. Pemanas awal
4. Pompa penguapan
5. Perisai beton

Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan radiasi neutron yang dihasilkan dari reaksi nuklir untuk keperluan berbagai penelitian dan produksi radioisotop. Sedangkan panas yang dihasilkan dirancang sekecil mungkin, sehingga dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor dilakukan dengan sistem pendingin yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Panas yang berasal dari teras reaktor dibawa ke sistem pendingin primer kemudian dilewatkan melalui alat penukar panas dan selanjutnya panas dibuang ke lingkungan melalui sistem pendingin sekunder. Perlu diketahui bahwa pada alat penukar panas sistem pendingin primer dan sstem pendingin sekunder tidak terjadi kontak langsung antara uap/air yang mengandung radiasi dengan air pendingin yang dibuang ke lingkungan

3.3. Reaktor Daya (PLTN)

Pada raktor daya yang dimanfaatkan adalah uap panas bersuhu dan bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk memutar turbin, sedangkan neutron yang dihasilkan sebagian diserap dengan elemen kendali dan sebagian lagi diubah menjadi neutron lambat untuk berlangsungnya reaksi berantai (gambar 2). Reaksi fisi berantai hanya terjadi apabila neutron termal/lambat mampu menembak Uranium-235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Cara mengubah neutron yang berkecepatan tinggi menjadi neutron berkecepatan rendah (neutron lambat) adalah dengan menumbukkannya pada inti atom hidrogen dalam air. Jadi air di dalam kolam reaktor ini berfungsi sebagai pemerlambat (moderator), sebagai pendingin dan juga sebagai perisai radiasi. Beberapa bahan yang pada umumnya dipergunakan sebagai bahan pendingin reaktor nuklir adalah air (H2O), Air Berat (D2O) dan Grafit.
Gambar 2: Reaksi berantai
Pada umumnya, pembangkitan energi nuklir yang ada saat ini memanfaatkan reaksi inti antara neutron dengan isotop uranium-235 (235U) atau menggunakan isotop plutonium-239 (239Pu). Hanya neutron dengan energi berkisar 0,025 eV atau sebanding dengan neutron berkecepatan 2200 m/ detik akan memiliki probabilitas yang sangat besar untuk bereaksi fisi dengan 235U atau dengan 239Pu.

Neutron merupakan produk fisi yang memiliki energi dalam kisaran 2 MeV. Agar neutron tersebut dapat beraksi fisi dengan uranium ataupun plutonium diperlukan suatu media untuk menurunkan energi neutron ke kisaran 0,025 eV, media ini dinamakan moderator. Neutron yang melewati moderator akan mendisipasikan energi yang dimilikinya kepada moderator, setelah neutron berinteraksi dengan atom-atom moderator, energi neutron akan berkisar pada 0,025 eV.

3.4. Cara Mengendalikan Reaksi Berantai/Fisi

Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur kerapatan neutron. Gambar 3: Cara kerja elemen kendali
Dengan mengatur kerapatan neutron ini dapat ditentukan tingkat daya raktor nuklir, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap. Perangkat pengatur kerapatan neutron pada reaktor nuklir ini disebut elemen kendali. Jika elemen kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka elemen kendali akan menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar (gambar 3)

4. Biaya Produksi dan Sumber Daya Manusia

Penggunaan nuklir dinilai lebih menguntungkan karena listrik nuklir tergolong efisien. Biaya yang dibutuhkan untuk produksi sekitar 4 sen dolar AS per kwh. Sedangkan listrik pembangkit PLN saat ini membutuhkan biaya rata-rata 11 sen dolar per kwh. Berdasar pada kondisi ini, energi nuklir pun dinilai sebagai salah satu pilihan yang tepat untuk mengatasi krisis ekonomi di Indonesia.

Lewat nuklir juga bisa dicetak harga listrik yang murah dan dapat bersaing. Selain bisa dimanfaatkan sebagai energi alternatif, nuklir juga bisa dimanfaatkan di bidang lainnya seperti kesehatan, teknologi, pertanian, peternakan, serta kedokteran. Semua bidang dirasa memungkinkan untuk didongkrak. Namun pemerintah patut waspada dengan dampak negatif nuklir.

Salah satu bahaya nuklir adalah kebocoran reaktor yang salah satunya bersumber dari kesalahan manusia (human error). Untuk menghindari hal ini, maka tentu saja hal terpenting yang harus disiapkan adalah penyediaan sumber daya manusia yang berkualitas untuk mengoperasikan peralatan berteknologi nuklir. Penyiapan SDM merupakan kunci utama keberhasilan pengembangan energi nuklir.

Sementara saat ini, SDM Indonesia dianggap belum cukup memadai untuk melakukan hal tersebut. Yang kedua soal kemampuan teknologi, teknologi pembangkit listrik nuklir Indonesia saat ini sudah ketinggalan jauh dibandingkan dengan negara lain. Tercatat saat ini, Amerika Serikat sudah mengembangkan 100 fasilitas nuklir, Korea 20 buah dan Jepang 40 buah. .

Hal ini tentu saja menjadi tantangan tersendiri bagi Indonesia. Dengan teknologi yang memadai pula, dampak kejadian yang tidak diinginkan bisa diminimalisasi. Jika teknologi PLTN belum dikuasai Indonesia, selain mengkhawatirkan masalah dampak, ditakutkan juga ketergantungan terhadap pihak asing kian bertambah. Faktor berikutnya adalah soal manajemen pengelolaan energi nuklir. Persiapan-persiapan perlu dilakukan, termasuk menyiapkan spesifikasi serta badan pengelolanya.

Selama ini banyak persepsi keliru tentang pemanfaatan tenaga nuklir. Dampak psikologis dan traumatis dari kasus-kasus yang terjadi di beberapa negara pada masa lalu telah menimbulkan reaksi kurang responsif terhadap upaya-upaya pengembangan tenaga nuklir. Ini merupakan tantangan lain yang harus dihadapi pemerintah.

5. Penghalang Ganda :

PLTN mempunyai sistem pengamanan yang ketat dan berlapis-lapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil. Sebagai contoh, zat radioaktif yang dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar (>90%) akan tetap tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama. Selama operasi maupun jika terjadi kecelakaan, selongsong bahan bakar, akan berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif tersebut keluar kelongsong. Kalau zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu sistem pendingin. Lepas dari sistem pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan terbuat dari baja dengan tebal + 20cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5 – 2m. Bila saja zat radioaktif itu masih ada yg lolos dari perisai beton, masih ada penghalang keenam, yaitu sistim pengukung yang terdiri dari pelat baja setebal + 7cm
dan beton setebal 1.5 – 2m yang kedap udara. .

6. Pertahanan Berlapis :

Desain keselamatan suatu PLTN menganut falsafah pertahanan berlapis (defence in depth). Pertahanan berlapis ini meliputi :

1. Lapisan keselamatan pertama, PLTN dirancang, dibangun dan diperasikan sesuai dengan ketentuan yang sangat ketat, mutu yg tinggi dan teknologi mutakhir.
2. PLTN dilengkapi dengan sistem pengamanan/ keselamatan yang digunakan untuk mencegah dan mengatasi akibat-akibat dari kecelakaan yang mungkin dapat terjadi selama umur PLTN. .
3. PLTN dilengkapi dengan sistim pengamanan tambahan, yang dapat diandalkan untuk dapat mengatasi kecelakaan hipotesis, atau kecelakaan terparah yang diperkirakan dapat terjadi pada suatu PLTN. Namun kecelakaan tersebut kemungkinannya tidak akan pernah terjadi selama umur PLTN.

7. Limbah Radioaktif : .
Selama operasi PLTN, pencemaran yang disebabkan oleh zat radioaktif terhadap lingkungan dapat dikatakan tidak ada. Air laut atau sungai yang dipergunakan untuk membawa panas dari kondensor sama sekali tidak mengandung zat radioaktif, karena tidak bercampur dengan air pendingin yang bersirkulasi di dalam reaktor. Sedangkan gas radioaktif yang dapat keluar dari sistem reaktor tetap terkungkung di dalam sistem pengungkung PLTN dan sudah melalui sistem ventilasi dengan filter yang berlapis-lapis. Gas yang dilepas melalui cerobong aktivitasnya sangat kecil (sekitar 2 milicurie/tahun) sehingga tidak menimbulkan dampak terhadap lingkungan.

8. Keselamatan Terpasang :

Keselamatan terpasang dirancang berdasarkan sifat-sifat alamiah air dan uranium. Bila suhu dalam teras reaktor naik, jumlah neutron yang tidak tertangkap maupun yang tidak mengalami proses perlambatan akan bertambah, sehingga reaksi pembelahan berkurang. Akibatnya panas yang dihasilkan juga berkurang. Sifat ini akan menjamin bahwa teras reaktor tidak akan rusak walaupun sistem kendali gagal beroperasi.

9. Keselamatan Reaktor Nuklir

Aspek keselamatan yang digunakan pada reaktor nuklir adalah mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan dan memperkecil dampak yang dapat diakibatkan oleh kejadian kecelakaan, yang lebih dikenal dengan nama sistem pertahanan berlapis (defence in depth). Ada 5 pertahanan yang utama, yaitu:
1. Komponen-komponen reaktor
2. Sistem proteksi reaktor
3. Konsep hambatan ganda
4. Pemeriksaan dan pengujian
5. Operator




9.1. Komponen Reaktor

Komponen-komponen reaktor harus memenuhi standar kualitas yang tinggi dan dapat diandalkan, sehingga kemungkinan kegagalan komponen tersebut sangat kecil. Komponen-komponen tersebut antara lain pompa-pompa, katup-katup, pemipaan, tangki, instrumentasi, dan kontrol.

9.2. Sistem Proteksi Reaktor

Desain keselamatan reaktor adalah memanfaatkan sifat-sifat alam yang menjamin adanya keselamatan inheren sehingga reaktor nuklir mempunyai sistem yang forgiving terhadap kekeliruan yang dilakukan oleh operator. Disamping itu reaktor nuklir dilengkapi dengan peralatan keselamatan yang dirancang menggunakan prinsip-prinsip sebagai berikut:

* Pemisahan: komponen-komponen sistem keselamatan yang berbeda dipisahkan secara fisis satu dengan yang lainnya. Hal ini dimaksudkan bahwa kegagalan mekanis pada satu lokasi tidak mempengaruhi unjuk kerja komponen yang berada di tempat lain.
* Diversiti: maksudnya adalah selalu terdapat lebih dari satu cara untuk melakukan suatu pekerjaan. Contohnya dengan sistem yang berbeda-beda akan dapat memadamkan reaktor.
* Redundansi: selalu terdapat lebih dari satu komponen yang diperlukan. Contohnya terdapat 2 pompa yang dipasang paralel, namun yang dipergunakan hanya satu.
* Saling tak gayut: sistem keselamatan saling tak gayut dengan yang lain. Contohnya terdapat beberapa jalur pemasok daya.
* Kegagalan yang aman (fail safe): dimaksudkan bahwa bila terjadi kegagalan pada suatu komponen/sistem, maka secara otomatis akan merangsang untuk bergerak pada kondisi yang aman. Contohnya daya listrik dibutuhkan untuk mematikan reaktor, tetapi bila suatu saat kehilangan daya listrik, reakto akan tetap mati dengan jatuhnya elemen kendali secara gravitasi















9.3. Konsep Hambatan Ganda

Konsep hambatan ganda mengusahakan tetap terkungkungnya zat-zat radioaktif dalam sistem reaktor daya (PLTN) dan tidak menyebar ke lingkungan yang mengakibatkan bahaya radiasi bagi penduduk yang tinggal di daerah sekitarnya. Hambatan ganda tersebut terdiri dari:

* Elemen bakar: unsusr-unsur hasil belahan nuklir harus selalu tetap berada bersama elemen bakar
* Kelongsong elemen bakar: apabila unsur hasil belahan nuklir dapat lepas dari elemen bakar, maka diusahakan agar unsur hasil belahan tersebut masih di dalam kelongsong elemen bakar
* Sistem pendingin primer: terdiri dari sistem pipa, katup-katup, pompa dan juga pembangkit uap berfungsi pula sebagai penghambat hasil belahan, seandainya kolongsong tidak dapat menghambat bocornya hasil-hasil belahan.
* Bangunan reaktor (sistem pengungkung): merupakan penghambat terluar sebelum zat radioaktif lepas ke lingkungan. Bangunan reaktor juga didesain untuk menahan gangguan-gangguan dari luar, seperti gempa bumi, tornado, banjir, kejatuhan pesawat terbang, dan sebagainya (gambar 6)
* Daerah eksklusif: Apabila zat radioaktif dapat lepas dari sistem pengungkung, maka kemungkinan sampainya zat radioaktif tersebut kepada masyarakat diperkecil dengan adanya jarak antara reaktor dengan tempat tinggal penduduk, yang disebut daerah eksklusif.

nkl8.jpg nkl9jpg.jpg
Gambar 5: Pompa air pendingin Bangunan reaktor dengan sistem pengungkungnya

9.4. Pemeriksaan dan Pengujian

Setiap PLTN secara rutin dilakukan pemeriksaan dan pengujian terhadap sistem keselamatan dan komponen-komponen reaktor untuk menjamin kelangsungan operasi dan juga perbaikan jika terdapat kerusakan. Seluruh persyaratan konstruksi, peralatan sistem keselamatan dan prosedur pengoperasian untuk PLTN selalu diawasi dengan ketat oleh isntansi/badan pengawas yang berwenang. Badan tersebut berhak mencabut ijin operasi sewaktu-waktu jika kondisi persyaratan tidak dipenuhi.

9.5. Operator

Pendidikan dan pelatihan operator reaktor nuklir merupakan aspek penting dari falsafah keselamatan nuklir pertahanan berlapis. Operator sebagai pengendali PLTN diseleksi secara ketat. Mereka harus melalui serangkaian ujian sebelum mendapatkan ijin untuk mengoperasikan reaktor nuklir. Ijin dikeluarkan oleh badan yang berwenang mengawasi penggunaan tenaga nuklir. Pengetahuan dan kemampuan operator harus selalu dipertahankan setiap saat dengan cara pendidikan/pelatihan dan penyegaran secara berkala.
10. Keuntungan dan kekurangan PLTN

10.1. Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

a. Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) – gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas)

b. Tidak mencemari udara – tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia

c. Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)

d. Biaya bahan bakar rendah – hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan

e. Ketersedian bahan bakar yang melimpah – sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan

10.2. Beberapa Kekurangan PLTN:

a. Resiko kecelakaan nuklir – kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building)

b. Limbah nuklir – limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat berthan hingga ribuan.

11. Tipe-tipe PLTN

Ada lima tipe PLTN yang aman telah digunakan oleh negara maju. Dua tipe Boilling Water Reactor (BWR) dan Pressurezed Water Reactor (PWR). Keduanya dari Amerika. Kedua tipe, BHWR atau PHWR dengan pendingin air berat yang dikenal dengan tipe CANDU dari Canada dan satu tipe dengan pendingin gas yang dikembangkan di Amerika dan Inggris. Kelima tipe Reaktor Nuklir ini cukup andal dan terbukti tak pernah mengalami kecelakaan seperti PLTN Chernobyl.


Untuk Indonesia semua tipe dapat dicoba, karena masing-masing memiliki kelemahan dan keunggulan. Seperti tipe Candu, bejananya cukup menggunakan besi tuang, karena pendinginnya menggunakan air berat, hingga tak ada korosi yang terjadi. Pemeliharaannya pun lebih mudah. Penggantian bahan bakar dapat dilakukan tanpa mematikan reaktor, sehingga pasokan listrik bisa terus berlangsung. Namun air pendinginnya mahal. Untuk reaktor BWR dan PWR, pendinginnya dari air suling biasa, jadi bejananya harus baja (stainless), sehingga kelihatan rapi, namun agak mahal sedikit.

TINGGALKAN PESAM YA,,,,,,,!!!!!!!

teori big bang

Untuk memudahkan bagaimana alam semesta ini mengembang, tiuplah sebuah balon yang telah ditulisi dengan titik-titik yang tersebar merata di permukaannya. Apakah yang terjadi? Ya, balon tersebut mengembang dan titik-titik itu semakin menjauhi satu sama lain. Padahal titik-titik tersebut tidak bergerak. Apakah penyebabnya? Karena balon tersebut mengembang.

Sekarang, analogikanlah balon yang mengembang itu sebagai alam semesta yang mengembang dan titik-titik di permukaan balon tersebut sebagai galaksi-galaksi. Dari analogi ini kita dapat menyimpulkan, ketika alam semesta mengembang, jarak pisah setiap galaksi dengan galaksi lain akan semakin membesar. Inilah yang diamati Edwin P. Hubble, seorang astronom Amerika pada dekade 1920-an.

Selain itu, Hubble juga mendapati, semakin jauh jarak dua galaksi, laju menjauhnya pun semakin besar, dengan nilai yang sebanding dengan jaraknya. Inilah yang sekarang dikenal dengan nama hukum Hubble.

Dari hukum Hubble tersebut lahirlah suatu parameter yang menyatakan laju pengembangan alam semesta saat tertentu, yang disebut parameter Hubble. Nilainya pada saat tertentu itulah yang disebut konstanta Hubble, yang pada saat ini besarnya adalah sekira 72 km/det/Mpc. Arti nilai ini adalah dalam satu detik, akibat pengembangan alam semesta pertambahan jarak dua galaksi yang pada awalnya terpisah sejauh 1 Mpc adalah sekira 72 km. (1 Mpc adalah jarak yang ditempuh cahaya yang memiliki laju 300.000 km/det selama 3,26 juta tahun).

Dari konstanta Hubble ini, kita dapat mengetahui usia kosmik alam semesta saat ini, yaitu sekira 14 miliar tahun, dan radius alam semesta yang dapat diamati saat ini, yaitu sekira 4.100 Mpc. (Silakan bandingkan dengan usia manusia yang mungkin hanya 63 tahunan dan tingginya tidak jauh dari 2 meter).

Pada prinsipnya, konstanta Hubble merupakan perbandingan laju menjauh suatu objek dengan jaraknya dari pengamat. Laju menjauh suatu objek dapat diketahui dengan membandingkan letak spektrum yang mencirikan objek tersebut dari pengamatan dan letak spektrum itu di buku panduan. Sedangkan jaraknya dari pengamat dapat diketahui dengan banyak cara, yang mungkin namanya pun masih asing untuk kita. Misalnya bintang variabel cepheid (yang dahulu digunakan Hubble), efek lensa gravitasi, efek Sunyaev-Zeldovich, supernova tipe Ia jauh, dan relasi Tully-Fisher. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Satu hal yang pasti, hasil-hasil observasinya menginspirasikan, penyebab semakin menjauhnya objek-objek di langit adalah alam semesta saat ini memang sedang mengembang.

Namun, apakah alam semesta saat ini mengembang dengan laju konstan, diperlambat, ataukah dipercepat? Ternyata hasil observasi supernova tipe Ia jauh dan variasi temperatur CMBR menunjukkan, alam semesta ini mengembang dipercepat. Selain menyingkirkan anggapan diperlambatnya pengembangan alam semesta saat ini, hasil ini juga membuktikan, nilai parameter Hubble tidak tetap selamanya. Namun, hasil ini juga menimbulkan pertanyaan baru, apakah penyebab alam semesta sekarang mengembang dipercepat? Pertanyaan inilah yang sampai sekarang sedang dicoba jawab para ilmuwan.

1.1 Kelimpahan Unsur-unsur Ringan di Alam Semesta

Sebagaimana telah diuraikan, ketika alam semesta mengembang temperaturnya terus menurun (Menurut perhitungan kerapatan sebanding dengan temperatur pangkat empat. Karena itu, untuk selanjutnya cukup dibahas temperaturnya). Apakah konsekuensi hal ini? Dalam ‘The Early Universe’, E. W. Kolb dan M. S. Turner menguraikan, sebelum usia kosmik 0,01 detik setelah big bang, temperatur alam semesta lebih tinggi dari seratus miliar Kelvin. Apakah yang terjadi pada temperatur setinggi itu?

Marilah kita didihkan sejumlah air. Ketika temperaturnya naik dan mencapai titik didihnya, wujud air akan berubah menjadi uap air. Jika temperaturnya dinaikkan lagi hingga keadaan tertentu, uap air itu akan terurai menjadi hidrogen dan oksigen. Lalu apakah yang terjadi jika temperaturnya terus dinaikkan lagi? Akan diperoleh suatu wujud zat baru, di mana para ilmuwan menyebutnya sebagai plasma.

Contoh plasma adalah pada matahari kita. Di dalam matahari, temperaturnya bisa lebih tinggi dari 5.000 K. Apapun yang berada pada temperatur tersebut akan berwujud plasma. Di sana atom-atom hidrogen bisa terurai menjadi inti atom dan elektron. Begitulah, penguraian inti atom menjadi partikel-partikel elementer akan terjadi jika temperatur terus dinaikkan lagi.

Nah, partikel-partikel elementer itulah yang ada ketika temperatur alam semesta lebih tinggi dari ratusan miliar Kelvin. Urutan yang terbalik, yaitu partikel-partikel elementer membentuk partikel-partikel yang lebih berat, akan terjadi ketika temperatur alam semesta terus menurun.

Menurut perhitungan yang sudah dibuktikan sejumlah eksperimen fisika, partikel-partikel yang mendominasi alam semesta saat usia kosmik sekira 0,01 detik setelah big bang adalah elektron, antipartikelnya yaitu positron, partikel cahaya yaitu foton, neutrino, antipartikelnya yaitu antineutrino, serta sejumlah kecil neutron dan proton. Mereka semua berada dalam temperatur yang sama (para ilmuwan biasa menyebutnya berada dalam kesetimbangan termal). Dalam keadaan ini, penghancuran dan pembentukan partikel-partikel tersebut atau yang menghasilkan partikel lain berlangsung seimbang.

Kemudian, ketika usia kosmik mencapai sekira 0,74 detik setelah big bang, temperatur alam semesta menurun menjadi sekira 10 miliar Kelvin. Saat itulah temperatur neutrino dan antineutrino mulai berbeda dengan partikel yang lain. Pada temperatur sekira itulah neutron meluruh menjadi proton dan partikel lain, sehingga jumlah proton menjadi lebih banyak daripada neutron dibandingkan sebelumnya.

Selanjutnya, temperatur alam semesta terus menurun hingga mencapai beberapa miliar Kelvin. Pada saat usia kosmik sekira 4,12 detik setelah big bang, reaksi elektron dan positron memperlambat penurunan temperatur alam semesta dan menyisakan sejumlah kecil elektron. Neutron pun terus meluruh menjadi proton. Selain itu pembentukan inti helium-4 dari neutron dan proton menjadi lebih banyak daripada penghancurannya.

Ada tiga contoh rantai reaksi pembentukan inti helium-4 ini. Pertama, neutron dan proton bereaksi membentuk deuterium. Selanjutnya deuterium ini bereaksi dengan deuterium membentuk tritium dan proton. Kemudian tritium bereaksi dengan deuterium untuk membentuk helium-4 dan neutron. Kedua, neutron dan proton bereaksi membentuk deuterium. Lalu deuterium bereaksi dengan deuterium membentuk helium-3 dan neutron. Lalu helium-3 bereaksi dengan deuterium menghasilkan helium-4 dan proton. Proton dan neutron yang dihasilkan pada kedua rantai reaksi ini dapat digunakan lagi pada reaksi lain. Ketiga, neutron dan proton bereaksi membentuk deuterium. Lalu deuterium bereaksi dengan deuterium membentuk helium-4 dan foton. Selain reaksi-reaksi tersebut ada juga reaksi-reaksi lain, misalnya yang mengakibatkan terbentuknya lithium-7.

Demikianlah gambaran sederhana peristiwa yang terjadi sampai sekira tiga menit pertama setelah big bang. Setelah tiga menit pertama itu, alam semesta didominasi foton, sejumlah kecil elektron dan inti atom unsur-unsur ringan, serta neutrino-antineutrino yang temperaturnya sudah berbeda. Peristiwa yang menghasilkan inti unsur-unsur ringan tersebut dikenal dengan nama big bang nucleosynthesis. Para pionir dalam bidang ini adalah Gamow, Alpher, dan Herman yang mempublikasikan prediksi mereka pada era 1940-an dan 1950-an. Kerja mereka ini dilanjutkan ilmuwan lain dengan perhitungan yang lebih mendetail.

Sampai sekarang, tingkat akurasi perhitungan tersebut sangat tinggi, dengan kemungkinan kesalahan sekira 1aja. Kelimpahan unsur-unsur ringan yang mereka perkirakan adalah dalam sepuluh miliar inti atom hidrogen, ada ratusan ribu deuterium, ratusan ribu helium-3, dan beberapa lithium-7 yang berasal dari big bang nucleosynthesis. Sedangkan untuk helium-4 adalah sekira 24 dari total materi biasa.

jurnal

http://downloads.hindawi.com/journals/oci/2009/684359.pdf

http://downloads.hindawi.com/journals/ecam/2011/801272.pdf

Transformasi CO2 menjadi Metanol dengan Organokatalis

Transformasi CO2 menjadi Metanol dengan Organokatalis

Pada jurnal Angewandte Chemi, para peneliti dari IBN (Institute of Bioengineering and Nanotechnology) di Singapura melaporkan bahwa dengan menggunakan organokatalis, mereka dapat mengaktivasi CO₂ dengan proses yang aman menjadi metanol yang sangat berguna untuk industri dan sel bahan bakar.

Organokatalis adalah katalis yang menggunakan unsur nonlogam yang ditemukan dalam senyawa organik seperti NHC (N-heterocyclic carbenes), sebagai contoh IME (1,3-bis-(2,4,6 trimethylphenyl) imidazolylidene adalah bentuk organokatalis yang stabil dan aman dalam penyimpanan. Senyawa ini tidak memiliki unsur logam berat yang beracun dan dapat diproduksi secara mudah dan murah.

Para ilmuwan ini mereaksikan CO₂ dengan menggunakan NHC. Bila dibandingkan dengan katalis anorganik , yang beracun dan tidak stabil, NHC ini sangat stabil dan bahkan dalam ruangan terbuka yang kontak dengan oksigen. Dengan kelebihan-kelebihan ini NHC dapat bereaksi dengan CO₂ dalam kondisi ruang yang kering.

Para ilmuwan di IBN juga menunjukan bahwa hanya sebagian kecil dari NHC yang dibutuhkan untuk menginduksi CO₂. Salah satu peneliti senior IBN, Siti Nurhana Riduan, mengatakan bahwa usaha mereka dapat berkontribusi pada pengurangan CO₂ di lingkungan dan mengubahnya menjadi methanol yang dapat bermanfaat bagi industri dan sumber bahan bakar.

Pada reaksi ini, hydrosiline yang merupakan kombinasi dari silika dan hidrogen ditambahkan pada NHC yang teraktifasi oleh CO₂ dan produk dari reaksi ini adalah metanol dengan proses hidrolisis. Yugen Zhang (salah satu peneliti IBN) mengatakan bahwa hydrosiline menyediakan sumber hidrogen yang berikatan dengan CO₂ pada proses reduksi. Karbon dioksida ini direduksi secara efisien oleh NHC sehingga metanol dapat dengan mudah didapatkan dari reaksi ini.

Penelitian mereka sebelumnya pada NHC juga telah menyimpulkan bahwa aplikasi yang luas dari NHC juga dapat digunakan sebagai antioksidan kuat yang dapat mencegah penyakit degeneratif dan juga mengkatalisa gula menjadi sumber energi alternatif. Saat ini, mereka telah menerapkannya untuk produksi metanol dengan bahan baku dari gas yang sangat melimpah di bumi ini..

Penelitian-penelitian sebelumnya yang bertujuan mengurangi jumlah CO₂ menjadi produk yang berharga seperti metanol juga pernah dilakukan tapi dalam penelitian tersebut membutuhkan energi yang tinggi, reaksi yang lambat, dan katalis yang tidak stabil dari logam transisi.

Direktur eksekutif IBN, Jackie Y. Ying, Ph.D, mengatakan bahwa dalam penelitian tersebut, IBN telah menghasilkan metode yang inovatif dengan menggunakan bahan baku yang dapat mengurangi polusi udara dari CO₂. Hal ini juga dapat mengurangi efek pemanasan global sehingga menjadi solusi untuk energi alternatif ditengah-tengah krisis energi dan lingkungan saat ini.

Sumber:

Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore (2009, April 17).

Carbon Dioxide Transformed Into Methanol. ScienceDaily. from http://www.sciencedaily.com­ /releases/2009/04/090416102247.htm

Plutonium

2008 / 9 Sekolah Seleksi Wikipedia. Terkait subyek: Unsur kimia
94 neptunium plutonium ← → amerisium
Sm
↑
Pu
↓
(Uqq)
Tabel Periodik - Tabel periodik
Umum
Nama, Simbol, Nomor plutonium, Pu, 94
Kimia seri aktinida
Group, Periode, Blok n / a, 7, f
Penampilan keperakan putih
Bersarung tangan memegang "tombol" plutonium halus
Standar atom berat (244) g mol ·-1
Konfigurasi elektron [Rn] 7s2 5f6
Elektron per shell 2, 8, 18, 32, 24,, 8 2
Sifat-sifat fisik
Fase padat
Kepadatan (r.t. dekat) 19,816 g · cm-3
Cair kepadatan di m.p. 16,63 g · cm-3
Titik leleh 912,5 K
(639,4 ° C, 1182,9 ° F)
Titik didih 3505 K
(3228 ° C, 5842 ° F)
Fusi panas 2,82 kJ · mol-1
Panas penguapan 333,5 kJ mol-1 ·
Khusus kapasitas panas (25 ° C) 35.5 J mol-· 1 · K-1
Tekanan uap P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T (K) 1756 1953 2198 2511 2926 3499
Atom properti
Struktur kristal monoklinik
Oksidasi negara 6, 5, 4, 3
(Oksida amfoter)
Elektronegativitas 1,28 (skala Pauling)
Energi ionisasi 1: 584,7 kJ / mol
Jari-jari atom 175 pm
Bermacam-macam
Magnetic pemesanan tidak ada data
Resistivitas listrik (0 ° C) 1,460 μΩ · M
Konduktivitas termal (300 K) 6,74 W · M-1 · K-1
Ekspansi termal (25 ° C) 46,7 pM · M-1 · K-1
Kecepatan suara (batang tipis) (20 ° C) 2260 m / s
Young modulus's 96 GPa
Modulus geser 43 GPa
Rasio Poisson 0,21
Nomor CAS 7440-07-5 registri
Dipilih isotop
Artikel utama: Isotop iso NA plutonium hidup setengah DM DE (MeV) DP
Syn 238Pu 88 SF y - -
α 234U 5.5
239Pu syn 2.41 × 104 SF y - -
α 5,245 235U
240Pu syn 6,5 × 103 SF y - -
α 5,256 236U
241Pu syn β y 14-0,02078 241 Am
SF - -
242Pu syn 3,73 × 105 SF y - -
α 4,984 238U
244Pu jejak 8,08 × 107 y α 4,666 240U
SF - -
Referensi

Plutonium (diucapkan / toʊniəm PLU ː /) adalah suatu unsur kimia langka radioaktif, logam dan beracun. Ia memiliki lambang Pu dan nomor atom 94. Ini adalah elemen fisil yang digunakan di sebagian besar senjata nuklir modern. Isotop plutonium yang paling signifikan adalah 239Pu, dengan paruh 24.100 tahun. Hal ini dapat dibuat dari uranium alam. Isotop yang paling stabil adalah 244Pu, dengan waktu paruh sekitar 80 juta tahun, cukup lama dapat ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil di alam, membuat 244Pu atom nukleon-terkaya yang secara alami terjadi di kerak bumi, meskipun dalam jejak kecil.

Karakteristik Terkemuka

Plutonium telah disebut "logam paling kompleks" dan "impian seorang ahli fisika, tetapi mimpi buruk seorang insinyur" untuk sifat khas fisik dan kimia. Ia memiliki enam alotrop normal dan yang ketujuh di bawah tekanan. Para alotrop memiliki tingkat energi yang sangat mirip tetapi jauh berbeda kerapatan, membuat plutonium sangat sensitif terhadap perubahan temperatur, tekanan, atau kimia, dan memungkinkan untuk perubahan volume dramatis selama transisi fase (dalam aplikasi nuklir, biasanya paduan dengan sejumlah kecil galium , yang menstabilkan dalam fase-delta). Plutonium keperakan dalam bentuk murni, namun memiliki kuning becek ketika teroksidasi. Ini memiliki struktur simetri rendah, menyebabkan ia menjadi semakin lebih rapuh dari waktu ke waktu. Karena diri irradiates, itu usia baik dari luar-dalam dan luar-dalam. Namun, diri iradiasi juga dapat menyebabkan anil yang dapat melawan beberapa efek penuaan. Secara umum, sifat penuaan tepat plutonium yang sangat kompleks dan kurang dipahami, sangat rumit upaya untuk memprediksi keandalan komponen senjata masa depan.

Panas yang dilepaskan oleh emisi partikel alfa membuat plutonium hangat untuk sentuhan dalam jumlah yang wajar. Ini menampilkan lima negara oksidasi ion dalam larutan air:

Pu (III), sebagai Pu3 + (lavender biru)
Pu (IV), sebagai Pu4 + (kuning coklat)
Pu (V), sebagai PuO2 + (dianggap pink; ion ini tidak stabil dalam larutan dan akan proporsional ke Pu4 + dan PuO22 +; yang Pu4 + kemudian akan mengoksidasi PuO2 sisa + menjadi PuO22 +, dikurangi pada gilirannya Pu3 + Dengan demikian, larutan mengandung air dari. plutonium cenderung dari waktu ke waktu menuju campuran Pu3 + dan PuO22 +.)
Pu (VI), sebagai PuO22 + (oranye merah muda)
Pu (VII), sebagai PuO52-(merah tua); ion heptavalent jarang dan disiapkan hanya dalam kondisi oksidasi yang ekstrim.

Warna yang sebenarnya ditunjukkan oleh solusi Pu tergantung pada keadaan oksidasi dan sifat dari anion asam, yang mempengaruhi tingkat kompleks spesies Pu oleh anion asam.

Aplikasi

239Pu isotop fisil adalah komponen kunci dalam senjata nuklir, karena kemudahan dan ketersediaan fissioning. Massa kritis untuk lingkup unreflected plutonium adalah 16 kg, tetapi melalui penggunaan neutron-mencerminkan merusak lubang plutonium dalam bom fisi dikurangi menjadi 10 kg, yang merupakan bola dengan diameter 10 cm. Proyek Manhattan "Fat Man" bom plutonium tipe, dengan menggunakan kompresi peledak Pu untuk kepadatan lebih tinggi dari biasanya, mampu berfungsi dengan inti plutonium hanya 6.2 kg. peledakan lengkap dapat dicapai melalui penggunaan sumber neutron tambahan (sering dari sejumlah kecil bahan bakar fusi). Bom Fat Man memiliki hasil ledakan dari 21 kiloton. (Lihat juga desain senjata nuklir.)

Isotop plutonium-238 (238Pu) memiliki paruh 88 tahun dan memancarkan sejumlah besar energi panas seperti membusuk. Menjadi pemancar alfa, itu menggabungkan radiasi energi tinggi dengan penetrasi yang rendah (sehingga membutuhkan minimal perisai). Karakteristik ini membuatnya cocok untuk pembangkit tenaga listrik untuk perangkat yang harus berfungsi tanpa pemeliharaan langsung untuk rentang waktu yang kurang lebih seumur hidup manusia. Oleh karena itu digunakan dalam generator termoelektrik radioisotop seperti yang powering Cassini dan New Horizons (Pluto) probe ruang; versi sebelumnya teknologi yang sama didukung sistem ALSEP dan EASEP termasuk eksperimen seismik pada misi Apollo Moon.

238Pu telah berhasil digunakan untuk alat pacu jantung daya buatan, untuk mengurangi risiko operasi berulang. Ini telah digantikan oleh sel primer berbasis lithium, tetapi tahun 2003 ada di suatu tempat antara 50 dan 100 alat pacu jantung plutonium bertenaga masih ditanamkan dan berfungsi dalam kehidupan pasien.

Sejarah
Glenn Seaborg di Counter Geiger, 301 Gilman Hall, Berkeley, California, di mana ia menemukan plutonium.
Glenn Seaborg di Counter Geiger, 301 Gilman Hall, Berkeley, California, di mana ia menemukan plutonium.

Produksi plutonium dan neptunium oleh membombardir uranium-238 dengan neutron diperkirakan pada tahun 1940 oleh dua tim bekerja secara independen: Edwin M. McMillan dan Philip Abelson di Berkeley Radiasi Laboratorium di Universitas California, Berkeley, dan oleh Egon Bretscher dan Norman Feather di Laboratorium Cavendish Universitas Cambridge untuk proyek Paduan Tube. Kebetulan kedua tim mengusulkan nama yang sama untuk mengikuti pada dari uranium, mengikuti urutan planet-planet luar.

Pertama isolasi

Plutonium pertama kali diproduksi dan terisolasi pada tanggal 14 Desember 1940 oleh Dr Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, Kennedy JW, ZM Tatom, dan AC Wahl oleh penembakan deuteron uranium di siklotron 60-inci di Berkeley. Penemuan itu dirahasiakan karena perang. Saat itu dinamai Pluto, yang telah ditemukan langsung setelah neptunium (yang sendiri adalah salah satu lebih tinggi pada tabel periodik dari uranium), dengan analogi ke planet sistem pemesanan surya sebagai Pluto dianggap sebagai planet pada waktu (meskipun secara teknis harus memiliki telah "plutium", Seaborg mengatakan bahwa dia tidak berpikir itu terdengar sebagus "plutonium"). Seaborg memilih huruf "Pu" sebagai lelucon, yang berlalu tanpa pemberitahuan ke dalam tabel periodik. Awalnya, Seaborg dan lainnya berpikir tentang penamaan unsur "ultinium" atau "extremium" karena mereka percaya pada waktu itu mereka telah menemukan elemen yang mungkin terakhir di tabel periodik.

Ahli kimia di University of Chicago mulai mempelajari unsur radioaktif baru diproduksi. George Herbert Jones Laboratorium di universitas adalah situs di mana, pada tanggal 18 Agustus 1942, jumlah jejak elemen ini baru diisolasi dan diukur untuk pertama kalinya. Prosedur ini memungkinkan ahli kimia untuk menentukan berat atom unsur baru. 405 Kamar bangunan diangkat menjadi National Historic Landmark Mei 1967.

Produksi

Selama Proyek Manhattan, reaktor produksi pertama, X-10 Graphite Reaktor, dibangun di situs Tennessee Oak Ridge, yang menjadi Oak Ridge National Laboratory. Kemudian, besar (200MWt) reaktor didirikan di Situs Hanford (dekat Richland, Washington), untuk produksi plutonium, yang digunakan dalam bom atom pertama kali digunakan pada pengujian "Trinitas" pada bulan Juli 1945. Plutonium juga digunakan dalam bom "Fat Man" dijatuhkan di Nagasaki, Jepang pada bulan Agustus 1945. The "Little Boy" bom dijatuhkan di Hiroshima dimanfaatkan uranium-235, tidak plutonium.

timbunan besar plutonium "senjata-kelas" yang dibangun oleh Uni Soviet dan Amerika Serikat selama Perang Dingin. Reaktor AS di Hanford dan Sungai Savannah di South Carolina Situs memproduksi 103.000 kg; Diperkirakan ada 170.000 kg lain plutonium militer di Rusia, dengan 300.000 kg akumulasi di seluruh dunia. Sejak akhir Perang Dingin, stok ini telah menjadi fokus kekhawatiran proliferasi nuklir. Pada tahun 2002, Amerika Serikat Departemen Energi menguasai 34 ton metrik kelebihan stok plutonium senjata-grade dari Amerika Serikat Departemen Pertahanan, dan pada awal tahun 2003 sedang mempertimbangkan mengubah beberapa pembangkit listrik tenaga nuklir di AS dari bahan bakar uranium yang diperkaya untuk MOX bahan bakar sebagai alat untuk membuang saham plutonium.
Situs Hanford reaktor produksi plutonium di sepanjang Sungai Columbia selama Proyek Manhattan.
Situs Hanford reaktor produksi plutonium di sepanjang Sungai Columbia selama Proyek Manhattan.

Medis eksperimentasi

Selama tahun-tahun awal setelah penemuan plutonium, ketika sifat biologis dan fisik sangat kurang dipahami, serangkaian percobaan radiasi manusia yang dilakukan oleh pemerintah AS dan organisasi-organisasi swasta yang bertindak atas namanya. Selama dan setelah berakhirnya Perang Dunia II, ilmuwan yang bekerja di Proyek Manhattan dan senjata nuklir proyek-proyek penelitian yang dilakukan studi tentang efek plutonium pada hewan laboratorium dan subyek manusia. Dalam kasus subyek manusia, ini melibatkan menyuntikkan larutan mengandung (biasanya) lima mikrogram plutonium menjadi pasien rumah sakit dianggap baik sakit parah, atau untuk memiliki harapan hidup kurang dari sepuluh tahun baik karena usia atau kondisi penyakit kronis. Delapan belas suntikan ini dibuat tanpa informed consent dari pasien dan tidak dilakukan dengan keyakinan bahwa suntikan akan menyembuhkan kondisi mereka, melainkan mereka digunakan untuk mengembangkan alat diagnostik untuk menentukan pengambilan plutonium dalam tubuh untuk digunakan dalam mengembangkan keselamatan standar untuk orang yang bekerja dengan plutonium selama mengembangkan senjata nuklir.

episode ini sekarang dianggap sebagai pelanggaran serius terhadap etika medis dan dari Sumpah Hippocrates, dan telah tajam dikritik sebagai gagal "baik uji nilai-nilai nasional kita dan uji kemanusiaan." komentator lebih simpatik telah mencatat bahwa sementara itu pasti pelanggaran kepercayaan dan etika, "dampak dari suntikan plutonium yang tidak merusak mata pelajaran sebagai berita awal dicat, atau mereka begitu ngawur seperti banyak ilmuwan, dulu dan sekarang , percaya. "

Kejadian

Sementara hampir semua plutonium diproduksi secara sintetis, sangat kecil jumlah jejak yang ditemukan secara alami dalam bijih uranium. Ini terjadi dengan proses penangkapan neutron oleh inti 238U, awalnya membentuk 239U; dua meluruh beta berikutnya kemudian membentuk 239Pu (dengan perantara 239Np), yang memiliki paruh 24.110 tahun. Ini juga merupakan proses yang digunakan untuk memproduksi 239Pu dalam reaktor nuklir. Beberapa jejak 244Pu tetap dari kelahiran tata surya dari limbah supernova, karena paruhnya 80 juta tahun adalah cukup panjang.

Sebuah konsentrasi yang relatif tinggi ditemukan plutonium di reaktor fisi nuklir alami di Oklo, Gabon pada tahun 1972. Sejak 1945, sekitar 7700 kg telah dirilis ke Bumi melalui ledakan nuklir.

Pembuatan

Pu-240, Pu-241 dan Pu-242

Bagian aktivasi salib untuk 239Pu adalah 270 lumbung pangan, sedangkan bagian fisi cross 747 lumbung padi untuk neutron termal. Isotop plutonium yang lebih tinggi dibuat ketika bahan bakar uranium digunakan untuk waktu yang lama. Hal ini terjadi bahwa untuk derajat bakar tinggi menggunakan bahan bakar bahwa konsentrasi isotop plutonium yang lebih tinggi akan lebih tinggi daripada bahan bakar derajat bakar rendah yang diproses untuk mendapatkan plutonium bom kelas.
Pembentukan 240Pu, 241Pu dan 242Pu dari 238U neutron Isotop Termal Elemen
cross section modus waktu paruh peluruhan
U 238 2,7 α 4,47 x 109 tahun
U 239 - β 23 menit
Np 239 - β 2,36 hari
239 Pu 270 (menangkap) α 24.110 tahun
240 Pu 289 (menangkap) α tahun 6564
241 Pu 362 (menangkap) β 14,35 tahun
242 Pu 18,8 α 373300 tahun

Pu-239

Plutonium-239 adalah salah satu dari tiga bahan fisil yang digunakan untuk produksi senjata nuklir dan dalam beberapa reaktor nuklir sebagai sumber energi. Bahan fisil lainnya uranium-235 dan uranium-233. Plutonium-239 hampir tidak ada di alam. Hal ini dibuat oleh membombardir uranium-238 dengan neutron dalam reaktor nuklir. Uranium-238 hadir dalam kuantitas dalam bahan bakar reaktor paling; maka plutonium-239 terus dilakukan dalam reaktor. Sejak plutonium-239 sendiri bisa terbelah oleh neutron untuk melepaskan energi, plutonium-239 menyediakan sebagian dari generasi energi dalam reaktor nuklir.
Sebuah cincin plutonium electrorefined senjata kelas, dengan kemurnian 99,96%. Ini cincin 5,3 kg adalah cukup plutonium untuk digunakan dalam senjata nuklir yang efisien.
Sebuah cincin plutonium electrorefined senjata kelas, dengan kemurnian 99,96%. Ini cincin 5,3 kg adalah cukup plutonium untuk digunakan dalam senjata nuklir yang efisien.
Pembentukan 239Pu dari 238U neutron Isotop Termal Elemen
cross section modus waktu paruh peluruhan
U 238 2,7 α 4,47 x 109 tahun
U 239 - β 23 menit
Np 239 - β 2,36 hari
Pu 239 - α 24.110 tahun

Pu-238

Ada sejumlah kecil Pu-238 di reaktor plutonium plutonium-memproduksi biasa. Namun, separasi isotopik akan sangat mahal dibandingkan dengan metode lain: ketika menangkap atom U-235 neutron, waktunya akan diubah ke keadaan tereksitasi U-236. Beberapa-236 inti U bersemangat menjalani fisi, tetapi beberapa pembusukan ke ground state dari U-236 dengan memancarkan radiasi gamma. menangkap neutron lebih lanjut menciptakan U-237 yang memiliki paruh 7 hari dan dengan demikian cepat meluruh untuk Np-237. Karena hampir neptunium semua dihasilkan dengan cara ini atau terdiri dari isotop yang cepat busuk, satu mendapatkan hampir murni Np-237 oleh pemisahan kimia neptunium. Setelah pemisahan kimia, Np-237 lagi diiradiasi dengan neutron reaktor untuk dikonversi menjadi Np-238 yang meluruh untuk Pu-238 dengan waktu paruh 2 hari.
Pembentukan 238Pu dari 235U neutron Isotop Termal Elemen
cross section modus waktu paruh peluruhan
U 235 99 tahun α 703800000
U 5.3 236 23420000 α tahun
U 237 - β 6,75 hari
Np 237 165 (menangkap) 2144000 α tahun
Np 238 - β 2.11 hari
Pu 238 - α 87,7 tahun

Senyawa
Gambar menampilkan warna oksidasi berbagai Pu dalam larutan di sebelah kiri dan warna hanya negara satu oksidasi Pu (IV) di sebelah kanan dalam solusi yang mengandung anion yang berbeda.
Gambar menampilkan warna oksidasi berbagai Pu dalam larutan di sebelah kiri dan warna hanya negara satu oksidasi Pu (IV) di sebelah kanan dalam solusi yang mengandung anion yang berbeda.

Plutonium mudah bereaksi dengan oksigen, membentuk PuO dan PuO2, serta oksida menengah. Ia bereaksi dengan halogen, sehingga menimbulkan senyawa, seperti PuX3 dimana X dapat F, Cl, Br atau aku; PuF4 dan PuF6 juga terlihat. Para oxyhalides berikut diketahui: PuOCl, PuOBr dan PuOI. Ini akan bereaksi dengan karbon membentuk pUC, nitrogen untuk membentuk Pun dan silikon untuk membentuk PuSi2.

Plutonium seperti aktinida lainnya siap membentuk inti dioksida plutonyl (PuO2). Dalam lingkungan, ini inti plutonyl mudah kompleks dengan gugus karbonat serta oksigen lainnya (OH-, NO2-, NO3-, dan SO4-2) untuk membentuk kompleks yang dibebankan dapat segera mobile dengan afinitas rendah untuk tanah.

PuO2 (CO3) 1-2
PuO2 (CO3) 2-4
PuO2 (CO3) 3-6

PuO2 terbentuk dari menetralkan sangat asam larutan asam nitrat cenderung membentuk PuO2 polimer yang tahan terhadap kompleksasi. Plutonium juga siap menggeser valensi antara negara-negara +3, +4, +5 dan +6. Adalah umum untuk beberapa fraksi plutonium dalam larutan untuk ada di semua negara ini dalam keseimbangan.

Alotrop

Sebuah diagram alotrop plutonium pada tekanan ambien
Sebuah diagram alotrop plutonium pada tekanan ambien

Bahkan pada tekanan ambien, plutonium terjadi dalam berbagai alotrop. Alotrop ini sangat berbeda dalam struktur kristal dan densitas, sedangkan α dan δ alotrop berbeda dalam kepadatan lebih dari 25% pada tekanan konstan.

Kehadiran banyak alotrop membuat plutonium mesin sangat sulit, karena perubahan kondisi yang sangat mudah. Alasan untuk diagram fase rumit tidak sepenuhnya mengerti, penelitian terbaru ini difokuskan pada membangun model komputer yang akurat dari fase transisi.

Dalam aplikasi senjata, plutonium sering paduan dengan logam lain (misalnya, fase delta dengan persentase kecil gallium) untuk meningkatkan stabilitas fasa dan dengan demikian meningkatkan workability dan kemudahan penanganan. Menariknya, dalam senjata fisi, gelombang kejut peledak digunakan untuk kompres inti plutonium juga akan menyebabkan transisi dari fase delta plutonium biasa ke tahap alpha padat, secara signifikan membantu untuk mencapai supercriticality.

Isotop

Dua puluh satu radioisotop plutonium telah ditandai. Yang paling stabil adalah Pu-244, dengan paruh 80.800.000 tahun, Pu-242, dengan paruh 373.300 tahun, dan Pu-239, dengan paruh 24.110 tahun. Karena relatif besar hidupnya setengah, jumlah menit Pu-244 dapat ditemukan di alam, Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki umur paruh yang kurang dari 7.000 tahun. Unsur ini juga memiliki delapan negara bagian meta, meskipun tidak ada yang sangat stabil (semua memiliki umur paruh kurang dari satu detik).

Isotop plutonium dalam rentang berat atom dari 228.0387 u (Pu-228) ke 247,074 u (Pu-247). Modus pembusukan utama sebelum isotop yang paling stabil, Pu-244, yang fisi spontan dan emisi alpha, modus utama setelah adalah emisi beta. Produk pembusukan primer sebelum Pu-244 adalah isotop uranium dan neptunium (mengabaikan berbagai inti putri diciptakan oleh proses fisi), dan produk-produk utama setelah adalah isotop amerisium.
Sebuah pellet plutonium-238, bercahaya karena radiasi hitam, digunakan untuk generator termoelektrik radioisotop.
Sebuah pellet plutonium-238, bercahaya karena radiasi hitam, digunakan untuk generator termoelektrik radioisotop.

isotop kunci untuk aplikasi adalah Pu-239, yang cocok untuk digunakan dalam senjata nuklir dan reaktor nuklir, dan Pu-238, yang cocok untuk digunakan dalam generator termoelektrik radioisotop; lihat di atas untuk rincian lebih lanjut. isotop Pu-240 yang mengalami fisi spontan sangat mudah, dan diproduksi ketika Pu-239 terkena neutron. Kehadiran Pu-240 dalam suatu material membatasi potensi bom nuklirnya karena memancarkan neutron secara acak, meningkatkan kesulitan memulai reaksi berantai secara akurat pada saat yang diinginkan dan dengan demikian mengurangi keandalan bom dan kekuasaan. Plutonium yang terdiri dari lebih dari sekitar 90% Pu-239 disebut plutonium senjata-grade; plutonium yang diperoleh dari reaktor komersial umumnya mengandung setidaknya 20% Pu-240 dan plutonium disebut reaktor-kelas.

Pu-240, sedangkan sedikit penting dengan sendirinya, memainkan peran penting sebagai kontaminan dalam plutonium yang digunakan dalam senjata nuklir. Ini spontan fisi pada tingkat tinggi, dan kotoran 1% di Pu-239 akan menyebabkan inisiasi dini tidak dapat diterima reaksi berantai fisi dalam senjata atom jenis senjata (misalnya bom Man diusulkan Tipis), meniup senjata terpisah sebelum banyak materialnya dapat fisi. Pu-240 kontaminasi adalah alasan senjata plutonium harus menggunakan desain ledakan. A% 100 teoritis murni Pu-239 senjata dapat dibangun sebagai perangkat senjata-tipe, tapi mencapai tingkat kemurnian adalah prohibitively sulit. Pu-240 kontaminasi telah terbukti menjadi berkat diramu untuk desainer senjata. Sementara itu menciptakan penundaan dan sakit kepala selama Proyek Manhattan karena kebutuhan untuk mengembangkan teknologi ledakan, kesulitan-kesulitan yang sama saat ini menjadi hambatan untuk proliferasi nuklir. perangkat ledakan juga inheren lebih efisien dan lebih rentan terhadap ledakan disengaja daripada jenis senjata-senjata.

Kewaspadaan

Kebisaan
Bersinar bit panas plutonium dalam kotak, yang telah dibakar karena sifat piroforik plutonium's.
Bersinar bit panas plutonium dalam kotak, yang telah dibakar karena sifat piroforik plutonium's.

Semua isotop dan senyawa plutonium yang beracun dan radioaktif. Sementara plutonium kadang-kadang digambarkan dalam laporan media sebagai "zat yang paling beracun yang dikenal manusia", dari sudut pandang kimia aktual atau keracunan radiologi ini tidak benar. Ketika diambil dalam melalui mulut, plutonium kurang beracun dibandingkan jika dihirup, karena tidak diserap ke dalam tubuh secara efisien ketika ditelan. Departemen Energi AS memperkirakan peningkatan risiko kanker seumur hidup untuk dihirup plutonium sebagai 3 × 10-8 pCi-1. (Ini berarti bahwa menghirup 1 μCi, atau sekitar 2,5 mg plutonium reaktor-kelas diperkirakan meningkatkan risiko seumur hidup seseorang kanker berkembang sebagai akibat dari paparan 3%). Ketika plutonium diserap ke dalam tubuh, senyawa ini dikeluarkan sangat lambat, dengan waktu paruh biologis dari 200 tahun. Dari sudut pandang kimia murni, ini adalah tentang yang beracun seperti timbal dan logam berat lainnya. Tidak mengherankan, rasanya metalik.

Plutonium mungkin sangat berbahaya bila tidak ditangani secara benar. Radiasi alfa itu memancarkan tidak menembus kulit, tapi bisa menyinari organ dalam saat plutonium terhirup atau tertelan. Terutama pada risiko kerangka, di mana kemungkinan akan diserap oleh permukaan tulang, dan hati, di mana ia mungkin akan mengumpulkan dan menjadi terkonsentrasi. Sekitar 0.008 microcuries diserap dalam sumsum tulang adalah dosis maksimum withstandable. Sesuatu yang lebih dianggap beracun. Sangat halus partikel plutonium (pada urutan mikrogram) dapat menyebabkan kanker paru-paru jika dihirup.

Zat lain termasuk risin, tetrodotoxin, botulinum toksin, dan toksin tetanus yang fatal pada dosis (kadang-kadang jauh) di bawah satu miligram, dan lainnya (agen saraf, racun Amanita) berada dalam jangkauan beberapa miligram. Dengan demikian, plutonium tidak biasa dalam hal toksisitas, bahkan oleh inhalasi. Selain itu, zat yang fatal pada jam ke hari, sedangkan plutonium (dan radioactives penyebab kanker lainnya) memberikan peluang peningkatan dekade penyakit di masa depan. Jauh jumlah yang lebih besar dapat menyebabkan keracunan radiasi akut dan kematian jika ditelan atau dihirup, namun, sejauh ini, tidak ada manusia yang dikenal memiliki segera meninggal karena menghirup atau menelan plutonium dan banyak orang memiliki jumlah terukur plutonium dalam tubuh mereka.

Pembuangan kesulitan

Berbeda dengan radioisotop alami seperti radium atau C-14, plutonium diproduksi, terkonsentrasi, dan terisolasi dalam jumlah besar (ratusan ton) selama Perang Dingin untuk produksi senjata. Timbunan ini, maupun tidak dalam bentuk senjata, menimbulkan masalah signifikan karena, tidak seperti agen kimia atau biologis, tidak ada proses kimia dapat menghancurkan mereka. Satu usulan untuk membuang plutonium surplus senjata-kelas adalah untuk mencampurnya dengan isotop radioaktif tinggi (misalnya, menghabiskan bahan bakar reaktor) untuk mencegah penanganan oleh pencuri potensial atau teroris. Lain adalah untuk mencampurnya dengan uranium dan menggunakannya untuk bahan bakar reaktor nuklir (oksida campuran atau pendekatan MOX). Hal ini tidak hanya fisi (dan dengan demikian menghancurkan) banyak Pu-239, tetapi juga mengubah sebagian besar dari sisa ke Pu-240 dan lebih berat isotop yang akan membuat campuran yang dihasilkan berguna untuk senjata nuklir.

Kekritisan potensi

isu Toksisitas samping, perhatian harus diambil untuk menghindari penumpukan jumlah plutonium yang pendekatan massa kritis, terutama karena massa kritis plutonium adalah hanya sepertiga dari uranium-235's. Meskipun tidak dibatasi oleh tekanan eksternal diperlukan untuk senjata nuklir, hal itu tetap akan panas sendiri dan mematahkan apa pun membatasi lingkungan itu masuk Shape relevan; bentuk kompak seperti bola harus dihindari. Plutonium dalam larutan lebih mungkin untuk membentuk massa kritis dari bentuk padat (karena moderasi oleh hidrogen dalam air). Sebuah ledakan senjata nuklir skala tidak sengaja dapat terjadi, karena memerlukan massa sangat superkritis untuk meledak bukan hanya meleleh atau fragmen. Namun, massa yang sedikit kritis akan menyebabkan dosis yang mematikan dan radiasi memang telah melakukannya di masa lalu pada beberapa kesempatan.

Kekritisan kecelakaan telah terjadi di masa lalu, beberapa dari mereka dengan konsekuensi yang mematikan. Ceroboh penanganan bata karbida tungsten sekitar bola plutonium 6,2 kg menghasilkan dosis radiasi mematikan di Los Alamos pada tanggal 21 Agustus 1945, ketika ilmuwan Harry K. Daghlian, Jr menerima dosis diperkirakan 510 Rems (5.1 Sv) dan meninggal empat minggu kemudian. Sembilan bulan kemudian, seorang ilmuwan Los Alamos, Louis Slotin, meninggal karena kecelakaan serupa yang melibatkan reflektor berilium dan inti plutonium yang sama ("inti setan" apa yang disebut) yang telah diklaim sebelumnya kehidupan Daghlian. Insiden ini fiksi dalam film 1989 Fat Man dan Little Boy. Pada tahun 1958, selama proses pemurnian plutonium di Los Alamos, massa kritis dibentuk dalam wadah pencampuran, yang mengakibatkan kematian operator crane. kecelakaan lain semacam ini telah terjadi di Uni Soviet, Jepang, dan banyak negara lain. (Lihat Daftar kecelakaan nuklir.) Kecelakaan Chernobyl 1986 menyebabkan rilis minor plutonium.

Mudah terbakar

plutonium metalik juga merupakan bahaya kebakaran, terutama jika bahan yang halus dibagi. Bereaksi secara kimia dengan oksigen dan air, yang dapat mengakibatkan akumulasi hidrida plutonium, zat piroforik, yaitu bahan yang akan menyala di udara pada suhu kamar. Plutonium berkembang cukup besarnya karena mengoksidasi dan dengan demikian bisa pecah wadahnya. Radioaktivitas bahan bakar merupakan bahaya tambahan. Magnesium-oksida pasir adalah bahan yang paling efektif untuk memadamkan api plutonium. Ini mendinginkan bahan bakar, bertindak sebagai heat sink, dan juga blok dari oksigen. Ada plutonium api-utama dimulai pada Rocky Flats Plant dekat Boulder, Colorado pada tahun 1969. Untuk menghindari masalah ini, tindakan pencegahan khusus yang diperlukan untuk menyimpan atau menangani plutonium dalam bentuk apapun; umumnya suasana inert kering diperlukan.