Jenis-jenis Reactor Nuklir 1. Reaktor Air Ringan (Light Water Reactor, LWR)
1.1.Pressurized Water Reactor (PWR) Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin primer masuk ke dalam bejana tekan reactor pada tekanan tinggi dan temperatur lebih kurang
0
290 C.
Air
bertekanan
dan
bertemperatur tinggi ini bergerak pada selasela batang bahan bakar dalam perangkat bahan bakar ke arah atas teras sambil mengambil panas dari batang bahan bakar, 0
sehingga temperaturnya naik menjadi sekitar 320 C. Air pendingin primer ini kemudian disalurkan ke perangkat pembangkit uap (lewat sisi dalam pipa pada perangkat pembangkit uap), di perangkat ini air pendingin primer memberikan energi panasnya ke air pendingin sekunder (yang ada di sisi luar pipa pembangkit uap) sehingga temperaturnya naik sampai titik didih dan terjadi penguapan. Uap yang dihasilkan dari penguapan air pendingin sekunder tersebut kemudian dikirim ke turbin untuk memutar turbin yang dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator listrik akan menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin p rimer yang ada dalam bejana reaktor dengan temperatur 320 oC akan mendidih jika berada pada tekanan udara biasa (sekitar satu atmosfer). Agar pendingin primer ini tidak mendidih, maka sistem pendingin primer diberi tekanan hingga 157 atm. Karena adanya pemberian tekanan ini maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan atau bejana tekan reaktor. Pada reaktor tipe PWR, air pendingin primer yang membawa unsur-unsur radioaktif dialirkan hanya sampai ke pembangkit uap, tidak sampai turbin.
1.2.Reaktor Air Didih ( Boiling Water Reactor, BWR) Pada
reaktor
BWR
hanya
terdapat satu sirkuit aliran pendingin yang bertekanan rendah (sekitar 75 atm)
sehingga
aliran
pendingin
tersebut dapat mendidih di dalam teras mencapai suhu 285ºC. Reaksi fisi pada
reaktor
menghasilkan
energi
panas yang mendidihkan air yang kemudian menjadi uap. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju perangkat pemisah dan pengering uap yan g terletak di atas teras kemudian menuju turbin. Karena air yang berada di sekitar teras selalu mengalami kontaminasi oleh peluruhan radionuklida, maka turbin harus diberi perisai dan perlindungan radiasi sewaktu masa pemeliharaan. Kebanyakan zat radioaktif yang terdapat pada air tersebut beumur paro sangat singkat, misalnya N-16 dengan umur paro 7 detik sehingga ruang turbin dapat dimasuki sesaat setelah reaktor dipadamkan. Uap tersebut kemudian memasuki turbin-generator. Setelah turbin digerakkan, uap diembunkan di kondenser menjadi aliran pendingin, kemudian dipompa ke reaktor dan memulai siklus kembali seperti di atas.
2. Reaktor Air Berat ( H eavy Water Reactor, H WR )
2.1.
Reaktor Air Berat Tekan ( Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR)
Canadian Deuterium Uranium Reactor (CANDU) adalah suatu PLTN yang tergolong pada tipe reaktor pendingin air berat tekan dengan pipa tekan. Reaktor ini
merupakan reaktor air berat yang banyak digunakan. Bahan bakar yang digunakan adalah uranium alam. Moderator reaktor CANDU terletak pada tangki besar yang disebut calandria, yang disusun oleh tabung-tabung bertekanan horisontal yang digunakan sebagai tempat bahan bakar. Kalandria adalah silinder "shell and tube" yang diletakkan secara horisontal, di dalamnya terdapat pipa-pipa tekan dan batang kendali. Kalandria terdiri dari tangki yang diisi dengan air berat sebagai moderator neutron, di dalamnya terdapat pipa tekan dalam jumlah besar yang disusun berbentuk kisi bujur sangkar. Pipa tekan ini menembus dua penutup tangki kalandria, dan di dalam pipa tekan ini diletakkan beberapa perangkat bahan bakar (panjang perangkat ± 50 cm, panjang kalandria ± 5 meter) yang disusun secara horisontal. Dalam kalandria, moderator dan pendingin tidak bercampur. Moderator air berat berada di ruang antara pipa-pipa tekan, sedangkan pendingin berada dalam pipa tekan. Jadi moderator (air berat) dan pendingin (air biasa) dipisahkan oleh dinding pipa tekan. Bahan yang dipakai untuk dinding kalandria dan pipa tekan adalah bahan yang tidak banyak menyerap neutron yaitu logam paduan zirkalloy-2. Untuk menjaga jarak antara tabung tekan dan dinding kalandria terdapat "spacer" yang diisi oleh gas karbondioksida untuk isolasi termal. Pada sistem pengendalian reaktivitas, selain sistem pengendalian pada waktu operasi normal dan waktu memadamkan reaktor, terdapat dua sistem pengendalian darurat yang saling terpisah, yaitu pengendalian darurat dengan batang kendali dan injeksi cepat racun reaksi fisi (zat yang menghambat reaksi fisi ) ke dalam moderator neutron (air berat). Semua sistem ini berada dalam daerah moderator di dalam kalandria yang dapat dioperasikan pada temperatur dan tekanan ruang sehingga keandalannya menjadi tinggi. Energi panas dari teras reaktor diambil oleh sistem pendingin primer yang mengalir dalam pipa tekan. Pipa-pipa tekan dalam kalandria dibagi menjadi dua kelompok, masing-masing kelompok menjadi bagian dari untai pendingin yang saling terpisah. Setiap untai mempunyai dua pembangkit uap dan dua pompa pendingin primer. Dalam kalandria, dua kelompok pipa tekan ini dipilih sedemikian sehingga dua pipa tekan yang saling berdekatan bergabung dalam kelompok berbeda dan aliran pendingin di dalamnya bergerak dengan arah berlawanan, dengan demikian arah aliran pendingin primer akan
membentuk seperti angka 8. Dengan sistem pendingin primer seperti diuraikan di atas, jalur pemipaan menjadi lebih efisien, dapat menghemat perlengkapan maupun kapasitas air berat dan kesetimbangan panas teras menjadi l ebih efisien. Perangkat bahan bakar dengan panjang 50 cm, tersusun dari 28 batang (pada pengembangan berikutnya menjadi 37 batang) bahan bakar yang disusun secara konsentris berlapis. Batang-batang bahan bakar ini diikat dengan las pada kedua ujung perangkat dengan piringan penopang. Batang bahan bakar terbuat dari kelongsong zirkalloy-4 yang diisi dengan pelet bahan bakar uranium (alam) oksida. Dengan berhasilnya pengembangan bahan bakar baru, bagian dalam kelongsong dapat dilapisi dengan grafit (CANLUB), sehingga bahan bakar menjadi lebih tahan terhadap perubahan daya yang drastis pada saat penggantian bahan bakar sewaktu reaktor beroperasi. 2.2.Reaktor Air Berat Pendingin Gas ( Heavy Water Gas Cooled Reactor, HWGCR) HWGCR atau sering dibalik GCHWR adalah suatu tipe reaktor nuklir yang menggunakan air berat sebagai bahan moderatornya, sehingga pemanfaatan neutronnya optimal. Gas pendingin dinaikkan temperaturnya sampai pada tingkat yang cukup tinggi sehingga efisiensi termal reaktor ini dapat ditingkatkan. Tetapi oleh karena persoalan pengembangan bahan kelongsong yang tahan terhadap temperatur tinggi dan paparan radiasi lama belum terpecahkan hingga sekarang, maka pada akhirnya di dunia hanya terdapat 4 reaktor tipe ini. Di negara Perancis reaktor tipe ini dibangun, tetapi sebagai bahan kelongsong tidak digunakan berilium melainkan stainless steel.
Reaktor
3.
Cepat
( Fast
Reactor, F R ), Reaktor Pembiak Cepat
(L iqu id M etal F ast Br eeder Reactor, L M F B R)
Seperti tersirat dalam nama tipe reaktor
ini,
dihasilkan kecepatan
neutron
dari
reaksi
tinggi
cepat fisi
yang dengan
dikondisikan
sedemikian rupa sehingga diserap oleh uranium-238 menghasilkan plutonium-239. Dengan kata lain di dalam reaktor dapat dibiakkan (dibuat) unsur plutonium. Rapat daya dalam teras reaktor cepat sangat tinggi, oleh karena itu sebagai pendingin biasanya digunakan bahan logam natrium cair atau logam cair campuran natrium dan kalium (NaK) yang mempunyai kemampuan tinggi dalam mengambil panas dari bahan bakar. Konstruksi reaktor pembiak cepat terdiri dari pendingin primer yang berupa bahan logam cair mengambil panas dari bahan bakar dan kemudian mengalir ke alat penukar panasantara (intermediate heat exchanger ), selanjutnya energi panas ditransfer ke pendingin sekunder dalam alat penukar panas-antara ini. Kemudian pendingin sekunder (bahan pendingin adalah natrium cair atau logam cair natrium) yang tidak mengandung bahan radioaktif akan mengalir membawa panas yang diterima dari pendingin primer menuju ke perangkat pembangkit uap, dan memberikan panas ke pendingin tersier (air ringan) sehingga temperaturnya meningkat dan mendidih (proses pembangkitan uap). Uap yang dihasilkan selanjutnya dialirkan ke turbin untuk memutar generator listrik yang dikopel dengan turbin. Komponen sistem primer dari reaktor pembiak cepat terdiri dari bejana reaktor, pompa sirkulasi primer, alat penukar panas-antara. Komponen ini dirangkai oleh pipa penyalur pendingin membentuk suatu untai (loop), karena itu reaktor seperti ini digolongkan dalam kelas reaktor untai. Apabila seluruh komponen sistem primer di atas semuanya dimasukkan ke dalam bejana reaktor, maka reaktor pembiak cepat seperti ini digolongkan dalam kelas reaktor tangki atau reaktor kolam. Contoh reaktor pembiak cepat tipe reaktor untai adalah reaktor prototipe Monju di Jepang, sedangkan untuk tipe reaktor kolam adalah reaktor Super Phenix di Perancis yang sudah menjadi reaktor komersial. Reaktor Cepat Eropa ( Europian Fast Reactor, EFR) yang secara intensif
dikembangkan oleh negara-negara Eropa diharapkan akan mulai masuk pasar komersial pada tahun 2010.
4. Reaktor Grafit
4.1.Reaktor Pipa Tekan Air Didih Moderator Grafit ( Light Water Gas-cooled Reactor,LWGR) Reaktor ini tidak menggunakan tangki kalandria (berisi air berat) seperti reaktor tipe SGHWR tetapi menggunakan grafit sebagai moderator, oleh karena itu dimensi reaktor menjadi besar. Sekitar 1700 buah pipa tekan menembus susunan blok grafit. Di dalam pipa tekan diisi batang bahan bakar di mana di sekelilingnya mengalir air ringan yang mengambil panas dari batang bahan bakar sehingga mendidih. Uap yang terbentuk dikirim ke turbin pembangkit listrik untuk memutar turbin dan membangkitkan listrik. Salah satu reaktor tipe ini yang terkenal karena mengalami kecelakaan adalah reaktor Chernobyl No.4 yang merupakan reaktor tipe RBMK-1000. Salah satu kegagalan desain pada reaktor tipe RBMK yang dianggap sebagai kambing hitam terjadinya kecelakaan Chernobyl adalah tidak tersedianya bejana pengungkung reaktor.
4.2.Reaktor Pendingin Gas Suhu Tinggi (High Temperatur Gas-cooled Reactor, HTGR) Reaktor ini menggunakan gas helium sebagai pendingin. Karakteristika menonjol yang unikdari reaktor HTGR ini adalah konstruksi teras didominasi bahan moderator grafit, temperature operasi dapat ditingkatkan menjadi tinggi dan efisiensi pembangkitan listrik dapat mencapai lebih dari 40 %. Terdapat 3 bentuk bahan bakar dari HTGR, yaitu dapat berupa: (a) Bentuk batang seperti reaktor air ringan (dipakai di reaktor Dragon dan Peach Bottom); (b) Bentuk blok, di mana di dalam lubang blok grafit yang berbentuk segi enam di masukkan batang bahan bakar (dipakai di reaktor Fort St. Vrain, MHTGR, HTTR); (c) Bentuk bola (peble bed), di mana butir bahan bakar bersalut didistribusikan dalam bola grafit (dipakai di reaktor AVR, THTR-300).
4.3.Reaktor Pendingin Gas Maju ( Advanced Gas-cooled Reactor, AGR) Advanced Gas-Cooled Reactor (AGR) merupakan reaktor generasi kedua dari reaktor berpendingin gas yang dikembangkan Inggris. AGR merupakan pengembangan dari reaktor Magnox. Reaktor ini menggunakan grafit sebagai moderator netron, CO2 sebagai pendingin dan bahan bakarnya adalah pelet Uranium oksida yang diperkaya 2,5%-3,5% yang dikungkung di dalam tabung stainless steel. Gas CO2 yang mengalir di teras mencapai suhu 650°C dan kemudian memasuki tabung generator uap. Kemudian uap yang memasuki turbin akan diambil panasnya untuk menggerakkan turbin. Gas telah kehilangan panas masuk kembali ke teras.
4.4.Reaktor Pendingin Gas (Gas-cooled Reactor, GCR) Reaktor Magnox merupakan reaktor tipe lama dengan siklus bahan bakar yang sangat singkat (tidak ekonomis), dan dapat menghasilkan plutonium untuk senjata nuklir. Reaktor ini dikembangkan pertama sekali di Inggris dan di Inggris terdapat 11 PLTN dengan menggunakan 26 buah reaktor Magnox ini. Sampai tahun 2005 ini, hanya tinggal 4 buah reaktor Magnox yang beroperasi di Inggris dan akan didekomisioning pada tahun 2010. Reaktor Magnox menggunakan CO2 bertekanan sebagai pendingin, grafit sebagai moderator dan berbahan bakar Uranium alam dengan logam Magnox sebagai pengungkung bahan bakarnya. Magnox merupakan nama dari logam campuran yaitu dengan logam utama Magnesium dengan sedikit Aluminium dan logam lainnya, yang digunakan sebagai pengungkung bahan bakar logam Uranium alam dengan penutup yang tidak mudah teroksidasi untuk menampung hasil fisi.
5. Reaktor berpendingin logam cair
Pada reaktor nuklir jenis reaktor cepat (reaktor ep at), air tidak dapat digunakan sebagai pendingin reaktor karena air bersifat memoderasi neutron sehingga neutron cepat menjadi neutron thermal, oleh karena itu diperlukan pendingin yang mempunyai karakteristik yang berbeda
dengan air. Pendingin logam cair selama ini sudah digunakan untuk reaktor cepat, diantaranya adalah Sodium, NaK, timbal, lead-bismuth eutectic dan dalam waktu dekat mercury juga akan digunakan sebagai pendingin reaktor jenis ini. Beberapa reaktor berpendingin logam cair diantaranya adalah Sodium-cooled fast reactor, lead-cooled fast reactor . 6. Reaktor berpendingin gas (HTGR)
HTGR merupakan salah satu jenis reaktor nuklir yang menggunakan gas inert yang disirkulasi sebagai pendingin reaktor, gas helium sering digunakan sebagai pendingin reaktor pada desain reakto temperatur tinggi, pada awalnya gas karbon dioksida juga digunakan dalam desain PLTN generasi sebelumnya di Inggris dan Perancis. Gas nitrogen juga digunakan dalam desain reaktor PLTN, gas yang dihasilkan sangat bervariasi tergantung jenis reaktornya.
Beberapa
reaktor
yang
menggunakan
pendingin
nitrogen
dapat
menggerakkan turbin gas secara langsung dari tekanan gas panas yang dihasilkan tanpa melalui sistem penukar panas (heat exchanger ) untuk menghasilkan uap panas yang diperlukan untuk menggerakkan turbin uap. Namun beberapa jenis reaktor berpendingin nitrogen dengan desain lama memerlukan heat exchanger untuk menghasilkan uap yang diperlukan untuk menggerakkan turbin uap.
7. Reaktor berpendingin garam cair
Molten Salt Reactors, MSR merupakan salah satu jenis reaktor yang menggunakan garam cair sebagai pendinginnya, khususnya campuran flouride
salts FLiBe. MSR beroperasi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur operasi reaktor berpendingin air, namun tekanan yang digunakan hampir sama dengan tekanan atmosfer, sehingga reaktor jenis ini dapat menekan tekanan mekanik yang bekerja pada system, sehingga aspek keselamatannya dapat meningkat. Oleh karenanya reaktor jenis ini mempunyai kemungkinan biaya konstruksi dan operasinya lebih murah dibandingkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar batu bara.
