Bagaimana reaktor nuklir bekerja dan kemana sampah harus dibuang

Reaktor nuklir menjadi pembangkit listrik nuklir paling efisien.

Setidaknya tidak menimbulkan banyak polusi, bahan bakar yang kecil dan dapat menghasilkan tenaga listrik amat besar.
Bahan bakar yang kecil dari plutonium , walau konstruksi pembangkit menjadi sangat mahal untuk faktor keamanan.

Awalnya pembangkit nuklir disebut sebagai energi bersih, murah, dengan sedikit bahan bakar tapi menghasilkan energi listirk sangat besar.
Sebagian besar negara maju mengunakan pembangkit listrik nuklir, sekarang mereka kerepotan memikirkan kemana sampah bahan bakar yang dipakai harus dibuang.

Menyalakan reaktor, menabrakan neutron ke atom uranium 235. Ada neutron ekstra isotop uranium 236 yang tidak stabil terbelah dalam seketika.
Pemisahan tersebut menghasilkan panas, lalu menjadi energi. 2 neutron lain melanjutkan proses yang disebut reaksi berantai.
Proses pemisahan tersebut adalah fisi.
Neutron yang menabrak disebut bahan start, dari elemen Californium 252 atau Plutonium 238. Elemen dimasukan bersama ke bahan reaktor baru.
Bahan yang dimasukan akan bekerja selama 18 -24 jam sampai plutonium sendiri mulai melemah. Lalu diganti dengan cadangan baru.

Reaktor nuklir tidak sebersih yang dibayangkan, karena sisanya akan rumit di netralisir.
Bukan hitungan hari tahun tapi ribuan tahun sampah tetap mengandung radioaktif berbahaya

Tingkat efisien reaktor nuklir sangat tinggi, hanya membutuhkan 27 ton bahan bakar uranium 235 atau uranium 238, untuk menghasilkan energi 1000MWatt pertahun. Dengan bahan yang sangat sedikit tapi menghasilkan energi luar biasa besar dengan panas konstan di dalam reaktor dan mengerakan mesin generator listrik.

Pembangkit batu bara membutuhkan setidaknya 2.400.000 ton untuk menghasilkan energi yang sama. Jadi sangat jauh berbeda, antara 2 truk bahan bakar nuklir berbanding ratusan ribu truk untuk membawa batu bara.

Tetapi di balik kemampuan tersebut, banyak dampak radioaktif yang dihasilkan.
Radiasi gamma yang intensif, radiasi lain seperti X-ray, partikel Alpha dan Beta

Satu pembangkit listrik akan menjalankan reaktor selama 18 bulan.
Lalu di shut down, untuk menganti bahan bakar, perawatan dan kembali dinyalakan.

Tanpa perlindung, apapun yang ada di dekat reaktor akan terkena radioaktif mematikan.

Konstruksi rawan gempa menjadi resiko terbesar bila ruang reaktor terjadi kebocoran sampai mencemari lingkungan seperti air tanah.

Selesai dipakai, kontruksi bangunan dan konstruksi pembangkit tidak digunakan tapi tidak bisa dibuang begitu saja ke tempat sampah atau dipendam tanpa perlindungan.

Sekitar 1 tahun sisa plutonium yang digunakan, sisa panas batangan akan turun dari tingkat 10 ke 1.

Tapi batang urainum tetap saja sangat panas dan perlu di dinginkan baik aktif maupun pasif setelah beberapa tahun kemudian.
Setidaknya sampai 40-50 tahun setelah batang plutonium dikeluarkan, ada proses dari penghangatan, dan sisa batang plutonium masih panas dan pastinya radioaktif.





Bahan radioaktif tingkat tinggi yang sudah habis terbakar (dipakai), dipindah ke tempat kolam khusus untuk sementara waktu di dinginkan.

5 tahun setelah itu baru dipindah dan dimasukan ke dalam tong khusus atau disebut penyimpan kering dengan sirkulasi udara berdinding beton.

Berapa panas yang dibutuhkan untuk reaktor nuklir, ternyata hanya 300 derajat Celcius dari batang uranium.
Membuat air mendidih menjadi uap, uap mendorong turbin atau mengerakan steam generator.
Setelah menjadi bahan bakar dan memanas, disitulah bahaya dimulai.

Selama pembakaran, uranium 235 dengan bentuk batang logam.
Sebelum menjadi bahan bakar (dimasukan ke tabung reaktor) hanya menghasilkan sedikit radioaktif bahkan dapat ditangani tanpa pelindung.

Tetapi setelah digunakan dan proses fisi nuklir, 2 hal terjadi pada uranium.

Atom uranium terpecah menciptakan energi panas untuk pembangkit listrik.
Dan fisi juga menghasilkan isotop radioaktif yang lebih ringan Cesium 137, dan Strontium 90 yang disebut produksi fisi.
Beberapa atom urainium juga menangkap neutron yang dihasilkan selama fisi.





Atom atom tersebut membentuk unsur lebih berat seperti plutonium, dan radioaktifnya tetap bertahan sampai 1000 tahun. Dan paruh waktu plutonium 239 memiliki waktu 24 ribu tahun. Jadi 24 ribu tahun urusan dengan plutonium dari sisi bahan bakar pembangkit jenis ini belum selesai.

Contoh bahan sampah yang dikeluarkan 10 tahun kemudian dari tempat penyimpanan reaktor sementara
Dosis radiasi masih mencapai 10.000 rem perjam. Jauh lebih besar bagi daya tahan tubuh manusia, karena tubuh manusia saja sudah fatal bila menerima sekaligus radiasi setingkat 500 rem.

Setelah menjadi sampah karena tidak lagi menghasilkan panas yang cukup.
Batangan tersebut dikeluarkan.
Disinilah masalah kedua dimulai, mau di buang ke mana ?

Ilmuwan masih mengembangkan 2 energi nuklir antara fisi yang sekarang mulai di tinggalkan dan fusi sebagai generasi kedua.

Keduanya berbeda, sementara yang ada saat ini adalah fisi nuklir yang digunakan di reaktor pembangkit nuklir dan masih bekerja.

Perbedaan fisi nuklir dan fusi nuklir untuk masa depan

Energi terbarukan sudah dibangun, tapi tetap diperlukan reaktor yang baru tapi aman.
Masih tahap pengembangan adalah fusi nuklir, teknologi tersebut berbeda dengan fisi nuklir yang kita kenal pembangkit nuklir.

Fisi nuklir adalah energi nuklir seperti pembangkit komersil yang ada saat ini.

Energi panas yang tidak terlalu besar, digunakan untuk memanaskan cairan untuk pengerak turbin listrik.
Reaktor fisi nuklir tidak dapat di nonaktifkan begitu saja. Batang plutonium akan terus menghasilkan panas.

Tapi dampak paling berbahaya dari sampah bahan bakar yang radioaktif dari sisa pembakaran plutonium.
Energi fisi harus tetap di dinginkan ketika reaktor bekerja.

Fusi nuklir adalah energi fusi seperti cara kerja matahari.
Fusi nuklir adalah energi masa depan sebagai penganti reaktor tapi jauh berbeda dengan fisi nuklir.

Reaktor berukuran kecil disebut Tokamak, memiliki bentuk silinder.
Di dalam reaktor menimbulkan gas plasma yang sangat panas, mencapai jutaan derajat Celcius.

Panas tersebut digunakan untuk pembangkit energi listrik, dan panas hanya berada di dalam reaktor Tokamak saja.
Reaktor terlindung dengan magnit energi tinggi, agar plasma yang suhunya amat tinggi tidak merusak dinding reaktor.

Walau sangat panas, relatif memiliki tingkat bahaya sangat rendah dan tidak menimbulkan radiasi serperti fisi nuklir.
Ketika reaktor dimatikan dan tidak ada plasma di tabung reaktor, urusannya sudah selesai.
Seperti mematikan lampu, maka reaktor aman aman saja. Tidak terjadi panas liar seperti reaktor fisi nuklir.

Kesulitan saat ini dengan fusi nuklir adalah menahan plasma yang sangat panas tersebut tidak liar keluar, ilmuwan masih mencari cara paling efisien untuk menjaga plasma super panas berada di tabung reaktor sementara memanaskan cairan dan mengerakan turbin listrik.

Sejauh ini beberapa laboratorium kerja sama antar negara telah berhasil menyalakan reaktor Tokamak. Walau hanya mengaktifkan reaktor selama puluhan detik.
Biaya pembuatan satu reaktor percobaan fusi nuklir sementara membutuhkan banyak para ahli dan dukungan dana dari beberapa negara.
Fusi nuklir sampai saat ini hanya uji coba, dan diaktifkan dalam hitungan detik untuk melihat perilaku plasm di dalam reaktor Tokamak.

Reaktor fusi nuklir menjadi harapan terakhir kata peneliti, sebagai pembangkit energi paling aman dan tidak menimbulkan bahaya signifikan.
Walau ilmuwan belum memastikan kapan reaktor fusi nuklir dapat komersil, mengingat sampai saat belum dapat di operasikan secara komersil.

Cerita pembuangan sampah reaktor nuklir.

2019 November Update
Nasib sampah reaktor nuklir ternyata membutuhkan waktu puluhan ribu tahun sampai benar benar aman dan tidak mempengaruhi mahluk hidup.
Walau Radiasi akan turun sampai batas cukup aman setelah seratus tahun ke depan.

Kasus Chernobyl tidak dapat ditinggali setidaknya sampai 20000 tahun kedepan di sekitar lokas yang sementara sudah di tutup dengan besi baja.
Sampai berapa tahun radiasi disana sampai benar benar menghilang, tidak ada yang tahu.
Mungkin 1 juta tahun untuk menurunkan tingkat radioaktif tinggi menjadi radiasi yang dapat diabaikan..

Selama masa tersebut, radioaktif dari sampah nuklir berbahaya bagi manusia.
Bagaimana menyimpan bahan radioaktif tetap aman, inipun menjadi masalah baru dan tidak semudah mengatakannya.

Cerita dari pembangkit nuklir di Jerman akan menutup semua pembangkit reaktor nuklir, tetapi nanti.

Setelah melihat dampak di Fukushima Jepang, rencana di tahun 2022 negara Jerman tidak lagi mengoperasikan pembangkit reaktor nuklir. Dan menganti dengan cadangan pembangkit turbin angin.

Bagaimana dengan sampah yang tidak terpakai sebelumnya, ceritanya belum selesai walau nanti sudah tidak ada reaktor nuklir aktif. CNN

Profesor Miranda Schreurs bagian dari tim ditugaskan mencari lokasi penyimpanan sampah nuklir yang aman di Jerman.
Sekitar 2.000 kontainer limbah radioaktif tingkat tinggi nantinya harus disimpan di tempat yang amat sangat aman.
Syarat untuk menyimpan sisa sampah reaktor : harus berada di batuan padat, tanpa adanya aliran air tanah, mampu bertahan dari kerusakan gempa bumi yang tidak merusak ruang pelindung dan mencegah kebocoran kontainer

Miranda bertugas menangani pengolahan sampah nuklir dari pembangkit di Jerman. Mulai dari mengeluarkan bahan yang tidak terpakai dengan aman dari pabrik pembangkit listrik.

Transportasi yang aman, membungkus dengan bahan yang aman. Dan memberitahukan bagi manusia di masa depan sampai 1000 tahun ke depan, bahwa disini telah dikubur sampah nuklir yang amat sangat berbahaya.

Sampai tahun 2019, Jerman masih memiliki 7 pembangkit yang masih bekerja.

Dari pemilihan puluhan tempat yang ada untuk dijadikan tempat sampah limbah nulir, semuanya hanya dirancang untuk menampung limbah sementara dalam beberapa dekade ke depan kata Miranda ketua kebijakan lingkungan dan iklim universitas teknik Munich.

Bentuk sampah bekas pembakaran bahan bakar nuklir masih berbentuk batangan, dan ditutup ke sebuah tabung. Jika ada yang membuka, maka manusia tamat seketika.
Jadi sampah paling beresiko tinggi disimpan untuk sementara waktu, sampai ditemukan tempat paling aman dan permanen.

Setelah dikeluarkan, batang plutonium bekas masih cukup panas, dan sulit diangkut dengan aman.
Jadi batangan pada tahap awal akan ditampung dalam sebuah wadah sampai mendingin dalam beberapa tahun.
Walau penyimpanan membutuhkan waktu sampai 10 tahun sampai benar benar lebih dingin.

Untuk menyimpan sampah radioaktif, tempat teraman menyimpan seharusnya berada 1 km dibawah tanah.

Rencana tempat sampah permanen akan berjalan jangka panjang, dan baru selesai dalam 100 tahun ke depan.

Dibawah ini rencana Jerman untuk membuang sampah nuklir.
Tahun 2020-2022 semua pembangkit nuklir akan ditutup, dan dialihkan dengan energi terbarukan.
Tahun 2031 akhir penentuan lokasi pembuangan untuk sampah radioaktif tingkat tinggi.
Tahun 2050 konstruksi penyimpanan diharapkan selesai
Tahun 2090-2100 selesai memindahkan semua sampah radioaktif.
Tahun 2130 - 2170 dimulai pemindahan ke satu lokasi dan proses penutupan selamanya

Pembangkit listrik di Jerman dimulai tahun 1960an, tapi yang bekerja penuh adalah reaktor HTGR dengan 300MWe pada tahun 1985.
Pada Maret 2011, 8 pembangkit beresiko dari 17 pembangkit yang telah ada dihentikan beroperasi. Melihat kasus kebocoran pembangkit nuklir di Jepang.

Itulah rencana Jerman untuk membuang sampah dari pembangkit listrik nuklir mereka. Urusan negara memiliki pembangkit nuklir ternyata ceritanya menjadi sangat panjang.

Tahun 2027 satu tempat di Jerman menyimpan di terowongan dibuat dan diperkirakan dapat aman disana sampai 300 ribu tahun kedepan untuk sampah nuklir tingkat rendah dan menengah.

Apa yang dimaksud dengan sampah nuklir tingkat rendah dan menengah.

Tingkar radiasi tingkat rendah dan menengah yang dimaksud adalah bagian puing konstruksi.
Bukan bagian dari sisa bahan bakar yang paling berbahaya, karena mengandung radiasi sangat tinggi.

Di bagian atas tambang memiliki lapisan tanah liat, yang dapat mencegah air tanah masuk ke ruang penyimpanan.
Biaya pembuatan terowongan sekitar 4,2 miliar euro, jadi biayanya memang luar biasa untuk urusan sampah yang satu ini.



Negara Finlandia lebih beruntung. Memiliki 4 pembangkit listrik nuklir, disana terdapat tempat ideal dengan batuan granit untuk dijadikan penyimpanan wadah alami dengan aman.

Jerman tidak. Sementara limbah disimpan di area batu garam seperti bekas tambang, batu lempung dan granit kristal.

Bekas tambang garam di Asse dan Morsleben Jerman Timur sementara menjadi tempat untuk sampah nuklir tingkat rendah dan menengah sejak tahun 1960 dan 70an. Sekarang harus ditutup, karena proyek jutaan dolar sebelumnya gagal memenuhi standar keamanan.

Setidaknya lebih dari 400 pembangkit nuklir ada di seluruh dunia. Dan beberapa akan mendekati masa akhir operasinya.
Kecuali China, masih membangun pembangkit nuklir bersamaan dengan pembangkit energi listrik terbarukan.

Masalah lebih penting, bukan bagian reaktor yang harus disimpan dengan baik.
Tetapi kemana harus membuang limbah konstruksi dari sekitar reaktor, termasuk metal bekas pabrik yang sudah tidak terpakai dipastikan terkena bahan radioaktif.
Beruntung negara jerman dalam posisi unik, karena mengetahui berapa jumlah limbah yang mereka miliki.

Negara yang harus menyiapkan tempat penampungan limbah dari bekas pembangkit nuklir.




Bentuk kontainer untuk sampah nuklir
Setiap negara memiliki aturan dan disain berbeda untuk pelindung bekas pakai dari batang plutonium bekas pembangkit listrik nuklir.

Disain kontainer dari luar terlihat seperti drum besar. Di dalamnya terdapat pelindung anti bocor, drum dapat dibawa untuk pemindahan.
Bagian dalam dan luar dibuat dengan baja, dengan ruang penahan dari konsentrat dinding semen.

Satu tong dapat menyimpan sekitar 50 unit bahan bakar dengan gas inert.
Tingkat radiasi terbagi antara tingkat rendah, sedang dan tinggi.

Sebagian dapat di daur ulang untuk menurunkan radiasi isotof. Seperti ILW, LLW dan terendah VLLW. Beberapa sampah pembangkit ada yang masuk di bagian sedang dan rendah.

Hanya bagian HLW atau tingkat tinggi tidak dapat di daur ulang, setelah dikeluarkan akan menghasilkan panas dan membutuhkan pendinginan lebih lama.






Jadi tidak heran bila ada demo di satu wilayah, yang menentang tempat tinggal mereka di jadikan tempat penampungan limbah nuklir. Walau yang dibuang hanya material dari radiasi tingkat menengah.

Kontainer hanya ditempatkan di lahan kering untuk sementara waktu di dinginkan. Banyak pemerintah kota dan warga khawatir bila terjadi satu kebocoran di kontainer.

Dari GE HItachi, data tahun 2015. Telah menyisikan dana untuk pengelola dan membuang bahan bakar bekas sekitar 100 miliar dollar atau sekitar 1000 trilium.
51 miliar dollar di Eropa, 40 miliar di Amerika dan 6,2 miliar di Kanada.

2014 Oktober
Dari video BBC menceritakan bagaimana cara kerja reaktor nuklir

Seperti memasak air, uap panas akan mengalir naik dari ketel, tekanan dari ketel dialirkan ke turbin pembangkit. Seperti pembangkit tenaga uap, sebuah boiler dimasukan air dan dipanaskan. Dari panas menghasilkan uap bertekanan tinggi dan mendorong mesin turbin listrik.



Demikian cara kerja reaktor nuklir. Air dipanaskan dengan tungku reaktor nuklir. Air dipanaskan sampai suhu 300 derajat lebih. Di bagian dalam reaktor terdapat dimasukan palet uranium seperti dibawah ini.

Ketika uranium bereaksi, mereka akan terpisah dengan cepat dalam bentuk atom. Ketika atom begitu cepat terpental akan menghasilkan energi panas disekitar. Penyebabnya dari reaksi neutron yang memecahkan diri.



Ukuran pelet plutonium



Tentu saja cara kerja reaktor nuklir tidak seperti memasak air di dalam ketel. Sekitar 450 reaktor nuklir di 30 negara dibangun untuk menghasilkan listrik.

Sebuah pembangkit reaktor nuklir memiliki radiasi yang membahayakan, dan dibuat tertutup. Video lengkap tentang cara kerja reaktor nuklir dari BBC dibawah ini.



Beruntung Indonesia masih membuat wacana untuk membangun pembangkit nuklir.
Pada Juni 2007 rencana pembangunan di demo di Jawa Tengah dan meminta pemerintah membatalkan.

Baterai Betavolt BV100 dapat menyimpan energi selama 50 tahun, tidak perlu di charge ulang. Pengembangan baterai dari limbah nuklir yang disebut baterai berlian dapat bekerja ribuan tahun. Mengurangi limbah nuklir dan memanfaatkan radiasi menjadi energi

Energi terbarukan panel solar cell menciptakan sampah baru dalam 30 tahun mendatang. Setelah usia pakai, panel surya diganti untuk memaksimalkan energi. Tantangan mendaur ulang sampah elektronik, dapat mengurangi elemen langka. Sampah masa depan menjadi ekonomi baru dengan menciptakan barang baru

Pabrik semen memerlukan pemanas, dimana campuran dipanaskan sampai 1400 derajat Celcius. Membuat emisi karbon nomor 3 dibanding emisi 2 negara terbesar penyumbang emisi karbon terbesar. Sekarang ada alternatif membuat semen lebih ramah lingkungan, tidak total menghilangkan emisi karbon. Beberapa inovasi teknologi sudah ditampilkan. Solusi lain dari MIT dengan sinar matahari.

Bumi mendapatkan suhu dari matahari. Tanpa cahaya yang cukup, bumi akan membeku. Bagaimana suhu bumi menjadi ideal, setidaknya sementara. Tetapi mengapa Bumi semakin panas, apa penyebabnya penjelasan dalam sain yang mudah di mengerti.

Cahaya UV dari matahari dapat mencapai permukaan bumi. 95% radiasi ultra-violet adalah tipe UV-A dimana dapat merusak lensa mata. UV_B yang beresiko menganggu mata. UV-C lebih berbahaya tapi tidak menembus permukaan Bumi. Kulit juga terkena dampak radiasi sinar UV, membuat keriput tapi bagaimana terjadinya.

Vattenfall membuat turbin angin dengan 3 kipas dengan panjang 80 meter untuk satu kipas. Dengan panjang rotor mencapai 164 meter dan dibutuhkan tempat untuk pemasangan sampai ketinggian 187 meter. Satu putaran cukup untuk listrik satu rumah seharian

Kopi memiliki kandungan fosfor, potasium, magnesium dan tembaga tinggi. Bubuk kopi dapat menambah nutrisi bagi kebun dan menjadi pupuk sayuran, bunga bahkan rumput di kebun rumah. Ampas kopi dapat dimanfaatkan sebagai pupuk alami. Atau sampah kulit pisang dan kulit telur sangat berguna bagi tanaman.

Seandainya kita bisa membuang sampah dari limbah radioaktif ke ruang angkasa, dan membiarkan terbakar di matahari. Berapa resiko yang harus dihadapi. Biaya. Satu roket Soyus mampu membawa 7 ton, tapi lihat berapa banyak sampah yang harus dikirim. Amerika memiliki puluhan ribu ton limbah tingkat tinggi, belum negara maju lain yang memiliki pembangkit

Ini dia magnit terbesar untuk turbin angin. Mampu menghasilkan listrik kekuatan 6MB dengan satu turbin saja. Dirancang oleh GE, menjadi magnit terbesar yang pernah dibuat sampai tahun 2016.