RINGKASAN
Pada reaktor pembiak cepat dihasilkan bahan dapat belah yang baru lebih banyak daripada bahan yang dibakar. Setiap pembelahan inti menghasilkan 2 atau 3 neutron baru yang kemudian dapat bereaksi dengan inti atom lain. Apabila neutron-neutron baru ini bereaksi dengan U-238, maka akan terbentuk lebih banyak Pu-239.
URAIAN
Uranium alam terdiri dari dua isotop, yakni uranium-235 kurang lebih 0,7% dan sisanya 99,3% uranium-238. Uranium-235 yang jumlahnya sangat sedikit merupakan bahan dapat belah yang dapat melakukan reaksi pembelahan dengan neutron berenergi berapa pun. Sementara uranium-238 hanya dapat melakukan reaksi pembelahan dengan neutron yang berenergi lebih dari 1 MeV. U-238 dapat berubah menjadi U-239 dengan reaksi sebagai berikut:
Setelah melepaskan sinar-beta dua kali, dan melalui neptunium-239, U-239 berubah menjadi Pu-239. Plutonium-239 adalah unsur buatan, yang seperti juga uranium-235 dapat melakukan reaksi pembelahan, sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar. Sementara uranium-238 sangat sulit untuk melakukan reaksi pembelahan sehingga disebut sebagai bahan fertile.
Ketika reaktor nuklir dioperasikan, bahan bakar reaktor yang mengandung bahan dapat belah seperti uranium-235, plutonium-239 dan bahan fertile uranium-238 akan dibakar bersama-sama, sehingga pada saat yang bersamaan, pembakaran bahan fertile akan menghasilkan bahan dapat belah baru. Jika jumlah bahan dapat belah yang dihasilkan melebihi jumlah yang telah dibakar, maka terjadilah pembiakan. Perbandingan antara jumlah bahan dapat belah (fisi) terhadap jumlah yang telah terbakar disebut rasio pembiakan.
Jika rasio pembiakan kurang dari satu, maka tidak disebut rasio pembiakan melainkan rasio perubahan.
Besaran fisika yang sangat penting untuk menentukan besarnya rasio pembiakan adalah jumlah rata-rata neutron yang dilepas (η) pada saat terjadi pembelahan. Gambar 1 memperlihatkan nilai η sebagai fungsi energi neutron untuk masing-masing inti bahan fisi. Agar pembiakan dapat terus berlangsung maka nilai η harus lebih besar dari 2. Pada reaktor yang sesungguhnya, neutron yang keluar dari teras reaktor dapat diserap oleh bahan struktur, sehingga nilai η dapat berkurang. Walaupun demikian, nilai η harus dapat dipertahankan pada nilai yang lebih besar dari 2.
Gambar 1 menunjukkan bahwa untuk mendapatkan nilai lebih besar dari 2, neutron cepat harus berenergi di atas 1 MeV untuk uranium-235, dan di atas 100 keV untuk plutonium-239. Nilai η semakin besar dengan meningkatnya energi neutron. Plutonium-239 memiliki rasio pembiakan lebih besar daripada uranium-235, sehingga mudah mengalami pembiakan. Karena itu, sebuah reaktor yang dapat melakukan reaksi pembelahan inti dengan neutron cepat adalah reaktor yang sesuai untuk melakukan pembiakan dan reaktor semacam ini disebut reaktor pembiak cepat.
Reaktor yang paling banyak digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) adalah reaktor air ringan. Karena nilai η pada reaktor air ringan hanya sekitar 0,6, maka proses pembiakan tidak dapat berlangsung di dalam reaktor air ringan.
GAMBAR:
Gambar 1. Harga η bahan fisil U-233, U-235, Pu-239 dan Pu-241
Ketika reaktor nuklir dioperasikan, bahan bakar reaktor yang mengandung bahan dapat belah seperti uranium-235, plutonium-239 dan bahan fertile uranium-238 akan dibakar bersama-sama, sehingga pada saat yang bersamaan, pembakaran bahan fertile akan menghasilkan bahan dapat belah baru. Jika jumlah bahan dapat belah yang dihasilkan melebihi jumlah yang telah dibakar, maka terjadilah pembiakan. Perbandingan antara jumlah bahan dapat belah (fisi) terhadap jumlah yang telah terbakar disebut rasio pembiakan.
Besaran fisika yang sangat penting untuk menentukan besarnya rasio pembiakan adalah jumlah rata-rata neutron yang dilepas (η) pada saat terjadi pembelahan. Gambar 1 memperlihatkan nilai η sebagai fungsi energi neutron untuk masing-masing inti bahan fisi. Agar pembiakan dapat terus berlangsung maka nilai η harus lebih besar dari 2. Pada reaktor yang sesungguhnya, neutron yang keluar dari teras reaktor dapat diserap oleh bahan struktur, sehingga nilai η dapat berkurang. Walaupun demikian, nilai η harus dapat dipertahankan pada nilai yang lebih besar dari 2.
Gambar 1 menunjukkan bahwa untuk mendapatkan nilai lebih besar dari 2, neutron cepat harus berenergi di atas 1 MeV untuk uranium-235, dan di atas 100 keV untuk plutonium-239. Nilai η semakin besar dengan meningkatnya energi neutron. Plutonium-239 memiliki rasio pembiakan lebih besar daripada uranium-235, sehingga mudah mengalami pembiakan. Karena itu, sebuah reaktor yang dapat melakukan reaksi pembelahan inti dengan neutron cepat adalah reaktor yang sesuai untuk melakukan pembiakan dan reaktor semacam ini disebut reaktor pembiak cepat.
Reaktor yang paling banyak digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) adalah reaktor air ringan. Karena nilai η pada reaktor air ringan hanya sekitar 0,6, maka proses pembiakan tidak dapat berlangsung di dalam reaktor air ringan.
GAMBAR:
Gambar 1. Harga η bahan fisil U-233, U-235, Pu-239 dan Pu-241
Tidak ada komentar:
Posting Komentar