Tenaga Nuklir

Nuklir berasal dari bahasa latin yang merupakan nucleus yang berarti inti. Yang di maksud di sini adalah, dalam reaksi nuklir melibatkan inti atom dimana inti atom tersusun atas neutron dan  proton, tidak seperti reaksi kimia yang hanya melibatkan electron saja.Reaksi nuklir adalah sebuah proses dimana dua nukleus atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. 

Reaksi nuklir itu sendiri dibagi menjadi dua, yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi dihampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia. Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium). Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235). 

Plutonium-239 dan Uranium-235 yang digunakan merupakan isotop, yaitu atom yang memiliki jumlah proton sama tetapi jumlah neutronnya berbeda. Maka Plutonium memiliki nomor atom 239. Berbeda dengan yang ditampilkan table periodic unsure, bahwa Plutonioum memiliki nomor atom 242, merupakan nuklida, memiliki jumlah proton dan neurton yang sama dalam satu inti.

Plutonium dan Uranium memiliki nomor atom yang besar, dan unsure ini memancarkan radiasi. Radiasi itu sendiri merupakan pancaran energy dari suatu materi dalam bentuk cahaya/foton (gelombang elektromagnetik atau partikel) dan panas. Adapun radioaktifitas Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar-sinar alpha, beta, gamma yang menyertai proses peluruhan inti. Radiasi tidak dapat dideteksi oleh indra manusia, dan dapat menembus materi, radiasi juga mengubah sifat fisika dan kimia dari suatu materi yang dilewati.

Kita mengenal bahwa gelombang elektromagnetik berupa gelombang radio (λ 10⁴ meter dan 10⁵ Hz) sampai sinar gamma (λ 10^-13 meter dan 10²¹ Hz). Namun radiasi memancarkan sinar yang memiliki panjang gelombang 10^-13 meter (λ) dan frekuensi 10²¹Hz, atau kita kenal sebagai sinar gamma. 

Sinar radiasi itu juga dibagi menjadi tiga. Yang pertama  yaitu sinar alfa (α). Sinar alfa merupakan radiasi partikel bermuatan positif (dalam medan listrik dapat dibelokkan ke arah kutub negatif).  Memiliki daya tembus kecil (daya jangkau 2,8 – 8,5 cm dalam udara), dapat mengionsasi molekul yang dilaluinya. Sinar alfa ini dapat menyebabkan satu atau lebih elektron suatu molekul lepas, sehingga molek ul berubah menjadi ion (ion positif dan elektron) per cm bila melewati udara. Radiasi alfa yang berasal dari sumber – sumber di luar tubuh bukan merupakan sebuah bahaya. Namun akan menjadi bahaya jika isotop -isotop pemancar alfa tersebut terendap secara internal (di dalam tubuh) seperti terhirup, tertelan, atau bahkan terserap ke dalam aliran darah. Sehingga tidak ada lagi shielding effect dari lapisan terluar kulit yang mati, dapat menyebabkan radiasi alfa tersebut dihamburkan pada jaringan hidup, sehingga dapat menyebabkan toksin yakni dapat menimbulkan resiko kanker, khususnya setelah diketahui bahwa radiasi alfa dapat menyebabkan kanker paru – paru ketika sumber radiasi alfa tak sengaja terhisap.

Adapun sinar beta (β) yang merupakan radiasi partikel bermuatan negative  yang identik dengan electron (dalam medan listrik dibelokkan ke arah kutub positif). Sinar beta ini bermassa sangat kecil, yaitu 5,5 x 10^-4 satuan massa atom atau amu. Memiliki daya tembus yang jauh lebih besar daripada sinar alfa (dapat menembus lempeng timbel setebal 1 mm), daya ionisasinya lebih lemah dari sinar alfa. Penyinaran langsung dari partikel beta merupakan tidakan berbahaya karene emisi dari pemancar beta yang kuat bisa memanaskan atau bahkan membakar kulit.Namun masuknya pemancar beta melalui penghirupan dari udara menjadi perhatian yang serius karena partikel beta langsung dipancarkan ke dalam jaringan hidup sehingga bisa menyebabkan bahaya di tingkat molekuler yang dapat mengganggu fungsi sel. Karena partikel beta begitu kecil dan memiliki muatan yang lebih kecil daripada partikel alfa maka partikel beta secara umum akan menembus masuk ke dalam jaringan, sehingga terjadi kerusakan sel yang lebih parah.

Yang ketiga Sinar gama, merupakan radiasi gelombang elektromagnetik, sejenis dengan sinar X, dengan panjang gelombang pendek,  tidak memiliki massa, memiliki daya tembus sangat kuat (dapat menembus lempeng timbel setebal 20 cm), daya ionisasinya paling lemah, tidak bermuatan listrik, oleh karena itu tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik. Radiasi gamma dapat menyebabkan kanker, misalnya kanker kulit dan tulang, Rusaknya jaringan sel tubuh, dan Mutasi genetik sehingga mempengaruhi generasi yang akan lahir, hal ini di sebabkan DNA (protein pembawa sifat) dilalui oleh radiasi yang memliki kemampuan mengubah sifat fisika dan kimia dari suatu materi yang dilewati. 

Dalam reaksi nuklir, energy yang besar turut terlibat di dalamnya. Energi nuklir berasal dari energi yang diserap atau dilepas ketika terjadi reaksi inti. Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua cara, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti melalui reaksi fusi. Reaksi fisi terjadi jika sebuah inti atom yang lebih berat ditumbuk oleh partikel lain (misalnya neutron) sehingga terbelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan beberapa partikel lain. Proses ini terus terjadi dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali. Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat. Terjadinya perubahan kimiawi pada DNA tersebut, baik secara langsung maupun tidak langsung, dapat menyebabkan efek biologis yang merugikan.

Kita sering mendengar istilah “bom nuklir”, Bom nuklir merupakan bom yang memiliki daya ledak yang besar. Ledakannya berasal dari peristiwa-peristiwa pembelahan (fisi) dan penggabungan (fusi) inti-inti atom. Efek yang ditimbulkannya merupakan akibat pelepasan energi yang sangat besar dan dalam waktu yang sangat singkat. Bom nuklir dibagi menjadi 2, yaitu: bom atom dan bom hidrogen. Bom atom adalah bom yang berasal dari pembelahan inti atom yang berlangsung dengan reaksi berantai. Sedangkan bom hidrogen adalah bom yang mendapatkan tenaga dari fusi inti-inti atom hidrogen berat (deutron). Reaksi penggabungan ini memerlukan suhu yang sangat tinggi untuk memulainya. Untuk itu, pada bom hidrogen digunakan bom atom kecil untuk mengawalinya.

Dalam reaksi nuklir, terdapat reactor sebagai tempat untuk terjadinya reaksi nuklir, penyimpanan dan penanganan laangsung terhadap bahan bakar nuklir. Di dalam reactor nuklir itu sendiri tersusun atas 6 komponen dasar, yang meliputi:

1.       Bahan bakar nuklir

2.       Moderator

3.       Reflektor

4.       Pendingin

5.       Batang kendali

6.       Perisai

Bahan bakar nuklir berupa Uranium (U-235) yang di tambang dari alam. Energi 20 gr uranium ekivalen dengan 2,25 ton batubara. Penambangan dan Penggilingan Uranium ditambang melalui teknik terbuka (open cut) maupun teknik terowongan (underground) tergantung pada kedalaman batuan uranium yang diketemukan. Biji uranium hasil penambangan selanjutnya dikirim ke pabrik pengolah bijih yang umumnya berada di dekat tambang.  Di pabrik ini, bijih uranium dihancurkan secara mekanik, dan kemudian uranium dipisahkan dari mineral lainnya melalui proses kimia menggunakan larutan asam sulfat. Hasil akhir dari proses ini berupa konsentrat uranium oksida (U3O8) yang sering disebut kue kuning atau “Yellow Cake”.

Selanjutnya dilakukan konversi untuk pembuatan bahan bakar nuklir adalah proses pemurnian dan konversi Yellow Cake menjadi serbuk uranium dioksida (UO2) berderajat nuklir. UO2 ini kemudian dikonversi lagi ke dalam bentuk gas uranium hexafluoride (UF6)

Setelah dalam bentuk uranium hexafluoride, bahan bakar tersebut mengalami proses pengayaan. Pengayaan

adalah proses meningkatkan kadar U-235 dalam bahan bakar uranium dari 0,7% (kadar U-235 dalam uranium alam) menjadi sekitar 3 – 5% atau lebih. Ada dua metode yang secara komersial digunakan untuk proses pengkayaan uranium, yaitu metode difusi gas dan metode sentrifugasi gas. Kedua metode ini pada dasarnya menggunakan prinsip yang sama, yaitu beda berat antara atom U-238 dan atom U-235.

Fabrikasi Bahan Bakar, diawali dengan proses konversi UF6yang telah diperkaya (keluaran pabrik pengayaan) menjadi serbuk uranium dioksida (UO2) yang kemudian dibentuk menjadi pil-pil (pelet) silinder melalui pengepresan dan diteruskan dengan pemanggangan dalam suasana gas hidrogen pada temperatur tinggi (1700^oC) hingga membetuk pelet UO2berderajat keramik yang rapat dan kuat. Pelet-pelet UO2yang memenuhi persyaratan kualitas kemudian dimasukkan ke dalam sebuah selongsong dari bahan paduan zirconium (zircalloy).Setelah kedua ujung selongsong ditutup dan dilas, batang bahan bakar (fuel rod) disusun membentuk suatu perangkat bakar (fuel assembly).Setelah proses fabrikasi, perangkat bakar nuklir di masukkan ke dalam teras reaktor. Susunan perangkat bakar (fuel assembly) inilah yang membentuk struktur inti atau teras reaktor (reactor core). Dalam teras reaktor, U-235 mengalami reaksi fisi dan menghasilkan

panas dalam sebuah proses berkesinambungan yang disebut reaksi fisi berantai. Di dalam teras reaktor, sejumlah U-238 akan menyerap neutron hasil reaksi fisi dan berubah menjadi plutonium (Pu-239).Setengah dari plutonium yang dihasilkan juga mengalami reaksi fisi dan menghasilkan sepertiga dari energi total reaktor. Untuk mempertahankan kinerja reaktor, sekitar sepertiga dari bahan bakar yang digunakan di dalam teras harus diganti dengan bahan bakar baru setiap satu tahun atau setiap 18 bulan.

Dari penjelasan di atas tentunya kita lebih mengenal tentang nuklir. Nuklir itu sendiri di Indonesia dimanfaatkan untuk PLTN dengan reactor air tekanan (RAT). Pada PLTN jenis RAT, energy kalor yang begitu besar dari reaksi fisi (eksoterm) akan digunakan untuk memanaskan air, dan menghasilkan uap bertekanan tinggi yang digunakan untuk memutar turbin. Selanjutnya uap akan didinginkan kembali oleh air laut yang di pompa ke system condenser. Setelah uap didinginkan dan  menjadi air, maka air tersebut akan dipompa ke reactor untuk di panaskan kembali. Proses tersebut terus berlangsung secara berulang-ulang.

Sayangnya peradigma yang beredar di masyarakat tentang nuklir cenderung negative. Nuklir dipandang sebagai  momok yang mengerikan. Sebenarnya hal itu tidak perlu terjadi karena nuklir itu sendiri sangat bermanfaat, jika ditangani dengan benar. Paradigma ini harus segera di ubah, karena rasa takut masyarakat terhadap nuklir menghambat laju pembangunan PLTN. PLTN di tolak oleh masyarakat karena takut lingkungan mereka tercemar dan mengkibatkan kerugian yang cukup besar. 

Apabila lingkungan anda cukup dekat dari daerah  pengembangan nuklir, anda bisa melakukan pencegahan dari paparan radiasi dengan mengenakan masker untuk menutup mulut dan hidung, yakni berupa kain, handuk atau saputangan basah, guna mencegah terhirupnya substansi radioaktif. Kulit juga sebaiknya diupayakan sesedikit mungkin terekspos udara. Sekembalinya dari luar ruangan, sebaiknya mengganti pakaian serta mencuci tangan dan muka. Hindari meminum air sumur dan makanan yang telah ditinggalkan di luar ruangan, dan menjauhi daerah limbah radioaktif.

Limbah gas dapat berasal dari tambang uranium, pabrik pengolahan-pemurnian-konversi uranium, operasi reaktor nuklir, dll. Hal yang patut diperhatikan dalam pembuangan limbah radioaktif gas adalah aktivitas yang dibuang, bukan konsentrasinya.Efek dari jumlah aktivitas yang dibuang tergantung pada lokasi, tinggi cerobong gas, arah, dan kecepatan angin. Berdasarkan standar IAEA, limbah radioaktif gas diklasifikasikan menjadi :

·         Kategori 1 :  efluen gas yang mengandung radionuklida dengan konsentrasi ≤ 10^-10 Ci/m³. Gas ini biasanya tidak perlu diolah, langsung dibuang menuju cerobong.\

·         Kategori 2 : efluen gas dengan konsentrasi lebih dari 10^-10 Ci/m³ dan ≤ 10^-6Ci/m³. Gas ini dilewatkan saringan terlebih dahulu kemudian dilepas ke cerobong. 

·         Kategori 3 :  efluen gas dengan konsentrasi lebih tinggi dari 10^-6 Ci/m³. Sebelum dibuang melalui cerobong, gas ini perlu diolah dengan teknik khusus (scrubbing, filtrasi, dll.)

Limbah radioaktif padat dipandang dari radiasi yang dipancarkan terbagi menjadi :

·         Limbah radioaktivitas rendah. Limbah jenis ini dipisahkan menjadi:

-        Limbah bebas dari kontaminasi. Contohnya : baju, alat tulis yang berasal dari daerah laboratorium/aktif.

-        Limbah yang terkontaminasi oleh radionuklida pemancar beta/gamma dengan aktivitas rendah dan yang terkontaminasi oleh radionuklida pemancar alfa. Limbah tersebut adalah perlengkapan yang terkena langsung dengan radionuklida tersebut.

·         Limbah radioaktivitas tinggi. Menurut standar IAEA, limbah radiaktif padat dengan aktivitas tinggi diklasifikasikan menjadi :

-  Golongan I: Limbah ini dapat diabaikan, laju dosis radiasi pada permukaan tidak lebih dari 0,2 R/jam. Dapat ditangani dan diangkut tanpa tindakan pengamanan tertentu.

-  Golongan II: Limbah ini dapat diabaikan, laju dosis radiasi pada permukaan lebih besar dari 0,2 R/jam dan kurang dari 2 R/jam. Dapat diangkut dalam wadah sederhana berpenahan radiasi berupa lapisan beton atau timbal.

-  Golongan III: Limbah radioaktif yang dapat diabaikan, laju dosis radiasinya lebih dari 2 R/jam. Dapat diangkut dan ditangani dengan tindakan pengamanan tertentu

-  Golongan IV: Limbah radioaktif padat dengan pemancar alfa yang tidak dapat menimbulkan kekritisan dan pemancar beta dan gamma yang dapat diabaikan. Aktivitasnya dinyatakan dalam Ci/m³.

Menurut standar IAEA, limbah radioaktif cair diklasifikasikan menjadi :

·         Golongan I: Konsentrasi radionuklida sama atau lebih rendah dari 10^-6 Ci/m³. Tidak diolah dan langsung dibuang ke lingkungan.

·          Golongan II: Limbah radioaktif dengan konsentrasi radionuklida lebih tinggi dari 10^-6Ci/m³ dan sama atau lebih rendah dari 10^-3 Ci/m³. Diolah dengan metode biasa (evaporasi, penukar ion, dan secara kimia) dan tidak diperlukan penahan radiasi untuk peralatan.

·         Golongan III: Limbah radioaktif dengan konsentrasi radionuklida lebih tinggi dari 10^-3Ci/m³ dan sama atau lebih rendah dari 0,1 Ci/m³. Diolah dengan metode biasa (evaporasi, penukar ion, dan secara kimia) dan diperlukan penahan radiasi untuk peralatan.

·         Golongan IV: Limbah radioaktif dengan konsentrasi radionuklida lebih tinggi dari 0,1 Ci/m³ dan sama atau lebih rendah dari 10⁴ Ci/m³. Diolah dengan metode biasa (evaporasi, penukar ion, dan secara kimia) dan diperlukan penahan radiasi untuk peralatan.

·         Golongan V: Limbah cair dengan konsentrasi radionuklida lebih tinggi dari 10⁴ Ci/m³. Sebelum diolah, disimpan, dan diperlukan pendinginan.

Klasifikasi limbah radioaktif berdsarkan tingkat aktifitasnya:

a.      Limbah radioaktif tingkat rendah adalah limbah radioaktif dengan aktivitas di atas tingkat aman (clearance level) tetapi di bawah tingkat sedang, yang tidak memerlukan penahan radiasi selama penanganan dalam keadaan normal dan pengangkutan.

b.      Limbah radioaktif tingkat sedang adalah limbah radioaktif dengan aktivitas di atas tingkat rendah tetapi di bawah tingkat tinggi yang tidak memerlukan pendingin, dan memerlukan penahan radiasi selama penanganan dalam keadaan normal dan pengangkutan.

c.       Limbah radioaktif tingkat tinggi adalah limbah radioaktif dengan tingkat aktivitas di atas tingkat sedang, yang memerlukan pendingin dan penahan radiasi dalam penanganan pada keadaan normal dan pengangkutan, termasuk bahan bakar nuklir bekas.

Secara umum, tahapan dari pengelolaan limbah radioaktif PLTN dimulai dengan melakukan pemilihan/pengklasifikasian limbah radioaktif hasil proses produksi energi nuklir berdasarkan jenisnya untuk kemudian diolah dan dikondisioning di instalasi pengolahan limbah radioaktif.Limbah yang sudah terkondisioning kemudian disimpan di dalam fasilitas penyimpanan sementara.Waktu penyimpanan di fasilitas ini berbeda-beda, bergantung kepada kebijakan di masing-masing negara.Setelah itu, limbah yang telah terkondisioning tersebut kemudian disimpan lestari di dalam repositori yang sesuai.

Selain dimanfaatkan untuk PLTN nuklir juga dimanfaatkan untuk kepentingan medis, pengembangan tanaman, dan penentuan umur fosil.  Dalam pengembangan tanaman digunakan teknik nuklir untuk menciptakan tanaman dengan varietas unggul dan menggunakan rekayasa kimia untuk pemberantasan hama.

Adapun C-14 yang merupakan isotop yang digunakan untuk mengindikasikan umur fosil atau artefak. Teknik ini menggunakan nuklir, khususnya bagi para arkeolog.

Manfaat medis meliputi sterilisasi radiasi, karena lebih sempurna dalam mematikan mikroorganisme, tidak meninggalkan residu bahan kimia, alat tidak mungkin tercemar bakteri lagi karena dikemas dulu baru disetrilkan. Terapi tumor atau kanker. 
Berbagai jenis tumor atau kanker dapat diterapi dengan radiasi. Sebenarnya, baik sel normal maupun sel kanker dapat dirusak oleh radiasi tetapi sel kanker atau tumor ternyata lebih sensitif (lebih mudah rusak). Oleh karena itu, sel kanker atau tumor dapat dimatikan dengan mengarahkan radiasi secara tepat pada sel-sel kanker tersebut. Penentuan Kerapatan Tulang Dengan Bone Densitometer. Dilakukan dengan cara menyinari tulang dengan radiasi gamma atau sinar-X.Berdasarkan banyaknya radiasi gamma atau sinar-X yang diserap oleh tulang yang diperiksa maka dapat ditentukan konsentrasi mineral kalsium dalam tulang. Perhitungan tersebut dilakukan oleh komputer yang dipasang pada suatu alat dengan nama bone densitometer. Teknik ini sangat bermanfaat guna membantu mendiagnosis pada kekeroposan tulang (osteoporosis) yang sering menyerang wanita pada usia menopause (mati haid). Three Dimensional Conformal Radiotheraphy (3d-Crt) Terapi radiasi dengan menggunakan sumber radiasi tertutup atau pesawat pembangkit radiasi telah lama dikenal untuk pengobatan penyakit kanker. Dengan menggunakan pesawat pemercepat partikel generasi terakhir telah dimungkinkan untuk melakukan radioterapi kanker dengan sangat presisi dan tingkat keselamatan yang tinggi melalui kemampuannya yang sangat selektif untuk membatasi bentuk jaringan tumor yang akan dikenai radiasi, memformulasikan serta memberikan paparan radiasi dengan dosis yang tepat pada target. Teknik Pengaktivan Neutron. Teknik nuklir ini dapat digunakan untuk menentukan kandungan mineral tubuh terutama untuk unsur-unsur yang terdapat dalam tubuh dengan jumlah yang sangat kecil (Co, Cr, F, Fe, Mn, Se, Si, V, Zn dsb).Kelebihan teknik ini terletak pada sifatnya yang tidak merusak dan kepekaannya sangat tinggi.