A.
SEJARAH PERKEMBANGAN ATOM
Konsep atom pertama kali dikemukakan oleh Demokritos
yang tidak didukung oleh eksperimen yang meyakinkan, sehingga tidak dapat
diterima oleh beberapa ahli ilmu pengetahuan dan filsafat. Pengembangan konsep
atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian dilanjutkan
oleh Thomson (1897), Rutherford (1911) dan disempurnakan oleh Bohr (1914). Pada zaman
Yunani terdapat dua paham mengenai susunan Zat. Leukippos dan Demokritus
berpendapat, bahwa suatu zat tidak dapat terus menerus dibelah tanpa batas; ada
bagian paling kecil yang tidak dapat dibelah lagi, yang mereka sebut “atom”
(“atomos” berati tidak dapat dibelah). Pendapat kedua ialah pendapat
Aristoteles, yang menyatakan bahwa zat dapat dibelah terus menerus tanpa batas.
Paham Aristoteles ini ternyata merupakan pendapat umum dan dapat bertahan
berabad-abad.
Pada zaman Renaissance pendapat tentang adanya atom
sebagai suatu bagian terkecil dari suatu zat, dihidupkan kembali oleh Gassendi
pada tahun 1592-1655. Sejak saat itu, banyak pendapat tentang atom yang
dikemukakan oleh para ahli dan ilmuan dari berbagai belahan dunia. Akan tetapi,
hal ini baru dapat di pertanggungjawabkan oleh seorang Ilmuan bernama John
Dalton pada tahun 1808, sekitar 4 abad setelah teori atom sebagi bagian
terkecil dalam suatu zat didengungkan.
Teori ini terus berlanjut dan kelemahan dari setiap
teoripun ditemukan. Satu persatu teori tentang ilmuan gugur karena ada hal yang
tak mampu mereka jelaskan mengenai apa yang mereka kemukakan. Namun, Dalton
telah membuka jalan untuk menemukan kesempurnaan sebuah atom. Ada beberapa nama
yang terkenal dalam sejarah perkembangan atom dimana orang-orang ini kemudian
menyempurnakan teori-teori yang telah ada. Berikut adalah beberapa uraian
singkat mengenai teori atom yang pernah dikemukakan oleh parah Ilmuan.
Ciri-ciri model dan kelemahan atom :
1. Model
atom Dalton
ciri-ciri
:
- Atom
digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil.
- Atom
merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi.
- Atom
suatu unsur sama memiliki sifat yang sama, sedangkan atom unsur berbeda, berlainan
dalam massa dan sifatnya.
- Senyawa
terbentuk jika atom bergabung satu sama lain.
- Reaksi
kimia hanyalah reorganisasi dari atom-atom,
sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.
kelemahan
:
- Atom
bukanlah sesuatu yang tak terbagi, melainkan terdiri dari partikel subatom
-
Atom-atom dari unsur yang sama, dapat mempunyai massa yang berbeda ( disebut
Isotop )
- Atom
dari suatu unsur dapat diubah menjadi atom unsur lain melalui Reaksi Nuklir
-
Beberapa unsur tidak terdiri dari atom-atom melainkan molekul-molekul
model atom dalton
2. Model
atom Thomson
ciri-ciri
:
- Atom
terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron
(bagaikan kismis dalam roti kismis)
- Atom
bersifat netral, yaitu muatan positif dan muatan negatif jumlahnya sama
kelemahan
:
- fisika klasik menyatakan bahwa apabila terdapat suatu
partikel bermuatan yang bergerak menurut lintasan lengkung, maka energinya akan
hlang dalam bentuk radiasi.
model atom thomson
3. Model
atom Rutherford
ciri-ciri
:
-
Rutherford menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan
positif, berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir
seluruhnya berasal dari massa intinya.
- Atom
terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta
elektron bergerak melintasi inti (seperti planet dalam tata surya).
- Atom
bersifat netral.
-
Jari-jari inti atom dan jari-jari atom sudah dapat ditentukan.
kelemahan
:
-
Ketidakmampuan untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom
akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron.
- Menurut
teori Maxwell, jika elektron sebagai partikel bermuatan mengitari inti yang
memiliki muatan yang berlawanan maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akan
kehilangan tenaga/energi dalam bentuk radiasi sehingga akhirnya jatuh ke inti.
model atom rutherford
4. Model
atom Niels Bohr
ciri-ciri
:
-
Elektron mengorbit pada tingkat energi tertentu yang disebut kulit
- Tiap
elektron mempunyai energi tertentu yang cocok dengan tingkat energi kulit
- Dalam
keadaan stasioner, elektron tidak melepas dan menyerap energi
-
Elektron dapat berpindah posisi dari tingkat energi tinggi menuju tingkat
energi rendah dan sebaliknya dengan menyerap dan melepas energi
kelemahan
:
- Hanya dapat
menerangkan spektrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak
sesuai dengan spektrum atom atau ion yang berelektron banyak.
- Tidak
mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia
model atom niels bohr
5. Model atom Modern
ciri-ciri
:
- Atom
terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron sedangkan
elektron-elektron bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital
tertentu yang membentuk kulit atom.
- Orbital yaitu daerah 3
dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan
dengan kemungkinan terbesar.
-
Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.
model atom modern
B. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun
pembangkit listrik thermal di
mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih
reaktor
nuklir pembangkit listrik.
PLTN termasuk dalam pembangkit daya
base load,
yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun
boiling water reactor dapat
turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per
unit pembangkit berkisar dari 40
MWe hingga 1000 MWe. Unit baru
yang sedang dibangun pada tahun
2005 mempunyai daya 600-1200 MWe.
Hingga saat ini, terdapat 442 PLTN berlisensi di dunia
[1]
dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan
reaktor tersebut menyuplai 17%
daya
listrik dunia.
Sejarah
Reaktor
nuklir yang pertama kali membangkitkan listrik adalah stasiun
pembangkit percobaan
EBR-I pada
20
Desember 1951
di dekat
Arco, Idaho,
Amerika
Serikat. Pada
27 Juni 1954, PLTN
pertama dunia yang menghasilkan listrik untuk
jaringan listrik
(power grid) mulai beroperasi di
Obninsk,
Uni
Soviet [1].
PLTN skala komersiil pertama adalah
Calder Hall
di
Inggris
yang dibuka pada
17 Oktober 1956 [2].
Jenis-jenis PLTN
Pressurized Water Reactor untuk kapal laut. Reaktor ini
menggunakan air laut sebagai kondenser pendingin reaktor.
Diagram reaktor kapal selam
Diagram reaktor kapal selam
Steam generator
PLTN dikelompokkan berdasarkan jenis reaktor yang digunakan. Tetapi ada juga
PLTN yang menerapkan unit-unit independen, dan hal ini bisa menggunakan jenis
reaktor yang berbeda. Sebagai tambahan, beberapa jenis reaktor berikut ini,
pada masa depan diharapkan mempunyai sistem
keamanan pasif.
Reaktor Fisi
Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi
fisi
nuklir dari
isotop fissil uranium
dan
plutonium.
Selanjutnya reaktor daya fissi dikelompokkan lagi menjadi:
- Reaktor
thermal menggunakan moderator neutron
untuk melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka dapat
menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan dari reaksi
fissi mempunyai energi yang tinggi atau dalam keadaan cepat, dan
harus diturunkan energinya atau dilambatkan (dibuat thermal)
oleh moderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini
berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang
lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan
reaksi fissi.
- Reaktor
cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator
neutron. Karena reaktor cepat menggunkan jenis bahan bakar yang berbeda
dengan reaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak
perlu dilambatkan guna menjamin reaksi fissi tetap berlangsung. Boleh
dikatakan, bahwa reaktor thermal menggunakan neutron thermal dan reaktor
cepat menggunakan neutron cepat dalam proses reaksi fissi masing-masing.
- Reaktor subkritis
menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan reaksi berantai
untuk menghasilkan reaksi fissi. Hingga 2004 hal ini
hanya berupa konsep teori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan
atau dibangun untuk menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium
mendemonstrasikan dan beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.
Reaktor thermal
Reaktor cepat
Meski reaktor nuklir generasi awal berjenis
reaktor cepat,
tetapi perkembangan reaktor nuklir jenis ini kalah dibandingkan dengan reaktor
thermal.
Keuntungan reaktor cepat diantaranya adalah
siklus bahan bakar nuklir yang
dimilikinya dapat menggunakan semua uranium yang terdapat dalam
urainum alam,
dan juga dapat mentransmutasikan
radioisotop
yang tergantung di dalam limbahnya menjadi material luruh cepat. Dengan alasan
ini, sebenarnya reaktor cepat secara
inheren
lebih menjamin kelangsungan ketersedian energi ketimbang reaktor thermal. Lihat
juga
reaktor fast breeder.
Karena sebagian besar reaktor cepat digunakan untuk menghasilkan plutonium,
maka reaktor jenis ini terkait erat dengan
proliferasi nuklir.
Lebih dari 20
purwarupa (prototype) reaktor
cepat sudah dibangun di Amerika Serikat, Inggris, Uni Sovyet, Perancis, Jerman,
Jepang, India, dan hingga
2004 1 unit reaktor sedang dibangun di China. Berikut
beberapa reaktor cepat di dunia:
- EBR-I, 0.2 MWe, AS, 1951-1964.
- Dounreay Fast
Reactor, 14 MWe, Inggris, 1958-1977.
- Enrico
Fermi Nuclear Generating Station Unit 1, 94 MWe, AS, 1963-1972.
- EBR-II, 20 MWe, AS, 1963-1994.
- Phénix, 250 MWe, Perancis,
1973-sekarang.
- BN-350, 150 MWe plus desalination,
USSR/Kazakhstan, 1973-2000.
- Prototype Fast
Reactor, 250 MWe, Inggris, 1974-1994.
- BN-600, 600 MWe, USSR/Russia,
1980-sekarang.
- Superphénix, 1200 MWe,
Perancis, 1985-1996.
- FBTR, 13.2 MWe, India,
1985-sekarang.
- Monju, 300 MWe, Jepang,
1994-sekarang.
- PFBR, 500 MWe, India,
1998-sekarang.
(Daya listrik yang ditampilkan adalah daya listrik maksimum, tanggal yang
ditampilkan adalah tanggal ketika reaktor mencapai
kritis
pertama kali, dan ketika reaktor kritis untuk teakhir kali bila reaktor
tersebut sudah di
dekomisi
(decommissioned).
Reaktor Fusi
Fusi
nuklir menawarkan kemungkinan pelepasan energi yang besar dengan
hanya sedikit
limbah radioaktif yang
dihasilkan serta dengan tingkat keamanan yang lebih baik. Namun, saat ini masih
terdapat kendal-kendala bidang keilmuan, teknik dan ekonomi yang menghambat
penggunaan energi fusi guna pembangkitan listrik. Hal ini masih menjadi bidang
penelitian aktif dengan skala besar seperti dapat dilihat di
JET,
ITER, dan
Z machine.
Keuntungan dan kekurangan
Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:
- Tidak
menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) -
gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat
dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas)
- Tidak
mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia
- Sedikit
menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)
- Biaya
bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan
- Ketersedian
bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan
bakar yang diperlukan
- Baterai
nuklir - (lihat SSTAR)
Berikut ini berberapa hal yang menjadi kekurangan PLTN:
- Risiko
kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl
(yang tidak mempunyai containment building)
- Limbah
nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang
dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun. AS siap menampung limbah ex
PLTN dan Reaktor Riset. Limbah tidak harus disimpan di negara pemilik PLTN
dan Reaktor Riset. Untuk limbah dari industri pengguna zat radioaktif,
bisa diolah di Instalasi Pengolahan Limbah Zat Radioaktif, misal yang
dimiliki oleh BATAN Serpong.
Perkembangan generasi PLTN
Range of possible CANDU fuel cycles: CANDU reactors can
accept a variety of fuel types, including the used fuel from light-water
reactors
Sejak PLTN komersial pertama dikembangkan pada tahun 50-an hingga saat ini,
generasi PLTN mengalami perkembangan yang cukup pesat.
PLTN Generasi I
PLTN generasi pertama dikembangkan pada rentang waktu tahun 50-an hingga
tahun 60-an. PLTN generasi pertama ini merupakan prototipe awal dari reaktor
pembangkit daya yang bertujuan untuk membuktikan bahwa energi nuklir dapat
dimanfaatkan dengan baik untuk tujuan damai. Contoh PLTN generasi pertama ini
adalah Shippingport (tipe PWR), Dresden (tipe BWR), Fermi I (tipe FBR) dan
Magnox (tipe GCR).
PLTN Generasi II
PLTN generasi kedua dikembangkan setelah tahun 70-an, PLTN ini merupakan
suatu pedoman klasifikasi desain dari reaktor nuklir. PLTN generasi II
dijadikan sebagai reaktor daya komersial acuan dalam pembangunan PLTN hingga
akhir tahun 90-an. Prototipe reaktor daya generasi II adalah PLTN tipe PWR,
CANDU, BWR, AGR dan VVER.
PLTN generasi III
PLTN generasi III adalah reaktor daya generasi lanjut (advanced) yang
dikembangkan pada akhir tahun 1990. PLTN generasi ini mengalami perubahan
desain evolosioner (perubahan yang tidak radikal) yang bertujuan untuk
meningkatkan faktor keselamatan dan ekonomi PLTN. PLTN generasi III banyak
dibangun negara-negara Asia Timur. Contoh dari PLTN generasi III adalah ABWR,
System80+.
Pengembangan PLTN generasi III terus berlanjut dan bersamaan dengan itu
dilakukan perbaikan desain yang evolusioner untuk meningkatkan faktor ekonomi
dengan cukup signifikan. Perubahan terhadap PLTN generasi III menghasilkan PLTN
generasi III+ yang lebih ekonomis dan segera dapat dibangun dalam waktu dekat
tanpa harus menunggu periode R&D yang lama. PLTN generasi III+ menjadi
suatu pilihan untuk pembangunan PLTN yang akan dilakukan dari sekarang hingga
tahun 2030.
PLTN generasi IV
PLTN generasi IV adalah reaktor daya hasil pengembangan inovatif dari PLTN
generasi sebelumnya. PLTN generasi IV terdiri dari enam tipe reaktor daya yang
diseleksi dari sekitar 100 buah desain. Kriteria seleksi adalah aspek ekonomi
yang tinggi, tingkat keselamatan lanjut, menghasilkan limbah dengan kuantitas
yang sangat rendah, dan tahan terhadap aturan NPT.
PLTN generasi IV dirancang tidak hanya berfungsi sebagai instalasi pemasok
daya listrik saja, tetapi dapat pula digunakan untuk pemasok energi termal
kepada industri proses. Oleh karena itu PLTN generasi IV tidak lagi disebut
sebagai PLTN, tetapi disebut sebagai Sistem Energi Nuklir (SEN) atau Nuclear
Energy System (NES). Enam tipe dari reaktor daya generasi IV adalah: Very High
Temperature Reactor (VHTR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Gas-cooled Fast
Reactor (GFR), Liquid metal cooled Fast Reactor (LFR), Molten Salt Reactor
(MSR), dan SuperCritical Water-cooled Reactor (SCWR).
Generator termoelektrik radioisotop
Generator termoelektrik radioisotop atau radioisotope thermoelectric
generator (RTG, RITEG) adalah sebuah generator listrik yang menggunakan sebuah
array dari termokopel untuk mengubah panas yang dilepaskan oleh peluruhan bahan
radioaktif yang cocok menjadi listrik oleh efek Seebeck.
RTGS telah digunakan sebagai sumber listrik di satelit, pesawat antariksa
berawak dan seperti fasilitas remote sebagai serangkaian mercusuar Uni Soviet
yang didirikan di dalam Lingkaran Arktik.
Soviet RTG