Atom Uranium
Dalam tabel skala unsur-unsur yang diurutkan berdasarkan kenaikan massa inti atom, uranium adalah unsur terberat dari seluruh unsur alamiah (Hidrogen adalah yang paling ringan) dan diklasifikasikan sebagai logam. Uranium memiliki kerapatan atau masa jenis yang besar, sekitar 18,7 kali lipat dibanding air, dengan titik leleh yang relatif tinggi yaitu 1132 oC. Simbol kimiawi untuk unsur ini adalah U.
Seperti unsur lainnya, uranium memiliki beberapa isotop. Uranium alami sebagaimana yang terdapat dalam lapisan kerak bumi utamanya tersusun atascampuran isotop U-238 (99.3%) dan U-235 (0.7%). Isotop adalah elemen atau unsur yang memiliki nomor atom yang sama tetapi jumlah neutron atau berat atom-nya berbeda.
U-235 merupakan isotop uranium yang penting, sebab dalam kondisi tertentu inti ini dapat dibelah yang diikuti dengan pelepasan energi dalam jumlah besar (sekitar 200 MeV per-pembelahan). Reaksi pembelahan inti atom dikenal dengan ”fisi nuklir”, dan isotop U-235 disebut sebagai ”bahan fisil”.
Seperti isotop radioaktif lainnya, uranium juga mengalami peluruhan. U-238 meluruh dalam jangka waktu yang panjang dengan waktu paro yang sama dengan umur bumi (4500 juta tahun). Ini dapat diartikan U-238 hampir tidak radioaktif jika dibandingkan dengan isotop lain di lapisan batuan dan tanah. Namun demikian peluruhan U-238 menghasilkan energi 0,1 watt/ton dalam bentuk panas. Energi peluruhan ini cukup untuk menghangatkan inti bumi. Adapun U-235 meluruh dalam jangka waktu sedikit lebih cepat dibanding U-238 (sekitar 700 juta tahun).
Isotop uranium U-238 dan U-235 adalah pemancar radiasi alpha dengan energi cukup rendah dan dapat ditahan oleh selembar kertas. Bahaya radiasi akan muncul apabila isotop uranium masuk ke dalam tubuh karena akan merusak jaringan dan dapat menimbulkan penyakit kanker.
Penyiapan Bahan Bakar Uranium
Bijih uranium dapat ditambang melalui metode terowongan atau metode tambang terbuka, tergantung dari kedalamannya. Setelah ditambang, bijih dihancurkan dan diolah dengan asam untuk melarutkan uranium, yang kemudian uranium dipungut dari larutan.
Uranium juga dapat ditambang dengan metode pemisahan dari batuan langsung di tempat (in situ leaching / ISL), dimana Uranium dilarutkandari batuan berpori bijih bawah tanah dan dipompa ke permukaan.
Produk akhir dari penambangan dan pengolahan bijih, atau ISL, adalah konsentrat uranium oksida (U3O8) yang dikenal dengan istilah ”Yellow Cake” . Dalam bentuk inilah Uranium diperjual-belikan.
Yellow cake, material mentah uranium sebelum diperkaya (secara isotop) untuk dijadikan bahan bakar nuklir.
Sebelum dapat digunakan dalam reaktor untuk pembangkitan listrik, uranium oksida hasil penambangan harus melalui serangkaian proses. Untuk sebagian besar bahan bakar reaktor nuklir di dunia, langkah berikutnya mengubah uranium oksida menjadi dalam bentuk gas, uranium heksafluorida (UF6) murni nuklir. Konversi ini diperlukan dalam proses pengayaan uranium.
Pengayaan adalah meningkatkan proporsi U-235 dari level alaminya (0,7%) menjadi 3 – 5%. Proporsi ini akan meningkatkan efesiensi teknis dalam desain dan operasi reaktor, terutama pada reaktor besar dan memungkinkan penggunaan air sebagai moderator.
Setelah pengayaan, gas UF6 diperkaya diubah menjadi serbuk uranium dioksida (UO2) yang kemudian difabrikasi menjadi pelet bahan bakar. Pelet-pelet selanjutnya diletakkan dalam kelongsong logam dan dirakit menjadi perangkat bakar nuklir yang siap digunakan di dalam teras reaktor.
Untuk reaktor yang menggunakan uranium alam sebagai bahan bakar (yang-mana akan memerlukan grafit atau air berat sebagai moderator), Yellow Cake dapat langsung diubah menjadi serbuk UO2 murni nuklir melalui proses pemurnian dan konversi yang lebih sederhana.
Ketika perangkat bakar uranium sudah berada dalam reaktor selama 3 – 6 tahun, perangkat bakar dikeluarkan dari teras reaktor, dipindahkan, disimpan sementara untuk kemudian diproses ulang, atau disimpan lestari di bawah tanah.
Energi dari atom Uranium
Inti atom dari U-235 terdiri dari 92 proton dan 143 neutron (92+143=235). Saat sebuah inti atom U-235 menangkap neutron, ia akan membelah menjadi dua inti atom baru dan melepaskan sejumlah energi dalam bentuk panas, disertai pelepasan 2 atau 3 neutron baru.
Jika neutron yang dilepaskan tersebutdapat memicu reaksi yang sama pada atom U-235 lainnya, dan melepaskan neutron baru lain, reaksi fisi berantai dapat terjadi. Reaksi ini dapat terjadi dan terjadi lagi, hingga berjuta-juta kali, maka energi panas dalam jumlah sangat besar dapat dihasilkan dari sedikit Uranium. Secara kasar energi panas dari reaksi inti 1 gram U-235 adalah sama dengan energi panas dari pembakaran 1 ton batubara.
reaksi fisi uranium yang berlangsung di dalam reaktor nuklir
Proses membelah atau “membakar” uranium secara berantai dan terkendali adalah sebagaimana yang terjadi di dalam reaktor nuklir. Panas yang dihasilkan digunakan untuk membangkitkan uap air, dan selanjutnya uap air digunakan untuk memutar turbin dan akhirnya menghasilkanlistrik.
Tabel berikut memberikan gambaran tentang bertapa besarnya kandungan energi dalam bahan bakar uranium dibandingkan sumber energi lainnya.
| Kandungan Energi dalam 1 ton berat (GJ) | |
| Kayu | 14 |
| Batubara | 29 |
| Minyak | 42 |
| Gas alam (cair) | 46 |
| Uranium (bahan bakar PLTN – PWR) | 630.000 |
Uranium di dalam Reaktor
Di dalam sebuah reaktor nuklir, bahan bakar uranium dirakit dalam bentuk tertentu sedemikian hingga reaksi fisi berantai yang terkendali dapat dicapai. Panas yang dihasilkan dari pembelahan U-235 kemudian digunakan untuk membangkitkan uap yang akan memutar turbin dan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
Pada dasarnya PLTN dan PLT Fosil, dengan kapasitas yang sama, memiliki banyak kemiripan. Keduanya membutuhkan panas untuk menghasilkan uap guna memutar turbin dan generator. Dalam PLTN, fisi atom uranium menggantikan pembakaran batubara atau gas.
Reaksi fisi berantai yang berlangsung di dalam teras reaktor nuklir dikendalikan oleh batang kendali yang mempunyai sifat menyerap neutron dan dapat ditarik/didorong untuk mengatur reaktor pada tingkat daya yang dibutuhkan.
Di dalam teras reaktor yang menerapkan konsep fisi thermal sebagaimana reaktor PLTN komersial saat ini, bahan bakar uranium dikelilingi oleh materi yang disebut moderator. Bahan ini berfungsi untuk memperlambat kecepatan neutron yang dihasilkan dari reaksi reaksi fisi sehingga memungkinkan terjadinya reaksi berantai. Air, grafit dan air berat biasa digunakan sebagai moderator dalam berbagai jenis reaktor.
Karena jenis bahan bakar yang digunakan (konsentrasi U-235 dalam bahan bakar uranium hanya 3 – 5%),maka apabilaterjadi malfungsi yang fatal dalam reaktor, bahan bakar dapat saja menjadi terlalu panas dan meleleh, akan tapi tidak dapat meledak seperti bom nuklir.
sumber: http://www.infonuklir.com/
Fachri's Blog 