Pembangkit listrik tenaga nuklir memanfaatkan energi yang dikeluarkan oleh fisi dan memanfaatkannya untuk mendorong generator yang menghasilkan listrik. Meskipun tenaga nuklir hanya menyumbang sekitar 20 persen dari listrik yang dihasilkan di Amerika Serikat, kapasitas nuklir negara ini adalah yang tertinggi dari negara lain - 101 gigawatt pada tahun 2010.
Komponen Umum Tenaga Nuklir
Reaktor nuklir memiliki komponen-komponen ini secara umum:
Bahan bakar - Uranium, bijih logam berat radioaktif, adalah bahan bakar yang paling umum untuk reaktor nuklir. Setelah proses pengayaan, uranium menjadi bahan bakar yang sangat terkonsentrasi.
Sebuah reaktor nuklir komersial membutuhkan ribuan pound bahan bakar uranium yang diperkaya untuk beroperasi. Pembangkit listrik tenaga nuklir sipil di AS membeli sekitar 50 juta pon uranium (setara dengan U3O8) setiap tahun, sebagian besar berasal dari luar negeri.
Uranium ditambang di berbagai lokasi di seluruh dunia, terutama di Kazakhstan, Kanada, Australia, dan Afrika. Amerika Serikat termasuk di antara 10 produsen uranium teratas.
Batang Kontrol - Terbuat dari bahan penyerap neutron seperti cadmium, hafnium, atau boron, batang kendali dimasukkan atau ditarik dari inti untuk mengontrol laju reaksi atau menghentikannya jika perlu.
Moderator - Bahan dalam inti reaktor yang memperlambat neutron yang dilepaskan dari fisi sehingga menyebabkan lebih banyak fisi.
Moderator biasanya air biasa (cahaya), tetapi mungkin air berat (D20) atau grafit.
Coolant - Cairan atau gas yang bersirkulasi melalui inti untuk mentransfer panas dari itu. Dalam reaktor air ringan, moderator air juga berfungsi sebagai pendingin utama.
Containment - Reaktor nuklir terbungkus dalam struktur beton bertulang berat untuk mencegah radioaktivitas keluar ke atmosfer.
Proses Dasar Energi Nuklir
Fisika nuklir sangat teknis, tetapi proses dasar untuk menghasilkan listrik dengan tenaga nuklir adalah sebagai berikut:
Inti reaktor menghasilkan panas dan radioaktivitas dalam proses yang disebut fisi, umumnya dikenal sebagai pemisahan atom. Di dalam inti reaktor adalah bahan bakar nuklir uranium. Sebagai inti dari pemisahan uranium, mereka melepaskan neutron. Ketika neutron menghantam atom uranium lain, nuklei-nuklei itu juga membelah, melepaskan neutron mereka untuk menyerang atom lain, menyebabkan lebih banyak pembelahan. Pemisahan atom kontinu ini adalah reaksi berantai.
Panas dari reaksi fisi yang terkendali digunakan untuk menghasilkan uap dari air, baik secara langsung seperti dalam reaktor air mendidih (BWR), atau secara tidak langsung seperti dalam reaktor air bertekanan (PWR), yang berisi generator uap.
Uap menggerakkan turbin yang menggerakkan generator.
Generator menghasilkan listrik yang didistribusikan ke jaringan listrik.
Jenis Reaktor Nuklir
Di seluruh dunia, berbagai jenis reaktor daya nuklir digunakan. Namun, jenis yang paling umum adalah reaktor air bertekanan (PWR) dan reaktor air mendidih (BWR), yang diklasifikasikan sebagai reaktor air ringan. Di Amerika Serikat, PWR dan BWR adalah hanya dua jenis pembangkit listrik tenaga nuklir komersial yang beroperasi.
- Reaktor air mendidih (BWR) - Dalam jenis reaktor ini, fisi menghasilkan panas yang mendidihkan air di teras reaktor. Uap dari air mendidih menggerakkan turbin yang menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Reaktor di pabrik Fukushima Naiishi Jepang timur laut yang rusak pada gempa bumi dan tsunami Maret 2011 adalah BWR.
- Reaktor air bertekanan (PWR) - Jenis reaktor ini adalah yang paling umum untuk menghasilkan energi. Menggunakan air sebagai pendingin dan moderator, agen yang membantu mengendalikan kecepatan fisi. Dalam sistem pendingin primer tertutup air, dipanaskan oleh energi panas dari fisi saat melewati inti, disimpan di bawah tekanan tinggi dan oleh karena itu tidak mendidih. Uap diproduksi dalam lingkaran pendingin sekunder dan digunakan untuk menggerakkan turbin yang menggerakkan generator listrik.
- CANDU dan reaktor moderator air berat - Desain ini menggunakan air berat sebagai moderator. Air yang berat - dengan deuterium menggantikan dua atom hidrogen - sebagai moderator memperlambat neutron dalam proses fisi dan memungkinkan penggunaan uranium alami, daripada uranium yang diperkaya sebagai bahan bakar.
- Reaktor modular tempat berpijak - Sebuah reaktor bersuhu tinggi yang menggunakan pendingin helium dan bahan bakar terbungkus dalam bidang grafit dan silikon karbida untuk memastikan penahanan produk fisi dan ketahanan terhadap kehancuran.