Tenaga nuklir, sumber energi yang bersih dan andal, memberi bahan bakar bagi jutaan rumah di Amerika setiap hari. Dihasilkan melalui fisi nuklir, proses tanpa emisi ini melibatkan pemisahan atom uranium untuk menghasilkan panas dan mempertahankan reaksi. Penelitian nuklir modern berfokus pada peningkatan desain reaktor dan efisiensi bahan bakar untuk memenuhi kebutuhan energi global secara berkelanjutan.
Apa Itu Energi Nuklir?
Tenaga nuklir adalah sumber energi bersih terbesar dan paling dapat diandalkan di dunia, dan memasok listrik ke puluhan juta rumah di Amerika setiap hari. Untuk melawan perubahan iklim, dunia memerlukan cara-cara baru dan lebih baik untuk memanfaatkan sumber energi ini, yang dihasilkan oleh reaktor nuklir melalui proses yang tidak menghasilkan gas rumah kaca. Tapi bagaimana reaktor nuklir menghasilkan begitu banyak tenaga tanpa emisi? — Semuanya dimulai dengan panas.
Roger Blomquist, Insinyur Nuklir Utama di Divisi Teknik Nuklir, menguraikan energi nuklir—sumber energi bersih terbesar dan paling andal di dunia. Puluhan juta orang di Amerika bergantung pada energi nuklir setiap hari untuk menghasilkan listrik yang menggerakkan rumah mereka. Proses mengubah energi nuklir menjadi listrik dimulai di reaktor nuklir. Dalam reaktor, atom-atom unsur yang dikenal sebagai uranium terbelah, menghasilkan panas. Panas tersebut digunakan untuk menghasilkan uap, kemudian uap tersebut digunakan untuk memutar turbin angin, yang selanjutnya menghasilkan listrik. Dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar, proses pembangkitan tenaga nuklir tidak melepaskan karbon dioksida, jelaga, atau bahan kimia berbahaya lainnya, sehingga menjadikannya sumber energi tanpa emisi.
Panas dilepaskan dalam reaktor nuklir ketika atom membelah, suatu proses yang dikenal sebagai fisi. Atom, bahan penyusun materi, terbuat dari tiga partikel — neutron dan proton yang terikat bersama, membentuk apa yang dikenal sebagai inti atom. atomdan elektron, yang merupakan partikel bermuatan negatif yang mengorbit inti.
Reaktor nuklir memecah atom uranium, unsur radioaktif ringan, untuk membentuk panas. Proses ini melepaskan panas dan neutron. Beberapa dari neutron ini terus bertabrakan dengan atom uranium lainnya, menyebabkannya mengalami fisi, sehingga reaksi nuklir tetap berjalan.
Rangkaian reaksi fisi ini terjadi di dalam bagian reaktor nuklir yang dikenal sebagai batang bahan bakar, yaitu tabung silinder panjang yang dilas dan berisi uranium. Rakitan bahan bakar menggambarkan kumpulan 100 hingga 200 batang ini. Keseluruhan inti reaktor terdiri dari ratusan kumpulan bahan bakar yang dikemas menjadi satu bentuk silinder besar, sehingga biasanya terdapat puluhan ribu batang bahan bakar di dalam inti reaktor.
Kredit: Laboratorium Nasional Argonne
Pada pembangkit listrik tenaga nuklir pada umumnya, air mengalir melalui batang bahan bakar di inti reaktor untuk mendinginkannya. Panas ini menaikkan suhu air sehingga menyebabkannya berubah menjadi uap. Uap ini dikirim ke turbin yang terhubung ke generator. Tekanan uap membuat turbin berputar seperti kincir angin. Generator, seperti semua generator listrik lainnya, menggunakan gerakan mekanis turbin untuk menghasilkan listrik. Terakhir, setelah melewati turbin, uap didinginkan dan diubah kembali menjadi air sehingga dapat digunakan kembali. Berbeda dengan pembakaran bahan bakar fosil, fisi tidak melepaskan karbon dioksida, jelaga, atau bahan kimia berbahaya lainnya, itulah sebabnya fisi merupakan sumber energi tanpa emisi.
Meskipun dua jenis yang paling umum adalah reaktor air bertekanan (PWR) dan reaktor air mendidih (BWR), desain baru untuk reaktor nuklir telah dikembangkan. Pengembangan reaktor nuklir terus berlanjut hingga saat ini karena teknologi ini dan teknologi reaktor canggih yang lebih baru dapat membantu memenuhi permintaan energi dunia yang terus meningkat tanpa berkontribusi terhadap pemanasan global. Yang terdepan dalam kemajuan energi nuklir adalah laboratorium seperti Laboratorium Nasional Argonne milik Departemen Energi AS (DOE).
Dengan dukungan dari DOE, para ilmuwan Argonne sedang menyelidiki desain reaktor baru dan teknologi daur ulang bahan bakar yang dapat meningkatkan keselamatan, membuat operasi pembangkit listrik tenaga nuklir lebih efisien, mengurangi jumlah limbah nuklir dan mengurangi waktu dan biaya konstruksi. Pekerjaan mereka didasarkan pada warisan panjang penelitian nuklir yang menjadi dasar pendirian laboratorium tersebut. Mulai tahun 1940-an, Argonne memimpin pengembangan penggunaan tenaga nuklir untuk tujuan damai. Meskipun penelitian, desain, dan eksperimen Argonne menjadi landasan seluruh reaktor nuklir komersial yang digunakan saat ini, para penelitinya juga berada di garis depan kemajuan baru untuk reaktor generasi berikutnya.
Kredit: Laboratorium Nasional Argonne
Apa Itu Energi Nuklir?
Sumber listrik yang andal dan bersih yang dapat memainkan peran penting dalam dekarbonisasi perekonomian AS.
Uranium dalam reaktor nuklir menghasilkan panas ketika terpecah, atau fisi, yang terjadi ketika inti atom uranium -235 (U-235) yang rapuh terkena neutron. Pada saat yang sama, fisi menghasilkan beberapa neutron yang dapat menyebabkan lebih banyak fisi, sehingga menghasilkan pasokan panas yang lancar dan stabil yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Panas dalam jumlah besar – dan, pada gilirannya, listrik – dihasilkan dengan menggunakan bahan bakar dalam jumlah yang sangat kecil.
