Mengenal PLTN Lebih Dekat: Tak Sekedar Radiasi

Berita tentang meledaknya reaktor nuklir atau PLTN di Fukushima, Jepang membuat panic seluruh penduduk dunia. Perlu diketahui bahwa ledakan ini bukan bersumber dari ledakan nuklir, melainkan ledakan gas hidrogen yang disebabkan karena tidak berfungsinya system pendingin pada reaktor. Hal ini menyebabkan selongsong tabung pembungkus bahan bakar yang terbuat dari zirconium alloy bereaksi dengan air pada suhu tinggi menghasilkan gas hidrogen. Bencana tsunami yang diakibatkan gempa 9,0 skala richter yang menghempas Jepang terutama wilayah Tohoku pada tanggal 11 Maret 2011 menyebabkan tidak berfungsinya mesin genset pendingin pada reaktor Fukushima. Sebagai akibatnya, tekanan dalam reaktor meningkat dan menjadikan aktivitas radioaktif bahan bakar nuklir ini menjadi meningkat 1000-10.000 kali, bahkan jutaan kali di dalam teras reaktor. Selain itu, kegagalan dalam sistem pendingin juga menyebabkan bahan bakar nuklir meleleh sehingga sangat berbahaya bagi lingkungan sekitar, lebih-lebih apabila mencemari air laut maupun air tanah. Dengan adanya bencana ini, lantas, perlu khawatirkah kita kepada keberadaan PLTN? Mari kita kenal PLTN dengan lebih dekat agar bisa menilainya secara objektif.

Jumlah total PLTN di seluruh dunia saat ini ada 439 unit reaktor yang beroperasi di 31 negara. Negara yang dominan memiliki PLTN adalah Amerika Serikat, Prancis, dan Jepang. Sekitar 30% sumber energi Jepang yang merupakan negara miskin sumber daya energi dipasok oleh PLTN, dan Jepang sendiri mempunyai 54 unit reaktor (lihat datanya di http://www.worldnuclear.org/info/inf79.html) dengan daya bersih sekitar 47.5 GWe (gigawatt electric). Sementara itu, Prancis mempunyai 58 unit reaktor, dengan 80% energinya dipasok dari PLTN dan Amerika Serikat mempunyai sekitar 104 unit reaktor.

PLTN adalah salah satu sumber energi alternatif untuk menghasilkan listrik dalam skala gigawatt (GW) atau bahkan terawatt (TW). Tenaga nuklir atau tenaga atom ini diproduksi dari reaksi nuklir terkontrol yang noneksplosif, tepatnya reaksi pembelahan inti untuk memanaskan air yang menghasilkan uap (steam) yang kemudian uap ini digunakan untuk menghasilkan listrik. Bahan bakar yang digunakan dalam PLTN adalah unsur-unsur radioaktif seperti uranium (235U, 233U), plutonium (239Pu), maupun uranium yang diperkaya (oksida uranium), misalnya uranium dioksida (U3O8). Reaksi pembelahan inti dihasilkan dengan menembakkan neutron pada unsur-unsur radioaktif menjadi menjadi dua bagian inti atom lain atau lebih, disertai dengan energi kinetik (yang dikenal dengan energi produk pembelahan) dan melepaskan radiasi sinar gamma dan neutron bebas.

Neutron-neutron yang dihasilkan selanjutnya diserap oleh inti-inti atom lainnya membentuk lebih banyak proses pembelahan lainnya dan melepaskan neutron lagi, begitu seterusnya. Sebagai contoh reaksi pembelahan pada uranium seperti yang dilaporkan Hand dan Strassman pada tahun 1939. Penembakan U-235 dengan neutron lambat memecah atom uranium menjadi barium, lanthanum, cerium dan juga unsur-unsur lain dari golongan tengah system periodik menjadi unsur yang lebih stabil dari U-235 semula. Selain itu, reaksi itu juga menghasilkan hasil sampingan neutron dan energi.

²³⁵U + ¹₀n                     (Ba, La, Ce, etc.) + ¹₀n + ENERGI

²³⁸U + ¹n                      ²³⁹Pu + 2⁰e

²³⁹Pu + ¹n                     ¹⁴⁷Ba + ⁹⁰Sr + 3 ¹n

Ditemukan bahwa 0,2 amu (atomic mass unit) per atom dapat diubah menjadi energi sekitar 3,2 x 10-11 Joule. Kalau dihitung-hitung jumlah ini sebanding dengan 2,5 juta kalinya energy batu bara. Reaksi atom berantai dapat dikendalikan dengan menggunakan racun neutron dan pengaturan neutron untuk mengubah porsi neutron yang akan terus menyebabkan reaksi fisi berlebih. Reaktor nuklir umumnya memiliki sistem otomatis dan manual untuk menghentikan reaksi fisi jika kondisi tidak aman terdeteksi.

(gambar dari http://www.ems.psu.edu/~pisupati/ACSOutreach/Nuclear.html)

Sebagian besar reaktor nuklir yang beroperasi saat ini berjenis reaktor fisi atom. Secara umum skema reaktor nuklir terdiri dari reaktor batang bahan bakar, moderator, perisai atau batang kendali, dan pendingin. Batang bahan bakar tersusun atas isotop-isotop radioaktif seperti U-235, U-233, Pu-239 maupun uranium dioksida yang diletakkan dalam tabung zirconium alloy yang diarahkan pada inti. Batang kendali biasanya tersusun dari Boron (B-10) atau Cd berfungsi untuk menyerap neutron. Neutron diserap untuk mencegah terjadinya laju reaksi berbahaya (misalnya melelehnya bahan radioaktif). Moderator bertugas untuk memperlambat gerak neutron tanpa menyerap neutron itu sendiri. Moderator harus memperlambat gerak neutron tanpa menyerap atau bereaksi dengan neutron. Bahan yang digunakan sebagai moderator bisa berupa D₂O (air terdeuterasi), H₂O, dan grafit. Jika gerak neutron tidak dimoderasi bisa menyebabkan terjadinya melelehnya bahan bakar radioaktif. Usia reaktor nuklir yang layak digunakan maksimal 40 tahun, selebihnya harus lebih sering dikontrol dan berhati-hati atau dimatikan dan diperbaharui lagi.

Beberapa produk pembelahan yang dihasilkan oleh reaksi nuklir bersifat mematikan bagi manusia. Penyimpanan dan pembuangan material yang disebut dengan sampah radioaktif ini adalah tugas yang sangat penting. Di sinilah tugas penting perisai (kendali) dalam reactor nuklir. Ruang ini harus disegel untuk ratusan hingga jutaan tahun sampai tingkat radioaktivitasnya telah menurun ke tingkat yang sesuai (aman). Selain itu, beberapa lapis beton dan baja harus diletakkan di dalam reaktor untuk mencegah keluarnya radiasi dari reaktor. Pendingin berfungsi untuk membawa panas mengubah panas menjadi uap dari reaktor menuju sistem turbin untuk diubah menjadi energi listrik. Pendingin juga menjaga kondisi reaktor cukup dingin untuk mencegah terjadinya pelelehan bahan bakar. Bahan pendingin biasanya berupa air, misalnya berupa perairan terbuka seperti air laut maupun danau maupun berupa molten sodium (natrium cair), seperti PLTN yang beroperasi di Monju, Jepang.

Desain reaktor ada banyak dan berbeda-beda. Ada yang menggunakan bahan bakar dan pendingin dengan menggabungkan skema kontrol yang berbeda. Misalnya, jenis BWR (boiling water reactors), PWR (pressurized water reactors), ABWR (Advanced BWR), dan ada pula jenis APWR. Beberapa desain lain telah direkayasa untuk memenuhi kebutuhan tertentu. Reaktor untuk kapal selam nuklir dan kapal-kapal angkatan laut besar misalnya, lebih sering menggunakan uranium sebagai bahan bakar. Pilihan bahan bakar yang mampu meningkatkan kerapatan daya reaktor dan memperpanjang masa hidup reaktor biasanya lebih mahal dan berisiko yang lebih besar untuk proliferasi nuklir dari beberapa bahan bakar nuklir lainnya.

Sejumlah desain baru untuk pembangkit tenaga nuklir, yang dikenal sebagai reaktor generasi IV, merupakan subjek penelitian aktif dan dapat digunakan untuk pembangkit listrik praktis di masa mendatang. Banyak dari desain baru yang secara khusus mencoba membuat reaktor fisi bersih, aman dan kurang dari risiko proliferasi senjata nuklir. Unit reaktor pasif yang aman seperti ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor) yang tersedia sudah dioperasikan juga. ESBWR merupakan jenis reaktor fisi, yang mungkin layak di masa depan, mengurangi atau menghilangkan banyak risiko yang terkait dengan pemecahan inti atom. Mengapa banyak pihak yang pro maupun kontra terhadap keberadaan PLTN ini? Di satu sisi biaya pembangunan dan operasional PLTN jauh lebih murah daripada instalasi energi alternative lainnya seperti panel energi matahari, energi angin, maupun panas bumi, dengan kapasitas energi yang dihasilkan juga jauh lebih besar (kapasitas sampai ribuan gigawatt). Oleh karena itu, hal ini sangat menguntungkan untuk negara-negara industri maupun negara yang miskin sumber daya alam. Akan tetapi, tidak dapat dipungkiri sisi lainnya, yaitu apabila terjadi kebocoran maupun ledakan reaktor nuklir berakibat fatal dan massal. Radiasi dari unsur-unsur

radioaktif hasil pembelahan inti mempunyai jangkauan radiasi sangat luas, bahkan antarnegara, yang disebarkan lewat udara, angin, maupun air. Senyawa¡Vsenyawa radioaktif hasil reaksi pembelahan, misalnya: iodin-131, cesium-137, strontium-90 maupun plutonium sangat membahayakan bagi kehidupan. iodin-131 dan cesium-137 mempunyai efek yang mirip. Iodin-131 terakumulasi pada thyroid gland memicu terjadinya kanker tiroid, sedangkan cesium-137 dapat tersebar di seluruh bagian tubuh. Untuk strontium-90, ia dapat terakumulasi pada jaringan tulang karena bisa jadi muncul kesalahan proses dalam penyerapan kalsium sehingga memicu terjadinya kerusakan tulang, kanker tulang maupun kerusakan DNA. Untuk plutonium akan tertinggal dalam tubuh dalam jangka waktu puluhan tahun mengancam jaringan dan organ tubuh dengan radiasi dan meningkatkan resiko kanker. Plutonium juga merupakan logam beracun yang dapat menyebabkan kerusakan pada ginjal.

Untuk mengantisipasi terkenanya radiasi pasca ledakan reaktor nuklir biasanya dibagikan

tablet iodin-127 yang bersifat nonradioaktif. Dengan persediaan iod yang cukup dalam tubuh, terutama pada kelenjar gondok, maka tubuh akan kebal terhadap radiasi dari iodin-131 yang bersifat radioaktif hasil dari rekasi pembelahan inti. Selain itu, radiasi sinar gamma maupun neutron sendiri sangat berbahaya bagi lingkungan.

Bencana nuklir serius yang menerpa Chernobyl (Ukraina) tahun 1986, Fukushima (Jepang) sendiri tahun 2011 ini dan Three Mile Island (daerah Pennsylvania, Harrisburg, USA) tahun 1979 menjadikan suatu pelajaran untuk lebih berhati-hati dalam penanganan PLTN. Sebagian ilmuwan dan pakar teknologi menyarankan untuk beralih ke beberapa energi alternatif lain seperti sel surya, tenaga angin, tenaga panas bumi, biogas maupun sel bahan bakar. Tentunya selalu ada sisi positif dan negatif dari masing-masing sumber energi alternatif. Para pakar nuklir sendiri saat ini sedang mengembangkan semacam unit reaktor yang pasif dan lebih aman untuk masa depan dengan menggunakan sistem reaktor yang berbasis reaksi fusi atom, seperti yang terjadi di matahari. Beberapa aturan memang harus dibuat untuk memadukan antara sisi keamanan, ekonomi dan teknis dari desain reaktor yang berbeda untuk aplikasi tertentu. Lebih-lebih aturan yang memperhatikan aspek moralitas dan kemanusiaan yang lebih utama.

 (sumber Majalah 1000 Guru ed. 6).

Read More

Jurnal Fisika

Eh, gak kerasa nih udah semester 6. Wah bentar lagi mau penelitian nih. Pasti teman-teman pada sibuk cari jurnal. Sedikit berbagi info buat kalian yang mau cari jurnal, kalian bisa lihat di alamat-alamat berikut ini:
arXip.org untuk teman-teman yang mau seminar fisika.
Untuk kalian yang ingin penelitian pendidikan fisika bisa cari di sini,
atau juga bisa mengunjungi alamat ini.
Selain itu bisa juga download di link berikut.
OK, semoga bermanfaat nih, sukses untuk seminar fisika dan penelitiannya!

Read More

Gerak Lurus Berubah Beraturan

Kalau sebelumnya kita membahas mengenai GLB, maka sekarang kita lanjutkan membahas mengenai GLBB.

 

Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan kecepatan v yang berubah setiap saat karena adanya percepatan yang tetap. Dengan kata lain benda yang melakukan gerak dari keadaan diam atau mulai dengan kecepatan awal akan berubah kecepatannya karena ada percepatan (a= +) atau perlambatan (a= -). 

Pada umumnya GLBB didasari oleh Hukum Newton II ( S F = m . a ). 

vt = v0 + a.t vt2 = v02 + 2 a S S = v0 t + 1/2 a t2

v_t = kecepatan sesaat benda
v₀ = kecepatan awal benda
S = jarak yang ditempuh benda
f(t) = fungsi dari waktu t

 

v = ds/dt = f (t) a = dv/dt = tetap

Syarat : Jika dua benda bergerak dan saling bertemu maka jarak yang ditempuh kedua benda adalah sama.

Biar lebih komplit nih, teman-teman bisa juga lihat animasinya.

Read More

Gerak Lurus Beraturan

Sebelumnya saya telah mengepostkan KInematika Satu Dimensi yang pertama sebagai prasyarat untuk mengetahui Gerak Lurus Beraturan.

Gerak Lurus Beraturan
Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan kocepatan v tetap (percepatan a = 0), sehingga jarakyang ditempuh S hanya ditentukan oleh kecepatan yang tetap dalam waktu tertentu.

Pada umumaya GLB didasari oleh Hukum Newton I ( S F = 0 ).

S = X = v . t ; a = Dv/Dt = dv/dt = 0

v = DS/Dt = ds/dt = tetap


Tanda D (selisih) menyatakan nilai rata-rata.

Tanda d (diferensial) menyatakan nilai sesaat.

Grafik perpindahan terhadap waktu (s-t) pada GLB

Grafik perpindahan terhadap waktu pada GLB ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Tampak pada
gambar bahwa grafik jarak/perpindahan (s) terhadap waktu (t) berbentuk garis lurus miring ke atas melalui titik asal koordinat O (0,0). Apabila ditinjau dari kemiringan grafik, maka tan α = v

Grafik perpindahan terhadap waktu pada GLB ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Tampak pada gambar bahwa grafik jarak/perpindahan (s) terhadap waktu (t) berbentuk garis lurus miring ke atas melalui titik asal koordinat O (0,0). Apabila ditinjau dari kemiringan grafik, maka tan α = v

Dengan demikian jika grafik jarak terhadap waktu (s-t) dari dua benda yang bergerak beraturan berbeda kemiringannya, maka grafik dengan sudut kemiringan besar menunjukkan kecepatan lebih besar.

Grafik Kecepatan terhadap Waktu (v-t) pada GLB

Grafik kecepatan terhadap waktu pada GLB ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Tampak pada gambar bahwa grafik v-t berbentuk garis lurus mendatar. Bentuk ini menunjukkan bahwa pada GLB, kecepatan suatu benda selalu tetap untuk selang waktu kapanpun.

Di bawah ini adalah animasi Flash dari Gerak Lurus Beraturan.

OK, semoga bermanfaat untuk semuanya. Terus cintai fisika....

Read More

Kinematika Satu Dimensi

KINEMATIKA adalah Ilmu gerak yang membicarakan gerak suatu benda tanpa memandang gaya yang bekerja pada benda tersebut (massa benda diabaikan). Jadi jarak yang ditempuh benda selama geraknya hanya ditentukan oleh kecepatan v dan atau percepatan a.

1. Kerangka Acuan dan Perpindahan

Dalam fisika, kita sering menggambarkan sumbu koordinat, seperti ditunjukkan pada Gambar 1, untuk menyatakan kerangka acuan.

Kita perlu membedakan antara jarak yang telah ditempuh sebuah benda, dan perpindahannya, yang didefinisikan sebagai perubahan posisi benda tersebut. Dengan demikian, perpindahan adalah seberapa jauh jarak benda tersebut dari titik awalnya. Perpindahan adalah besaran yang memiliki besar dan arah. Besaran seperti itu disebut vektor. 

2. Kecepatan Rata-rata

Aspek yang paling nyata dari gerak benda adalah seberapa cepat benda tersebut bergerak―laju atau kecepatannya.

Istilah “laju” menyatakan seberapa jauh sebuah benda berjalan dalam suatu selang waktu tertentu. Jika sebuah mobil menempuh 240 kilometer (km) dalam 3 jam, kita katakan bahwa laju rata-ratanya adalah 80 km/jam. Secara umum, laju rata-rata sebuah benda didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh sepanjang lintasannya dibagi waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut:

Sedangkan kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai perpindahan dibagi waktu yang diperlukan , yang dapat ditulis sebagai berikut:

3. Kecepatan Sesaat

Kecepatan sesaat pada waktu kapanpun adalah kecepatan rata-rata selama selang waktu yang sangat kecil. 

kita definisikan kecepatan sesaat sebagai kecepatan rata-rata pada limit delta t yang menjadi sangat kecil, mendekati nol. Kita dapat menuliskan definisi kecepatan sesaat v untuk gerak satu dimensi sebagai

4. Percepatan

Percepatan dinyatakan seberapa cepat  kecepatan sebuah benda berubah.

 atau dapat didefinisikan dengan persamaan berikut:

Percepatan juga merupakan vektor, tetapi untuk gerak satu dimensi kita hanya perlu menggunakan tanda + atau - untuk menunjukkan terhadap arah relatif terhadap sistem  koordinat yang kita pakai.


5. Gerak dengan Percepatan Konstan
Kecepatan rata-rata selama selang waktu t akan menjadi

Karena t₀ = 0 dan percepatan dianggap konstan terhadap waktu akan menjadi:

            Satu masalah umum adalah menentukan kecepatan sebuah benda setelah rentang waktu tertentu. Kita dapat menyelesaikan v dengan mengalikan kedua sisi dengan t dan didapat:

Selanjutnya didapatkan

Selanjutnya, mari kita lihat bagaimana menghitung posisi benda setelah waktu t ketika benda tersebut mengalami percepatan konstan. Definisi kecepatan rata-rata dapat ditulis ulang dengan persamaan:

Karena kecepatan bertambah secara beraturan, kecepatan rata-rata akan berada di tengah-tengah antara kecepatan awal dan akhir.

Jika digabungkan persamaan-persamaan di atas, maka akan didapat:

Sekarang kita turunkan persamaan keempat, yang berguna pada situasi di mana waktu t tidak diketahui. Kita mulai dengan persamaan:

dengan mensubstitusikan persamaan

ke dalam persamaan:

sehingga di dapat:

Jadi, kita sekarang memiliki empat persamaan yang menghubungkan posisi, percepatan, kecepatan dan waktu jika percepatan a konstan.

Read More

Polarisasi karena Pemantulan dan Pembiasan

Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan para ilmuwan Fisika menunjukkan bahwa polarisasi karena pemantulan dan pembiasan dapat terjadi apabila cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan saling tegak lurus atau membentuk sudut 90°. Di mana cahaya yang dipantulkan merupakan cahaya yang terpolarisasi sempurna, sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian.  Sudut datang sinar yang dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan merupakan sinar yang terpolarisasi.

Berkas Sinar alami melalui suatu medium kaca,akan dipantulakna dan dibiaskan. Sinar perpolarisasi bila sudut pantuk dan sudut bias membentuk sudut 90°, seperti pada gambar berikut:

Sudut datang seperti ini dinamakan sudut polarisasi (ip) atau sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90o) akan berlaku ketentuan bahwa dari peristiwa pemantulan dan pembiasan akan diperoleh Rumus Brewster, Sbb :

ip + r = 9o,   r = 90 -ip

n2/n1 = sin ip/sin r = sin ip/sin (90-ip)

   = sin ip/cos ip = tg ip

n2/n1 = tg ip

Read More

Kinematika Satu Dimensi

sedikit berbagi nih, di sini ada sedikit materi mengenai kinematika satu dimensi. silahkan teman-teman click in here. bisa juga nih click in here atau click here bagi yang ingin presentasi.

semoga bermanfaat...

Read More