Molten Salt Reactor (MSR)( Disusun guna memenuhi tugas mata kuliah Pendahuluan Fisika Inti)

Disusun Oleh:Kelompok 4Chosiatur Rohman (120210102005)/Kelas BAhmad Tajuddin Nur(120210102024)/Kelas BRoby Hidayaturrohman(120210102043)/Kelas BNur Karim(1202101020)/Kelas B

PROGRAM STUDI FISIKAJURUSAN PMIPAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS JEMBER2015BAB 1. PENDAHULUANKebutuhan energi dunia tiap tahun makin meningkat, sementara sumber energi utama yang digunakan saat ini, yaitu batubara dan minyak bumi, jumlahnya terbatas dan bisa habis. Rentang ketersediaan akumulatif minyak bumi yang sudah terbukti diperkirakan hanya cukup sampai 42 tahun lagi. Sementara, laju produksi batubara total dunia diperkirakan sebesar 5,86 trilyun ton per tahun, sehingga cadangan total batubara terbukti dunia diestimasikan bertahan hingga 155 tahun ke depan, dengan asumsi laju pemakaian flat. Adapun cadangan gas alam terbukti di seluruh dunia pada tahun 2006 sebesar 179,83 trilyun meter kubik, dengan estimasi bisa bertahan selama 65 tahun dengan laju konsumsi tetap.Hal ini meniscayakan perlunya mencari sumber energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi dunia yang terus meningkat. Salah satu alternatifnya adalah penggunaan energi nuklir, yang selama ini telah terbukti menghasilkan daya secara lebih efisien.Namun, energi nuklir sendiri bukan tanpa masalah. Bahan bakar utama yang digunakan untuk reaktor nuklir adalah Uranium-235, yang notabene jumlahnya di alam juga terbatas. Kadarnya hanya 0,7 persen dari Uranium alam secara total. Jika diasumsikan bahwa laju konsumsi energi nuklir tetap, maka stok Uranium yang ada diperkirakan bisa bertahan untuk 200 tahun ke depan, dengan kemungkinan tambahan 500 tahun apabila cadangan Uranium yang belum tereksplorasi bisa didapatkan. Namun laju konsumsi flat ini tentu tidak mungkin, mengingat penggunaan energi tiap tahun akan terus meningkat. Dengan laju konsumsi demikian dan menggunakan teknologi yang ada saat ini, diperkirakan bahwapeakpenambangan Uranium-235 akan terjadi pada tahun 2025.Setelah itu, akan terjadi penurunan hasil tambang yang dapat berimbas pada krisis sumber energi nuklir.Untuk itu, perlu dikembangkan desain reaktor maju yang memiliki fungsi pembiakan. Hal ini perlu demi memanfaatkan sumber energi nuklir lain yang belum bisa digunakan saat ini, misalnya Uranium-238 atau Thorium-232. Selain meningkatkan sustainabilitas, akibat penggunaan bahan bakar yang masih sangat berlimpah, reaktor maju juga didesain agar memiliki laju konsumsi bahan bakar rendah, sistem keselamatan yang lebih tinggi, menghasilkan limbah lebih sedikit, biaya lebih murah, non-proliferasi, serta spektrum penggunaan yang lebih luas.Salah satu alternatif yang bisa dikembangkan dari desain reaktor maju ini adalah Molten Salt Reactor.BAB II. PEMBAHASAN

1. 2. 2.1. Pendahuluan Dan SejarahRiset terhadap Molten Salt Reactor sudah berlangsung sejak lama. Riset ekstensif terhadap Molten Salt Reactor dimulai saat U.S. Aircraft Reactor Experiment mendukung program U.S. Aircraft Nuclear Propulsion. ARE, MSR bersuhu tinggi eksperimental ini dikembangkan di Oak Ridge National Laboratory (ORNL).Pada tahun 1956, direktur ORNL memperkerjakan MacPherson untuk membentuk sebuah grup di ORNL dengan tujuan untuk membangun pembangkit listrik komersial. Supaya berhasil, mereka membutuhkan garam bahan bakar yang menyerap sedikit sekali neutron, melarutkan banyak Uranium dan Thorium, stabil secara termal, dan kompatibel secara kimiawi dengan material struktur. Diputuskan bahwa fluorida adalah yang terbaik, tapi UF4memiliki titik lebur yang sangat tinggi (10350C). Pencampurannya dengan BeF2dan LiF menjadikan titik lebur dan viskositasnya berkurang, dan menghasilkan solusi UF4-LiF-BeF2. Konstruksi reaktor percobaan dimulai tahun 1962, dan pembangkit mulai beroperasi pada tahun 1966. Pada tahun 1968, seluruh Uranium diekstrak dan diganti dengan Uranium-233, nuklida fisil dari siklus Thorium. Reaktor ini di-shutdownpada tahun 1969 dan pengembangannya kehilangan momentum. Hal ini diakibatkan keputusan untuk mengembangkan hanya satu jenis reaktor pembiak dan rasio pembiakan MSR yang kecil, hanya sedikit diatas satu. Sampai kemudian tahun 2001, reaktor MSR ditetapkan sebagai reaktor generasi 4, yang kemudian memancing para insinyur untuk kembali mengembangkannya.

2.2.1. Komponen Internal Molten Salt reactora. Thorium Flourida CairThorium adalah logam alami yang bersifat radioaktif, ditemukan pada tahun 1828 oleh Jons Jacob Berzelius seorang kimiawan Swedia. Thorium ditemukan dalam bentuk kecil diantara batu dan tanah dimana jumlahnya tiga kali lipat lebih banyak daripada Uranium. Tanah umumnya mengandung 6 ppm Thorium. Pada keadaan murni Thorium merupakan logam putih keperakan yang berkilau. Namun, bila terkontaminasi oksigen, Thorium perlahan akan memudar di udara menjadi abu-abu dan akhirnya hitam. Thorium seperti halnya Uranium dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir meskipun tidak bersifat fisil (Kidd, 2009) . Oleh karena itu Thorium-232 tidak dapat langsung digunakan dalam reaktor termal. Namun, Thorium-232 yang bersifat fertil akan terlebih dahulu menyerap neutron lambat untuk menghasilkan Uranium-233 yang bersifat fisil (World Nuclear, 2012) sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar dalam reactor.Bahan bakar Thorium memerlukan bahan fisil yang berfungsi sebagai penggerak sebagai sehingga terjadi reaksi berantai dan dengan demikian pasokan neutron dapat dipertahankan. Bahan fisil yang dapat digunakan sebagai penggerak adalah Uranium-233, Uranium-235 atau Plutonium-239, namun semua bahan tersebut tidak ada yang mudah untuk dihasilkan.Dalam bahan bakar Thorium, semua fisi berasal dari komponen penggeraknya misalnya Uranium-233. Fisi dari Uranium-233 ini menghasilkan jumlah energi yang sama dengan Uranium-235 yaitu sebesar 200 MeV (World Nuclear, 2012). Bahan bakar Thorium menawarkan keberlanjutan dari nuklir sebagai sumber energi listrik dan penggunaan sumber daya alam yang lebih sedikit (Wilson, et al 2008). Penggunaan Thorium sebagai bahan bakar reaktor nuklir ini lebih aman, lebih murah dan lebih ramah lingkungan. Thorium lebih aman karena tidak memiliki isotop yang bersifat fisil sehingga tidak cocok digunakan untuk senjata nuklir (Kamei dan Hakami, 2010). Thorium lebih murah karena jumlahnya yang melimpah di bumi, yaitu empat kali lebih banyak dibandingkan dengan jumlah Uranium. Selain itu, bahan bakar Thorium lebih bersih dan ramah lingkungan karena mengurangi emisi gas CO2dari sektor energi listrik (Kamei, 2008) dan menghasilkan limbah yang lebih sedikit (Wilson et al, 2008).Limbah radioaktif yang dihasilkan oleh Thorium lebih sedikit jika dibandingkan dengan Uranium. Bahan bakar Thorium menghasilkan 0,5 kg Plutonium, sementara bahan bakar Uranium menghasilkan 230 kg Plutonium dari reaktor dengan kapasitas 1 Gwe selama waktu operasi satu tahun (Kamei dan Hakami, 2010). Bahan bakar Thorium telah dikaji sebagai alternatif bahan bakar nuklir pada reaktor jenis PWR dan CANDU untuk menghemat sumber daya uranium dan menyediakan sumber energi yang mandiri (Jeong, et al, 2008). Bahan bakar Thorium juga dapat dioperasikan dengan aman pada reaktor jenis BWR (Carrera, et al, 2007). Selain itu jenis reaktor yang dikenal menggunakan bahan bakar Thorium adalah Reaktor Garam Cair (Molten Salt Reactors/MSR) (Weinberg, 1997).Kebanyakan orang hanya mengetahui bahan bakar nuklir adalah uranium yang berpotensi menjadi bom atom. Hal ini menimbulkan kekhawatiran sebagian besar masyarakat terhadap penggunaan energi nuklir untuk dikonversi menjadi energi listrik. Seiring dengan perkembangan teknologi nuklir, para ilmuwan dan peneliti berhasil menemukan bahan bakar nuklir baru yang aman karena tidak menghasilkan plutonium sebagai senjata nuklir yaitu Thorium-232. Thorium secara luas terdistribusi dengan konsentrasi rata-rata 10 ppm dalam kerak bumi dalam bentuk fosfat, silikat, karbonat dan mineral oksida dan jumlahnya 3 - 4 kali lebih banyak di alam daripada uranium serta belum dieksploitasi secara komersial sejauh ini.Thorium Flourida bentuk padatThorium adalah zat alami radioaktif. Thorium ditemukan oleh JJ Berzelius pada tahun 1815 di stockholm, Swedia. Dalam lingkungans ekitar, thorium terdapat dalam kombinasi mineral seperti silika. Sebagian kecil dari Thorium juga terdapat pada semua batuan, tanah, air, tanaman. Unsur tanah mengandung rata-rata sekitar 6 bagian dari Thorium per juta bagian tanah (6 ppm). Lebih dari 99% dari Thorium alami dalam bentuk Th232. Atomnya terurai menjadi dua bagian. Bagian kecil disebut radiasi Alpha dan sebgaian besar disebut produk peluruhan. Produk peluruhan juga tidak stabil dan terus memecah melalui serangkaian pembusukan hingga produk stabil.Proses peluruhan zat radioaktif yang dihasilkan antara lain radium dan radon. Zat-zat ini juga mengeluarkan radiasi, termasuk partikel alpha dan beta, dan radiasi gamma. Beberapa batuan di tambang bawah tanah mengandung thorium dengan lebih terkonsentrasi bentuknya. Setetlah batu-batu yang ditambang, thorium biasanya terkonsentrasi dan diubah menajdi karbon thorium, thorium flurida, atau bentuk kimia lainnya. Proses dimana sebagian thorium dihilangkan dari batuan disebut proses tailing. Thorum digunakan untuk membuat keramik, gas mantel lentera, dan logam digunakan dalam industri kedirgantaraan. Thorium juga dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan nuklir energi.Thorium murni adalah logam putih keperakan radioaktif yang berkilau selama beberapa bulan. Ketika terkontaminasi dengan oksida, thorium perlahan bereaksi di udara, pertama warnanya menjadi abu-abu dan kemudian hitam.Gambar Thorium Flourida CairThorium dapat digunakan sebagai sumber energi nuklir. Kandungannya tiga kali lebih banyak dari uranium dan mungkin tersedia lebih banayak energi yang dihasilkan thorium dan bahan bakar fosil. Namun, meskipun percobaan telah dilakukan dalam mengembangkan siklus thorium convertor-reaktor sistem, maka akan butuh bertahun-tahun sebelum sistem tersebut bekerja. Daftar Informasi fisik atom ThoriumSecara umum, terjadi pencampuran antara thorium dengan uranium dan unsur tanah dalam jenis batuan yang beragam: seperti thorite, thorianite, uranothorite dan sebagai monazite dalam batuan granit dan batuan lainnya. Monazit juga terdapat dalam pasir kuarsa dan batu kerikil pasir di sekitar pantai. Monazit (thorium campuran fosfat uranium bumi) adalah sumber yang paling dikenal dari thorium dan terdapat di area pantai atau sekitar sungai yang mengandung pasir dan kandugan mineral. Sekarang produksi thorium di banyak negara, hampir seluruhnya sebagai produk sampingan dari ekstraksi tanah dan pasir monazit.Berdasarkan hasil penelitian dari IThO (Organisasi Thorium Internasional) mengadakan studi mengenai reaktor thorium. Berikut akan ditampilkan data-data perbandingan PLTN konvensional dengan PLTN berbasis thorium dilihat dari sisi pengoperasian .Tipe ReaktorPLTN Konvensional Reaktor Air bertekananPLTN Generasi IV Reaktor Thorium Fluorida Cair

Bahan bakarUraniumThorium

Input bahan bakar per gigawatt output250 ton Uranium1 ton Thorium

Biaya bahan bakar selama 1 tahun untuk reactor 1 GW50 - 60 juta dollar100.000 dollar

Bahan PendinginAir PendinginHelium

Radiasi RadioaktifTingkat MenengahTingkat Dasar (Minim)

Selain itu PLTN berbasis thorium ramah lingkungan karena penggunaan lahan yang tidak luas dan tidak menghasilkan limbah pembakaran karbon dioksida serta limbah panas yang menyebabkan polusi seperti PLTU maupun PLTD.b. Bahan PendinginBahan pendingin untuk mencegah agar tidak terjadi akumulasi panas yang berlebihan pada teras reaktor, maka dapat digunakan bahan pendingin untuk pertukaran panasnya. Bahan pendingin ini harus memiliki sifat-sifat sebgai penghantar panas yang sangat baik, panas jenis yang tinggi, viskositas rendah, titik didih yang tinggi, tekanan uap yang rendah, serta titik lebur yang rendah. selain itu stabil dalam lingkungan radiasi suhu yang tinggi dan tidak akan menjadi bersifat radioaktif.c. ModeratorFungsi dari moderator adalah untuk memperlambat laju neutron cepat (moderasi) yang dihasilkan dari reaksi inti hingga mencapai kecepatan neutron termal untuk memperbesar kemungkinan terjadinya reaksi nuklir selanjutnya (reaksi berantai). Bahan yang digunakan untuk moderator pada Molten Salt Reactor adalah grafit. d. Elemen KendaliReaksi nuklir bisa tidak terkendali apabila partikel-pertikel neutron yang dihasilkan dari reaksi sebelumnya sebgaian tidak ditangkap atau diserap. Untuk mengendalikan reaksi ini, reaktor dilengkapi dengan elemen kendali yang dibuat dari bahan yang dapat menangkap atau menyerap neutron. Elemen kendali juga berfungsi untuk menghentikan operasi reaktor (shut down) jika terjadi kecelakaan. e. Perangkat DetektorDetektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua informasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu, dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui detektor yang dipasang di dalam teras.f. Sumber NeutronSumber neutron menydiakan neutron untuk membawa level neutron awal di dalam inti. Sehingga tenaga reaktor dan laju perubahan neutron dapat selalu diambil selama masa start untuk menghindari penyimpangan daya. Sumber neutron terdiri dari dua jenis, pertama menggunakan berilium sebagai bahan bakar. Sedangkan bahan kedua adalah berilium dengan radioisotop pancaran sinar gamma yang kuat.2.2.2. Komponen Eksternal Reaktor Nuklira. ReflektorKarena sifatnya yang tidak bermuatan listrik maka gerakan neutron bebas menembus medium dan tidak berkurang, bila tidak menumbuk suatu inti atom medium. Untuk mengurangi kejadia ini, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron yang disebut reflektor, sehingga neutron-neutron yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras untuk dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya.b. Bahan PerisaiBahan perisai terdiri dari pelindung thermal yang terdapat di sekliling reflektor dan pelindung biologis yang diletakkan di sekeliling bejana reaktor. Fungsinya menahan radiasi yang dikeluarkan oleh inti-inti hasil fisil agar para pekerja dapat melaksanakan tugasnya di sekitar reaktor dengan aman.c. BejanaBejana dipasang untuk mengurangi pelindung thermal dan pada dasarnya terletak di pendingin reaktor. Fungsinya adalah lapisan kedua yang menahan proses fisi. d. Penahan sekunderPenahan sekunder dirancang untuk mengantisipasi jika tejadi kerusakan/keadaan darurat yang dimaksudkan untuk menampung atau memuat semua pendingi termasuk pendngin sekunder dan produk proses fisi yang meungkin dilepaskan.

e. Heat Exchanger (Penukar Panas)Perangkat penukar panas merupakan komponen penunjang yang berfungsi sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang menerima panas dari dari elemen bakar untuk diberikan pada fluida pendngin lain (sekunder). Dengan sistem pengambilan panas tersebut maka integritas komponen teras akan selalu terjamin. Pada reaktor tertentu, terutama jenis PLTN, heat exchanger juga berfungsi sebagai fasilitas pembangkitan uap (generator uap).