How do nuclear power plants work? - M. V. Ramana and Sajan Saini

Translator: Yacinta Shafira Reviewer: Ade Indarta

On a December afternoon in Chicago during the middle of World War II,

Pada suatu siang di bulan Desember di Chicago saat perang dunia kedua,

scientists cracked open the nucleus at the center of the uranium atom

ilmuwan membuka nukleus di tengah atom uranium

and turned nuclear mass into energy over and over again.

dan mengubah massa nuklir menjadi energi secara terus-menerus.

Mereka melakukan ini dengan menciptakan, untuk pertama kalinya,

They did this by creating for the first time

a chain reaction inside a new engineering marvel:

Reaksi berantai yang menakjubkan di bidang keteknikan:

the nuclear reactor.

reaktor nuklir.

Since then, the ability to mine great amounts of energy from uranium nuclei

Sejak saat itu, kemampuan untuk menambang jumlah energi yang besar dari inti uranium

has led some to bill nuclear power

telah menjadikan energi nuklir

as a plentiful utopian source of electricity.

sebagai harapan sumber listrik masa depan yang menjanjikan.

A modern nuclear reactor generates enough electricity from one kilogram of fuel

Reaktor nuklir modern yang menghasilkan listrik dari 1 kilogram bahan bakar

to power an average American household for nearly 34 years.

cukup untuk kebutuhan rumah tangga orang Amerika sampai hampir 34 tahun.

But rather than dominate the global electricity market,

Tapi bukannya mendominasi pasaran listrik global,

nuclear power has declined from an all-time high of 18% in 1996

Energi nuklir telah menurun dari 18%, persentase tertingginya di 1996,

to 11% today.

menjadi 11% saat ini.

And it's expected to drop further in the coming decades.

Diperkirakan angka ini akan terus jatuh pada dekade-dekade selanjutnya.

What happened to the great promise of this technology?

Apa yang terjadi pada janji besar dari teknologi ini?

It turns out nuclear power faces many hurdles,

Ternyata, energi nuklir banyak mengalami hambatan,

including high construction costs

termasuk tingginya biaya konstruksi

and public opposition.

dan perlawanan publik.

And behind these problems lie a series of unique engineering challenges.

Di balik masalah tersebut, terdapat runtutan rintangan keteknikan yang unik.

Nuclear power relies on the fission of uranium nuclei

Energi nuklir bergantung pada fisi dari inti uranium

and a controlled chain reaction

dan reaksi berantai yang terkontrol

that reproduces this splitting in many more nuclei.

yang menyebabkan pemisahan satu inti menjadi banyak inti

The atomic nucleus is densely packed with protons and neutrons

Nukleus atom tersusun rapat atas proton dan neutron

bound by a powerful nuclear force.

yang terikat dengan energi nuklir yang sangat kuat

Most uranium atoms have a total of 238 protons and neutrons,

Kebanyakan atom uranium memiliki total 238 proton dan neutron,

but roughly one in every 140 lacks three neutrons,

tetapi, secara kasar, satu dari 140 atom kekurangan 3 neutron

and this lighter isotope is less tightly bound.

dan isotop yang lebih ringan ini memiliki ikatan yang kurang kuat.

Compared to its more abundant cousin,

Dibandingkan dengan sepupunya yang melimpah,

a strike by a neutron easily splits the U-235 nuclei

serangan dari neutron dapat dengan mudah membagi inti atom U-235

into lighter, radioactive elements called fission products,

menjadi elemen radioaktif yang lebih ringan, disebut produk fisi,

in addition to two to three neutrons,

dengan tambahan 2 sampai 3 neutron,

gamma rays,

sinar gamma,

and a few neutrinos.

dan beberapa neutrino.

During fission, some nuclear mass transforms into energy.

Selama pembelahan, sejumlah massa nuklir berubah menjadi energi.

A fraction of the newfound energy powers the fast-moving neutrons,

Sebagian dari energi yang baru itu menggerakkan neutron yang bergerak cepat

and if some of them strike uranium nuclei,

dan bila salah satu neutron menabrak inti uranium,

fission results in a second larger generation of neutrons.

pembelahan berakhir pada generasi kedua neutron, yang lebih besar.

If this second generation of neutrons strike more uranium nuclei,

Apabila generasi neutron kedua ini menyerang inti uranium lebih banyak,

more fission results in an even larger third generation, and so on.

pembelahan menghasilkan generasi ketiga yang lebih besar, dan seterusnya.

But inside a nuclear reactor,

Tapi di dalam reaktor nuklir,

this spiraling chain reaction is tamed using control rods

reaksi berantai yang berputar ini dijinakkan dengan tongkat pengontrol

made of elements that capture excess neutrons and keep their number in check.

terbuat dari bahan yang menangkap neutron berlebih dan menjaga jumlahnya.

With a controlled chain reaction,

Dengan mengontrol reaksi berantai,

a reactor draws power steadily and stably for years.

sebuah reaktor dapat menghasilkan energi secara tetap dan stabil bertahun-tahun.

The neutron-led chain reaction is a potent process driving nuclear power,

Reaksi neutron berantai ini adalah proses ampuh menghasilkan energi nuklir,

but there's a catch that can result

namun ada yang bisa menyebabkan

in unique demands on the production of its fuel.

tuntutan unik dari produksi bahan bakar tersebut.

It turns out, most of the neutrons emitted from fission have too much kinetic energy

Ternyata energi kinetik dari neutron hasil fisi terlalu banyak

to be captured by uranium nuclei.

untuk ditangkap inti uranium.

The fission rate is too low and the chain reaction fizzles out.

Pembelahan ini sangat lemah dan reaksi berantai pun gagal.

The first nuclear reactor built in Chicago used graphite as a moderator

Reaktor nuklir pertama dibuat di Chicago menggunakan grafit sebagai moderator

to scatter and slow down neutrons just enough

untuk menyebar dan membuat neutron bergerak cukup lambat

to increase their capture by uranium and raise the rate of fission.

untuk meningkatkan tangkapan neutron oleh uranium dan meningkatkan pembelahan

Modern reactors commonly use purified water as a moderator,

Reaktor modern biasanya menggunakan air murni sebagai moderator,

but the scattered neutrons are still a little too fast.

tapi neutron yang tersebar masih bergerak terlalu cepat.

To compensate and keep up the chain reaction,

Untuk mengimbangi dan meneruskan reaksi berantai,

the concentration of U-235 is enriched

konsentrasi U-235 diperbanyak

to four to seven times its natural abundance.

menjadi 4 sampai 7 kali dari jumlah naturalnya.

Today, enrichment is often done by passing a gaseous uranium compound

Saat ini, perbanyakan biasanya dilakukan dengan memasukkan komponen gas uranium

through centrifuges

ke alat pemutar

to separate lighter U-235 from heavier U-238.

untuk memisahkan U-235 yang lebih ringan dari U-238 yang lebih berat.

But the same process can be continued to highly enrich U-235

Tapi proses yang sama bisa dilanjutkan pada banyaknya jumlah U-235

up to 130 times its natural abundance

menjadi 130 kali jumlah naturalnya

and create an explosive chain reaction in a bomb.

dan menimbulkan reaksi berantai eksplosif di dalam bom.

Methods like centrifuge processing must be carefully regulated

Metode seperti proses sentrifugal ini harus diatur dengan hati-hati

to limit the spread of bomb-grade fuel.

untuk membatasi penyebaran bahan bakar setara bom.

Remember, only a fraction of the released fission energy

Ingat, hanya sebagian dari energi fisi yang keluar

goes into speeding up neutrons.

menjadi neutron yang bergerak cepat.

Most of the nuclear power goes into the kinetic energy of the fission products.

Kebanyakan energi nuklir menjadi energi kinetik dari hasil fisi.

Those are captured inside the reactor as heat by a coolant,

Energi tersebut ditangkap di dalam reaktor sebagai panas dalam pendingin,

usually purified water.

biasanya air yang telah murni.

This heat is eventually used to drive an electric turbine generator by steam

Panas ini digunakan untuk menjalankan turbin generator elektrik dari uap

just outside the reactor.

dari luar reaktor.

Water flow is critical not only to create electricity,

Aliran air itu genting tidak hanya untuk membuat listrik,

but also to guard against the most dreaded type of reactor accident,

tetapi juga untuk menjaga dari kecelakaan reaktor yang paling ditakuti,

the meltdown.

krisis nuklir.

If water flow stops because a pipe carrying it breaks,

Bila aliran air berhenti karena pipa yang membawanya rusak,

or the pumps that push it fail,

atau pompa yang mendorongnya gagal,

the uranium heats up very quickly and melts.

uranium memanas dengan sangat cepat dan meleleh.

During a nuclear meltdown,

Selama krisis nuklir,

radioactive vapors escape into the reactor,

uap air radioaktif masuk ke reaktor,

and if the reactor fails to hold them,

dan bila reaktor gagal menampungnya,

a steel and concrete containment building is the last line of defense.

bangunan penampung dari baja dan beton adalah pertahanan terakhir.

But if the radioactive gas pressure is too high,

Tetapi bila tekanan gas radioaktif terlalu besar,

containment fails and the gasses escape into the air,

Penampung gagal dan gas lepas ke udara,

spreading as far and wide as the wind blows.

menyebar secepat dan selebar tiupan angin.

The radioactive fission products in these vapors

Hasil fisi radioaktif pada uap air ini

eventually decay into stable elements.

akhirnya rusak menjadi bahan stabil.

While some decay in a few seconds,

Ada yang rusak dalam beberapa detik,

others take hundreds of thousands of years.

ada yang butuh ratusan hingga ribuan tahun.

The greatest challenge for a nuclear reactor

Tantangan terbesar untuk reaktor nuklir

is to safely contain these products

adalah untuk menampung hasil ini dengan aman

and keep them from harming humans or the environment.

dan mencegahnya untuk membahayakan manusia atau lingkungan.

Containment doesn't stop mattering once the fuel is used up.

Penampung tetap penting setelah bahan bakar terpakai.

In fact, it becomes an even greater storage problem.

Bahkan, hal itu menjadi masalah penampungan yang lebih besar.

Every one to two years,

Setiap 1 sampai 2 tahun,

some spent fuel is removed from reactors

Beberapa bahan bakar yang telah terpakai dikeluarkan dari reaktor

and stored in pools of water that cool the waste

dan ditampung di genangan air yang mendinginkan sisa-sisa tersebut

and block its radioactive emissions.

dan menghalangi emisi radioaktifnya.

The irradiated fuel is a mix of uranium that failed to fission,

Bahan bakar yang diradiasikan adalah campuran uranium gagal membelah,

fission products,

hasil fisi,

and plutonium, a radioactive material not found in nature.

dan plutonium, bahan radioaktif yang tidak ditemukan di alam.

This mix must be isolated from the environment

Campuran ini harus dijauhkan dari lingkungan

until it has all safely decayed.

sampai sudah rusak semua dengan aman.

Many countries propose deep time storage in tunnels drilled far underground,

Banyak negara yang menawarkan penyimpanan di terowongan bawah tanah,

but none have been built,

tapi belum ada yang dibangun,

and there's great uncertainty about their long-term security.

dan ada ketidakpastian besar tentang keamanan jangka panjangnya.

How can a nation that has existed for only a few hundred years

Bagaimana suatu bangsa yang ada hanya selama beberapa ratus tahun

plan to guard plutonium through its radioactive half-life

berencana menjaga plutonium selama waktu paruh tahun radioaktifnya

of 24,000 years?

dari 24.000 tahun?

Today, many nuclear power plants sit on their waste, instead,

Saat ini, banyak pabrik energi nuklir dibangun di atas sisa-sisanya,

storing them indefinitely on site.

menampungnya di lokasi tanpa batas waktu.

Apart from radioactivity, there's an even greater danger with spent fuel.

Ada bahaya lebih besar dari bahan bakar terpakai.

Plutonium can sustain a chain reaction

Plutonium dapat mempertahankan reaksi berantai

and can be mined from the waste to make bombs.

yang bisa digali dari sisa-sisa untuk membuat bom.

Storing spent fuel is thus not only a safety risk for the environment,

Menyimpan bahan bakar terpakai berisiko pada lingkungan,

but also a security risk for nations.

juga berisiko pada keamanan bangsa.

Who should be the watchmen to guard it?

Siapa yang harus menjadi penjaga?

Visionary scientists from the early years of the nuclear age

Ilmuwan visioner dari tahun-tahun awal nuklir

pioneered how to reliably tap the tremendous amount of energy

memelopori cara memakai energi berjumlah besar

inside an atom -

di dalam satu atom -

as an explosive bomb

sebagai bom eksplosif

and as a controlled power source with incredible potential.

dan sebagai sumber energi terkontrol dengan potensial luar biasa.

But their successors have learned humbling insights

Tetapi penerusnya telah belajar dari wawasan

about the technology's not-so-utopian industrial limits.

tentang batasan industri teknologi yang tidak begitu menjanjikan ini.

Mining the subatomic realm makes for complex, expensive, and risky engineering.

Menggali dunia subatom membuat rekayasa kompleks, mahal, dan berisiko.