RSS Feed
Twitter
19.47
Unknown
Uranium terbentuk bersamaan dengan terjadinya bumi.
Karena itu uranium dapat diketemukan di setiap batuan dan juga di air laut.
Batuan yang mengandung uranium kadar tinggi disebut batuan uranium atau
”uranium ore” atau ”pitch-blende”
Saat ini dan di masa depan, uranium merupakan sumber
energi penting mengingat kelimpahannya yang cukup besar. Meskipun demikian
uranium dikategorikan sebagai sumber energi tak-terbarukan atau ”non-renewable
energy source”.
Cadangan uranium yang telah diketahui secara pasti saat
ini dan dapat dipungut dengan biaya kurang dari 130 USD/kgU adalah 3,3 juta ton.
Cadangan uranium teridentifikasi yang dapat dipungut dengan biaya kurang dari
130 USD/kgU adalah 5,5 juta ton.Adapun uranium yang terkandung dalam batuan
phosphate diperkirakan 22 juta ton, dan di air laut adalah 4200 juta ton.
Setiap inti atom suatu materi menyimpan energi yang besarnya
seperti dirumuskan dengan persamaan relativitas Einstein E = mC2. Namun tidak
semua materi yang ada dialam ini dapat melakukan reaksi nuklir dan
melepaskan
energi yang terkandung di dalam intinya. Hanya bahan-bahan tertentu yang dapat
melakukan reaksi nuklir disertai dengan pelepasan energi inti. Bahan-bahan yang
dapat melakukan reaksi nuklir itu disebut bahan bakar nuklir. Umumnya bahan
bakar nuklir adalah unsur-unsur berat bernomor atom tinggi dan mempunyai kemampuan
menyerap neutron yang tinggi.
Bahan radioaktif alam yang cukup lama dikenal dan hingga saat ini masih
digunakan secara luas sebagai bahan bakar nuklir jenis fisi adalam uranium (U).
Uranium bukan merupakan logam yang jarang karena keberadaannya di alam mencapai
50 kali lebih banyak dibandingkan air raksa yang sudah sejak lama dikenal
orang. Uranium terdapat sebagai mineral dalam kerak bumi, juga dalam air laut.
Cadangan uranium terdapat terutama di Amerika Serikat, Kanada, Rusia dan
beberapa negara Afrika seperti Gabon, Nigeria dan Afrika Selatan.
Mineral Uranium
Peristiwa-peristiwa alam dan proses
geologi telah membentuk uranium sebagai mineral. Karena mineral tersebut
bersifat radioaktif dan untuk mendapatkannya harus melalui proses penggalian dalam
tambang, maka uranium seringkali dikenal juga sebagai bahan galian
nuklir. Mineral uranium terdapat dalam kerak bumi pada hampir semua jenis
batuan, terutama batuan asam seperti granit, dengan kadar 3-4 gram dalam satu
ton batuan. Di alam dapat ditemukan lebih dari 100 jenis mineral uranium,
antara lain yang terkenal adalah uraninite, pitchblende, coffinite, brannerite,
carnatite dan tyuyamunite.
Kandungan uranium dalam mineral, besarnya cadangan dan sifat cadangan sangat
menentukan nilai ekonomi mineral tersebut. Untuk selanjutnya perlu dibedakan
antara mineral dan bijih. Mineral adalah senyawa alamiah dalam kerak bumi,
sedang bijih merupakan mineral yang memberi nilai ekonomi apabila
dieksploitasikan. Dahulu hanya bijih dengan kadar di atas 0,1 persen yang
menarik perhatian. Namun karena permintaan uranium yang terus menunjukkan
peningkatan dari waktu ke waktu, maka saat ini orang mengambil bijih dengan
kadar uranium kurang lebih 0,03 persen.
Kadar uranium dalam batuan granit relatif paling tinggi bila dibandingkan
dengan kadarnya di dalam batuan beku lainnya. Oleh sebab itu, batuan tersebut
dapat dikatakan sebagai pembawa uranium. Batuan granit dengan volume 1 km3
dapat membentuk cebakan uranium sebanyak 2.500 ton. Pada umumnya uranium dalam
batuan ini terdistribusi secara merata dan dapat dijumpai dalam bentuk mineral
uranit maupun oksida komplek euksinit betafit. Uranit merupakan bahan di mana
komponen utamanya dengan prosentase lebih dari 80 % berupa uranium, sedang
euksinit betafit merupakan bahan dengan kandungan uraniumnya cukup besar (lebih
dari 20 %) tetapi uranium tersebut bukan merupakan komponen utamanya.
Mineral
uranium yang terdapat dalam batuan mudah dikenali karena sifat-sifat fisiknya
yang khas, antara lain :
- Uranium beserta anak luruhnya
bersifat radioaktif sehingga mampu memancarkan radiasi pengion berupa
sinar-a, -b dan -g. Oleh sebab itu keberadaannya dapat dipantau dengan
alat ukur radiasi. Sifat ini dapat membedakan uranium dari batuan lainnya.
Karena batuan lain tidak memancarkan radiasi, maka batuan tersebut tidak
dapat diidentifikasi dengan alat ukur radiasi.
- Oksida alam dari uranium
mempunyai warna hijau kekuning-kuningan dan coklat tua yang mencolok
sehingga mudah dikenali.Apabila disinari dengan cahaya ultra ungu, uranium
akan mengeluarkan cahaya
fluoresensi yang sangat indah dan mudah dikenali
Ada tiga jenis isotop uranium alam yang diperoleh dari hasil
penambangan, yaitu 235U dengan kadar 0,715 %, 238U dengan kadar 99,825 %
dan 234U dengan kadar yang sangat kecil. Dari ketiga isotop uranium tersebut,
hanya 235U yang dapat digunakan sebagai bahan bakar fisi.
Daur Bahan Bakar Nuklir
Ada beberapa tahapan yang harus dilalui untuk mendapatkan
bahan bakar uranium dari mulai kegiatan penambangan sampai dengan proses
pembakarannya di dalam teras reaktor nuklir hingga ke pengelolaan limbah
radioaktif yang ditimbulkannya. Proses-proses pada masing-masing tahapan cukup
komplek, rumit dan beberapa di antaranya memerlukan teknologi tinggi. Daur
bahan bakar nuklir mencakup semua proses baik fisika maupun kimia yang dilalui
oleh bahan galian nuklir agar dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar di reaktor
nuklir. Berikut ini akan dibahas tahapan-tahapan proses dalam daur bahan bakar
nuklir.
•
Eksplorasi dan Penambangan Uranium
Eksplorasi bahan galian nuklir merupakan bagian awal dari daur bahan bakar yang
sekaligus dapat digunakan untuk menginventarisasi sumber daya bahan galian
nuklir. Kegiatan eksplorasi uranium pada umumnya dimulai dari penentuan suatu
lokasi dimana pada lokasi tersebut diharapkan dapat ditemukan bahan galian
nuklir. Metode eksplorasi yang dianut sampai sekarang adalah melalui penelitian
konvensional, penelitian geologi, pengukuran tingkat radiasi dan geokimia.
Metode tersebut digunakan karena cukup murah dengan hasil yang cukup bagus.
Cara penambangan uranium sangat mirip dengan cara penambangan bijih-bijih
tambang lainnya, yaitu melalui penambangan terbuka dan penambangan bawah tanah.
Dari kegiatan penambangan ini diperoleh bongkahan-bongkahan berupa batuan yang
di dalamnya terdapat mineral-mineral uranium. Batuan tersebut selanjutnya
dikirim ke unit pengolahan untuk menjalani proses lebih lanjut.
•
Pengolahan Uranium
Kadar uranium dalam bijih umumnya sangat rendah, yaitu berkisar antara 0,1 –
0,3 % atau 1-3 kg uranium tiap ton bijih. Untuk mempermudah dan menekan biaya
transportasi, maka uranium dalam bijih ini perlu diolah terlebih dahulu. Tujuan
utama dari pengolahan adalah untuk pemekatan dengan cara mengurangi sebanyak
mungkin bahan lain yang ada dalam bijih sehingga dapat menyederhanakan proses
transportasi ke tempat pemrosesan berikutnya.
Pengolahan bijih uranium dapat dilakukan dengan cara penggerusan, pelindihan
maupun ekstraksi kimia dan pengendapan. Hasil akhir dari proses pengolahan
uranium ini adalah diperolehnya endapan kering berwarna kuning yang disebut
pekatan (konsentrat) yang berkadar uranium sekitar 70 %. Karena berwarna
kuning maka endapan ini disebut juga yellowcake. Dari 1000 ton bijih rata-rata
dapat dihasilkan 1,5 ton yellowcake.
• Pemurnian Uranium
Proses pemurnian bertujuan untuk merubah yellowcake menjadi bahan dengan
tingkat kemurnian yang tinggi sehingga berderajad nuklir dan bebas dari
unsur-unsur pengotor lainnya. Senyawa kimia bahan bakar berderajad nuklir yang
dihasilkan dapat berbeda bergantung proses pemurnian yang digunakan. Dari
proses pemurnian akan diperoleh produk akhir berupa UO2, U3O8 atau U-logam yang
siap untuk proses selanjutnya. Ketiga macam produk akhir proses pemurnian itu
disesuaikan dengan kebutuhan calon pemakai bahan bakar nuklir.
lokasi
reaktor nuklir
• Pengayaan
Pengayaan dimaksudkan untuk meningkatkan kadar 235U dalam bahan bakar nuklir
hasil proses pemurnian. Perlu diketahui bahwa dalam uranium alam hasil
penambangan terdapat tiga jenis isotop uranium, yaitu 238U dengan kadar 99,285
%, 235U dengan kadar 0,715 % dan 234U dengan kadar yang sangat kecil. Dalam
reaktor nuklir yang dapat berperan sebagai bahan bakar hanyalah 235U, sedang
238U dan 234U tidak dapat dijadikan bahan bakar karena tidak dapat melakukan
reaksi fisi. Dengan proses pengayaan maka kadar 235U menjadi tinggi sehingga
bahan bakar dapat dipakai dalam waktu lama. Proses pengayaan ini akan meningkatkan kadar 235U dalam bahan bakar
menjadi 2-4 % seperti lazimnya dibutuhkan oleh suatu reaktor nuklir. Proses
pengayaan tidak selalu dilewati oleh bahan bakar, karena ada jenis reaktor
nuklir yang dapat memanfaatkan uranium alam.
• Pabrikasi
Proses pabrikasi bertujuan untuk menyiapkan bahan bakar nuklir dalam bentuk
fisik yang sesuai dengan jenis yang dibutuhkan oleh reaktor nuklir calon
pemakai bahan bakar tersebut. Ada bermacam-macam bentuk bahan bakar bergantung
pada jenis rancang bangun reaktor. Perbedaan tersebut umumnya terletak pada
bentuk dan ukuran bahan bakar yang digunakannya. Dalam proses pabrikasi,
sebagian besarnya merupakan proses fisis mekanis ditambah sedikit proses kimia.
Ada berbagai macam bentuk elemen bakar bergantung pada rancang bangun yang
dikaitkan dengan kinerja reaktor pemakainya. Misal ada jenis reaktor yang
memakai bahan bakar diperkaya dengan pengayaan 2-3 % berbentuk UO2 yang
diproses menjadi pelet dengan diameter ± 10 mm. Pelet kemudian dimasukkan ke
dalam tabung kelongsong paduan zirkonium dengan panjang 4-5 m.
• Pembakaran dalam Reaktor
Di dalam teras reaktor, bahan bakar nuklir 235U dibakar untuk mendapatkan panas
yang dapat dimanfaatkan. Pembakaran merupakan satu-satunya proses produktif
dalam daur bahan bakar nuklir. Tempat dan lamanya 235U dibakar di dalam teras
diatur melalui program pengelolaan bahan bakar sehingga dapat dicapai tingkat
pembakaran yang optimum. Umumnya bahan bakar rata-rata berada dalam teras
reaktor selama 3-4 tahun.
Dalam proses pembakaran ini dikenal adanya istilah derajad bakar (burn-up) yang
dipakai untuk menyatakan jumlah bahan bakar yang terbakar/melakukan reaksi
fisi. Derajad bakar dapat dinyatakan dalam beberapa cara, yang paling populer
adalah dengan satuan MWd/tonU (jumlah energi yang telah dihasilkan dalam Mega
Watt-hari/MWd dari tiap ton uranium /tonU). Makin tinggi derajad bakar,
makin murah biaya pembangkitan energi nuklir, mengurangi frekwensi penggantian
bahan bakar, mengurangi biaya pabrikasi dan lebih sedikit bahan bakar bekas
sehingga menghemat biaya penyimpanan bahan bakar bekas. Dewasa ini derajad
bakar tertinggi yang dapat dicapai adalah 40.000-60.000 MWd/tonU untuk bahan
bakar diperkaya, dan paling rendah adalah 10.000-15.000 MWd/tonU untuk bahan
bakar uranium alam.
• Penyimpanan Sementara atau Pendinginan
Setelah bahan bakar nuklir 235U dimanfaatkan dalam reaktor nuklir dan mencapai
derajad bakar tertentu, elemen bakar nuklir akan menjadi sangat radioaktif
karena mengandung unsur-unsur radioaktif beraktivitas sangat tinggi hasil
proses fisi 235U. Oleh sebab itu, bahan bakar bekas tersebut perlu disimpan
sementara agar unsur-unsur hasil fisi yang radioaktif itu melakukan peluruhan
sehingga radiasi yang dipancarkannya menjadi rendah. Penyimpanan sementara ini
disebut juga sebagai proses pendinginan.
Laju peluruhan zat radioaktif bergantung pada jenis zat
radioaktifnya. Setiap zat radioaktif memiliki waktu paro (T1/2), yaitu waktu
yang diperlukan oleh zat radioaktif untuk meluruh sehingga jumlahnya tinggal
setengah dari jumlah semula. Waktu paro zat radioaktif bervariasi dari orde
beberapa detik hingga tahun.
Bahan bakar begitu dikeluarkan dari teras reaktor mengalami pendinginan dalam
kolam penampung bahan bakar bekas. Kolam ini umumnya terintegrasi dalam gedung
reaktor. Lama pendinginan bisa beberapa bulan hingga beberapa tahun bergantung
pada kapasitas tampung kolam pendingin. Ada dua proses yang dapat dilakukan
terhadap bahan bakar bekas setelah mengalami proses pendinginan, yaitu :
- Mengirimkan bahan bakar bekas
tersebut ke instalasi pengolahan limbah nuklir untuk menjalani proses
lebih lanjut. Jika hal ini yang tempuh, maka daur bahan bakarnya disebut
sebagai daur terbuka.
- Mengirimkan bahan bakar bekas
ke instalasi olah ulang untuk pemrosesan lebih lanjut. Jika hal ini yang
ditempuh, maka daur bahan bakarnya disebut daur tertutup.
• Proses Olah Ulang
Proses olah ulang bahan bakar bekas bertujuan untuk mengambil sisa bahan bakar
fisi yang belum terbakar dan bahan bakar baru yang terbentuk selama proses
pembakaran bahan bakar nuklir. Jadi dalam hal ini bahan bakar bekas itu masih
sangat berharga. Perlu diketahui bahwa proses pembakaran 235U di dalam teras
reaktor tidak dapat membakar habis bahan bakar tersebut. Dari 100 kg bahan
bakar nuklir yang semula berkomposisi 3 kg 235U dan 97 kg 238U, setelah proses
pembakaran dalam teras reaktor selama tiga tahun, komposisinya akan berubah menjadi
:
- 2 kg 235U terbakar/melakukan
reaksi fisi sehingga tersisa 1 kg 235U.
- 2 kg 238U berubah menjadi 239Pu
sehingga tersisa 238U sebanyak 95 kg.
- Dari 2 kg 239Pu yang terbentuk,
1 kg terbakar langsung dalam teras reaktor sehingga tersisa 1 kg 239Pu.
- Karena ada 2 kg 235U dan 1 kg
239Pu yang terbakar, maka dari pembakaran itu dihasilkan 3 kg unsur-unsur
radioaktif hasil fisi.
Setelah dipakai sebagai bahan bakar di reaktor nuklir,
sebagian besar 235U masih tersisa di dalam bahan bakar bekas. Pada suatu saat nanti,
235U sebagai satu-satunya bahan bakar nuklir yang ada di alam ini akan habis
dikonsumsi. Oleh sebab itu, proses olah ulang bahan bakar bekas dapat menghemat
penggunaan bahan bakar nuklir apabila dilakukan pada saat yang tepat. Sisa dari
bahan bakar 235U dan bahan bakar baru 239Pu yang terbentuk dalam bahan bakar
bekas dapat diambil kembali melalui proses olah ulang dan untuk selanjutnya
dapat dijadikan bahan bakar baru. Dalam proses olah ulang ini 235U yang
terambil dikirim ke instalasi pengayaan, sedang 239Pu langsung dikirim ke
instalasi pabrikasi.
• Penyimpanan Lestari
Limbah nuklir merupakan hasil samping dari kegiatan manusia dalam pemanfaatan
teknologi nuklir. Secara ilmiah, istilah limbah nuklir dikaitkan dengan segenap
bahan yang tidak dapat digunakan lagi (didaur ulang) yang karena tingkat
radioaktivitasnya bahan tersebut tidak mungkin dilepas atau dibuang langsung ke
lingkungan. Baik bahan bakar bekas yang tidak mengalami proses olah ulang
maupun unsur-unsur radioaktif sisa proses olah ulang akan diperlakukan sebagai
limbah radioaktif. Karena sifatnya yang mampu memancarkan radiasi dan dapat
berakibat buruk bagi kesehatan manusia, maka semua bentuk limbah radioaktif
tersebut harus dipadatkan dan dibuang secara lestari. Pembuangan lestari suatu
limbah radioaktif secara aman merupakan tujuan akhir dari pengelolaan limbah
radioaktif.
Pemadatan limbah nuklir dimaksudkan
agar limbah tersebut terikat dalam suatu matrik padat yang sangat kuat. Matrik
dirancang mampu bertahan hingga zat radioaktif yang diikatnya meluruh mencapai
kondisi dimana kemampuannya memancarkan radiasi menjadi sangat lemah dan tidak
membahayakan. Dengan pemadatan ini maka zat radioaktif tidak akan terlepas ke
lingkungan dalam kondisi apapun selama disimpan. Proses pemadatannya bisa
dilakukan dengan semen (sementasi), aspal (bitumenisasi), polimer
(polimerisasi) maupun bahan gelas (vitrivikasi). Padatan limbah nuklir
selanjutnya dimasukkan ke dalam kontainer yang dibuat dari baja tahan karat.
Jenis-Jenis Daur Bahan Bakar Nuklir
Ada tiga macam daur bahan bakar
nuklir yang selama ini diterapkan oleh negara-negara yang telah memanfaatkan
energi nuklir, yaitu :
- Daur terbuka uranium alam. Daur
ini dimulai dari eksplorasi, penambangan, pengolahan, pemurnian langsung
pabrikasi tanpa pengayaan terlebih dahulu. Setelah pemakaian dalam teras
reaktor, bahan bakar bekas mengalami penyimpanan sementara, tanpa
mengalami proses olah ulang langsung disimpan secara lestari.
- Daur Terbuka Uranium diperkaya.
Daur ini hampir sama dengan daur terbuka uranium alam. Bedanya setelah
pemurnian akan mengalami pengayaan terlebih dahulu sebelum pabrikasi.
Bahan bakar bekasnya juga langsung disimpan secara lestari tanpa mengalami
proses olah ulang. Apabila digunakan uranium alam, ongkos bahan bakarnya
cukup tinggi karena proses pabrikasi yang lebih sering, dan jumlah bahan
bakar bekas yang harus disimpan menjadi banyak. Proses pengayaan
diperlukan untuk menghindari beberapa keterbatasan bahan bakar uranium
alam. Dengan proses pengayaan akan diperoleh derajad bakar yang lebih
tinggi.
- Daur tertutup uranium
diperkaya. Daur ini hampir sama dengan daur terbuka uranium diperkaya.
Bedanya dalam daur tertutup ini bahan bakar bekas pakai dari reaktor
setelah proses penyimpanan sementara akan mengalami proses olah ulang.
Proses ini dimaksudkan untuk mengambil kembali sisa bahan bakar yang belum
terbakar dan bahan bakar baru yang terbentuk.
Tahapan-tahapan proses dari eksplorasi, penambangan,
pengolahan, pemurnian, pengayaan dan pabrikasi merupakan proses yang dilakukan
sebelum bahan bakar nuklir dipakai di reaktor. Proses-proses tersebut dikenal
sebagai kegiatan ujung depan. Sedang proses-proses penanganan bahan bakar
nuklir bekas pakai disebut kegiatan ujung belakang. Kegiatan ini meliputi
penyimpanan sementara, proses olah ulang dan penyimpanan lestasi limbah
radioaktif.
Ada dua kelompok komunitas nuklir
yang berbeda cara pandangnya dalam menangani ujung belakang daur bahan bakar
nuklir. Kelompok negara-negara seperti Cina, Perancis, Jerman, Jepang, Inggris
dan Rusia bertekad untuk melakukan olah ulang bahan bakar bekas dari penggunaan
reaktor yang dimilikinya. Kelompok negara-negara ini di samping melihat segi
ekonomi sebagai faktor utama untuk melakukan olah ulang bahan bakar bekasnya,
mereka juga beranggapan bahwa pemisahan limbah radioaktif beraktivitas tinggi
dari bahan bakar bekas mempunyai keunggulan dalam penyimpanan lestari limbah
radioaktif.
Kelompok negara lain seperti Kanada, Spanyol, Swedia dan Amerika Serikat
menempuh jalur lain dalam penanganan ujung belakang daur bahan bakar nuklir.
Negara-negara ini menempuh jalan berupa penyimpanan jangka panjang bahan bakar
bekasnya sebagai suatu langkah yang perlu dilakukan sebelum penyimpanan lestari
limbah radioaktif yang dimilikinya. Hal ini ditempuh karena mereka beranggapan
bahwa pada suatu saat nanti akan dapat dilakukan pemanfaatan kembali 235U dan
239Pu yang terdapat di dalam bahan bakar bekas.
source
Posted in 
