China Berhasil Ciptakan Reaktor Nuklir Tahan Meltdown Pertama di Dunia

BEIJING - China telah menciptakan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) skala besar pertama yang tampaknya tahan terhadap meltdown atau kebocoran. Meskipun desain ini tidak dapat dipasang pada reaktor nuklir yang sudah ada, namun desain ini memberikan model yang dapat digunakan untuk konstruksi apa pun di masa depan.

Meltdown reaktor terjadi ketika bahan bakar dalam reaktor nuklir tidak didinginkan secara memadai sehingga jika meltdown yang terjadi cukup parah, uranium radioaktif cair dapat membakar seluruh lapisan pelindung di sekitar reaktor dan terlepas ke lingkungan sekitarnya.

Reaktor tenaga nuklir yang ada saat ini memerlukan sistem pendingin bertenaga untuk beroperasi. Sifat sistem ini dapat bervariasi tergantung desain reaktor – sebagian besar menggunakan air, namun ada juga yang menggunakan cairan pendingin seperti CO2, helium, logam cair, atau garam cair – namun pada dasarnya semuanya melakukan hal yang sama: membuang panas berlebih dari teras reaktor.

Sistem pendingin air diketahui memberikan kepadatan daya tinggi yang menghasilkan efisiensi termal yang lebih baik (pada dasarnya rasio keluaran kerja terhadap total masukan energi panas dalam suatu sistem), namun sistem ini memiliki kelemahan.

Misalnya, selalu ada kemungkinan terjadinya ledakan jika reaktor mengalami krisis. Sebab, jika pompa air kehilangan daya, panas dari batang bahan bakar reaktor dapat memecah air menjadi gas hidrogen dan oksigen yang dapat meledak.

Masalah seperti inilah yang berkontribusi pada kecelakaan nuklir Fukushima pada 2011, ketika hilangnya pasokan listrik menyebabkan batang bahan bakar – yang kebanjiran – menjadi terlalu panas, sehingga mengakibatkan ledakan.

Reaktor berpendingin gas lebih kecil kemungkinannya untuk meledak dibandingkan reaktor berpendingin air, namun reaktor ini juga cenderung memiliki efisiensi termal yang lebih rendah.

Namun, apapun jenis sistem pendingin yang digunakan, dalam keadaan darurat, diperlukan campur tangan manusia untuk mematikan rektor guna mencegah terjadinya bencana. Hal ini umumnya karena sistem pendingin mengandalkan sumber daya eksternal.

Salah satu jenis desain reaktor baru, yang dikenal sebagai reaktor lapisan kerikil (Peeble-bed Reactor/PBR), mungkin memiliki solusi terhadap permasalahan yang melekat pada desain lama. Reaktor-reaktor ini “pasif” aman, sehingga dapat mati sendiri jika ada masalah dengan sistem pendingin.

Tidak seperti reaktor lain yang mengandalkan batang bahan bakar yang sangat padat energi, PBR menggunakan “kerikil” bahan bakar yang lebih kecil dan berdensitas energi rendah dalam jumlah yang lebih besar. Meskipun mengandung lebih sedikit uranium dibandingkan bahan bakar tradisional, jumlahnya lebih banyak. Bahan bakar ini juga dikelilingi oleh grafit, yang digunakan untuk memoderasi jumlah aktivitas neutron di inti. Hal ini membantu memperlambat reaksi nuklir sehingga menghasilkan lebih sedikit panas.

Dengan demikian, kepadatan energi yang lebih rendah berarti kelebihan panas dapat menyebar ke seluruh kerikil dan lebih mudah dipindahkan.

Ini mungkin terdengar bagus, namun hingga saat ini satu-satunya reaktor PBR yang ada hanyalah prototipe di Jerman dan China. Namun, China kini telah membangun Modul Lapisan Kerikil Reaktor Berpendingin Gas Suhu (HTR-PM) skala penuh di Shandong, yang mulai beroperasi secara komersial pada Desember 2023 dan dilengkapi dengan sistem ini.

Untuk mengujinya, para insinyur mematikan kedua modul HTR-PM saat keduanya beroperasi dengan daya penuh.

“Untuk memastikan keberadaan reaktor aman yang melekat pada skala komersial, dua uji pendinginan alami dilakukan pada modul reaktor #1 pada 13 Agustus 2023 dan modul reaktor #2 pada 1 September 2023,” tulis para peneliti sebagaimana dilansir IFL Science.

“Selama keseluruhan pengujian, modul reaktor didinginkan secara alami tanpa sistem pendingin inti darurat atau sistem pendingin apa pun yang digerakkan oleh tenaga.”

Hasilnya, yang baru saja dipublikasikan, menunjukkan bahwa HTR-PM mendingin dengan sendirinya, mencapai suhu stabil dalam waktu 35 jam setelah listrik padam.

Mampu menguji reaktor nuklir yang beroperasi dengan menghilangkan daya pendinginannya adalah hal yang sangat tidak biasa. Hal ini dimungkinkan karena sistem unik HTR-PM yang dimilikinya, dan meskipun pengujian lebih lanjut diperlukan untuk memastikan bahwa sistem tersebut bekerja dengan benar, diharapkan hal ini dapat menjadi model bagi reaktor lain di masa depan.

“Singkatnya, uji hilangnya pendinginan yang dilakukan mengkonfirmasi fitur keselamatan yang melekat pada pabrik demonstrasi HTR-PM pertama di dunia,” tulis tim tersebut. “Untuk memenuhi tujuan mitigasi perubahan iklim, kami telah memulai proyek baru yang bertujuan untuk menyediakan uap bersuhu tinggi hingga 500°C dan listrik untuk industri petrokimia di China.”

“Modul reaktor untuk pembangkit listrik komersial dirancang untuk mengikuti desain standar yang sama.”

Studi ini dipublikasikan di Joule.

(Rahman Asmardika)