Reaktor nuklear

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Pergi ke navigasi Pergi ke carian
Teras CROCUS, sebuah reaktor nuklear kecil untuk penyelidikan di EPFL di Switzerland.

Reaktor nuklear (Jawi: رياکتور نوکليار) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memulakan dan mengawal tindak balas rantai nuklear. Reaktor nuklear digunakan di loji kuasa nuklear untuk menjana tenaga elektrik dan juga untuk menggerakkan kapal dan juga turut sebagai sejenis tenaga kuasa bagi menjana kuasa enjin kapal (pendorongan marin nuklear) Haba dari pembelahan nuklear disalurkan kepada bendalir (biasanya air atau gas), dan seterusnya digunakkan untuk menggerakkan turbin stim. Turbin akan sama ada menggerakkan bebaling kapal atau memutarkan penjana elektrik. Stim janaan nuklear secara prinsipnya boleh digunakan untuk kegunaan pemprosesan industri atau pemanasan kawasan. Sesetengah reaktor digunakan untuk tujuan perubatan dan industri, atau penghasilan plutonium gred senjata. Pada awal 2019, IAEA melaporkan terdapat 454 loji kuasa nuklear dan 226 reaktor nuklear penyelidikan diseluruh dunia.[1][2][3]

Pengoperasian[sunting | sunting sumber]

Reaktor nuklear menjana tenaga dari penukaran tenaga nuklear yang dibebaskan pembelahan nuklear kepada tenaga haba untuk ditukar kepada tenaga mekanikal atau elektrik.

Pelakuran[sunting | sunting sumber]

Apabila nukleus atom boleh belah yang besar seperti Uranium-235 atau Plutonium-239 menyerap neutron, nukleus tersebut akan menjalani pembelahan nuklear. Nukleus yang berat terpisah menjadi dua atau lebih nukleus ringan (produk pembelahan), membebaskan tenaga kinetik, sinaran gama, dan neutron bebas. Sebahagian daripada neutron ini berkemungkinan melanggar atom boleh belah yang lain dan mencetuskan tindakan pembelahan, yang akan membebaskan lebih banyak neutron, dan berterusan. Keadaan seperti ini dikenali sebagai tindak balas rantai nuklear.

Untuk mengawal tindakbalas rantai tersebut, rod pengawal yang mengandungi racun neutron dan "moderator" neutron dapat mengubah bilangan neutron yang akan melaksanakan pembelahan. Reaktor nuklear biasanya mempunyai sistem automatik dan manual untuk menghentikan proses pelakuran jika alat pengesan mengenalpasti keadaan tidak selamat.

Penjanaan haba[sunting | sunting sumber]

Reaktor menjana haba dengan beberapa cara:

  • Tenaga kinetik dari produk pembelahan ditukarkan kepada tenaga haba apabila nukleus-nukleus melanggar atom-atom yang berdekatan.
  • Reaktor menyerap sebahagian daripada sinar gama yang dihasilkan semasa pembelahan dan mengubah tenaganya menjadi haba.
  • Haba dihasilkan daripada pereputan radioaktif hasil pembelahan dan bahan yang diaktifkan oleh penyerapan neutron. Haba pereputan ini akan kekal untuk tempoh yang lama walaupun setelah reaktor dimatikan.

Satu kilogram uranium-235 (U-235) yang diubah melalui proses nuklear secara anggarannya membebaskan tiga juta kali lebih banyak tenaga berbanding satu kilogram arang batu dibakar secara konvensional. (7.2 × 1013 joule per kilogram uranium-235 berbanding 2.4 × 107 joule per kilogram arang batu).[4][5]

Penyejukan[sunting | sunting sumber]

Penyejuk reaktor nuklear, biasanya air tetapi kadang-kadang gas atau leburan logam (seperti leburan natrium atau plumbum) atau leburan garam dialirkan bersebelahan teras reaktor untuk menyerap haba yang dijana. Haba tersebut dialirkan menjauhi reaktor untuk menghasilkan stim. Kebanyakkan rekabentuk reaktor mengunnakan sistem penyejukkan yang terasing secara fizikal daripada air yang akan mendidih untuk menghasilkan stim bertekanan untuk turbin, seperti reaktor air bertekanan. Walaubagaimanapun, dalam sesetengah reaktor air untuk turbin stim dipanaskan secara terus oleh teras reaktor, contohnya reaktor air didih.[6]

Pengawalan kereaktifan[sunting | sunting sumber]

Kadar tindak balas pembelahan dalam teras reaktor boleh dikawal.

Penjanaan tenaga elektrik[sunting | sunting sumber]

Tenaga yang dibebaskan dalam proses pembelahan menghasilkan haba, dimana sebahagian boleh ditukar kepada tenaga berguna. Cara mudah untuk menukarkan tenaga haba ini ialah dengan mendidihkan air untuk menghasilkan stim bertekanan tinggi yang akan memutarkan turbin stim yang memutarkan alternator dan menjana tenaga.[7]

Kemalangan nuklear[sunting | sunting sumber]

Tiga daripada reaktor di Fukushima I menjadi terlampau panas, menyebabkan air pendingin bercerai, mengakibatkan letupan hidrogen. Ini bersama leburan reaktor membebaskan kuantiti besar bahan radioaktif ke udara.[8]

Kemalangan nuklear dan insiden radiasi yang serius jarang-jarang berlaku. Ini termasuk kemalangan SL-1 (1961), Three Mile Island accident (1979), Bencana Chernobyl (1986), and Kemalangan nuklear Fukushima Daichi (2011).[9] Kemalangan kapal selam nuklear pula termasuk kemalangan reaktor K-19 (1961),[10] kemalangan reaktor K-27 (1968),[11] dan kemalangan reaktor K-431 (1985).[9]

Reaktor nuklear telah dilancarkan ke orbit bumi sekurang-kurangnya 34 kali. Sebilangan insiden berkait dengan program satelit radar berkuasa nuklear Soviet RORSAT menyebabkan bahan api terpakai memasuki atmosfera bumi.[petikan diperlukan]

Reaktor Semulajadi[sunting | sunting sumber]

Hampir dua bilion tahun dahulu satu siri "reaktor" nuklear memelihara diri(self-sustaining) terbina sendiri di kawasan yang dikenali sebagai Oklo di Gabon, Afrika Barat. Keadaan di masa dan tempat tersebut membenarkan reaktor pembelahan semulajadi untuk terhasil dengan keadaan yang serupa dengan dalam reaktor nuklear terbina. [12]

Lima belas fosil reaktor pembelahan semulajadi telah dijumpai dalam tiga deposit bijih berasingan di lombong uranium di Gabon. Pertama ditemui pada 1972 oleh ahli fizik Francis Perrin, mereka dikenali sebagai Reaktor Nuklear pembelahan semulajadi. Tindakbalas pembelahan nuklear (self-sustaining) berlaku dalam reaktor tersebut dalam 1.5 bilion tahun dahulu, dan berjalan untuk beberapa ratus ribu tahun, dengan purata 100 kW output kuasa pada masa itu. [13]

Konsep reaktor nuklear semulajadi telah diramal seawal 1956 oleh Paul Kuroda di Universiti Arkansas.[14][15]

Buangan[sunting | sunting sumber]

Reaktor nuklear menghasilkan tritium sebagai hasil sampingan pengoperasian normal, dimana gas tersebut akan dibebaskan ke udara dalam kuantiti yang surih.

Sebagai Isotop Hidrogen, tritium (T) akan bergabung dengan oksigen dan membentuk T2O. Molekul ini serupa dari sifat kimianya, oleh itu bersifat lutsinar dan tidak mempunyai bau. Walau bagaimanapun, neutron tambahan dalam nukleus hidrogen menyebabkan tritium menjalani pereputan beta dengan separuh-hayat 12.3 tahun. Walaupun nilai yang dibebaskan boleh disukat, tritium yang dibebaskan stesen janakuasa nuklear adalah sedikit.

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

p·b·s
Teknologi nuklear
Kejuruteraan nuklear Fizik nuklear | Keselamatan nuklear | Nukleus atom | Pelakuran nuklear | Pembelahan nuklear | Reaktor nuklear | Sinaran | Sinaran pengion
Bahan nuklear Bahan api nuklear | Bahan subur | Plutonium | Torium | Uranium | Uranium diperkaya | Uranium terpakai
Kuasa nuklear Kuasa lakuran | Loji kuasa lakuran inersia | Loji kuasa nuklear | Penjana termoelektrik radioisotop | Perejangan nuklear | Perkembangan tenaga masa depan | Reaktor air bertekanan |

Reaktor air didih | Reaktor air supergenting | Reaktor cepat kamiran | Reaktor dinginan gas cepat | Reaktor dinginan gas canggih | Reaktor dinginan logam cecair | Reaktor dinginan plumbum cepat | Reaktor garam leburan | Reaktor generasi IV | Reaktor lapisan kelikir | Reaktor Magnox | Reaktor neutron cepat | Reaktor pembiak cepat | Reaktor suhu amat tinggi | Roket terma nuklear | Sisa radioaktif

Perubatan nuklear Brakiterapi | Radiosurgeri | PET | Terapi proton | Terapi sinaran
Senjata nuklear Kesan letupan nuklear | Penghantaran senjata nuklear | Pengujian nuklear | Peperangan nuklear | Percambahan senjata nuklear | Perlumbaan senjata nuklear | Reka bentuk senjata nuklear | Sejarah senjata nuklear | Senarai negara bersenjata nuklear | Senarai ujian nuklear

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ PRIS – Home
  2. ^ RRDB Search
  3. ^ Oldekop, W. (1982), "Electricity and Heat from Thermal Nuclear Reactors", Primary Energy, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 66–91, ISBN 978-3-540-11307-2, retrieved 2 February 2021
  4. ^ "Bioenergy Conversion Factors". Bioenergy.ornl.gov. Diarkibkan daripada yang asal pada 27 September 2011. Dicapai pada 18 March 2011.
  5. ^ Bernstein, Jeremy (2008). Nuclear Weapons: What You Need to Know. Cambridge University Press. m/s. 312. ISBN 978-0-521-88408-2. Dicapai pada 17 March 2011.
  6. ^ "How nuclear power works". HowStuffWorks.com. Dicapai pada 25 September 2008.
  7. ^ http://www.nucleartourist.com/systems/rp.htm
  8. ^ Fackler, Martin (1 June 2011). "Report Finds Japan Underestimated Tsunami Danger". The New York Times.
  9. ^ a b The Worst Nuclear Disasters Diarkibkan 2013-08-26 di Wayback Machine. Time.
  10. ^ Strengthening the Safety of Radiation Sources p. 14.
  11. ^ Johnston, Robert (23 September 2007). "Deadliest radiation accidents and other events causing radiation casualties". Database of Radiological Incidents and Related Events.
  12. ^ Video of physics lecture – at Google Video; a natural nuclear reactor is mentioned at 42:40 mins into the video Diarkibkan 4 Ogos 2006 di Wayback Machine
  13. ^ Meshik, Alex P. (November 2005) "The Workings of an Ancient Nuclear Reactor." Scientific American. p. 82.
  14. ^ "Oklo: Natural Nuclear Reactors". Office of Civilian Radioactive Waste Management. Diarkibkan daripada yang asal pada 16 March 2006. Dicapai pada 28 June 2006.
  15. ^ "Oklo's Natural Fission Reactors". American Nuclear Society. Dicapai pada 28 June 2006.