Language
Country/Area
No result found
Mengapa perak, kadmium, dan hafnium menjadi unsur utama batang kendali di pembangkit listrik tenaga nuklir?
Dalam proses pembangkitan tenaga nuklir, batang kendali memegang peranan penting. Batang kendali dapat secara efektif mengendalikan kecepatan fisi nuklir untuk memastikan pengoperasian reaktor yang aman dan stabil. Artikel ini membahas mengapa tiga unsur, perak, kadmium, dan hafnium, dianggap sebagai unsur utama batang kendali di pembangkit listrik tenaga nuklir dan perannya dalam produksi energi.
Prinsip pengoperasian batang kendali
Batang kendali dimasukkan ke dalam inti reaktor nuklir untuk mengatur kecepatan reaksi berantai nuklir. Batang kendali ini terbuat dari unsur kimia yang mampu menyerap sejumlah besar neutron. Perwakilan umum unsur tersebut adalah perak, kadmium, dan hafnium.
Penyisipan dan pelepasan batang kendali secara langsung memengaruhi reaktivitas reaktor serta energi panas dan daya yang dihasilkannya.
Ada desain reaktor lain seperti Boiling Water Reactor (BWR), Pressurized Water Reactor (PWR), dll., yang menggunakan bahan batang kendali yang berbeda, tergantung pada distribusi energi neutronnya. Ketika indeks perhitungan reaktivitas reaktor melebihi 1, kecepatan reaksi berantai nuklir akan meningkat pesat seiring dengan indeks waktu; ketika reaktivitas di bawah 1, kecepatan reaksi berantai akan menurun secara bertahap.
Mengapa Perak, Kadmium, dan Hafnium?
Ketiga elemen ini menjadikannya pilihan pertama untuk bahan batang kendali karena sifat spesifiknya dalam penyerapan neutron. Misalnya, paduan perak-kadmium-nikel (AIC) banyak digunakan di banyak reaktor air bertekanan komersial. Pada saat yang sama, kadmium memiliki kekuatan mekanis yang baik dan dapat mempertahankan stabilitas di lingkungan bersuhu tinggi, menjadikannya bahan penyerap neutron yang sangat baik.
Ketahanan korosi dan kekuatan hafnium menjadikannya pilihan penting dalam reaktor untuk beberapa penggunaan militer.
Meskipun perak, kadmium, dan hafnium memberikan sifat penangkapan neutron yang sangat baik, ketersediaan dan biaya masing-masing elemen memengaruhi penggunaannya dalam pembangkitan tenaga nuklir. Ambil contoh perak. Meskipun berkinerja baik dalam penangkapan neutron, kelangkaannya membatasi kelayakannya untuk aplikasi skala besar.
Keinginan dan evaluasi material
Saat memilih material batang kendali, ilmuwan tidak hanya akan mempertimbangkan efisiensi penangkapan neutron, tetapi juga ketahanan panas material, kemampuan mesin, dan faktor biaya masa depan. Oleh karena itu, kombinasi sintetis umum dari berbagai elemen, seperti baja boron tinggi atau paduan perak-kadmium, telah menjadi fokus penelitian para ilmuwan.
Material dengan efisiensi penangkapan dan daya tahan yang lebih tinggi sering kali meningkatkan keselamatan reaktor secara keseluruhan.
Mengingat faktor-faktor ini, kobalt, nikel, dan unsur tanah jarang lainnya juga sedang dalam penelitian di masa mendatang dan dapat dimasukkan ke dalam bahan desain batang kendali. Hal ini tidak hanya meningkatkan ketersediaan, tetapi juga memberi industri energi nuklir lebih banyak pilihan.
Tindakan keselamatan dan tanggap darurat
Keselamatan reaktor nuklir sangat bergantung pada desain batang kendali. Mekanisme keselamatan pada sebagian besar reaktor modern mengatur batang kendali agar secara otomatis turun ke inti untuk menghentikan reaksi dengan cepat jika terjadi kegagalan daya. Fitur ini dikenal dalam komunitas energi nuklir sebagai "SCRAM" (Mematikan Reaktor dengan Cepat).
Kemampuan respons cepat batang kendali merupakan dasar untuk memastikan pengoperasian reaktor yang aman.
Sejauh menyangkut BWR, meskipun mode operasinya berbeda, begitu terjadi kebutuhan untuk penghentian darurat, sistem hidrolik yang dirancang khusus akan segera menempatkan batang kendali untuk penghentian yang aman, yang menunjukkan pertimbangan keselamatan penting dalam desain reaktor.
Kesimpulan
Singkatnya, tiga unsur perak, kadmium, dan hafnium merupakan material penting untuk batang kendali di pembangkit listrik tenaga nuklir. Sifat penyerapan neutron yang sangat baik dan sifat fisik lainnya menjadikannya pilihan yang lebih disukai dalam desain reaktor. Namun, saat kita mengeksplorasi sumber energi yang lebih aman dan lebih ekonomis, dapatkah kita menemukan material lain yang lebih unggul dan revolusioner untuk menggantikan unsur-unsur tradisional ini?
