Plutonium mutu reaktor

Plutonium mutu reaktor atau Reactor-grade plutonium (RGPu) adalah mutu tingkat isotop plutonium yang ditemukan dalam bahan bakar nuklir bekas setelah bahan bakar utama uranium-235 yang digunakan reaktor tenaga nuklir terbakar habis. Uranium-238, yang merupakan sumber sebagian besar isotop plutonium melalui penangkapan neutron, ditemukan bersama U-235 dalam bahan bakar uranium pengayaan rendah pada reaktor sipil. Pada dasarnya, semua reaktor nuklir yang menggunakan bahan bakar uranium menghasilkan plutonium sebagai produk sampingan. Plutonium terbentuk ketika isotop uranium-238 menangkap neutron bebas selama reaksi fisi.

Berbeda dengan pembakaran rendah selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan yang umumnya dibutuhkan untuk menghasilkan plutonium tingkat senjata (WGPu/239Pu), waktu yang lama di dalam reaktor untuk menghasilkan plutonium tingkat reaktor menyebabkan transmutasi sebagian besar isotop fisi 239Pu yang relatif panjang dan memiliki waktu paruh fisil menjadi sejumlah isotop plutonium lain yang kurang fisil atau lebih radioaktif. Ketika 239Pu menyerap neutron, ia tidak selalu mengalami fisi nuklir. Terkadang penyerapan neutron justru menghasilkan 240 Pu pada suhu neutron dan komposisi bahan bakar yang umum terdapat dalam reaktor air ringan, dengan konsentrasi 240 Pu yang terus meningkat seiring dengan penyinaran yang lebih lama, menghasilkan plutonium dengan kadar yang semakin rendah seiring waktu.

Reaktor neutron termal Generasi II (yang merupakan pembangkit listrik tenaga nuklir paling banyak jumlahnya saat ini) hanya dapat menggunakan kembali plutonium tingkat reaktor dalam jumlah terbatas sebagai bahan bakar MOX, dan hanya untuk siklus kedua. Reaktor neutron cepat, yang saat ini hanya sedikit beroperasi dengan setengah lusin reaktor sedang dibangun, dapat menggunakan bahan bakar plutonium tingkat reaktor sebagai cara untuk mengurangi kandungan transuranium dalam bahan bakar nuklir bekas/limbah nuklir. Rusia juga telah memproduksi jenis bahan bakar Remix baru yang secara langsung mendaur ulang plutonium tingkat reaktor pada konsentrasi 1% atau kurang menjadi bahan bakar uranium segar atau yang diperkaya ulang, meniru kadar plutonium 1% dari bahan bakar dengan pembakaran tinggi.

Pendahuluan

Plutonium memiliki 20 isotop radioaktif yang diketahui, meskipun hanya enam yang dianggap penting dalam aplikasi nuklir. Isotop-isotop yang paling relevan umumnya adalah Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241, dan Pu-242. Berikut adalah daftar isotop plutonium yang paling umum, beserta waktu paruh dan kegunaannya:

Plutonium-238 (Pu-238), 87,7 tahun, Peluruhan alfa, Digunakan sebagai sumber panas dalam generator termoelektrik radioisotop (RTG) untuk menyuplai daya ke pesawat ruang angkasa seperti Voyager dan satelit.
Plutonium-239 (Pu-239), 24.110 tahun, Peluruhan alfa Merupakan isotop fisil utama yang digunakan dalam senjata nuklir dan beberapa reaktor nuklir. Diproduksi dalam reaktor nuklir dari uranium-238.
Plutonium-240 (Pu-240), 6.561 tahun, Peluruhan alfa dan fisi spontan Produk sampingan yang tak terhindarkan dalam reaktor nuklir. Keberadaannya mengurangi kualitas Pu-239 untuk keperluan senjata nuklir karena dapat menyebabkan fisi spontan prematur.
Plutonium-241 (Pu-241), 14,35 tahun, Peluruhan beta-minus, Merupakan bahan fisil yang meluruh menjadi amerisium-241. Sekitar 12% plutonium dalam bahan bakar nuklir bekas adalah Pu-241.
Plutonium-242 (Pu-242), 373.000 tahun Peluruhan alfa, Isotop yang kurang fisil dibandingkan Pu-239. Merupakan produk dari penangkapan neutron berulang dalam reaktor nuklir.
Plutonium-244 (Pu-244), 80,8 juta tahun, Peluruhan alfa dan fisi spontan Isotop dengan waktu paruh terpanjang. Ditemukan dalam jumlah renik di alam, tetapi juga diproduksi dalam reaktor.

Mutu plutonium

Plutonium digolongkan berdasarkan persentase kandungan isotop plutonium-240 (Pu-240) di dalamnya. Pu-240 memiliki laju fisi spontan yang tinggi, sehingga dapat menghambat pembuatan senjata nuklir yang andal. Semakin rendah kandungan Pu-240, semakin tinggi mutu plutonium.

Tingkat senjata super (Super weapons-grade): Mengandung kurang dari 3% Pu-240.
Tingkat senjata (Weapons-grade): Mengandung kurang dari 7% Pu-240. Ini adalah bahan yang disukai untuk senjata nuklir karena kandungan Pu-239 yang tinggi.
Tingkat bahan bakar (Fuel-grade): Mengandung antara 7% hingga 19% Pu-240.
Tingkat reaktor (Reactor-grade): Mengandung lebih dari 19% Pu-240. Plutonium ini adalah hasil samping dari reaktor daya komersial dan memiliki persentase Pu-239 yang lebih rendah karena waktu paparan yang lebih lama di dalam reaktor. Dihasilkan sebagai produk sampingan dari bahan bakar reaktor nuklir dan paling umum digunakan sebagai bahan bakar. Meskipun lebih sulit dan berbahaya, mutu plutonium ini masih bisa digunakan untuk membuat perangkat nuklir, meskipun dengan hasil yang lebih rendah atau kurang dapat diandalkan.

Reaktor nuklir produksi plutonium

Pada dasarnya, semua reaktor nuklir yang menggunakan bahan bakar uranium menghasilkan plutonium sebagai produk sampingan. Plutonium terbentuk ketika isotop uranium-238 menangkap neutron bebas selama reaksi fisi. Jenis reaktor penghasil plutonium yang utama adalah reaktor pembiak dan reaktor produksi militer, serta reaktor air berat dan reaktor air ringan komersial.

Berikut adalah jenis-jenis reaktor yang dapat menghasilkan plutonium:

Reaktor Pembiak Cepat (FBR)

Reaktor ini secara khusus didesain untuk memproduksi lebih banyak bahan fisil (seperti plutonium) daripada yang dikonsumsinya. Reaktor ini menggunakan uranium alami atau uranium terdeplesi sebagai bahan bakar, dan menghasilkan plutonium dalam jumlah besar dan berkualitas tinggi. Contoh: Reaktor Superphénix di Prancis (sekarang dinonaktifkan) dan beberapa reaktor yang menjadi bagian dari program nuklir tiga tahap India.

Reaktor Produksi (Militer)

Jenis reaktor ini dirancang khusus untuk memproduksi plutonium tingkat senjata (memiliki kemurnian Pu-239 yang tinggi) untuk senjata nuklir. Reaktor ini biasanya beroperasi pada tingkat pembakaran yang rendah untuk meminimalkan pembentukan isotop plutonium lainnya. Contoh: Reaktor di situs Hanford (AS) dan reaktor di Zheleznogorsk (Rusia).

Reaktor Air Berat

Reaktor ini menggunakan air berat (deuterium oksida) sebagai moderator neutron. Air berat sangat efisien dalam memproduksi plutonium tingkat senjata karena efektivitasnya sebagai moderator, yang memungkinkan reaktor menggunakan uranium alami tanpa perlu diperkaya. Contoh: Reaktor riset IRR-2 di Dimona, Israel, yang diyakini memproduksi plutonium untuk program senjata nuklir negara tersebut.

Reaktor Air Ringan (Reaktor Nuklir Komersial)

Meskipun tidak dirancang untuk produksi plutonium, reaktor pembangkit listrik komersial yang menggunakan bahan bakar uranium menghasilkan plutonium sebagai produk sampingan. Plutonium ini dicampur dengan produk fisi lainnya dan memiliki komposisi isotop yang berbeda dari plutonium tingkat senjata. Namun, sekitar sepertiga daya reaktor bertenaga uranium berasal dari fisi plutonium-239 yang dihasilkan. Contoh: Sebagian besar reaktor komersial di seluruh dunia.

Reaktor Riset

Reaktor ini berukuran lebih kecil daripada reaktor pembangkit listrik, dan digunakan untuk penelitian, pelatihan, dan produksi radioisotop. Meskipun bukan tujuan utamanya, reaktor ini juga dapat menghasilkan sejumlah kecil plutonium selama pengoperasiannya. Contoh: High Flux Isotope Reactor (HFIR) di AS, yang dibangun pada tahun 1960-an untuk memproduksi unsur-unsur berat seperti plutonium.

Sebagian besar plutonium ditemukan di alam dalam jumlah yang sangat kecil. Plutonium utamanya diproduksi secara artifisial melalui reaktor nuklir, baik sebagai produk sampingan atau dalam reaktor khusus yang dirancang untuk produksi plutonium. Beberapa contoh reaktor breeder produksi plutonium meliputi BN-600 dan BN-800 di Rusia, Phénix di Prancis, dan CFR-600 di China. Reaktor-reaktor ini dirancang untuk menghasilkan lebih banyak material fisil (seperti plutonium) daripada yang mereka konsumsi, dengan teknologi seperti pendinginan natrium cair untuk efisiensi yang lebih tinggi.

Lihat pula

Referensi

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 29207682 (2026-05-09T22:10:39Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Mohon gunakan konten ini secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.