Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Paduan Timbal dan Bismut: Logam Berat Bahan Pendingin Reaktor Nuklir

Timbal (Pb) dan Bismut (Bi) adalah logam yang masing-masing memiliki nomor atom yang saling bertetangga (82 dan 83), yang memiliki peran penting dalam teknologi reaktor nuklir. Kedua elemen tersebut dikenal sebagai logam berat dengan citra negatif di masyarakat, terutama Pb karena sifatnya yang beracun bagi tubuh kita.

Meskipun demikian, kedua logam berat tersebut dapat bermanfaat sebagai salah satu kandidat bahan pendingin reaktor nuklir generasi IV yang digolongkan sebagai reaktor generasi maju, mengingat reaktor nuklir komersial terbaru saat ini masih pada kelompok generasi III+. Saat ini, reaktor generasi IV masih dalam tahap pengembangan dan ditargetkan akan dikomersialkan setelah tahun 2030. Keunggulan dari reaktor generasi IV dibandingkan dengan generasi sebelumnya adalah lebih aman, lebih ekonomis, dan tahan terhadap kemungkinan bahan bakar nuklir disalahgunakan oleh kelompok teroris.

Dilihat dari sejarahnya, penggunaan paduan Pb dan Bi bukanlah teknologi baru di bidang teknologi nuklir. Paduan biner ini sudah sejak lama digunakan sebagai pendingin pembangkit nuklir pada kapal selam yang dibuat oleh Uni Soviet pada tahun 1960an. Akan tetapi, pada tahun 1968 jenis kapal selam ini mengalami kecelakaan karena terjadi kegagalan sistem pendingin yang disebabkan oleh korosi pada Pb-Bi. Seiring dengan pekembangan zaman, pengetahuan untuk mencegah korosi pada Pb-Bi dengan melakukan kontrol oksigen secara aktif dan juga pemilihan material struktur yang tepat membuat penggunaan Pb-Bi untuk pembangkit komersial menjadi sangat menjanjikan.

Paduan Pb dan Bi dengan komposisi sebesar 44,5% Pb dan 55,5% Bi merupakan paduan biner yang dikenal sebagai Pb-Bi eutektik. Paduan ini memiliki titik leleh yang lebih rendah jika dibandingkan dengan paduan dengan komposisi Pb-Bi lainnya, yaitu sebesar 123,8°C untuk titik leleh dan sebesar 1670°C untuk titik didih. Rendahnya titik leleh dan tingginya titik didih memudahkan penggunaan Pb-Bi, baik dalam kondisi operasi maupun saat pemeliharaan, sehingga tidak perlu diberi tekanan tinggi seperti pada reaktor konvensional berpendingin air yang ada saat ini.

Keunggulan lain dari Pb-Bi eutektik adalah dapat menghindarkan reaktor nuklir dari kecelakaan yang disebabkan oleh kehilangan bahan pendingin seperti pada kasus Three Miles Island dan Fukushima. Selain itu, Pb-Bi tidak akan meledak jika terjadi kontak langsung dengan udara maupun air seperti yang terjadi pada natrium. Tambahan informasi, logam natrium juga diajukan sebagai salah satu bahan pendingin pada reaktor generasi IV selain Pb-Bi, garam cair (molten salt), gas, dan air super kritis. Penggunaan Pb-Bi eutektik sebagai bahan pendingin menyebabkan reaktor nuklir memiliki beberapa fitur keamanan pasif. Salah satunya adalah kemampuan reaktor untuk menyirkulasikan bahan pendingin secara alami tanpa bantuan pompa.

Tidak hanya diproyeksikan sebagai bahan pendingin pada reaktor nuklir penghasil daya, Pb-Bi eutektik juga diproyeksikan untuk digunakan sebagai bahan pendingin sekaligus material target spalasi pada Accelerator Driven System (ADS). ADS merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mentransmutasikan aktinida minor seperti Americium, Neptunium, dan Curium yang terkandung dalam limbah bahan bakar nuklir. Penggunaan ADS dilakukan untuk mengurangi waktu paruh aktinida minor yang sangat lama dengan cara merubahnya menjadi element atau isotop lainnya yang memiliki waktu paruh lebih pendek.

Kapal selam bertenaga nuklir K27. Sumber: https://theleansubmariner.com/tag/k27/.

Penggunaan bahan pendingin Pb-Bi pada reaktor generasi IV diharapkan dapat mewujudkan penggunaan energi yang berkelanjutan tanpa menghasilkan emisi gas rumah kaca. Selain itu, murah secara ekonomi tanpa meninggalkan aspek keselamatan dan keamanan reaktor nuklir.

Bahan bacaan:

Penulis:
Pribadi Mumpuni Adhi, pencinta pizza yang saat ini menjadi staf pengajar di Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta.