http://www.explainthatstuff.com/how-nuclear-power-plants-work.html
Nuclear power plants
by Chris Woodford.
Last updated: September 16, 2015.
Atomic energy has had
a mixed history in the half-century or so since the world's first commercial
nuclear power plant opened at Calder Hall (now Sellafield) in Cumbria, England
in 1956. Huge amounts of world energy have been produced from atoms ever since,
but amid enormous controversy. Some people believe nuclear power is a vital way
to tackle climate change; others insist it is dirty, dangerous, uneconomic, and
unnecessary. Either way, it helps if you understand what nuclear energy is and
how it works—so let's forget the politics for a moment and take a closer look
at the science.
#Energi atom telah memiliki sejarah sejak setengah abad tahun yang lalu atau lebih sejak pembangkit listrik tenaga nuklir komersial pertama kali dikenal di Inggris pada tahun 1956, di Calder Hall (sekarang Sellafield) di Cumbria,jmlah besar energi dunia telah dihasilkan dari atom, tapi di tengah kontroversi besar. Beberapa orang percaya tenaga nuklir adalah cara penting untuk mengatasi perubahan iklim. Tapi yang lain bersikeras tenaga nuklir itu adalah kotor, berbahaya, tidak ekonomis, dan tidak perlu. Disini ada pemahaman tenaga nuklir dan bagaimana cara kerjanya.
What is atomic
energy?
It's not immediately
obvious but tall buildings store energy—potential energy. You have to work hard
to lift bricks and other building materials up off the ground into the right
position and, as long as they remain where you put them, they can store that
energy indefinitely. But a tall, unstable building is bound to collapse sooner
or later and, when it does so, the materials from which it was built come
crashing back down to the ground, releasing their stored potential energy as
heat, sound, and kinetic energy (the bricks could fall on your head!).
Atoms (the building
blocks of matter) are much the same. Some large atoms are very stable and quite
happy to stay as they are pretty much forever. But other atoms exist in
unstable forms called radioactive isotopes. They're the atomic equivalents of
wobbly old buildings: sooner or later, they're bound to fall apart, splitting
into bits like a large building tumbling to the ground and releasing energy on
the way. When large atoms split into one or more smaller atoms, giving off
other particles and energy in the process, we call it nuclear fission. That's
because the central part of the atom (the nucleus) is what breaks up and
fission is another word for splitting apart. Nuclear fission can happen
spontaneously, in which we case we call it radioactive decay (the conversion of
unstable, radioactive isotopes into stable atoms that aren't radioactive). It
can also be made to happen on demand—which is how we get energy out of atoms in
nuclear power plants. That type of fission is called a nuclear reaction.
#Apa energi atom?
Disini mengibaratkan tenaga nukir seperti:
gedung-gedung tinggi menyimpan energi-energi
potensial.Anda harus bekerja keras untuk
mengangkat batu bata dan bahan bangunan
lainnya dari tanah ke posisi yang tepat dan,
selama mereka tetap di mana Anda
menempatkan mereka, mereka dapat
menyimpan energi yang tanpa batas. ketika
gedung tinggi tidak stabil terikat runtuh cepat
atau lambat, dan ketika bahan dari mana
dibangun datang menerjang kembali ke tanah,
melepaskan energi potensial yang tersimpan
sebagai panas, suara, dan energi kinetik (batu
bata bisa jatuh di kepala Anda!).
Beberapa atom besar yang stabil bisa tetap
tinggal dan tidak terpecah dan terkumpul
selamanya, Tapi atom lain ada dalam bentuk
yang tidak stabil disebut isotop radioaktif.
atom yang setara dari bangunan tua pecah:
cepat atau lambat, mereka pasti berantakan
ketika membelah diri menjadi potongan-
potongan seperti bangunan besar jatuh ke
tanah dan melepaskan energi di jalan. Ketika
atom besar dibagi menjadi satu atau lebih kecil,
partikel yang lepas memberikan energi dan
proses yang sering disebut fisi nuklir. Fisi nuklir
bisa terjadi secara spontan, dimana sering
dikenal dengan peluruhan radioaktif. energi
dari atom di pembangkit listrik tenaga
nuklir.Jenis fisi ini disebut reaksi nuklir.
How much energy can
one atom make?
E = mc2
If E is energy, m is
mass (the scientific word for the ordinary stuff around us), and c is the speed
of light, Einstein's equation says that you can turn a tiny amount of mass into
a huge amount of energy. How come? Looking at the math, c is a really huge number
(300,000,000) so c2 is even bigger: 90,000,000,000,000,000. That's how many
joules (the standard measurement of energy) you'd get from a kilogram of mass.
In theory, if you could turn about seven billion hydrogen atoms completely to
energy, you'd get about one joule (that's about as much energy as a 10-watt
lightbulb consumes in a tenth of a second). Remember, though, these are just
ballpark, guesstimate numbers. The only point we really need to note is this:
since there are billions and billions of atoms in even a tiny spec of matter,
it should be possible to make lots of energy from not very much at all. That's
the basic idea behind nuclear power.
In practice, nuclear
power plants don't work by obliterating atoms completely; instead, they split
very large atoms into smaller, more tightly bound, more stable atoms. That
releases energy in the process—energy we can harness. According to a basic rule
of physics called the law of conservation of energy, the energy released in a
nuclear fission reaction is equal to the total mass of the original atom (and
all the energy holding it together) minus the total mass of the atoms it splits
into (and all the energy holding them together). For a more detailed
explanation of why nuclear reactions release energy, and how much they can
release, see the article binding energy on Hyperphysics.
#Seberapa banyak energy yang dibuat satu atom?
E = mc2
Albert Einstein merumuskan E adalah energi, m
adalah massa dan c adalah kecepatan cahaya,
persamaan Einstein mengatakan bahwa Anda
dapat mengubah jumlah kecil massa menjadi
sejumlah besar energi. Secara teori, jika Anda
bisa mengubah sekitar tujuh miliar atom
hidrogen sepenuhnya untuk energi, Anda akan
mendapatkan sekitar satu joule (itu tentang
energi sebanyak bola lampu 10 watt
mengkonsumsi dalam sepersepuluh detik).
Ingat, meskipun, ini hanya perkiraan, angka
kira-kira angka. Satu-satunya titik kita
benar-benar perlu diperhatikan adalah ini:
karena ada miliaran dan miliaran atom
bahkan spec kecil materi, itu harus mungkin
untuk membuat banyak energi dari tidak sangat
banyak sekali. Itulah ide dasar di balik tenaga
nuklir.
Dalam praktek, menggunakan pembangkit listrik
tenaga nuklir tidak bekerja dengan
melenyapkan atom sepenuhnya namun
sebaliknya, mereka membagi atom yang sangat
besar menjadi lebih kecil, terikat lebih erat,
atom lebih stabil.Yang melepaskan energi dalam
proses energi yang dapat kita manfaatkan.
Menurut aturan dasar fisika disebut hukum
kekekalan energi, energi yang dilepaskan
dalam reaksi fisi nuklir adalah sama dengan
massa total atom asli (dan semua energi
memegang bersama-sama) dikurangi total
massa atom itu terbagi menjadi (dan semua
energi menahan mereka bersama-sama). Untuk
penjelasan lebih rinci tentang mengapa reaksi
nuklir melepaskan energi, dan berapa banyak
mereka dapat melepaskan, lihat artikel yang
mengikat energi pada HyperPhysics.
What is a chain
reaction?
What if you could
make lots of atoms split up one after another? In theory, you could get them to
release a huge amount of energy. If breaking up billions of atoms sounds like a
real bore (like breaking billions of eggs to make an omelet), there's one more
handy thing that helps: some radioactive isotopes will go on splitting
themselves automatically in what's called a chain reaction, producing power for
pretty much as long as you want.
Suppose you take a
really heavy atom—a stable kind of uranium called uranium-235. Each of its
atoms has a nucleus with 92 protons and 143 neutrons. Fire a neutron at
uranium-235 and you turn it into uranium-236: an unstable version of the same
atom (a radioactive isotope of uranium) with 92 protons and 144 neutrons
(remember that you fired an extra one in). Uranium-236 is too unstable to hang
around for long so it splits apart into two much smaller atoms, barium and
krypton, releasing quite a lot of energy and firing off three spare neutrons at
the same time.
Now the brilliant
thing is that the spare neutrons can crash into other uranium-235 atoms, making
them split apart too. And when each of those atoms splits, it too will produce
spare neutrons. So a single fission of a single uranium-235 atom rapidly
becomes a chain reaction—a runaway, nuclear avalanche that releases a huge amount
of energy in the form of heat.
#Apa reaksi berantai?
Misalkan Anda mengambil atom-jenis yang
stabil benar-benar berat uranium disebut
uranium-235.Setiap atom yang memiliki inti
dengan 92 proton dan neutron 143.
Menembakkan neutron pada uranium-235 dan
Anda mengubahnya menjadi uranium-236:
versi stabil dari atom yang sama (isotop
radioaktif uranium) dengan 92 proton dan
neutron 144 (ingat bahwa Anda dipecat
tambahan satu di). Uranium-236 adalah terlalu
tidak stabil untuk berkeliaran lama sehingga
membagi terpisah menjadi dua atom jauh lebih
kecil, barium dan kripton, merilis cukup banyak
energi dan menembakkan tiga neutron cadang
pada waktu yang sama.
Sekarang hal brilian adalah bahwa neutron
cadang dapat menabrak uranium-235 atom
lain, membuat mereka terpecah juga. Dan
ketika masing-masing atom membagi, juga
akan menghasilkan neutron cadang. Jadi fisi
tunggal tunggal uranium-235 atom cepat
menjadi reaksi-a, longsoran nuklir pelarian
rantai yang melepaskan sejumlah besar energi
dalam bentuk panas.
What's the difference
between a nuclear power plant and a nuclear bomb?
In a nuclear bomb,
the chain reaction isn't controlled, and that's what makes nuclear weapons so
terrifyingly destructive. The entire chain reaction happens in a fraction of a
second, with one splitting atom producing two, four, eight, sixteen, and so on,
releasing a massive amount of energy in the blink of an eye. In nuclear power
plants, the chain reactions are very carefully controlled so they proceed at a
relatively slow rate, just enough to sustain themselves, releasing energy very
steadily over a period of many years or decades. There is no runaway,
uncontrolled chain reaction in a nuclear power plant.
#Apa perbedaan antara pembangkit listrik
tenaga nuklir dan bom nuklir?
Dalam sebuah bom nuklir, reaksi berantai yang
tidak terkontrol, dan itulah yang membuat
senjata nuklir sehingga menakutkan
destruktif.Seluruh reaksi berantai yang terjadi
dalam sepersekian detik, dengan satu atom
membelah memproduksi dua, empat, delapan,
enam belas, dan seterusnya, melepaskan
sejumlah besar energi dalam sekejap mata.Di
pembangkit listrik tenaga nuklir, reaksi
berantai yang sangat hati-hati dikendalikan
sehingga mereka melanjutkan pada tingkat
yang relatif lambat, hanya cukup untuk
mempertahankan diri, melepaskan energi yang
sangat mantap selama bertahun-tahun atau
dekade.
How does a nuclear
power plant work?
Okay, we've figured
how to get energy from an atom, but the energy we've got isn't that helpful:
it's just a huge amount of heat! How do we turn that into something much more
useful, namely electricity? A nuclear power plant works pretty much like a
conventional power plant, but it produces heat energy from atoms rather than by
burning coal, oil, gas, or another fuel. The heat it produces is used to boil
water to make steam, which drives one or more giant steam turbines connected to
generators—and those produce the electricity we're after. Here's how:
Diagram showing the
sequence of power-making steps inside a nuclear electricity power plant.
First, uranium fuel
is loaded up into the reactor—a giant concrete dome that's reinforced in case
it explodes. In the heart of the reactor (the core), atoms split apart and
release heat energy, producing neutrons and splitting other atoms in a
carefully controlled nuclear reaction.
Control rods made of
materials such as cadmium and boron can be raised or lowered into the reactor
to soak up neutrons and slow down or speed up the chain reaction.
Water is pumped
through the reactor to collect the heat energy that the chain reaction
produces. It constantly flows around a closed loop linking the reactor with a
heat exchanger.
Inside the heat
exchanger, the water from the reactor gives up its energy to cooler water
flowing in another closed loop, turning it into steam. Using two unconnected
loops of water and the heat exchanger helps to keep water contaminated with
radioactivity safely contained in one place and well away from most of the
equipment in the plant.
The steam from the
heat exchanger is piped to a turbine. As the steam blows past the turbine's
vanes, they spin around at high speed.
The spinning turbine
is connected to an electricity generator and makes that spin too.
The generator
produces electricity that flows out to the power grid—and to our homes, shops,
offices, and factories.
#Bagaimana cara kerja pembangkit listrik
tenaga nuklir?
Oke, kita sudah menemukan cara untuk
mendapatkan energi dari atom, tetapi energi
yang kita punya adalah tidak membantu: itu
hanya sejumlah besar panas! Bagaimana kita
mengubah itu menjadi sesuatu yang jauh lebih
berguna, yaitu listrik? Sebuah pembangkit listrik
tenaga nuklir bekerja cukup banyak seperti
pembangkit listrik konvensional, tetapi
menghasilkan energi panas dari atom bukan
oleh pembakaran batu bara, minyak, gas, atau
bahan bakar lain. Panas yang dihasilkan
digunakan untuk merebus air untuk membuat
uap, yang mendorong satu atau lebih turbin uap
raksasa yang terhubung ke generator-dan
mereka menghasilkan listrik.
Diagram yang menunjukkan urutan langkah-
langkah membuat power-dalam pembangkit
tenaga listrik nuklir.
Pertama, bahan bakar uranium dimuat ke
dalam reaktor kubah beton-raksasa yang
diperkuat dalam kasus itu meledak. Di jantung
reaktor (inti), atom terpecah dan melepaskan
energi panas, memproduksi neutron dan
membelah atom lain dalam reaksi nuklir
terkendali dengan hati-hati.
Kontrol batang terbuat dari bahan-bahan
seperti kadmium dan boron dapat dinaikkan
atau diturunkan ke dalam reaktor untuk
menyerap neutron dan memperlambat atau
mempercepat reaksi berantai.
Air dipompa melalui reaktor untuk
mengumpulkan energi panas yang menghasilkan
reaksi berantai. Terus-menerus mengalir di
sekitar loop tertutup yang menghubungkan
reaktor dengan penukar panas.
Di dalam penukar panas, air dari reaktor
memberikan energi untuk air dingin yang
mengalir dalam lingkaran tertutup lain,
mengubahnya menjadi uap. Menggunakan dua
loop tidak berhubungan air dan penukar panas
membantu untuk menjaga air yang
terkontaminasi dengan radioaktivitas aman
yang terkandung dalam satu tempat dan jauh
dari sebagian besar peralatan di pabrik.
Uap dari penukar panas disalurkan ke
turbin.Sebagai pukulan uap melewati baling-
baling turbin, mereka berputar dengan
kecepatan tinggi.
Turbin berputar terhubung ke generator listrik
dan membuat spin yang terlalu.
Generator menghasilkan listrik yang mengalir ke
jaringan listrik ke rumah, toko, kantor, dan
pabrik.
Can a nuclear power
plant explode like a nuclear bomb?
One reason many
people oppose nuclear power is because they think nuclear plants are like
enormous nuclear bombs, just waiting to explode and wipe out civilization. It's
true that nuclear plants and nuclear bombs are both based on nuclear reactions
in which atoms split apart, but that's generally where the similarity begins
and ends.
To start with, very
different grades of uranium are used in power plants and nuclear bombs (some
bombs use plutonium, but that's another story). Bombs need extremely pure
(enriched) uranium-235, which is made by removing contaminants (notably another
isotope of uranium, uranium-238) from naturally occurring uranium. Unless the
contaminants are removed, they stop a nuclear chain reaction from occurring.
Power plants can work with less purified, much more ordinary uranium providing
they add another substance called a moderator. The moderator, typically made of
carbon or water, effectively "converts" the less pure uranium so it
will allow a chain reaction to happen. (I won't go into the details here, but
it works by slowing down neutrons so they are less readily absorbed by any
uranium-238 impurities and have a greater chance of causing fission in the
all-important uranium-235.) All we really need to know about the moderator is
that it makes a chain reaction possible in relatively impure uranium—and
without it the reaction stops.
So what happens if
the reaction inside a power plant starts to run out of control? If that
happens, so much energy is released that the reactor overheats and may even
explode—but in a relatively small, entirely conventional explosion, not an
apocalyptic nuclear bomb. In that situation, the moderator burns or melts, the
reactor is destroyed, and the nuclear reaction stops; there is no runaway chain
reaction. The worst situation is called a meltdown: the reactor melts into a
liquid, producing a hot, radioactive glob that drops deep down into the ground,
potentially contaminating water supplies.
There are various
other important differences that stop nuclear power plants from turning into
nuclear bombs. In particular, nuclear bombs have to be assembled in a very
precise way and detonated so that they implode (pushing the nuclear material
together so it reacts properly). These conditions don't occur in a nuclear
power plant.
A different kind of
power plant called a fast-breeder reactor works a different way, producing its
own plutonium fuel in a self-sustaining process. Its chain reaction is much
closer to what happens in a nuclear bomb and it doesn't work through a
moderator. That's why a fast-breeder reactor could, theoretically, run out of
control and cause a nuclear explosion.
#pembangkit listrik tenaga nuklir bisa meledak
seperti bom nuklir?
Salah satu alasan banyak orang menentang
tenaga nuklir karena mereka berpikir PLTN
seperti bom nuklir yang sangat besar, hanya
menunggu untuk meledak dan menghapus
peradaban.Memang benar bahwa pembangkit
nuklir dan bom nuklir keduanya didasarkan
pada reaksi nuklir di mana atom terpecah, tapi
itu umumnya di mana kesamaan dimulai dan
berakhir.
Untuk mulai dengan, nilai yang sangat berbeda
dari uranium yang digunakan dalam
pembangkit listrik dan bom nuklir (bom
beberapa menggunakan plutonium, tapi itu
cerita lain). Bom perlu sangat murni
(diperkaya) uranium-235, yang dibuat dengan
menghilangkan kontaminan (terutama isotop
lain dari uranium, uranium-238) dari alami
uranium. Kecuali kontaminan dihapus, mereka
menghentikan reaksi berantai nuklir yang
terjadi. Pembangkit listrik dapat bekerja
dengan kurang murni, jauh lebih biasa uranium
memberikan mereka menambahkan zat lain
yang disebut moderator. Moderator, biasanya
terbuat dari karbon atau air, secara efektif
"mengubah" uranium kurang murni sehingga
akan memungkinkan reaksi berantai terjadi.
moderator adalah membuat reaksi berantai,
mungkin dalam relatif murni uranium-dan
tanpa itu reaksi berhenti.
Jadi apa yang terjadi jika reaksi dalam
pembangkit listrik mulai berjalan di luar
kendali? Jika itu terjadi, begitu banyak energi
dilepaskan bahwa reaktor terlalu panas dan
bahkan dapat meledak-tapi dalam relatif
kecil, ledakan seluruhnya konvensional, bukan
bom nuklir apokaliptik.Dalam situasi itu,
moderator membakar atau meleleh, reaktor
hancur, dan reaksi nuklir berhenti; tidak ada
reaksi berantai yang tak terkendali. Situasi
terburuk disebut meltdown: reaktor meleleh
menjadi cair, menghasilkan panas, gumpal
radioaktif yang turun jauh ke dalam tanah,
berpotensi mencemari pasokan air.
Ada berbagai perbedaan penting lainnya yang
menghentikan pembangkit listrik tenaga nuklir
berubah menjadi bom nuklir. Secara khusus,
bom nuklir harus dirakit dengan cara yang
sangat tepat dan diledakkan sehingga mereka
meledak (mendorong bahan nuklir bersama-
sama sehingga bereaksi dengan benar). Kondisi
ini tidak terjadi di pembangkit listrik tenaga
nuklir.
Yang berbeda jenis pembangkit listrik yang
disebut reaktor cepat-peternak bekerja dengan
cara yang berbeda, memproduksi bahan bakar
plutonium sendiri dalam proses mandiri. Reaksi
berantai yang lebih dekat dengan apa yang
terjadi di bom nuklir dan tidak bekerja melalui
moderator. Itu sebabnya reaktor cepat peternak
bisa, secara teoritis, berjalan di luar kendali
dan menyebabkan ledakan nuklir.
