Reaktor air ringan

Reaktor air ringan adalah jenis reaktor termal-neutron yang menggunakan air biasa, bukan air berat, baik sebagai pendingin maupun moderator neutronnya; selanjutnya bentuk padat elemen fisil digunakan sebagai bahan bakar. Reaktor neutron termal adalah jenis reaktor nuklir yang paling umum, dan reaktor air ringan adalah jenis reaktor neutron termal yang paling umum.^{[1][2][3][4][5][6]}

Ada tiga jenis reaktor air ringan yaitu reaktor air bertekanan, reaktor air mendidih, dan reaktor air superkritis. Sebagian besar unit reaktor air ringan dibangun dengan jenis reaktor air superkritis. Saat ini reaktor air ringan yang ditawarkan meliputi ABWR, AP1000, APR-1400, CPR-1000, EPR, dan VVER.

• 
  Diagram animasi reaktor air mendidih
• 
  Diagram animasi reaktor air bertekanan

Perbandingan reaktor nuklir PWR, BWR, dan PHWR

• PWR (Pressurized Water Reactor): Reaktor yang menggunakan air biasa sebagai pendingin dan moderator, di mana air di dalam reaktor dijaga agar tidak mendidih dengan tekanan tinggi.
• BWR (Boiling Water Reactor): Reaktor air ringan di mana air dibiarkan mendidih langsung di dalam teras reaktor untuk menghasilkan uap yang memutar turbin.
• PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor): Reaktor yang menggunakan air berat (deuterium oksida) sebagai moderator dan pendingin, memungkinkan penggunaan bahan bakar uranium alam.

Berikut adalah tabel perbandingan antara jenis reaktor nuklir PWR (Pressurized Water Reactor), BWR (Boiling Water Reactor), dan PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor):

Tabel perbandingan reaktor nuklir PWR, BWR, dan PHWR

Parameter	LWR (Reaktor air ringan)		PHWR (Reaktor Air Berat Bertekanan)
	PWR (Reaktor Air Bertekanan)	BWR (Reaktor Air Didih)
Pendingin Utama	Air biasa (Light Water) dengan tekanan tinggi	Air biasa (Light Water)	Air berat (D₂O)
Moderator	Air biasa (Light Water)	Air biasa (Light Water)	Air berat (D₂O)
Jenis Bahan Bakar	Uranium terkaya (biasanya 3–5% U-235)	Uranium terkaya (3–5% U-235)	Uranium alam (Natural Uranium, tanpa pengayaan)
Jumlah Sirkuit Pendingin	Tiga sirkuit (Primer, Sekunder, dan Air Pendingin Kondensor)	Dua sirkuit (Primer/Uap langsung ke turbin, dan Pendingin Kondensor)	Tiga sirkuit (Primer air berat, Sekunder air biasa, dan Pendingin)
Titik Didih di Inti Reaktor	Tidak mendidih (karena tekanan sangat tinggi ~155 atm)	Mendidih langsung di dalam teras reaktor (core)	Tidak mendidih di dalam teras reaktor
Pembangkitan Uap	Dilakukan di komponen terpisah (Generator Uap/Steam Generator)	Uap dihasilkan langsung di dalam bejana reaktor	Dilakukan di komponen terpisah (Generator Uap)
Kelebihan Utama	Desain paling umum, stabil, dan operator sudah sangat berpengalaman	Efisiensi termal lebih tinggi karena uap langsung ke turbin; tidak butuh generator uap terpisah	Dapat menggunakan uranium alam (tidak perlu fasilitas pengayaan mahal), bisa mengisi bahan bakar saat beroperasi
Kekurangan Utama	Membutuhkan bejana tekan yang sangat tebal dan besar; tidak bisa mengganti bahan bakar saat beroperasi	Uap radioaktif mengalir ke turbin sehingga ruang turbin perlu proteksi radiasi	Biaya awal pembuatan air berat mahal; ukuran reaktor lebih besar untuk daya yang setara

Kekritisan reaktor air ringan

Kekritisan reaktor air ringan atau Light-Water Reactor (LWR) adalah kondisi ketika reaksi berantai fisi nuklir di dalam inti reaktor dapat berjalan sendiri dan bertahan secara stabil. KekritisanKekritisan diukur dengan faktor multiplikasi neutron (k), yaitu perbandingan jumlah neutron pada satu generasi terhadap generasi sebelumnya:

• Kritis (k = 1): Reaksi berantai berjalan konstan dan stabil. Daya reaktor tetap. Ini adalah kondisi operasi normal.
• Subkritis (k < 1): Jumlah neutron berkurang dari waktu ke waktu. Reaksi berantai akan berhenti. Kondisi ini terjadi saat reaktor dimatikan (shutdown).
• Superkritis (k > 1): Jumlah neutron bertambah pada setiap generasi. Daya reaktor meningkat. Kondisi ini diperlukan saat reaktor mulai dinyalakan atau dinaikkan dayanya.

Pada Reaktor Air Ringan, air biasa berfungsi ganda yang sangat memengaruhi nilai kekritisan. Air sebagai moderator meutron  memperlambat laju neutron cepat hasil fisi menjadi neutron termal agar mudah memicu fisi berikutnya pada uranium-235. Air sebagai pendingin menyerap panas dari bahan bakar. Jika suhu air naik atau menguap berlebihan (berkurang densitasnya), kemampuan moderasi menurun. Hal ini menciptakan koefisien reaktivitas negatif yang membuat reaktor secara alami aman dari kelebihan panas.

Pengendalian KekritisanUntuk menjaga agar reaktor selalu berada pada tingkat kekritisan yang aman (k = 1 saat beroperasi), sistem LWR menggunakan Batang Kendali (Control Rods) yang terbuat dari bahan penyerap neutron (seperti boron atau hafnium) yang dimasukkan atau ditarik dari teras reaktor untuk mengatur jumlah neutron bebas. Asam Borat dicampurkan ke dalam air pendingin sebagai pengendali reaktivitas tambahan jangka panjang.

Approach to criticality

Tahapan start kritis (approach to criticality) pada LWR (Light Water Reactor)—baik tipe PWR (Pressurized Water Reactor) maupun BWR (Boiling Water Reactor)—adalah proses membawa reaktor dari kondisi mati total (subcritical) menuju kondisi berantai mandiri yang stabil (criticality, k eff} = 1.

Sebelum penarikan kendali dimulai, reaktor berada dalam kondisi mati aman dengan margin penghentian (shutdown margin) yang besar (sekitar 10% atau k effwkitar 0,90.  Konsentrasi asam boron (penyerap neutron) di dalam air pendingin primer khusus PWR diatur pada tingkat tinggi untuk menahan reaksi. Detektor neutron (seperti Source Range Channels) dinyalakan untuk memantau cacah neutron awal yang dihasilkan oleh sumber neutron eksternal (startup source).

Batang kendali kategori shutdown (batang pengaman darurat) ditarik sepenuhnya keluar dari teras reaktor secara bertahap dan berurutan. Aturan keselamatan melarang reaktor mencapai kondisi kritis hanya dengan menarik batang pengaman ini. Reaktor dipastikan masih dalam kondisi subcritical setelah tahap ini selesai.

Proses Pendekatan Kritis (Approach to Criticality) dilakukan secara perlahan menggunakan kombinasi dua metode berikut:Penarikan Batang Kendali Kontrol sedikit demi sedikit (per beberapa notch atau langkah). Khusus PWR, konsentrasi boron dalam air ringan dikurangi secara bertahap dengan memasukkan air murni secara terkendali guna menurunkan penyerapan neutron.

Selama penarikan batang atau pengenceran boron, operator terus menghitung nilai 1/M (kebalikan dari faktor multiplikasi neutron).Nilai laju cacah neutron diplot ke dalam grafik Inverse Count Rate Ratio (ICRR). Ketika garis grafik mendekati angka nol, ini menandakan bahwa populasi neutron mulai mandiri dan reaktor hampir mencapai kritis.

Begitu reaktivitas bernilai nol Δ k = 0 atau (k eff = 1, reaktor dinyatakan mencapai kekritisan.Populasi neutron sekarang konstan dan stabil tanpa memerlukan bantuan dari sumber neutron eksternal. Pada tahap ini, reaktor beroperasi pada tingkat daya yang sangat rendah (low power/zero power). Panas yang dihasilkan belum signifikan sehingga suhu air pendingin masih dijaga oleh pemanas eksternal (pressurizer pada PWR) dan pompa sirkulasi.

Setelah kondisi kritis stabil dikonfirmasi, batang kendali ditarik sedikit lagi untuk membuat reaktor sedikit superkritis (supercritical) agar dayanya meningkat ke tingkat operasi.Ketika daya mulai naik, reaktor akan menghasilkan panas yang signifikan (Point of Adding Heat - POAH). Efek umpan balik negatif dari suhu air (karena sifat air ringan sebagai moderator) akan otomatis menstabilkan kembali reaktor pada tingkat daya yang baru yang lebih tinggi.

Tabel tahapan start kritis (critical startup) pada reaktor LWR beserta deskripsi dan parameter utamanya:

Tahapan Start	Nama Fase	Deskripsi Operasional	Parameter / Indikator Utama
Fase 1	Pre-Startup / Cold Shutdown Verification	Pemeriksaan seluruh sistem keselamatan, pendingin utama, instrumen kendali nuklir, dan pemastian posisi batang kendali (control rods) masuk penuh di dalam teras.	Suhu reaktor rendah, fluks neutron berada di tingkat latar belakang minimum (source range).
Fase 2	Approach to Criticality (Penarikan Batang Kendali)	Batang kendali ditarik secara bertahap dan sangat hati-hati sesuai kelompoknya (rod banks) untuk meningkatkan populasi neutron dalam teras reaktor.	Pemantauan grafik 1/M (inverse multiplication) untuk memprediksi titik kritis reaktor.
Fase 3	Dilusi Boron (Khusus PWR)	Menurunkan konsentrasi asam borat (penyerap neutron) di dalam air pendingin utama dengan menambahkan air demineralisasi secara terkontrol hingga mendekati titik kritis.	Penurunan konsentrasi boron dalam satuan ppm (parts per million).
Fase 4	Initial Criticality (Kritis Awal)	Reaktor mencapai kondisi kritis k eff = 1.0\, di mana laju produksi neutron sama dengan laju kehilangan neutron. Reaksi berantai sudah mandiri tanpa bantuan startup source.	Fluks neutron stabil dan konstan pada tingkat daya sangat rendah (Zero Power Criticality).
Fase 5	Point of Adding Heat (POAH)	Daya reaktor dinaikkan sedikit demi sedikit melampaui tingkat kritis awal hingga panas hasil pembelahan nuklir mulai memengaruhi suhu air pendingin secara terukur.	Kenaikan suhu reaktor secara inheren memicu umpan balik negatif koefisien reaktivitas suhu (temperature feedback).
Fase 6	Power Ascension (Kenaikan Daya Kritis)	Reaktor keluar dari mode startup menuju operasi daya. Aliran pendingin dan turbin mulai disinkronisasikan untuk menghasilkan uap dan memutar generator listrik.	Peningkatan persentase daya termal megawatt (MWt) ke tingkat komersial.

Kekritisan reaktor LWR (Light Water Reactor) dipantau dan diukur melalui nilai faktor multiplikasi neutron efektif k eff, di mana kondisi kritis tercapai tepat saat k eff = 1. Karena fluks neutron berbanding lurus dengan daya reaktor, instrumen pengukuran utama kekritisan reaktor LWR adalah sistem detektor neutron yang memantau kerapatan fluks neutron di dalam dan di sekitar teras reaktor.

Sistem instrumentasi nuklir ini dibagi menjadi tiga rentang operasi utama (dari kondisi mati/startup hingga daya penuh):Pada kondisi awal reaktor mati atau baru akan dinyalakan, fluks neutron sangat rendah. Diperlukan instrumen yang sangat sensitif untuk mendeteksi pulsa neutron individual guna memastikan pemantauan transisi menuju kondisi kritis terukur dengan aman. Begitu mendekati kritis dan reaktor mulai memasuki fase kritis k eff = 1, populasi neutron meningkat secara eksponensial, berpindah dari rentang pulsa ke rentang arus listrik kontinu.

Setelah reaktor mencapai kekritisan stabil dan beroperasi pada daya tinggi untuk menghasilkan listrik, instrumen berfokus pada pemantauan distribusi daya linier dan perlindungan teras dari panas berlebih.

Ringkasan Jenis Detektor Utama pada LWR

Jenis Detektor	Rentang Operasi	Mekanisme Deteksi	Target Pengukuran Utama
Fission Chamber / Proportional Counter	Startup / Sumber	Mode Pulsa (Pencacahan fisi nuklir mikro pada detektor)	Laju peningkatan neutron awal mendekati \(k_{eff} = 1\)
Compensated Ionization Chamber (CIC)	Intermediate (Antara)	Mode Arus (Dengan eliminasi interferensi sinar gamma)	Transisi laju reaktivitas dan periode reaktor
Uncompensated Ionization Chamber (UIC)	Daya (Power Range)	Mode Arus (Deteksi luar teras / ex-core)	Keamanan daya total reaktor
Self-Powered Neutron Detector (SPND)	Daya (Power Range)	Aktivasi material detektor internal (in-core)	Pemetaan distribusi fluks neutron di dalam teras

Melalui kombinasi instrumen-instrumen dari pemasok teknologi nuklir seperti Reuter-Stokes, operator dapat memantau grafik perlipatan neutron dan memastikan reaktor LWR tetap berada pada tingkat kekritisan yang aman dan terkendali.

Bahan bakar reaktor LWR

• Bahan bakar utama reaktor air ringan atau Light-Water Reactor (LWR) adalah uranium dioksida (UO₂) yang diperkaya. Uranium alami diperkaya hingga 3% sampai 5% (khususnya isotop Uranium-235 atau U-235) agar reaksi berantai fisi nuklir dapat berjalan secara stabil.
• Serbuk uranium dioksida diproses dan dicetak menjadi pelet keramik kecil berukuran sekitar satu inci.
• Pelet keramik disusun dan dimasukkan ke dalam tabung panjang berbahan paduan zirkonium (zircaloy) yang disebut batang bahan bakar.
• Batang-batang bahan bakar ini dikelompokkan menjadi satu rakitan besar berbentuk persegi panjang dengan berat mencapai ratusan kilogram per unit sebelum dimasukkan ke dalam teras reaktor.Jenis
• MOX (Mixed Oxide Fuel): Campuran antara uranium dioksida dan plutonium dioksida (PuO₂) yang juga dapat digunakan pada sebagian reaktor LWR untuk mendaur ulang plutonium.

Penggunaan air biasa mengharuskan adanya pengayaan tertentu pada bahan bakar uranium agar reaktor dapat mempertahankan kondisi kekritisan yang diperlukan. Reaktor air ringan menggunakan uranium-235 sebagai bahan bakar, yang diperkaya hingga sekitar 3 persen. Meskipun uranium-235 merupakan bahan bakar utamanya, atom uranium-238 juga berkontribusi pada proses fisi dengan cara berubah menjadi plutonium-239; sekitar separuh dari plutonium tersebut kemudian dikonsumsi di dalam reaktor. Reaktor air ringan umumnya menjalani pengisian ulang bahan bakar setiap 12 hingga 18 bulan, di mana sekitar 25 persen bahan bakarnya diganti.

UF6 yang telah diperkaya diubah menjadi bubuk uranium dioksida yang kemudian diproses menjadi bentuk pelet. Pelet-pelet tersebut kemudian dibakar dalam tanur sintering bersuhu tinggi untuk menghasilkan pelet keramik keras dari uranium yang diperkaya. Pelet berbentuk silinder ini kemudian melalui proses penggilingan untuk mencapai ukuran yang seragam. Uranium oksida dikeringkan sebelum dimasukkan ke dalam tabung guna menghilangkan kelembapan pada bahan bakar keramik yang dapat menyebabkan korosi dan penggetasan akibat hidrogen. Pelet-pelet tersebut disusun—sesuai dengan spesifikasi desain inti nuklir masing-masing—ke dalam tabung yang terbuat dari paduan logam tahan korosi. Tabung-tabung tersebut disegel untuk menampung pelet bahan bakar; tabung-tabung ini disebut sebagai batang bahan bakar.

Batang bahan bakar yang telah jadi dikelompokkan ke dalam rakitan bahan bakar khusus yang kemudian digunakan untuk menyusun inti bahan bakar nuklir pada reaktor pembangkit listrik. Logam yang digunakan untuk tabung bergantung pada desain reaktor; baja tahan karat digunakan di masa lalu, namun sebagian besar reaktor saat ini menggunakan paduan zirkonium. Untuk jenis reaktor yang paling umum, tabung-tabung tersebut dirakit menjadi bundel dengan jarak yang presisi antar-tabung. Bundel-bundel ini kemudian diberi nomor identifikasi unik yang memungkinkan pelacakan mulai dari tahap pembuatan, penggunaan, hingga pembuangan.

Bahan bakar reaktor air bertekan (*pressurized water reactor*) terdiri dari batang-batang silinder yang disatukan dalam bundel. Keramik uranium oksida dibentuk menjadi pelet dan dimasukkan ke dalam tabung paduan zirkonium yang disatukan menjadi bundel. Tabung paduan zirkonium tersebut memiliki diameter sekitar 1 cm, dan celah antara bahan bakar dengan selongsongnya (*cladding*) diisi dengan gas helium untuk meningkatkan konduksi panas dari bahan bakar ke selongsong. Terdapat sekitar 179–264 batang bahan bakar dalam setiap bundel bahan bakar, dan sekitar 121 hingga 193 bundel bahan bakar dimuat ke dalam teras reaktor. Pada umumnya, bundel bahan bakar terdiri dari batang-batang bahan bakar yang disusun dalam konfigurasi 14x14 hingga 17x17. Panjang bundel bahan bakar PWR adalah sekitar 4 meter. Tabung paduan zirkonium diisi dengan gas helium bertekanan untuk meminimalkan interaksi pelet-selongsong (*pellet-cladding interaction*) yang dapat menyebabkan kegagalan batang bahan bakar dalam jangka waktu lama.

Pada reaktor air didih (BWR), bahan bakarnya serupa dengan bahan bakar PWR, namun bundelnya memiliki selubung luar (*canned*); artinya, terdapat tabung tipis yang mengelilingi setiap bundel. Hal ini terutama dilakukan untuk mencegah variasi densitas lokal memengaruhi karakteristik neutronik dan termohidrolika teras nuklir dalam skala keseluruhan. Pada bundel bahan bakar BWR modern, terdapat 91, 92, atau 96 batang bahan bakar per rakitan, tergantung pada produsennya. Teras reaktor BWR di Amerika Serikat terdiri dari kisaran antara 368 rakitan untuk reaktor terkecil hingga 800 rakitan untuk reaktor terbesar. Setiap batang bahan bakar BWR diisi dengan gas helium hingga mencapai tekanan sekitar tiga atmosfer (300 kPa).

Bundel bahan bakar

Bundel bahan bakar (atau rakitan bahan bakar / fuel assembly) pada reaktor air ringan (LWR - Light Water Reactor) secara umum dibagi menjadi dua varian utama berdasarkan jenis reaktornya, yaitu PWR (Pressurized Water Reactor) dan BWR (Boiling Water Reactor).

Kedua jenis bundel ini menggunakan bahan bakar pelet keramik Uranium Dioksida (UO₂) dengan tingkat pengayaan uranium sekitar 3% hingga 5% U-235, yang dibungkus dalam pipa selongsong paduan zirkonium (Zircaloy). Namun, konfigurasi geometris dan susunannya memiliki perbedaan mendasar:

Tabel Spesifikasi Bundel Bahan Bakar Reaktor LWR

Parameter Desain	Rakitan / Bundel PWR (Standar 17x17)	Rakitan / Bundel BWR (Standar Khas)
Geometri Matriks	Matriks Persegi 17 × 17	Matriks Persegi 8 × 8, 9 × 9, atau 10 × 10
Jumlah Batang Bahan Bakar per Bundel	264 batang (25 posisi sisa digunakan untuk pipa panduan batang kendali/instrumentasi)	62 hingga 92 batang (tergantung konfigurasi matriks dan jumlah pipa air tengah)
Saluran Kotak (Channel Box)	Tidak ada (struktur terbuka, aliran pendingin menyatu antar bundel)	Ada (setiap bundel dibungkus kotak logam zirkonium untuk mengarahkan aliran uap/air)
Material Selongsong (Cladding)	Zircaloy-4 atau paduan Zirkonium canggih	Zircaloy-2 atau paduan Zirkonium sejenis
Gas Pengisi Celah (Gap Filler)	Gas Helium	Gas Helium
Panjang Bundel Aktif	Sekitar 3,7 hingga 4,3 meter	Sekitar 3,7 hingga 4,0 meter
Berat Total Bundel	Sekitar 650 – 700 kg	Sekitar 250 – 300 kg

Proses pengisian ulang bahan bakar

Proses pengisian ulang bahan bakar (refueling outage) pada Light Water Reactor (LWR)—baik tipe Pressurized Water Reactor (PWR) maupun Boiling Water Reactor (BWR)—merupakan prosedur kompleks yang umumnya dilakukan setiap 18 hingga 24 bulan sekali. Karena reaktor LWR menggunakan bejana tekan tunggal (pressure vessel), reaktor wajib dimatikan (shutdown) sepenuhnya selama proses ini berlangsung.

Reaktor dimatikan secara perlahan dengan memasukkan seluruh batang kendali (control rods) ke dalam inti reaktor untuk menghentikan reaksi fisi berantai. Sistem pendingin reaktor diturunkan suhu dan tekanannya untuk membuang panas peluruhan (decay heat) yang tersisa dari bahan bakar bekas. Air di dalam reaktor dicampur dengan boron konsentrasi tinggi guna memastikan reaktor tetap berada dalam kondisi subkritis (tidak aktif kembali secara tidak sengaja).

Setelah sistem dingin, para teknisi melepas baut-baut raksasa yang mengunci penutup bejana tekan reaktor (reactor vessel head). Rongga di atas reaktor (refueling cavity) dibanjiri dengan air borat hingga sejajar dengan kolam penyimpanan bahan bakar bekas. Air setinggi belasan meter ini berfungsi penting untuk mendinginkan bahan bakar sekaligus melindungi pekerja dari radiasi. Penutup bejana tekan reaktor diangkat menggunakan crane khusus dan dipindahkan ke area penyimpanan sementara.

Seluruh proses pemindahan bundel bahan bakar (fuel assemblies) dilakukan di bawah air menggunakan derek manipulator robotik jarak jauh: Derek mengangkat sepertiga hingga seperempat bagian bahan bakar yang sudah habis masa pakainya dari inti reaktor. Bundel ini dibawa melalui saluran transfer bawah air menuju kolam penyimpanan bahan bakar bekas (spent fuel pool). Bahan bakar yang baru terpakai sebagian dan masih memiliki energi dipindahkan posisinya ke bagian tengah atau area lain di dalam inti reaktor untuk mengoptimalkan distribusi daya: Rakitan bahan bakar nuklir segar yang baru dimasukkan ke dalam ruang-ruang kosong di dalam inti reaktor yang telah diatur komposisinya.

Setelah konfigurasi bahan bakar di dalam inti reaktor selesai dan diverifikasi, struktur internal reaktor dipasang kembali.Air di rongga reaktor diturunkan secara bertahap hingga menyentuh batas normal. Penutup bejana tekan reaktor dipasang kembali, lalu baut-baut pengunci dikencangkan dan dites ketat-tekanannya (tensioning) untuk mencegah kebocoran.

Sistem pendingin utama reaktor diisi ulang dan dinaikkan kembali tekanannya ke kondisi operasi normal. Dilakukan serangkaian pengujian menyeluruh pada sistem instrumentasi, batang kendali, proteksi radiasi, serta katup-katup pengaman guna memastikan semua komponen berfungsi sempurna.

Batang kendali mulai ditarik keluar secara perlahan dan sangat hati-hati untuk memulai kembali reaksi fisi berantai hingga reaktor mencapai kondisi kritis awal (approach to criticality). Daya reaktor dinaikkan secara bertahap. Setelah aliran uap stabil, generator listrik disinkronkan kembali ke jaringan transmisi (grid) untuk kembali memasok listrik komersial.

Seluruh rangkaian proses outage isi ulang bahan bakar ini umumnya memakan waktu antara beberapa minggu hingga dua bulan, tergantung pada kompleksitas perawatan rutin lain yang dilakukan bersamaan pada turbin dan generator pembangkit.

Berikut adalah tabel tahapan standar proses isi ulang bahan bakar pada reaktor LWR beserta deskripsi operasional dan aspek keselamatannya:

Tahapan	Nama Fase	Deskripsi Operasional	Manajemen & Keselamatan
1	Persiapan & Shutdown	Daya generator diputus dari jaringan listrik. Batang kendali (control rods) dimasukkan sepenuhnya ke inti reaktor untuk menghentikan reaksi fisi.	Pemantauan fluks neutron dan pengaktifan sistem pendingin darurat (Residual Heat Removal).
2	Pendinginan & Depresurisasi	Menurunkan suhu dan tekanan tinggi di dalam sistem pendingin primer hingga mencapai kondisi aman lingkungan (cold shutdown).	Kimia air dikendalikan (misalnya penambahan boron pada PWR) untuk memastikan reaktor tetap subkritis.
3	Pembongkaran Bejana (Disassembly)	Membuka missile shield, melepas mekanisme penggerak batang kendali, dan melonggarkan puluhan baut besar penutup bejana reaktor (reactor vessel head studs).	Pengukuran radiasi ketat oleh petugas proteksi radiasi sebelum pekerja memasuki area penutup.
4	Penggenangan Kavitas (Flooding)	Mengisi tangki kavitas di atas reaktor dengan air borat hingga terhubung langsung dengan kolam penyimpanan bahan bakar bekas (spent fuel pool).	Air setinggi ~7-12 meter berfungsi sebagai pendingin sisa panas luruh (decay heat) sekaligus perisai radiasi bagi pekerja.
5	Pemberhentian & Pemindahan (Unloading / Shuffling)	Menggunakan derek khusus (manipulator crane) bawah air untuk mengambil 1/3 rakitan bahan bakar yang sudah habis massanya. Bahan bakar lama dipindahkan ke spent fuel pool.	Proses dilakukan satu per satu secara perlahan. Rakitan bahan bakar yang tersisa diatur ulang posisinya (shuffling) untuk optimalisasi daya.
6	Pengisian Bahan Bakar Baru (Loading)	Memasukkan rakitan bahan bakar nuklir segar (fresh fuel) yang telah diinspeksi ke dalam posisi kosong di inti reaktor menggunakan derek bawah air.	Pencatatan posisi koordinat tiap rakitan diverifikasi secara visual dan melalui papan kontrol digital reaktor.
7	Pemasangan Kembali (Reassembly)	Memasang kembali struktur atas internal reaktor, menutup kembali bejana tekan, dan mengencangkan baut penutup sesuai spesifikasi torsi.	Penggantian cincin penyegel (O-ring) baru untuk mencegah kebocoran zat radioaktif bertekanan tinggi.
8	Uji Coba & Startup Kembali	Menguras air kavitas, melakukan uji hidrostatik (tekanan), dan mencabut batang kendali secara bertahap untuk memulai fase kritis awal.	Penaikan daya dilakukan secara perlahan (power escalation) hingga reaktor siap beroperasi normal kembali.

Catatan Tambahan dalam Proses Refueling LWR:

• Durasi Pemeliharaan: Selain mengisi ulang bahan bakar, jendela waktu outage (biasanya berkisar antara 20 hingga 45 hari) ini dimanfaatkan untuk inspeksi turbin, katup keselamatan, serta perawatan sistem kelistrikan utama.

• Efek Efisiensi: Penataan ulang (shuffling) bahan bakar yang belum habis ke bagian luar atau dalam inti reaktor bertujuan untuk memastikan distribusi panas dan densitas neutron tetap merata selama siklus operasi berikutnya.

Bahan bakar bekas reaktor LWR

Bahan bakar bekas reaktor LWR (Light Water Reactor atau reaktor air ringan) adalah bahan bakar nuklir yang telah menjalani siklus iradiasi di dalam reaktor dan tidak lagi efisien untuk mempertahankan reaksi rantai fisi dalam reaktor termal konvensional.

Setelah digunakan selama beberapa tahun, bahan bakar LWR umumnya masih mengandung sebagian besar material awal serta produk sampingan: Uranium Sisa: sekitar 90%–95% dari total massa, sebagian besar berupa Uranium-238 dan sedikit Uranium-235 yang belum terpakai. Plutonium: sekitar 1% yang terbentuk selama reaksi nuklir dan bersifat fisil (bisa dibelah). Produk Fisi dan Aktinida Minor berupa sisa material dari pecahan atom uranium (seperti sesium, stronsium, dan lantanida) serta elemen transuranik berat lain (seperti americium dan curium) yang memancarkan radioaktif dan panas peluruhan.

Batang bahan bakar bekas yang baru dikeluarkan dari reaktor sangat panas dan harus didinginkan di dalam kolam bahan bakar bekas di area pembangkit. Melalui proses kimia, uranium dan plutonium sisa dapat dipisahkan dari produk fisi untuk diolah kembali menjadi bahan bakar baru seperti MOX (Mixed Oxide) yang bisa dibakar kembali di LWR atau dimanfaatkan dalam reaktor cepat (fast breeder reactor). Konsep seperti DUPIC memanfaatkan bahan bakar bekas PWR secara langsung untuk reaktor CANDU tanpa proses pemisahan kimia yang rumit. Bagian yang benar-benar menjadi limbah tingkat tinggi harus melalui proses vitrifikasi (pencampuran dengan kaca/keramik) dan disimpan dalam pembuangan geologi Jangka Panjang yang aman.

Perbandingan karakteristik bahan bakar bekas dari reaktor PWR (Pressurized Water Reactor), BWR (Boiling Water Reactor), dan PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) dapat dilihat pada tabel berikut ini:.

Tabel perbandingan bahan bakar bekas reaktor PWR, BWR, dan PHWR

Parameter / Karakteristik	LWR (Reaktor air ringan)		PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor / CANDU)
	PWR (Pressurized Water Reactor)	BWR (Boiling Water Reactor)
Jenis Pendingin / Moderator	Air biasa (H₂O) / Air biasa	Air biasa (H₂O) / Air biasa	Air berat (D₂O) / Air berat
Bahan Bakar Awal	Uranium Oksida (UO₂) diperkaya	Uranium Oksida (UO₂) diperkaya	Uranium alam (UO₂ tanpa pengayaan)
Pengayaan (U-235) Awal	Sekitar 3% – 5%	Sekitar 3% – 4,5%	Sekitar 0,71% (Uranium alami)
Fraksi Bakar (Burnup) Bekas	Tinggi (∼ 45 - 50) GWd/ton)	Sedang–Tinggi (∼40 - 45) GWd/ton)	Rendah (∼7 - 8) GWd/ton)
Komposisi Uranium Sisa (U-235)	∼0,8−1,0%	∼0,8−1,0%	∼0,2%
Kadar Plutonium (Pu) Bekas	Lebih tinggi per ton bahan bakar	Lebih tinggi per ton bahan bakar	Lebih rendah per ton bahan bakar
Bentuk Rakitan Fisik	Rakitan besar dan berat (\(\sim 655\) kg)	Rakitan sedang (\(\sim 320\) kg)	Berkas pendek kecil (bundel tabung pendek, \(\sim 20\) kg)
Siklus Penggantian Bahan Bakar	12 – 18 bulan sekali (reaktor harus mati/shutdown)	12 – 18 bulan sekali (reaktor harus mati/shutdown)	Kontinu / Saat reaktor beroperasi (on-power refueling)

Bahaya bahan bakar nuklir bekas

Bahan bakar nuklir bekas jauh lebih berbahaya daripada bahan bakar nuklir baru (sebelum dimasukkan ke reaktor) karena masih menghasilkan panas,  mengandung elemen transuranik dan  produk fisi (hasil pembelahan atom) yang sangat radioaktif dan meluruh dengan cepat. Sebelum digunakan di dalam reaktor Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), batang bahan bakar biasanya hanya berisi uranium alami atau uranium yang sedikit diperkaya. Uranium murni ini memiliki waktu paruh hingga ratusan juta atau miliaran tahun, yang berarti tingkat radioaktivitasnya relatif rendah dan memancarkan radiasi yang lemah. Manusia bahkan masih bisa memegang batang bahan bakar baru dengan aman menggunakan sarung tangan pelindung biasa.Namun, setelah digunakan dalam proses pembelahan atom (fisi) di dalam reaktor, karakteristik material tersebut berubah total.

Proses fisi memecah atom uranium menjadi produk fisi radioaktif berupa elemen-elemen baru yang lebih kecil (seperti Sesium-137, Iodium-131, dan Stronsium-90). Elemen-elemen baru ini memiliki waktu paruh yang jauh lebih pendek, sehingga mereka meluruh dengan sangat cepat dan memancarkan radiasi tingkat tinggi (terutama radiasi gamma dan beta) yang sangat mematikan bagi makhluk hidup.

Meskipun reaktor sudah dimatikan dan reaksi pembelahan atom telah berhenti, bahan bakar bekas ini tetap memancarkan energi thermal (panas peluruhan / Decay Heat) yang sangat tinggi akibat aktivitas radioaktif yang intens. Jika tidak didinginkan di dalam kolam air khusus, bahan bakar bekas ini bisa meleleh akibat panasnya sendiri.

Reaksi nuklir juga menghasilkan elemen transuranik berat baru seperti plutonium dan aktinida minor lainnya. Selain sangat radioaktif, material seperti plutonium juga memiliki tingkat beracun yang sangat tinggi secara kimiawi.

Meskipun statusnya berubah menjadi limbah radioaktif tingkat tinggi yang sangat berbahaya, sekitar 95% material di dalam bahan bakar nuklir bekas sebenarnya masih bisa didaur ulang. Sebagian besar sisanya masih berupa uranium yang belum habis dikonsumsi. Melalui proses pemrosesan ulang (reprocessing), sisa uranium dan plutonium ini dapat dipisahkan untuk dijadikan bahan bakar baru lagi, sehingga mengurangi volume limbah yang harus disimpan dalam jangka panjang.

Jumlah unit dan kepemilikan

Pada tahun 2009, Badan Tenaga Atom Internasional mencatat bahwa jumlah reaktor air ringan yang beroperasi di berbagai negara sebanyak 359 unit. Jumlah negara yang memiliki reaktor air ringan sebanyak 27 negara. Sebanyak 27 unit baru sedang dibanngun selama tahun 2009. Kapasitas pembangkitan listrik dari keseluruhan unit reaktor air ringan pada tahun 2009 sebesar 328,4 GigaWatt.^{[butuh rujukan]}

Lihat pula

• Badan Tenaga Atom Internasional
• Pembangkit listrik tenaga nuklir
• Reaktor nuklir
• Air berat

Referensi