Reaktor CANDU

CANDU (Canada Deuterium Uranium) adalah desain reaktor air berat bertekanan Kanada yang digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik. Akronim ini mengacu pada moderator deuterium oksida (air berat) dan penggunaan bahan bakar uranium (aslinya alami). Reaktor CANDU pertama kali dikembangkan pada akhir 1950-an dan 1960-an oleh kemitraan antara Atomic Energy of Canada Limited (AECL), Hydro-Electric Power Commission of Ontario, Canadian General Electric, dan perusahaan lain.^[1]^[2]^[3]

Kanada memanfaatkan keahlian riset air berat (deuterium oksida) sejak Perang Dunia II. Air berat sangat efektif memperlambat neutron tanpa banyak menyerapnya. Kanada memilih mendesain reaktor yang menggunakan uranium alami agar tidak bergantung pada fasilitas pengayaan uranium yang mahal dan dikuasai sedikit negara. Pendahulu CANDU berupa fasilitas uji coba Zero Energy Experimental Pile (ZEEP) di Chalk River mulai beroperasi dan menjadi dasar penguasaan teknologi air berat. Proyek percontohan [Nuclear Power Demonstration] berkapasitas kecil mulai beroperasi penuh di Rolphton, Ontario, membuktikan efektivitas sistem tabung tekanan horizontal khas Kanada. Pembangkit listrik komersial skala besar pertama didirikan, menghasilkan daya lebih besar dan menjadi standar desain Pickering serta Bruce Generating Station berikutnya di Ontario.

Hingga kini, terdapat sekitar 34 reaktor CANDU dan turunannya di seluruh dunia, dengan sekitar 30 unit masih beroperasi. Reaktor CANDU telah dibangun di Kanada, Argentina, Tiongkok, India, Pakistan, Romania, dan Korea Selatan.^[4]

Reaktor CANDU saat ini mengalami momentum kebangkitan besar (kebangkitan nuklir) yang didorong oleh target Net-Zero Emission global pada tahun 2050. Sebagai reaktor berteknologi Pressurized Heavy-Water Reactor (PHWR), nilai ekonomis CANDU bertumpu pada efisiensi bahan bakar dan kemampuan operasionalnya yang unik.

Reaktor CANDU memberikan efisiensi biaya operasional jangka panjang melalui beberapa aspek.CANDU dirancang untuk menggunakan uranium alam (tanpa pengayaan). Hal ini menghemat biaya siklus bahan bakar secara signifikan dan memberikan kemandirian energi bagi negara pengguna karena tidak bergantung pada fasilitas pengayaan global yang mahal. Reaktor CANDU dapat diisi ulang saat tetap beroperasi penuh tanpa perlu shutdown. Karakteristik ini membuat capacity factor-nya sangat tinggi (di atas 85%–90%), memaksimalkan pendapatan dari penjualan listrik tanpa jeda operasional. CANDU mampu membakar ulang limbah nuklir (spent fuel) dari reaktor air ringan (PWR) konvensional melalui metode DUPIC (Direct Use of Spent PWR Fuel in CANDU). Kemampuan ini menekan biaya pengelolaan limbah dan meningkatkan output energi secara murah. Selain menghasilkan listrik, desain inti reaktor CANDU (calandria) mampu memproduksi isotop medis seperti Kobalt-60 dan Luteium-177 secara masif (memasok sekitar 50% kebutuhan dunia). Penjualan isotop ini menjadi arus pendapatan sampingan bernilai tinggi.

Pengembangan ekonomi CANDU didukung oleh komitmen pendanaan besar dari pemerintah dan sektor swasta. Atkins Réalis (induk perusahaan Candu Energy) memperkenalkan CANDU Monark, reaktor Generasi III+ berkapasitas 1.000 MW dengan usia operasional hingga 70 tahun. Studi menunjukkan bahwa pembangunan 4 unit reaktor Monark diproyeksikan mampu mendongkrak PDB Kanada hingga CAD 90,4 miliar serta membuka 335.000 lapangan kerja. Candu Energy Inc. mengumumkan target pembangunan 50 reaktor CANDU baru di seluruh dunia dalam beberapa dekade mendatang. Pada tahun 2024 saja, perusahaan telah menggelontorkan pesanan pembelian lebih dari CAD 1,3 miliar ke rantai pasok lokal. Pada akhir 2025, Bruce Power menandatangani perjanjian senilai CAD 1 miliar dengan Candu Energy untuk pemeliharaan dan perpanjangan usia reaktor hingga 35 tahun ke depan.

Meskipun efisien secara operasional, perkembangan ekonomi CANDU menghadapi beberapa kendala historis maupun teknis. Reaktor CANDU memerlukan modal awal yang sangat besar di awal pembangunan akibat kompleksitas pipa tekanan tinggi dan harga moderator air berat (D₂O). Secara historis (seperti pada proyek Darlington lama), pembangunan reaktor skala besar rentan mengalami over-budget jika terjadi inflasi ekstrem atau keterlambatan konstruksi. Secara keseluruhan, perkembangan ekonomi reaktor CANDU kini bergeser dari sekadar penyedia listrik regional di Ontario menjadi komoditas ekspor strategis berkat keunggulan fleksibilitas bahan bakar dan eliminasi rantai pasok uranium diperkaya. Model reaktor baru (CANDU Monark) serta integrasi ke arah Small Modular Reactor (SMR) menempatkan teknologi ini sebagai salah satu pilar ekonomi hijau global.

Reaktor CANDU (Kanada) dan IPHWR (Indian Pressurized Heavy Water Reactor) sama-sama berasal dari keluarga reaktor air berat bertekanan (Pressurized Heavy-Water Reactor atau PHWR) yang menggunakan air berat sebagai moderator serta pendingin, dan dapat memakai uranium alami sebagai bahan bakar. Keduanya menggunakan tata letak tabung tekanan horizontal di dalam bejana kalandria. Keduanya mendukung pengisian bahan bakar secara online (on-power refuelling) tanpa harus mematikan reaktor. Reaktor CANDU umumnya dirancang dalam kapasitas besar seperti 600 MWe atau lebih dab fokus pada efisiensi penggunaan uranium alam dan siklus bahan bakar langsung. IPHWR dimulai dari kapasitas kecil/menengah IPHWR seperti IPHWR-220 (220 MWe), kemudian diperluas ke versi IPHWR-540 dan IPHWR-700 MW, serta pengembangan reaktor modular kecil dab menjadi Tahap Pertama dari program nuklir tiga tahap India yang dirancang khusus untuk menjembatani penggunaan cadangan thorium domestik yang melimpah di masa depan.

Reaktor uranium alami adalah jenis reaktor nuklir yang menggunakan uranium tanpa melalui proses pengayaan (kadar isotop 99,3% Uranium-238 dan sekitar 0,7% Uranium-235 seperti di alam). Memerlukan moderator neutron yang sangat efisien seperti air berat (deuterium) atau grafit, karena air biasa (air ringan) menyerap terlalu banyak neutron sehingga reaksi berantai tidak dapat berkelanjutan dengan uranium alami. Desain reaktor paling terkenal yang menggunakan bahan bakar ini adalah CANDU dari Kanada yang memakai air berat. Reaktor Magnox dari: Inggris Raya yang sekaligus memproduksi Plutonium-239. Reaktor UNGG (Uranium Naturel Graphite Gaz) dari negara Prancis . Desain reaktor ini sangat mirip dengan Magnox milik Inggris. Sama-sama menggunakan uranium alam sebagai bahan bakar, grafit sebagai moderator, dan gas karbon dioksida (CO₂) untuk mendinginkan reaktor.

Perbandingan PWR, BWR dan PHWR

PWR (Pressurized Water Reactor), BWR (Boiling Water Reactor), dan PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) adalah tiga jenis utama reaktor nuklir yang menggunakan air sebagai pendingin, tetapi memiliki perbedaan pada jenis air, tekanan, dan cara menghasilkan uap untuk memutar turbin.

Reaktor Air Bertekanan (PWR - Pressurized Water Reactor)Pendingin & Moderator: Menggunakan air biasa (air ringan). Memiliki dua siklus atau rangkaian air terpisah. Air di rangkaian primer bertekanan sangat tinggi agar tidak mendidih di dalam reaktor. Panas dari reaktor dialirkan melalui penukar panas (heat exchanger) untuk mendidihkan air di rangkaian sekunder menjadi uap yang menggerakkan turbin.Keamanan: Turbin tidak terkena air radioaktif dari teras reaktor karena terpisah oleh penukar panas. Bahan bakarnya adalah uranium yang diperkaya.

Reaktor Air Mendidih (BWR - Boiling Water Reactor) Pendingin & Moderator menggunakan air biasa (air ringan). Hanya memiliki satu siklus air. Air dibiarkan mendidih langsung di dalam teras reaktor. Uap yang dihasilkan langsung dialirkan untuk memutar turbin, lalu dikondensasikan kembali menjadi air. Efisiensi lebih sederhana karena tidak butuh penukar panas, tetapi uap yang langsung ke turbin membuat area turbin berpotensi terpapar radiasi rendah. Bahan bakar membutuhkan uranium yang diperkaya.

Reaktor Air Berat Bertekanan (PHWR - Pressurized Heavy Water Reactor) Pendingin & Moderator menggunakan air berat (D₂O, air dengan kandungan deuterium tinggi). Air berat digunakan terpisah sebagai moderator dan pendingin. Cara kerja mirip PWR yang menggunakan sistem tekanan tinggi dan penukar panas untuk memisahkan air pendingin dengan air penghasil uap turbin, tetapi memakai air berat. Keunggulan utama dapat menggunakan uranium alami (tanpa perlu pengayaan uranium terlebih dahulu) dan bisa mengisi/mengganti bahan bakar saat reaktor sedang beroperasi (on-line refueling).

Tabel perbandingan reaktor

Fitur	PWR (Air Bertekanan)	BWR (Air Mendidih)	PHWR (Air Berat Bertekanan)
Jenis Air	Air Biasa (H₂O)	Air Biasa (H₂O)	Air Berat (D₂O)
Siklus Air	2 Siklus (Terpisah)	1 Siklus (Langsung)	2 Siklus (Terpisah)
Pendidihan di Teras	Tidak ada (Dicegah tekanan)	Ya (Mendidih di reaktor)	Tidak ada (Dijaga bertekanan)
Bahan Bakar	Uranium Diperkaya	Uranium Diperkaya	Uranium Alami
Penggantian Bahan Bakar	Harus dimatikan (shutdown)	Harus dimatikan (shutdown)	Bisa saat aktif (on-line)

Sejarah Pengembangan

Latar Belakang

Kebijakan nuklir Kanada sejak awal berfokus pada pengembangan reaktor yang menggunakan uranium alam yang melimpah di dalam negeri, tanpa bergantung pada layanan [[pengayaan uranium]] yang hanya tersedia dari negara lain.^[5] Tantangan utamanya adalah membuat reaktor air berat berskala besar tanpa kemampuan industri berat domestik yang memadai untuk mencetak bejana tekan berukuran besar. Solusi inovatif yang ditemukan para insinyur Kanada adalah menggunakan ratusan tabung tekan horizontal terpisah, bukan satu bejana tekan tunggal—sebuah konsep yang menjadi ciri khas desain CANDU hingga saat ini.^[5]

Prototipe dan Reaktor Komersial Awal

Reaktor demonstrasi pertama CANDU, NPD (Nuclear Power Demonstration), mulai beroperasi pada tahun 1962 di Rolphton, Ontario, dengan kapasitas 20 MWe. Ini adalah reaktor pembangkit listrik pertama di Kanada dan pembuktian pertama konsep CANDU.^[6]

Reaktor berskala penuh pertama, Douglas Point, mulai beroperasi di Kincardine, Ontario pada tahun 1966 dengan kapasitas 220 MWe dan berfungsi sebagai wahana pembelajaran penting bagi industri nuklir Kanada sebelum dipensiunkan pada 1984.^[6]

Ekspansi komersial besar-besaran berlangsung pada era 1970-an dengan beroperasinya empat unit Pickering A (total 2.060 MWe, beroperasi penuh 1973), menjadikannya pembangkit nuklir terbesar di dunia pada saat itu. Menyusul kemudian stasiun Bruce (mulai 1977) dan Darlington (mulai beroperasi 1990) di Ontario.^[7]

Ekspor Internasional

Reaktor CANDU pertama di luar Kanada mulai beroperasi di India (Rajasthan-1) pada awal 1970-an. Namun kerja sama nuklir Kanada-India terputus pada 1974 setelah India meledakkan bom nuklir pertamanya menggunakan plutonium dari reaktor CIRUS yang berbasis desain NRX Kanada.^[6] Selanjutnya, reaktor CANDU berhasil diekspor ke Argentina, Romania, Korea Selatan, Tiongkok, dan Pakistan.^[8]

Keunggulan dan Kelemahan

Keunggulan

Menggunakan uranium alam—tidak memerlukan pengayaan uranium yang mahal, sehingga biaya bahan bakar lebih rendah dan ketergantungan pada negara penyedia pengayaan dihindari.^[4]
Pengisian bahan bakar saat beroperasi penuh meningkatkan faktor kapasitas dan memudahkan perawatan.^[9]
Dua sistem penghentian darurat yang independen meningkatkan keandalan keselamatan.^[9]
Bejana reaktor beroperasi pada tekanan lebih rendah daripada reaktor air bertekanan (PWR), sehingga biaya konstruksi bejana lebih kecil.^[10]
Fleksibel dalam penggunaan bahan bakar: selain uranium alam, CANDU dapat menggunakan uranium yang diperkaya, thorium, atau bahan bakar bekas dari reaktor air ringan.^[11]

Kelemahan

Air berat sangat mahal untuk diproduksi (proses pemisahan deuterium memerlukan fasilitas khusus), menambah biaya modal awal.^[12]
Karena moderator berupa air berat dalam jumlah besar, CANDU menghasilkan tritium dalam jumlah lebih banyak daripada reaktor air ringan. Tritium adalah zat radioaktif yang sulit dikontrol dan dapat masuk ke sistem biologis.
Kepadatan daya inti reaktor rendah, sehingga ukuran reaktor relatif besar untuk daya yang sama.^[13]
Kemampuan pengisian bahan bakar saat beroperasi menimbulkan kekhawatiran proliferasi nuklir karena bahan bakar bekas dapat dikeluarkan secara diam-diam untuk ekstraksi plutonium.^[14]

Struktur komponen utama reaktor CANDU

Struktur komponen utama reaktor CANDU (Canada Deuterium Uranium) memiliki desain unik berbentuk horizontal dan tidak menggunakan tangki bertekanan tunggal besar seperti reaktor air ringan biasa (PWR/BWR). Struktur utamanya mengandalkan ratusan pipa bertekanan kecil di dalam sebuah tangki besar.

Berikut adalah komponen struktural utama yang menyusun reaktor CANDU:

Kalandria (Calandria) adalah tangki silinder horizontal besar bertekanan rendah yang menampung cairan moderator (air berat) dan menjadi wadah bagi ratusan tabung saluran bahan bakar.
Tabung Kalandria (Calandria Tubes) berupa tabung-tabung horizontal yang membentang di dalam kalandria untuk membungkus pipa bertekanan, mencegah kontak langsung antara air berat moderator yang dingin dengan pipa bertekanan yang sangat panas.
Pipa Bertekanan (Pressure Tubes) yang berada di dalam tabung kalandria untuk menampung bundel bahan bakar nuklir. Komponen ini terbuat dari paduan zirkonium (zircaloy) yang tahan korosi dan membiarkan neutron lewat dengan mudah. Di dalam pipa inilah pendingin air berat mengalir di bawah tekanan tinggi agar tidak mendidih.
Celah Anulus (Annulus Gas Gap) berupa ruang kosong setebal sekitar 6 mm di antara pipa bertekanan dan tabung kalandria. Ruang ini dialiri gas (biasanya karbon dioksida) yang berfungsi sebagai isolator termal sekaligus sensor untuk mendeteksi kebocoran air.
Bahan Bakar dan Fluida Bundel Bahan Bakar (Fuel Bundles) adalah kumpulan batang bahan bakar silindris pendek (sekitar 0,5 meter) berisikan pelet keramik uranium alami (bukan uranium diperkaya).
Moderator Air Berat (D₂O) (Heavy Water Moderator): Air berat bertekanan rendah yang mengisi tangki kalandria untuk memperlambat gerakan neutron agar reaksi fisi berantai dapat terus berjalan menggunakan uranium alami.
Pendingin Air Berat (Heavy Water Coolant), Air berat berbeda yang dipompa melewati pipa bertekanan untuk menyerap panas hasil pembelahan nuklir dan membawanya ke pembangkit uap.
Mesin Pengisi Bahan Bakar (Fuelling Machines) adalah sistem robotik canggih di kedua sisi reaktor yang memungkinkan penggantian bahan bakar nuklir bekas dengan bahan bakar baru secara terus-menerus tanpa harus mematikan reaktor (on-power refuelling).
Batang Pengendali (Adjuster / Control Rods) adalah batang penyerap neutron (biasanya dari kadmium) yang dimasukkan secara vertikal ke dalam kalandria untuk mengontrol laju reaksi atau mematikan reaktor dengan cepat.
Sistem Injeksi Racun Cair (Liquid Shutdown System) merupakan sistem keselamatan sekunder yang menyemprotkan cairan penyerap neutron (seperti gadolinium nitrat) langsung ke dalam moderator untuk menghentikan reaksi nuklir seketika dalam kondisi darurat.
Pembangkit Uap (Steam Generator) berfungsi sebagai penukar panas yang menerima air berat panas dari inti reaktor untuk mendidihkan air ringan biasa menjadi uap bertekanan tinggi guna menggerakkan turbin generator listrik.
Pengontrol Tekanan (Pressurizer) berfungsi menjaga cairan pendingin primer agar tetap berada pada tekanan tinggi yang stabil sehingga tidak berubah menjadi uap di dalam teras reaktor.
Struktur Penahan (Containment Building) adalah gedung pelindung terluar reaktor yang terbuat dari beton bertulang tebal untuk menahan radiasi dan melindungi reaktor dari dampak eksternal.

Prinsip Kerja

Bahan Bakar

Reaktor CANDU menggunakan uranium alam (dengan kandungan U-235 sekitar 0,7%) dalam bentuk pelet uranium dioksida (UO₂) yang dimasukkan ke dalam batang bahan bakar. Tiga puluh tujuh batang bahan bakar disatukan dalam satu rakitan silinder (fuel bundle) berukuran sekitar 50 cm panjang dan 10 cm diameter, dengan bobot sekitar 20 kg.^[11] Bahan bakar ini berbeda dari sebagian besar desain reaktor lain yang memerlukan uranium yang diperkaya (konsentrasi U-235 ditingkatkan menjadi 2–5%).^[12]

Moderator dan Pendingin Air Berat

Kunci utama kemampuan CANDU menggunakan uranium alam adalah penggunaan air berat (D₂O) sebagai moderator. Air berat 1.700 kali lebih efisien daripada air biasa (air ringan) dalam memperlambat neutron, sehingga jauh lebih sedikit neutron yang terserap—memungkinkan reaksi berantai tetap berlangsung meski dengan uranium yang tidak diperkaya.^[12] Moderator air berat dijaga pada suhu yang relatif rendah (~70°C) menggunakan sistem pendingin terpisah, sementara air berat pendingin utama yang bertekanan tinggi mengalir melalui tabung-tabung bahan bakar dan kemudian menuju generator uap untuk menghasilkan uap yang memutar turbin uap.^[12]

Desain Calandria dan Tabung Tekan

Inti reaktor CANDU terdiri dari sebuah calandria—bejana silinder horizontal yang berisi ratusan tabung tekan (pressure tubes) yang tersusun secara horizontal. Setiap tabung tekan berisi sederetan rakitan bahan bakar yang terendam dalam air berat pendingin bertekanan tinggi, sementara di sekeliling tabung-tabung tersebut mengalir air berat moderator bertekanan rendah. Pemisahan antara sistem pendingin dan sistem moderator ini merupakan inovasi khas CANDU.^[11]

CANDU_fuel_cycles.jpg?utm_source=id.wikipedia.org&utm_campaign=parser&utm_content=thumbnail_unscaled — Rentang kemungkinan siklus bahan bakar CANDU: Reaktor CANDU dapat menerima berbagai jenis bahan bakar, termasuk bahan bakar bekas dari reaktor air ringan.

Pengisian Bahan Bakar saat Beroperasi (On-Power Refuelling)

Salah satu keunggulan terpenting CANDU adalah kemampuan pengisian bahan bakar saat reaktor beroperasi penuh (on-power refuelling), yang tidak dimiliki sebagian besar desain reaktor lain. Hal ini dimungkinkan oleh desain tabung horizontal: dua mesin pengisi bahan bakar bekerja dari dua ujung berlawanan setiap saluran bahan bakar—satu memasukkan rakitan baru, satu lagi menerima rakitan bekas di ujung lainnya, semuanya dilakukan dari jarak jauh.^[15] Kemampuan ini memungkinkan faktor kapasitas CANDU mencapai lebih dari 90% dalam operasi beban dasar, dan juga memudahkan identifikasi serta pemindahan bahan bakar yang rusak tanpa harus mematikan reaktor.^[9]

Bahan bakar reaktor candu

Reaktor candu dapat menggunakan berbagai jenis bahan bakar berkat efisiensi ekonomi neutron air beratnya. Berikut adalah macam-macam jenis bahan bakar yang dapat digunakan oleh reaktor candu:

Uranium alami (natural uranium) adalah jenis bahan bakar utama dan paling khas. Berisi sekitar 0,7% uranium-235 dan sisanya uranium-238 dalam bentuk pelet uranium dioksida UO₂ tanpa perlu proses pengayaan (enrichment).
Bahan bakar daur ulang dari reaktor air ringan (dup) yang memanfaatkan bahan bakar bekas atau spent fuel langsung dari reaktor air ringan (pwr) karena masih mengandung sisa bahan fissil yang bernilai.
Bahan bakar campuran oksida (mox - mixed oxide) yaitu campuran antara plutonium dan uranium alam atau uranium depleted.
Thorium yang dipadukan dengan bahan bakar lain sebagai alternatif energi nuklir masa depan yang lebih melimpah.
Uranium yang dipulihkan (recovered uranium) adalah uranium hasil pemrosesan ulang (reprocessing) dari bahan bakar bekas reaktor lain

Perusahaan manufaktur utama yang memproduksi elemen bahan bakar dan bundel (fuel bundle) untuk reaktor PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) tersebar di negara-negara yang mengoperasikan teknologi ini (terutama desain CANDU dan IPHWR). Karena PHWR menggunakan uranium alam (tanpa pengayaan), fasilitas manufakturnya berfokus pada pemurnian serbuk uranium dioksida (UO₂), pencetakan pelet, serta perakitan zirkonium (Zircaloy) menjadi bundel tabung pendek.

Bundel Bahan Bakar PHWR berbeda dengan reaktor air ringan (PWR/BWR) yang menggunakan rakitan bahan bakar vertikal yang panjang dan besar, bundel PHWR memiliki karakteristik unik. Ukuran Ringkas Berbentuk silinder pendek dengan panjang hanya sekitar 50 cm dan diameter sekitar 8–10 cm. Terdiri dari kumpulan pin/tabung zircaloy (umumnya berisi varian 19 elemen atau 37 elemen). Desain bundel yang kecil memudahkan mesin pengisi bahan bakar (fuelling machine) untuk mengganti bahan bakar secara otomatis saat reaktor tetap beroperasi penuh (on-power refuelling).

Berikut adalah daftar produsen utama dunia untuk bundel bahan bakar PHWR:

Cameco Fuel Manufacturing di Port Hope & Cobourg, Ontario, Kanada.
BWXT Canada Ltd. Toronto & Peterborough, Ontario, Kanada
Nuclear Fuel Complex / NFC, Hyderabad, Telangana, India.
KEPCO Nuclear Fuel / KEPCO NF, Daejeon, Korea Selatan.
China National Nuclear Corporation / CNNC, Baotou, Mongolia Dalam, Tiongkok.
CONUAR / Combustibles Nucleares Argentinos, Ezeiza, Argentina.

Reaktor uranium alami

Reaktor uranium alami adalah jenis reaktor nuklir yang dapat beroperasi menggunakan uranium alami langsung dari hasil tambang (kadar U-235 hanya sekitar 0,7%), tanpa perlu melalui proses pengayaan (enrichment). Reaktor yang menggunakan uranium tanpa diperkaya membuat suatu negara tidak memiliki ketergantungan pada fasilitas pengayaan uranium yang mahal dan memiliki regulasi geopolitik yang sangat ketat.

Agar reaksi rantai nuklir tetap bisa berjalan dengan kadar uranium yang rendah, reaktor jenis ini membutuhkan moderator khusus yang sangat efisien dalam memperlambat neutron tanpa banyak menyerapnya, seperti air berat (D₂O) atau grafit murni. Berikut adalah contoh-contoh utama reaktor uranium tanpa diperkaya:

Reaktor CANDU (Canada Deuterium Uranium) dari negara Kanada. Ini adalah contoh reaktor komersial bertenaga uranium alam paling sukses di dunia. Reaktor ini masuk dalam kategori Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR). CANDU menggunakan air berat (D₂O) baik sebagai moderator maupun sebagai pendinginnya. Air berat memiliki kemampuan memperlambat neutron dengan sangat baik tanpa menyerap neutron tersebut, sehingga konsentrasi U-235 yang rendah (0,7%) sudah cukup untuk mempertahankan reaksi berantai.
Reaktor Magnox dari: Inggris Raya yang merupakan reaktor Generasi I yang dirancang untuk menghasilkan listrik sekaligus memproduksi Plutonium-239. Reaktor Magnox menggunakan grafit sebagai moderator neutron dan gas karbon dioksida (CO₂) sebagai pendinginnya. Batang bahan bakarnya menggunakan logam uranium alami yang dibungkus dengan paduan magnesium-aluminium khusus (disebut Magnox).
Reaktor UNGG (Uranium Naturel Graphite Gaz) dari negara Prancis . Desain reaktor ini sangat mirip dengan Magnox milik Inggris. Sama-sama menggunakan uranium alam sebagai bahan bakar, grafit sebagai moderator, dan gas karbon dioksida (CO₂) untuk mendinginkan reaktor.

Air berat

Air berat adalah air (H₂O) yang memiliki isotop H-2 (deuterium).^[16]^[17] Air biasa sebagian sangat besar didominasi oleh molekul dengan atom H-1 karena intinya memiliki satu proton. Deuterium memiliki tambahan satu neutron pada intinya.

Pada air berat, deuterium mendominasi komposisi molekul-molekul air sehingga air ini memiliki massa yang lebih tinggi pada volume yang sama dibandingkan dengan air biasa. Perbedaan berat mengakibatkan perbedaan sifat fisika dan kimianya dengan air biasa.

Air berat dipakai pada reaktor nuklir sebagai pendingin.^[18] Air berat juga digunakan sebagai moderator (pelambat) neutron.

Air ringan, air berat, dan air semi berat adalah varian dari molekul air yang dibedakan berdasarkan isotop hidrogen yang mengikat atom oksigen. Perbedaan utama ketiganya terletak pada jumlah neutron di dalam inti atom hidrogennya, yang secara langsung memengaruhi massa, massa jenis, serta titik didihnya.

Air Ringan (H₂O) adalah air biasa yang Anda konsumsi dan temukan di alam bebas. Disebut "ringan" dalam konteks fisika nuklir untuk membedakannya dengan air yang mengandung deuterium.

Air Semi Berat (HDO) terbentuk ketika satu atom hidrogen biasa digantikan oleh deuterium. Di alam, molekul air semi berat jauh lebih banyak ditemukan dibandingkan air berat murni karena atom hidrogen selalu bertukar posisi secara dinamis dalam zat cair. Air semi berat murni tidak bisa diisolasi sepenuhnya dalam bentuk cair karena sifat kesetimbangan dinamis ini.

Air Berat (D₂O) memiliki tambahan dua neutron (satu pada tiap atom deuterium), air ini secara fisik lebih berat. Jika Anda membekukan air berat, es batu D₂O akan tenggelam di dalam air biasa (H₂O), berbeda dengan es batu biasa yang mengapung. Air berat tidak radioaktif, namun dalam konsentrasi tinggi dapat berbahaya bagi makhluk hidup karena mengganggu pembelahan sel.

Dalam industri teknologi dan nuklir, perbedaan ketiga jenis air ini sangat krusial. Air berat (D₂O) dan air semi berat sangat efektif digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin pada reaktor nuklir tertentu (seperti reaktor CANDU). Sifatnya yang padat mampu memperlambat laju neutron tanpa menyerapnya, sehingga reaksi rantai nuklir dapat berjalan dengan stabil. Sebaliknya, air ringan (H₂O) cenderung menyerap neutron lebih banyak.

Reaksi karbit atau kalsium karbida dengan air biasa menghasilkan gas asetilena yang mudah terbakar untuk prngelasan logam, sedangkan reaksi dengan air berat atau deuterium oksida digunakan di laboratorium untuk menghasilkan gas deuteroasetilena yang sering digunakan dalam studi spektroskopi. Es padat dari ait biasa akan terapung dalam air, es padat dari ait berat deuterium akan tenggelam.

Perusahaan manufaktur air berat (heavy water / deuterium oksida, D₂O) umumnya dikendalikan oleh badan usaha milik negara atau entitas yang terafiliasi dengan otoritas nuklir nasional. Hal ini disebabkan karena air berat merupakan material strategis yang diatur ketat secara global untuk keperluan reaktor nuklir, semikonduktor, serat optik, dan sektor farmasi. Di Indonesia, belum ada perusahaan manufaktur lokal yang memproduksi air berat (D₂O) secara komersial dalam skala besar. Kebutuhan riset di Indonesia umumnya dipenuhi melalui impor dari produsen atau distributor global terakreditasi

Berikut adalah produsen dan manufaktur air berat komersial terbesar di dunia:

Heavy Water Board (HWB) – India, 21% pangsa pasar global.
Isowater Corporation – Kanada
Mesbah Energy Company – Iran
China National Nuclear Corporation (CNNC) – Tiongkok
Cambridge Isotope Laboratories (CIL) – Amerika Serikat
Produsen Baru & Startup
- Aternium, Inc. (AS):
- HydroDeut (AS) & ArcticIsotopes (Norwegia)

Protium, deuterium, dan tritium

Protium, deuterium, dan tritium adalah tiga jenis isotop unsur hidrogen yang memiliki jumlah neutron berbeda di dalam intinya, di mana deuterium dan tritium menjadi bahan bakar utama dalam pengembangan reaktor fusi nuklir. Protium, deuterium, dan tritium merupakan tiga isotop (bentuk atom dari unsur yang sama dengan jumlah proton yang sama tetapi jumlah neutron berbeda) dari unsur hidrogen.

Ketiganya memiliki 1 proton dan nomor atom 1, tetapi berbeda pada jumlah neutron dan sifatnya.

Protium (¹H) memiliki 1 proton dan tanpa neutron.Menjadi isotop hidrogen yang paling melimpah di alam (sekitar 99,98%) dan bersifat stabil dan tidak radioaktif. Kegunaannya sebagai bahan bakar sel bahan bakar hidrogen, pembuatan plastik, dan industri.

Deuterium (²H / Hidrogen Berat atau D) memiliki 1 proton dan 1 neutron. Sekitar 0,016% di alam. Bersifat stabil dan tidak radioaktif ada di air biasa/laut, dan menjadi komponen bahan bakar fusi. Air berat dapat diproduksi melalui berbagai proses. Namun, dua proses yang terbukti layak secara komersial adalah

proses pertukaran air-hidrogen sulfida (proses GS) dan ^[19]
proses pertukaran amonia-hidrogen.

Tritium (³H atau T atau Hidrogen Superberat) memiliki 1 proton dan 2 neutron. Bersifat radioaktif dengan waktu paruh 12,3 tahun, sangat langka di alam, berbahaya jika tertelan dan berperan krusial dalam fusi. Tidak stabil dan bersifat radioaktif. Kegunaannya sebagai bahan bakar utama reaksi fusi nuklir serta alat pelacak atau peranti pendar glow in the dark (lampu darurat/exit sign).

Reaksi Deuterium-Tritium (D-T) menjadi reaksi fusi paling menjanjikan dan efisien untuk pembangkit listrik tenaga fusi.Inti deuterium dan tritium bergabung pada suhu ekstrem (mencapai jutaan derajat Celsius) membentuk inti helium (partikel alfa) dan melepaskan satu neutron berenergi tinggi serta energi panas yang masif.

Deuterium mudah diperoleh dari air laut. Tritium diproduksi di dalam reaktor melalui reaksi penembakan neutron pada litium yang melapisi dinding reaktor.

Produksi isotop medis dan industri

Reaktor CANDU (PHWR) memiliki keunggulan unik karena selain menghasilkan listrik, ia mampu memproduksi isotop medis dan industri secara masif tanpa perlu mematikan reaktor (on-line). Faktanya, reaktor CANDU (khususnya di Ontario, Kanada) menyuplai sekitar 50% kebutuhan Kobalt-60 (Co-60) global. Kemampuan ganda menghasilkan listrik skala besar sekaligus mengamankan pasokan medis kritis dunia menjadikan teknologi CANDU PHWR sebagai salah satu infrastruktur nuklir paling serbaguna saat ini.

Desain Tabung Tekanan (Calandria): Berbeda dengan reaktor air ringan (LWR) yang memiliki bejana tekan tunggal berukuran besar, inti CANDU berupa tangki horizontal (calandria) berisi ratusan tabung bertekanan kecil. Hal ini menyisakan ruang bertekanan rendah dan bersuhu relatif rendah di luar tabung untuk memasukkan target isotop dengan mudah. Karena itulah Reaktor CANDU Sangat Unggul dalam Memproduksi Isotop. Selain itu Reaktor CANDU dirancang agar bisa memasukkan, memindahkan, dan memanen bahan nuklir atau target iradiasi kapan saja secara robotik saat reaktor sedang beroperasi penuh. Juga penggunaan moderator air berat (D₂O) membuat reaktor ini sangat hemat neutron. Kelimpahan Fluks neutron ini sangat ideal untuk memborbardir material target guna mengubahnya menjadi radioisotop baru.

Jenis Isotop Utama yang Diproduksi oleh CANDU

Kobalt-60 (Co-60)•, untuk sterilisasi peralatan medis sekali pakai (30% global)• Terapi kanker otak (Gamma Knife)• Pengawetan makanan industri. Diproduksi dengan cara memasukkan target Kobalt-59 alami ke dalam batang kendali (adjuster rods), yang kemudian menyerap neutron menjadi Co-60.
Lutetium-177 (Lu-177)• untuk terapi radiasi bertarget (Targeted Radionuclide Therapy) pada tumor neuroendokrin dan kanker prostat. Cara produksi yaitu mengiradiasi target Ytterbium-176 menggunakan sistem khusus penangkap neutron di dalam reaktor.
Tritium (³H)•, berguna sebagai sumber cahaya tanpa listrik (rambu keselamatan)• Komponen riset fusi nuklir dan alkes. Terbentuk secara alami di dalam moderator air berat (D₂O) akibat penangkapan neutron oleh deuterium, lalu diekstraksi demi alasan keselamatan dan komersial.
Molibdenu-99 (Mo-99)•, untuk menghasilkan Teknesium-99m (Tc-99m), isotop yang paling banyak digunakan di dunia untuk diagnosis jantung dan pemindaian kanker. Diproduksi dengan menggunakan target uranium atau target khusus dalam bundel bahan bakar termodifikasi untuk menangkap neutron.
Helium-3 (He-3)•, untuk komputasi kuantum, riset neutron, dan detektor keamanan perbatasan. Ini merupakan hasil dari peluruhan alami gas Tritium yang disimpan dari reaktor.

Inti reaktor (core)

Inti reaktor (core) CANDU berpusat pada sebuah bejana silindris horizontal besar bernama kalandria (calandria), yang berisi ratusan tabung tekanan (pressure tubes) dan air berat (heavy water) sebagai moderator. Reaktor (Core) disebu Kalandria (Calandria) berupa bejana reaktor utama berbentuk silinder horizontal yang menampung moderator air berat bersuhu rendah dan bertekanan rendah. Tabung Tekanan (Pressure Tubes) terdiri ratusan tabung horizontal (berkisar antara 380 hingga 480 buah) yang menembus kalandria dan memuat bundel bahan bakar. Tabung ini dialiri air berat pendingin bertekanan tinggi. Tabung Kalandria (Calandria Tube) adalah abung luar yang mengelilingi tabung tekanan, dipisahkan oleh celah udara sempit (annulus gap) untuk isolasi termal dan pemantauan kelembapan. Bahan Bakar Uranium Alam berbentuk bundelan pendek (sekitar 1 meter) dari pelet uranium dioksida yang dibungkus zirkaloi, memungkinkan reaktor menggunakan uranium alam tanpa pengayaan (enrichment). Moderator Air Berat (D₂O) yang berfungi untuk nemperlambat laju neutron agar reaksi fisi berantai dapat terus berlangsung secara efisien menggunakan uranium alam.

Calandria pada sistem CANDU adalah sebuah tangki silinder horizontal besar sebagai inti dari teras reaktor yang menampung air berat (D₂O) sebagai moderator pada tekanan rendah. Di dalam tangki ini terdapat air berat murni yang berfungsi untuk memperlambat (memoderasi) laju neutron agar reaksi fisi nuklir dapat terus berlangsung secara efisien. Berbeda dengan reaktor air ringan (LWR) yang tangki utamanya bertekanan tinggi, tangki calandria pada CANDU berada pada tekanan atmosfer/rendah. Tangki ini dilewati oleh ratusan pipa tekanan Saluran Bahan Bakar (Fuel Channels) horizontal yang berisi bundel bahan bakar uranium alam. Setiap pipa tekanan dikelilingi oleh pipa calandria dengan celah udara di antaranya sebagai isolasi termal antara pendingin yang panas dan moderator yang dingin. Air berat pendingin bersirkulasi di dalam pipa bahan bakar dengan tekanan tinggi, terpisah dari air berat moderator yang berada di dalam wadah tangki calandria.

Tabung Tekanan (Pressure Tube) merupakan komponen struktural inti yang menjadi ciri khas utama dari reaktor CANDU. Berbeda dengan mayoritas reaktor air ringan (seperti PWR atau BWR) yang menampung seluruh bahan bakar dalam satu bejana tekan raksasa tunggal (single large pressure vessel), reaktor CANDU menggunakan ratusan tabung tekanan berdiameter kecil yang disusun secara horizontal. Setiap tabung tekanan berfungsi untuk menampung bundel bahan bakar nuklir (fuel bundles) dan mengalirkan cairan pendingin primer (heavy water atau air berat) bertekanan tinggi (sekitar 100 bar) dengan suhu mencapai 310°C. Tabung ini memisahkan cairan pendingin bertekanan tinggi di dalamnya dari cairan moderator air berat bertekanan rendah dan bersuhu dingin (<70°C) yang berada di luar tabung (di dalam tangki raksasa bernama Calandria).

Karena bahan bakar terbagi ke dalam ratusan tabung terpisah, robot pemuat bahan bakar dapat mengakses dan mengganti bundel bahan bakar pada satu tabung secara bergantian tanpa perlu mematikan seluruh reaktor. Hal ini membuat kapasitas operasional CANDU sangat efisien. Struktur tabung tipis berbahan zirkonium ini meminimalkan penyerapan neutron. Dikombinasikan dengan moderator air berat, reaktor CANDU mampu beroperasi menggunakan uranium alami (natural uranium) langsung dari tambang tanpa perlu proses pengayaan (enrichment) yang mahal. Di era 1950-an hingga 1960-an, Kanada tidak memiliki industri yang mampu menempa bejana tekan baja raksasa setebal puluhan sentimeter. Desain tabung-tabung kecil ini menjadi solusi canggih karena jauh lebih mudah diproduksi oleh industri lokal. Selama reaktor beroperasi, tabung tekanan terus-menerus terpapar suhu tinggi, tekanan tinggi, dan radiasi neutron yang intens. Hal ini dapat menyebabkan perubahan metalurgi seiring berjalannya waktu, seperti: Elongasi dan Sagging yaitu tabung memanjang atau melengkung perlahan akibat efek penuaan material (creep). Keretakan Hidrida Terlambat (Delayed Hydride Cracking), penyerapan isotop hidrogen/deuterium yang membuat logam menjadi lebih getas. Oleh karena itu, operator PLTN diwajibkan melakukan inspeksi berkala yang ketat. Biasanya, setelah 30 tahun beroperasi, reaktor CANDU akan menjalani masa peremajaan besar (refurbishment atau RE-tube), di mana seluruh tabung tekanan lama akan dibongkar menggunakan robot dan diganti dengan tabung baru agar reaktor dapat beroperasi dengan aman hingga 30 tahun berikutnya.

Bundel bahan bakar pada reaktor nuklir CANDU adalah unit silindris pendek berisi pelet uranium alam yang menjadi sumber panas utama untuk membangkitkan listrik. Berbentuk silinder mirip potongan kayu berukuran panjang sekitar 0,5 meter dan diameter sekitar 10 cm, dengan berat total sekitar 20 hingga 24 kg. Berisi pelet keramik uranium dioksida (UO₂) yang terdiri dari sekitar 99,3% uranium-238 dan 0,7% uranium-235 tanpa perlu pengayaan (uranium alami). Struktur Bundel umumnya terdiri dari 37 batang atau elemen bahan bakar (fuel pencils) yang dibungkus dengan logam zirkaloi (Zircaloy-4) agar tahan korosi dan tidak menyerap banyak neutron. Komponen Internal dilengkapi dengan pelat ujung, penjarak antarelemen (interelement spacers), dan lapisan grafit tipis (Canlube) di dalam kelongsong untuk mengurangi interaksi mekanis.

Bundel-bundel bahan bakar dimasukkan ke dalam tabung tekanan (pressure tube) horizontal di dalam bejana kalandria yang berisi air berat (D₂O) sebagai moderator neutron. Desain Reaktor CANDU memungkinkan operator mengganti bundel bahan bakar secara langsung tanpa harus mematikan atau menutup total operasional reaktor.

Teknologi reaktor PHWR secara global dikembangkan dan dimanufaktur oleh konsorsium serta badan usaha milik negara di beberapa negara utama seperti Kanada dan India.

Larsen & Toubro (L&T) Heavy Engineering (India) L&T adalah raksasa teknik dan konstruksi yang memiliki pangsa pasar lebih dari 50% dalam pembuatan komponen Steam Generator dan End Shield di India. Mereka memegang akreditasi ASME N-stamp untuk manufaktur nuklir.

Komponen yang Dimanufaktur antara lain calandria (bejana reaktor), end-shields, steam generator assemblies (SGA), sistem transportasi panas primer, hingga mesin pengisian bahan bakar nuklir (fuelling machine carriages). Menyuplai komponen untuk hampir seluruh reaktor PHWR yang dibangun secara mandiri oleh India (indigenous), termasuk kelas IPHWR-220, IPHWR-540, dan IPHWR-700.

Candu Energy / AtkinsRéalis (Kanada). Teknologi PHWR komersial pertama didesain di Kanada dengan nama CANDU (Canada Deuterium Uranium). Desain dan manufaktur reaktor ini awalnya dikembangkan oleh lembaga pemerintah Atomic Energy of Canada Limited (AECL), yang kemudian divisi reaktornya diakuisisi oleh SNC-Lavalin (sekarang bertransformasi menjadi AtkinsRéalis / Candu Energy). Mengelola desain dan pasokan reaktor CANDU secara global (seperti yang digunakan di Kanada, Korea Selatan, Argentina, dan Rumania). Untuk komponen bahan bakar reaktor CANDU, mereka bermitra dengan manufaktur lokal seperti Cameco Fuel Manufacturing.

Nuclear Power Corporation of India Limited (NPCIL). Meskipun NPCIL berperan sebagai operator dan pemilik pembangkit listrik tenaga nuklir milik negara India, mereka bertindak sebagai desainer utama dan integrator sistem untuk semua reaktor kelas IPHWR. NPCIL mendesain teknologi reaktor dan menggandeng rantai pasok industri domestik India (seperti L&T, Godrej & Boyce, dan Walchandnagar Industries) untuk melakukan manufaktur fisik komponennya.

Perusahaan Historis Lainnya seperti Siemens-KWU (Jerman). Secara historis, divisi nuklir Kraftwerk Union (KWU) dari Siemens pernah mendesain dan memanufaktur reaktor PHWR khusus untuk PLTN Atucha 1 dan Atucha 2 di Argentina. Namun, Jerman saat ini sudah sepenuhnya keluar dari industri energi nuklir.

Kekritisan reaktor CANDU

Kekritisan reaktor CANDU (Canada Deuterium Uranium) adalah kondisi di mana laju produksi neutron dari reaksi fisi sama dengan laju kehilangan neutron (akibat penyerapan dan kebocoran), sehingga reaksi berantai nuklir di dalam CANDU reactor dapat berjalan sendiri secara stabil. Kekritisan tercapai saat faktor multiplikasi efektif bernilai tepat 1 (k = 1). Jika k > 1 (superkritis), daya meningkat; jika k < 1 (subkritis), reaksi meredup. CANDU dapat mengisi ulang bahan bakar saat beroperasi penuh tanpa mematikan reaktor, menjaga nilai kekritisan tetap konstan dalam jangka panjang. Kekritisan reaktor nuklir adalah kondisi saat reaksi berantai fisi nuklir di dalam teras reaktor dapat berjalan dan bertahan sendiri secara stabil.

Kekritisan (criticality) adalah kondisi operasi normal reaktor nuklir di mana jumlah neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi stabil dan konstan (faktor multiplikasi neutron k = 1). Pada kondisi kritis ini, reaksi berantai berlanjut secara mandiri pada tingkat daya yang konstan dan menghasilkan energi panas yang masif secara berkelanjutan. Untuk mencapai kekritisan, bom nuklir mengandalkan konsep massa kritis (critical mass), yaitu jumlah minimum bahan fisil (seperti Uranium-235 atau Plutonium-239) yang dibutuhkan agar reaksi berantai terjadi. Bom nuklir dirancang untuk tetap berada dalam kondisi subkritik selama disimpan. Detonasi dilakukan dengan mengubah kondisi subkritik menjadi superkritik secara instan melalui metode penembakan maupun metode Implosi.

Ketika reaktor mencapai kondisi kritis, sirkulasi pendingin wajib beroperasi secara terus-menerus untuk menjalankan dua fungsi memindahkan energi panas dan pengendalian suhu teras. Ekstraksi panas dengan memindahkan energi panas dari bahan bakar nuklir ke sistem konversi energi (misalnya untuk memutar turbin generator listrik). Pengendalian suhu teras untuk mencegah akumulasi panas berlebih yang dapat menyebabkan kerusakan struktural atau pelelehan bahan bakar (core meltdown).

Sirkulasi pendingin tidak hanya membawa panas keluar, tetapi juga memengaruhi tingkat kekritisan reaktor melalui parameter fisik cairan pendingin (laju aliran, suhu, dan tekanan). Pada mayoritas reaktor air ringan (LWR), air bertindak sebagai pendingin sekaligus moderator (pembuat lambat neutron). Jika sirkulasi pendingin terlalu lambat atau suhu air naik, densitas air berkurang (atau terbentuk gelembung uap). Penurunan densitas ini mengurangi kemampuan moderasi, sehingga reaksi fisi melambat dan menurunkan kekritisan (koefisien reaktivitas suhu negatif sebagai fitur keselamatan alami). Sebaliknya, jika sirkulasi pendingin bekerja terlalu efisien atau suhu pendingin masuk terlalu dingin, densitas media meningkat, meningkatkan moderasi neutron, dan berpotensi menaikkan reaktivitas teras reaktor jika tidak dikendalikan oleh batang kendali (control rods).

Jika terjadi kegagalan total pada sistem operasi pendingin sirkulasi—seperti kasus macetnya pompa air umpan pada insiden Three Mile Island—reaktor harus segera dimatikan secara otomatis (scram) untuk menghentikan kondisi kekritisan sebelum panas sisa (decay heat) merusak teras reaktor

Sistem pengendali kekritisan

Sistem pengendali kekritisan pada reaktor CANDU dirancang untuk mengatur reaktivitas dan mempertahankan kondisi operasi yang stabil atau melakukan pemadaman darurat melalui perpaduan perangkat mekanis, pengaturan tingkat air berat, dan injeksi racun neutron cair.

Kekritisan adalah keadaan saat reaksi berantai nuklir bertahan sendiri dengan nilai reaktivitas sama dengan nol (k = 1). Reaktor CANDU menggunakan pembagian sistem keselamatan reaktor yang berlapis untuk mengatur kestabilan ini.

Komponen Pengendali Reaktivitas Normal (Reactor Regulating System)

Pengatur Zona Air Ringan (Liquid Zone Control System) yang berisi kompartemen air ringan (H₂O) di dalam teras reaktor untuk melakukan penyesuaian reaktivitas jangka pendek secara cepat dengan mengubah tingkat ketinggian air.
Batang Penyetel (Adjuster Rods) berupa 21 batang vertikal yang berada di dalam teras untuk menyeimbangkan xenon-135 dan memperluas kendali reaktivitas positif.
Batang Penyerap Kendali & Absorber Mekanis yang berfungsi menyerap kelebihan reaktivitas dan menurunkan daya secara bertahap saat diperlukan (setback atau stepback).
Sistem Racun Moderator (Poison Addition System) yang berguna menambahkan bahan penyerap neutron seperti gadolinium atau boron ke dalam sistem air berat (D₂O) moderator untuk kompensasi reaktivitas jangka panjang.

Sistem Pemadaman Darurat (Shutdown Systems)

Reaktor CANDU dilengkapi dua sistem penghentian darurat yang sepenuhnya independen satu sama lain: (1) batang shut-off yang jatuh secara gravitasi ke inti reaktor, dan (2) injeksi bertekanan tinggi racun neutron gadolinium ke dalam moderator. Kedua sistem mampu menghentikan reaksi dalam waktu 2 detik setelah terjadi kecelakaan kehilangan pendingin (Loss-of-Coolant Accident/LOCA), tanpa memerlukan intervensi operator.^[9]

Selain itu, desain CANDU memiliki keunggulan keselamatan pasif: bila terjadi kehilangan air berat moderator yang signifikan, reaksi fisi secara otomatis berhenti karena reaktor menjadi subcritical. Dua volume besar air (moderator dan air perisai) yang mengelilingi inti reaktor juga berfungsi sebagai penyerap panas pasif darurat bila sistem pendingin aktif gagal.^[20]

Reaktor CANDU dilengkapi dua sistem pemadaman darurat yang sepenuhnya independen dan terpisah secara geografis maupun fungsional untuk menghentikan kekritisan seketika.

Shutdown System 1 (SDS1) menggunakan sejumlah batang penutup (shutoff rods) yang dimasukkan secara vertikal dari atas teras ke dalam kalandria dengan bantuan gaya gravitasi dan pegas.
Shutdown System 2 (SDS2) menggunakan sistem injeksi cairan beracun bertekanan tinggi (liquid poison injection). Sistem ini menyemprotkan larutan racun neutron pekat berupa Gadolinium Nitrat secara horizontal langsung ke dalam moderator air berat (D₂O) untuk mematikan reaksi fisi dengan sangat cepat.

Operasi reaktor secara otomatis

Reaktor CANDU menggunakan sistem kontrol komputer digital ganda yang disebut Reactor Regulating System (RRS) untuk mengelola operasi reaktor secara otomatis, termasuk proses startup menuju kondisi kritis (approach to criticality).

Berikut adalah fitur utama dan mekanisme otomatisasi saat reaktor CANDU melakukan start hingga mencapai kondisi kritis:

Ekstraksi Racun Neutron Otomatis (Gadolinium Removal)

Saat reaktor CANDU mengalami shutdown jangka panjang, zat penyerap neutron (seperti gadolinium nitrat atau boron) sengaja dimasukkan ke dalam moderator air berat untuk menjaga reaktor tetap subkritis. Pada fase startup, sistem RRS secara otomatis mengendalikan sistem pemurnian moderator (purification system). Sistem ini menyaring dan mengeluarkan racun neutron secara bertahap guna meningkatkan reaktivitas teras secara perlahan dan aman menuju kondisi kritis.

Pengaturan Kompartemen Air Ringan (Liquid Zone Control)

CANDU menggunakan fitur unik bernama Liquid Zone Controllers (LZC), yaitu sejumlah kompartemen vertikal di dalam teras yang diisi dengan air ringan (H₂O). Karena air ringan bertindak sebagai penyerap neutron di dalam reaktor bermoderator air berat (D₂O) ini, komputer RRS akan mengurangi atau menaikkan level air secara otomatis pada kompartemen tersebut untuk mengontrol fluks neutron dan mengarahkan reaktor mencapai kekritisan (zero-power criticality) tanpa fluktuasi daya yang berbahaya.

Kendali Otomatis Batang Pengendali (Adjuster Rods)

Batang penyesuai (adjuster rods) yang terbuat dari kadmium atau kobalt dikendalikan secara otomatis oleh komputer. Selama proses start, LZC menjadi pengendali utama, namun jika rentang kendali LZC mencapai batasnya, komputer akan memerintahkan penarikan batang penyesuai secara otomatis guna menambah reaktivitas hingga tingkat daya yang diinginkan tercapai.

Sistem Deteksi Sensor & Log-Rate Monitoring

Selama fase approach to criticality, sensor detektor (seperti ion chambers) memonitor laju pelipatan daya neutron (power-doubling time). Komputer RRS membaca data ini secara real-time. Jika laju kenaikan fluks neutron terlalu cepat sebelum mencapai titik kritis yang aman, sistem otomatis akan langsung menahan atau membatasi laju ekstraksi racun neutron.

Alur Kerja Otomatisasi Startup:

Tahapan Fase	Aksi Fitur Otomatis
Subkritis	Sistem pemurnian dinyalakan otomatis untuk menyaring racun neutron (Gadolinium).
Pendekatan Kritis	Liquid Zone Controllers mengosongkan sebagian air ringan untuk menaikkan reaktivitas.
Titik Kritis Terbimbing	Monitor komputer RRS memastikan doubling time neutron berada di batas aman (sekitar 10 menit).
Kontrol Daya Mandiri	Setelah mencapai kekritisan daya rendah, komputer mengambil alih kendali penuh untuk menstabilkan fluks teras.

Meskipun seluruh proses di atas berjalan melalui algoritma otomatisasi komputer digital, prosedur ini tetap membutuhkan otorisasi, pengawasan ketat, dan konfirmasi manual dari Shift Supervisor di ruang kendali demi memenuhi standar keselamatan nuklir yang ketat.

Proses start-up menuju kondisi kritis

Proses start-up menuju kondisi kritis (mencapai reaksi berantai fisi mandiri) pada Reaktor CANDU (Pressurized Heavy Water Reactor - PHWR) memiliki karakteristik unik karena reaktor ini menggunakan uranium alam (UO₂ tanpa pengayaan) dan air berat (D₂O) sebagai moderator sekaligus pendingin.

Syarat Operasi Kritis

Bahan Bakar membutuhkan uranium alam (0,7% U-235) tanpa perlu proses pengayaan (enrichment). Fisi terjadi ketika inti atom U-235 menyerap neutron termal dan membelah, menghasilkan energi serta neutron baru.
Neutron Termal: Reaksi fisi berantai pada U-235 memerlukan neutron berenergi rendah atau neutron lambat (termal). Saat pembelahan terjadi, neutron yang dilepaskan bermigrasi dengan kecepatan tinggi (neutron cepat). Neutron cepat ini kurang efektif untuk memicu fisi berantai pada U-235. Kecepatan neutron harus diturunkan drastis (diberi energi termal sekitar 0,025 eV agar mudah diserap oleh U-235 untuk melanjutkan reaksi fisi. Neutron cepat hasil pembelahan harus diperlambat kecepatannya dari sekitar 20.000 km/s menjadi sekitar 2,2 km/s tanpa banyak diserap oleh material reaktor. Neutron cepat yang keluar dari bahan bakar akan masuk ke dalam tangki calandria yang berisi air berat. Di sana, neutron akan menumbuk inti Deuterium sekitar 75 hingga 100 kali. Untuk menurunkan kecepatan neutron dari 20.000.000 m/s menjadi 2.200 m/s, reaktor CANDU mengandalkan Moderator Air Berat (D₂O) atau Deuterium Oksida).
Moderator Air Berat (D₂O) atau deuterium oxide) narus memiliki tingkat kemurnian tinggi (>99,75%) untuk memperlambat neutron cepat menjadi neutron termal tanpa banyak menyerapnya. Fungsinya mengubah neutron cepat hasil fisi menjadi neutron termal agar bisa memicu fisi berikutnya. Air berat sangat efektif memperlambat neutron tanpa banyak menyerapnya. Efisiensi inilah yang membuat reaktor CANDU bisa beroperasi hanya dengan uranium alam. Air berat dipilih karena memiliki kemampuan memperlambat neutron (moderasinya) yang sangat baik namun memiliki tingkat penyerapan neutron yang sangat rendah. Ini adalah syarat mutlak agar reaktor CANDU bisa bekerja menggunakan uranium alam.
Batang Kendali (Control Rods) berfungsi mengontrol populasi neutron di dalam teras reaktor dengan cara menyerap neutron berlebih. Bahannya terbuat dari material penyerap neutron kuat seperti kadmium atau boron. Batang kendali dimasukkan atau ditarik dari teras reaktor untuk menurunkan atau menaikkan jumlah reaktifitas neutron. Batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk menyerap neutron (memperlambat/menghentikan reaksi) atau ditarik keluar untuk membiarkan lebih banyak neutron memicu fisi (meningkatkan daya).
Pendingin Air Berat berada dalam tekanan tinggi di dalam tabung bahan bakar (pressure tubes) agar tidak mendidih pada suhu tinggi. Fungsi Air Berat memperlambat (moderate) kecepatan neutron cepat menjadi neutron termal (lambat). Air berat D2O dipilih karena sangat efektif menurunkan energi kinetik neutron tanpa menyerap neutron tersebut. Hal ini krusial agar reaksi berantai tetap berjalan meskipun menggunakan uranium alam berpotensi rendah.
Tangki besar (calandria) harus terisi penuh oleh moderator air berat pada suhu dan tekanan rendah.

Berikut adalah tahapan utama dan langkah teknis untuk memulai reaksi fisi hingga mencapai kondisi kritis pada reaktor CANDU:

Persiapan Sistem & Pembersihan Oksigen (Pre-conditions)

Sebelum reaktor mulai dinyalakan, seluruh sistem bantu harus siap beroperasi.

Oksigen di dalam sirkuit pendingin primer dibersihkan menggunakan pemvakuman, pemanasan, dan zat kimia seperti hidrazin. Hal ini penting untuk mencegah korosi pada selongsong (cladding) bahan bakar.
Isyarat Tiruan (Dummy Signal) dimasukkan ke dalam Reactor Regulating System (RRS) untuk memastikan instrumen kamar ion (pendeteksi neutron) berfungsi normal pada rentang daya sangat rendah.

Pemanfaatan Sumber Neutron Alami (Neutron Source)

Karena reaktor CANDU menggunakan uranium alam, ia sangat bergantung pada efisiensi ekonomi neutron. Saat kondisi mati (shutdown), subkritis dikondisikan oleh adanya racun neutron (neutron poison). Fluks neutron awal sebelum kritis dipicu oleh:

Reaksi fisi spontan dari Uranium-238.
Reaksi fotoneutron, yaitu interaksi antara sinar gamma hasil peluruhan produk fisi lama dengan deuterium (²H) di dalam air berat yang menghasilkan neutron baru.3.

Penarikan Racun Neutron (Poison Removal)

Ini adalah langkah paling krusial pada CANDU. Saat mati, reaktor biasanya "Diracuni" dengan melarutkan boron atau gadolinium nitrat ke dalam moderator air berat di dalam tangki kalandria untuk menyerap neutron.

Ekstraksi Gadolinium/Boron: Sistem pemurnian (purification flow) diaktifkan untuk menyaring dan mengeluarkan racun kimia Gadolinium/Boron dari air berat secara perlahan.
Seiring berkurangnya konsentrasi racun, jumlah neutron yang lolos untuk memicu fisi akan berlipat ganda (subcritical multiplication).

Pengaturan Batang Kendali (Control Rod Adjustments)

Secara simultan, operator atau sistem otomatis RRS mulai menyesuaikan perangkat reaktivitas:

Batang kendali berbahan kadmium (penyerap neutron) ditarik keluar secara bertahap dari tangki kalandria bertekanan rendah (Adjuster Rods).
Tingkat pengisian air ringan (H₂O) pada kompartemen khusus di dalam inti reaktor disesuaikan. Air ringan di sini berfungsi sebagai penyerap neutron untuk mengendalikan fluks secara lokal (Liquid Zone Controllers).

Pemantauan Penggandaan Daya (Approach to Criticality)

Selama racun dikeluarkan dan batang kendali ditarik, operator wajib memantau laju kenaikan neutron (count rate):

Operator membuat grafik hubungan antara konsentrasi racun vs. jumlah neutron, serta waktu penggandaan daya (power-doubling time).
Laju aliran pemurnian diperlambat untuk menjaga agar waktu penggandaan daya tetap aman (biasanya sekitar 10 menit).

Mencapai Kondisi Kritis (Criticality)

Reaktor dinyatakan mencapai kondisi kritis (k = 1) ketika jumlah neutron yang dihasilkan dari pembelahan inti (fisi) tepat sama dengan jumlah neutron yang hilang atau diserap.

Ketika kamar ion RRS mendeteksi fluks neutron telah mencapai rentang operasional (sekitar 10⁻⁷% dari daya penuh), aliran pemurnian racun dihentikan.
Isyarat tiruan (dummy signal) dilepas, dan kendali reaktor sepenuhnya diserahkan kepada komputer RRS otomatis untuk mempertahankan kondisi kritis mandiri tersebut.

Reaktor mencapai kondisi kritis ketika Faktor Multiplikasi Efektif (\(k_{eff}\)) sama dengan 1.Artinya, jumlah neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi sama persis dengan jumlah neutron yang hilang (karena diserap bahan bakar/struktur atau bocor keluar). Reaksi berantai berjalan mandiri secara konstan tanpa bantuan sumber neutron eksternal.

Tanda-Tanda Reaktor Telah KritisFluks Neutron Stabil:

Grafik pembacaan instrumen menunjukkan jumlah neutron atau fluks neutron berada pada tingkat yang stabil (garis horizontal, tidak lagi naik secara eksponensial).
Periode Reaktor Tak Terhingga: Indikator periode reaktor (reactor period) menunjukkan angka tak terhingga (∞), menandakan tidak ada perubahan daya per satuan waktu.
Peningkatan Suhu Termal: Suhu cairan pendingin mulai meningkat secara perlahan akibat panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi berantai yang konsisten.
Munculnya Radiasi Cherenkov: Terlihat pendaran cahaya biru khas di dalam air atau sekitar area reflektor jika dilihat melalui sistem kamera pemantau (akibat partikel bermuatan yang bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya di medium tersebut).

Setelah kondisi kritis tercapai dengan stabil, sistem pendingin primer akan menyerap panas fisi dari tabung tekan. Operator kemudian dapat menaikkan setpoint daya ke tingkat minimum beban (minimum load) untuk mulai memanaskan generator uap menuju produksi listrik komersial.

Kontrol daya fase kritis

Setelah mencapai kekritisan daya rendah (low-power criticality), reaktor CANDU (dan reaktor daya nuklir pada umumnya) akan memasuki fase pengujian sebelum menaikkan daya secara bertahap menuju kapasitas penuh (full power).

Tahapan operasional dan teknis yang terjadi setelah fase tersebut meliputi:

Pengujian Fisika Reaktor (Low-Power Physics Tests): Operator melakukan serangkaian pengukuran eksperimental pada tingkat daya rendah (biasanya < 1% dari daya nominal). Tujuannya untuk memvalidasi karakteristik neutronik inti reaktor, efektivitas batang kendali (control rods), serta memastikan kecocokan parameter keselamatan dengan model teoritis.
Kenaikan Daya Bertahap (Power Ascension): Setelah uji daya rendah selesai dan dinyatakan aman, reaktor mulai dinaikkan dayanya secara bertahap (misalnya ke 25%, 50%, 75%, hingga 100%). Pada setiap tahapan, sistem termal dan hidrolik dipantau secara ketat.
Sinkronisasi ke Jaringan Listrik (Grid Synchronization): Ketika reaktor menghasilkan panas yang cukup untuk memproduksi uap bertekanan tinggi melalui generator uap, turbin generator akan mulai diputar. Begitu frekuensi generator sinkron dengan jaringan listrik, generator akan dihubungkan ke grid untuk mulai memasok listrik secara komersial.
Transisi ke Pengendalian Daya Otomatis: Sistem pengendalian digital reaktor mengambil alih regulasi fluks neutron guna mempertahankan tingkat daya yang diinginkan, memanfaatkan fitur ekonomi neutron unggul yang dimiliki oleh kombinasi bahan bakar uranium alami dan moderator air berat.

Sistem pemindahan panas

Sistem pemindahan panas (Heat Transport System / HTS) pada reaktor CANDU adalah rangkaian tertutup yang mengalirkan air berat (D₂O) bertekanan tinggi untuk menyerap panas dari inti reaktor dan membawanya ke pembangkit uap (steam generator). Sekitar 380 hingga 480 tabung bertekanan horizontal tempat bahan bakar uranium alam berada. Header (Manifold) berupa pipa besar horizontal di atas teras reaktor yang membagi dan mengumpulkan aliran air berat penyejuk ke setiap saluran bahan bakar. Pompa Pendingin (Heat Transport Pumps) adalah pompa bertenaga tinggi yang mensirkulasikan air berat secara terus-menerus melalui Sistem Pemindahan Panas. Pembangkit Uap (Steam Generator) adalah alat penukar panas yang mentransfer energi panas dari air berat di loop primer ke air biasa di loop sekunder untuk menghasilkan uap air.

Air berat bertekanan tinggi dipompa melewati saluran bahan bakar di dalam kalandria, menyerap panas dari reaksi fisi nuklir tanpa mendidih (suhu mencapai sekitar 320°C). Air panas mengalir melalui pipa feeder menuju outlet header dan diarahkan ke pembangkit uap. Di dalam steam generator, panas berpindah ke air biasa (siklus sekunder) hingga mendidih menjadi uap. Uap ini dialirkan untuk memutar turbin dan menggerakkan generator listrik. Air berat yang sudah dingin kemudian dipompa kembali ke reaktor melalui inlet header untuk mengulang siklus. Tekanan sistem dipantau ketat oleh Sistem Kontrol Pemindahan Panas menggunakan pemancar tekanan (pressure transmitters) untuk mencegah penguapan di dalam teras reaktor. Kontrol pH air pemindah panas dijaga secara optimal (biasanya kisaran pH 10–10,5) dengan kadar oksigen rendah guna membentuk lapisan pelindung magnetit, sehingga meminimalkan korosi pada pipa baja karbon.

Sistem generator uap

Sistem generator uap pada Reaktor CANDU berfungsi sebagai penukar panas untuk mengubah air biasa menjadi uap bertekanan tinggi menggunakan panas dari air berat di dalam sistem tertutup. Desain reaktor CANDU memisahkan bejana moderator (kalandria) dari sistem pendingin bertekanan, sehingga penukar panas atau generator uap bekerja secara independen untuk mengisolasi zat radioaktif dari turbin

Inti Reaktor (Kalandria): Reaksi fisi nuklir pada uranium alam memanaskan air berat (D₂O) yang berfungsi sebagai pendingin dan moderator di dalam teras reaktor. Pada Sirkulasi Primer, pompa mengalirkan air berat yang panas bertekanan tinggi dari teras reaktor menuju generator uap melalui pipa tertutup tanpa membuat air berat tersebut mendidih. Pada proses Pembuatan Uap (Sirkulasi Sekunder), dari dalam generator uap, pipa-pipa berisi air berat panas melewati air biasa (H₂O). Panas dipindahkan ke air biasa sehingga mendidih dan menghasilkan uap bertekanan tinggi.

Uap bertekanan tinggi dari generator uap dialirkan untuk memutar bilah turbin yang terhubung ke generator listrik. Setelah memutar turbin, uap didinginkan kembali menjadi air di kondensor, lalu dipompa kembali masuk ke generator uap untuk mengulang siklus.

Cara Kerja Generator Uap CANDU

Loop Primer (Air Berat): Air berat (D₂O) dipompa melalui tabung tekanan di dalam kalandria untuk menyerap panas dari fisi uranium alami tanpa mendidih karena dijaga dalam tekanan tinggi.
Transfer Panas: Air berat yang panas mengalir melalui pipa-pipa di dalam generator uap.
Loop Sekunder (Air Biasa): Air biasa dari sistem sekunder disiramkan atau dialirkan di luar pipa air berat tersebut, lalu berubah menjadi uap akibat konduksi panas.
Penggerak Turbin: Uap bertekanan tinggi dari air biasa ini dialirkan untuk memutar turbin yang terhubung ke generator listrik.

Sistem turbin dan generator

Sistem turbin generator pada reaktor CANDU bekerja menggunakan prinsip siklus dua loop terpisah untuk mengubah energi panas hasil fisi nuklir menjadi daya listrik. Karena CANDU merupakan jenis reaktor air berat bertekanan (Pressurized Heavy Water Reactor / PHWR), pendingin utama di dalam inti reaktor dijaga agar tidak mendidih meskipun suhunya sangat tinggi.

Pada Loop Primer terjadi Transfer Panas dan Tekanan. fFisi nuklir dari bahan bakar uranium alami (di dalam tabung bertekanan atau pressure tubes) menghasilkan panas tinggi. Air berat (D₂O) dialirkan sebagai pendingin primer dengan tekanan sangat tinggi sekitar 9,89 MPa (megapaskal) agar tetap berwujud cair dan tidak mendidih. Suhu air berat yang keluar dari core reaktor mencapai sekitar 310°C. Air berat yang panas ini dipompa menuju steam generator (penukar panas). Di sini, panas dari loop primer ditransfer ke loop sekunder yang berisi air ringan biasa (H₂O).

Pada Loop Sekunder (Sistem Turbin Generator), Panas dari loop primer menyebabkan air ringan di loop sekunder mendidih dan berubah menjadi uap jenuh (saturated steam). Uap ini memiliki tekanan sekitar 4,6 MPa hingga 5 MPa dengan suhu sekitar 260°C. Tekanan uap yang tinggi tersebut dialirkan melalui pipa utama untuk mendorong bilah-bilah turbin uap (terdiri dari turbin tekanan tinggi / High Pressure dan turbin tekanan rendah / Low Pressure) sehingga poros turbin berputar cepat. Poros turbin yang berputar terhubung langsung dengan poros generator. Pergerakan elektromagnet di dalam generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik (daya listrik).

Setelah melewati turbin, uap yang telah kehilangan tekanan dan suhunya (menurun hingga sekitar 35°C dan bertekanan vakum ~5 kPa) didinginkan di dalam kondensor menggunakan air dari luar (seperti air laut atau danau) agar kembali wujud cair menjadi air kondensat. Air kondensat tersebut dipompa kembali ke steam generator untuk dipanaskan ulang. Untuk reaktor standar seperti CANDU 6, total daya termal yang dihasilkan reaktor adalah sekitar 2062 MWt (Megawatt thermal), yang berhasil dikonversi oleh sistem turbin generator menjadi daya listrik kotor sekitar 706,5 MWe (Megawatt electric), dengan efisiensi termal pembangkit berkisar antara 30% hingga 35%.

Berikut adalah tabel spesifikasi teknis parameter tekanan, temperatur (panas), dan daya pada sistem turbin generator serta reaktor CANDU (berdasarkan standar unit CANDU 6):

Parameter Sistem Turbin Generator & Reaktor CANDU 6

Bagian / Sistem	Parameter Teknis	Nilai Khas (Spesifikasi)
Siklus Reaktor (Primer)	Daya Termal Reaktor (Thermal Power)	~2.062 \(MW_{th}\)
	Pendingin Kontainer (Coolant)	Air Berat (D₂O) bertekanan tinggi
	Tekanan Sirkuit Primer	~9,89 MPa (98,9 bar)
	Temperatur Keluar Reaktor	~310 °C
Sistem Turbin Inlet (Sekunder)	Tekanan Uap Utama (Main Steam Header)	~4,6 MPa s.d 4,7 MPa (~46 bar)
	Temperatur Uap Jenuh	~260 °C
	Laju Aliran Uap (Steam Flow)	~1.050 kg/s
Sistem Turbin Exhaust / Kondensor	Tekanan Kondensor	~5 kPa(a) (Sangat rendah / vakum)
	Temperatur Kondensat	~35 °C
Output Generator (Listrik)	Daya Listrik Kotor (Gross Electrical Power)	~706 s.d 715 \(MW_{e}\)
	Daya Listrik Bersih (Net Electrical Power)	~670 s.d 676 \(MW_{e}\) (setelah konsumsi internal ~5%)
	Efisiensi Termal Siklus	~30% s.d 32%

Karena reaktor CANDU menghasilkan uap jenuh (saturated steam) dengan temperatur dan tekanan yang relatif lebih rendah dibanding pembangkit berbahan bakar fosil, volume uap yang dibutuhkan untuk mentransfer energi yang sama menjadi jauh lebih besar. Akibatnya, diameter pipa uap dan sudu-sudu turbin berukuran lebih besar.

Karena uap yang masuk bersifat agak basah, turbin CANDU dilengkapi dengan Pemisah Uap Cair (Moisture Separator Reheater / MSR): di antara turbin tekanan tinggi (HP) dan tekanan rendah (LP) untuk mengeringkan kembali uap guna mencegah erosi pada bilah turbin.

Reaktor PHWR—seperti desain CANDU di Kanada dan IPHWR di India—bekerja pada parameter uap jenuh (suhu dan tekanan yang lebih rendah dibanding reaktor jenis PWR/BWR), turbinnya memerlukan rancangan khusus untuk menangani volume uap yang besar dan kelembapan yang tinggi.

Berbeda dengan turbin pembangkit batu bara, turbin untuk reaktor nuklir PHWR harus dilengkapi dengan Moisture Separator Reheater (MSR) yang besar. Komponen ini berfungsi untuk memisahkan kandungan air dari uap sebelum masuk ke turbin tekanan rendah guna mencegah korosi dan erosi pada sudu-sudu turbin.

Berikut adalah perusahaan-perusahaan utama global yang memanufaktur turbin-generator serta komponen berat untuk ekosistem reaktor PHWR:

BHEL (Bharat Heavy Electricals Limited) – India. BHEL merupakan satu-satunya produsen domestik India yang menyuplai paket pulau turbin (turbine island) untuk program reaktor PHWR di negara tersebut. Lebih dari 75% kapasitas terpasang PHWR di India digerakkan oleh set turbin dan generator buatan BHEL. BHEL juga menjalin kemitraan strategis dengan Arabelle Solutions (sebelumnya bagian dari GE/Alstom) guna mengembangkan teknologi turbin nuklir canggih secara mandiri untuk proyek IPHWR berkapasitas 700 MWe.
Larsen & Toubro (L&T) Heavy Engineering – India. Meski fokus utamanya pada komponen primary side reaktor (seperti bejana Calandria, End Shields, dan instalasi pipa Steam Generator), L&T memegang peran kritikal dalam manufaktur mekanikal berat yang terintegrasi langsung dengan siklus uap turbin pada reaktor jenis PHWR.
General Electric / GE Vernova (Teknologi Arabelle) – Global. Desain turbin uap nuklir Arabelle (yang sempat diakuisisi oleh EDF dari GE Vernova) merupakan standar emas global untuk turbin nuklir berkapasitas besar. Teknologi ini menjadi basis lisensi atau referensi desain teknik yang diadopsi untuk mengoptimalkan efisiensi siklus termal uap basah pada pembangkit PHWR skala besar.
Doosan Enerbility – Korea Selatan. Korea Selatan mengoperasikan reaktor PHWR tipe CANDU di PLTN Wolseong. Doosan merupakan manufaktur komponen berat dan peralatan turbin-generator yang memiliki kapabilitas forging (penempaan logam) masif untuk menyuplai suku cadang dan sistem konversi daya reaktor air berat.

Perbandingan reaktor CANDU

Perbandingan reaktor CANDU ^[21]
Parameter	CANDU 3	CANDU 6	CANDU 9	ACR-700	ACR-1000	AFCR	CANDU 6e (EC6)
Referensi	^[21]	^[21]	^[21]	^[22]	^[23]	^[24]	^[25]
Generasi	II	II	II	III	III+	III+	III+
Moderator	D₂O	D₂O	D₂O	D₂O	D₂O	D₂O	D₂O
Cairan pendingin	D₂O	D₂O	D₂O	D₂O	H₂O	D₂O	D₂O
Jumlah Saluran Bahan Bakar	232	380	600	284	520	380	380
Bahan bakar	UO₂	UO₂	UO₂	UO₂	UO₂	UO₂	UO₂
Jumlah elemen dalam bundel	37	37	37	43	43	43	37
Jumlah bundel dalam saluran	12	12	12	12		12	12
Jumlah generator uap	2	4	8	2	4	4	4
Jumlah pompa pengangkut panas	2	4	4	4	4	4	4
Tekanan keluaran reaktor (MPa)	10.0	10.3	10.3	11.9	11.6	9,89	9,89
Suhu keluaran reaktor (°C)	310	312	312	325	319	308	310
Laju aliran pendingin reaktor (kg.s ^-1 )	5300	7600	13500	6900	13100	28,6×380	28,5×380
Tekanan uap (MPa)	4.7	4.7	5.1	6.4	6
Suhu uap (°C)	260	260	265	281	275,5	260	260
Laju aliran uap (kg.s ^-1 )	700	1050	tahun 1610		tahun 1728
Total panas fisi (MW)	tahun 1441	2156	3394
Kalor bersih ke siklus uap (MW)	tahun 1390	tahun 2060	3347	tahun 2064	3200	tahun 2084	tahun 2084
Output generator turbin bruto (MW)	470	676	1121	731	tahun 1165
Output listrik bersih (MW)	450	626	1031	680	1082	740	700

Pembangkit listrik CANDU

Saat ini terdapat 26 reaktor CANDU yang digunakan di seluruh dunia, dan 18 " turunan CANDU " di India, yang dikembangkan dari desain CANDU. Setelah India meledakkan bom nuklir pada tahun 1974 , Kanada menghentikan kerja sama nuklir dengan India dan India mengembangkan 18 reaktor " turunan CANDU " yang beroperasi dan 1 yang sedang dibangun . Rinciannya adalah:

Daftar instalasi CANDU yang beroperasi, direncanakan, dan ditutup
Pembangkit listrik			Reaktor			Status	Catatan	Referensi
Satuan	Negara	Geolokasi	Model	Desain	Jenderal	Status	Catatan	Referensi
Demonstrasi Tenaga Nuklir	Kanada		CANDU	Prototipe CANDU	I	Penutupan permanen
Douglas Point	Kanada		CANDU	CANDU 200	I	Penutupan permanen
Pickering A1	Kanada		CANDU	CANDU 500A	II	Penutupan permanen
Pickering A2	Kanada		CANDU	CANDU 500A	II	Penutupan permanen
Pickering A3	Kanada		CANDU	CANDU 500A	II	Penutupan permanen
Pickering A4	Kanada		CANDU	CANDU 500A	II	Penutupan permanen
Pickering B5	Kanada		CANDU	CANDU 500B	II	Operasional
Pickering B6	Kanada		CANDU	CANDU 500B	II	Operasional
Pickering B7	Kanada		CANDU	CANDU 500B	II	Operasional
Pickering B8	Kanada		CANDU	CANDU 500B	II	Operasional
Gentilly 1	Kanada		CANDU	CANDU BLW-250	II	Penutupan permanen
Gentilly 2	Kanada		CANDU	CANDU 6	II	Penutupan permanen
Bruce A1	Kanada		CANDU	CANDU 791	II	Operasional
Bruce A2	Kanada		CANDU	CANDU 791	II	Operasional
Bruce A3	Kanada		CANDU	CANDU 750A	II	Operasional
Bruce A4	Kanada		CANDU	CANDU 750A	II	Operasional
Bruce B5	Kanada		CANDU	CANDU 750B	II	Operasional
Bruce B6	Kanada		CANDU	CANDU 750B	II	Operasional
Bruce B7	Kanada		CANDU	CANDU 750B	II	Operasional
Bruce B8	Kanada		CANDU	CANDU 750B	II	Operasional
Darlington 1	Kanada		CANDU	CANDU 850	II	Operasional
Darlington 2	Kanada		CANDU	CANDU 850	II	Operasional
Darlington 3	Kanada		CANDU	CANDU 850	II	Operasional
Darlington 4	Kanada		CANDU	CANDU 850	II	Operasional
Point Lepreau	Kanada		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Wolseong 1	Korea Selatan		CANDU	CANDU 6	II	Penutupan permanen
Wolseong 2	Korea Selatan		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Wolseong 3	Korea Selatan		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Wolseong 4	Korea Selatan		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Qinshan III-1	Cina		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Qinshan III-2	Cina		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Rajasthan 1	India		CANDU	CANDU 200	I	Penutupan permanen
Rajasthan 2	India		CANDU	CANDU 200	I	Operasional
Embalse	Argentina		CANDU	CANDU 6	II	Operasional
Cernavodă 1	Rumania		CANDU	CANDU 6	II	Operasional		^[26]
Cernavodă 2	Rumania		CANDU	CANDU 6	II	Operasional		^[26]
Cernavodă 3	Rumania		CANDU	CANDU 6	II	Sedang dibangun		^[26]
Cernavodă 4	Rumania		CANDU	CANDU 6	II	Sedang dibangun		^[26]
Cernavodă 5	Rumania		CANDU	CANDU 6	II	Sedang dibangun	tidak aktif sebagian dibangun	^[26]
Karachi K1	Pakistan		CANDU	CANDU 200	I	Penutupan permanen

Kelompok pemilik

Beberapa operator reaktor CANDU Kanada membentuk Kelompok Pemilik Reaktor CANDU pada tahun 1984; mereka kemudian bergabung dengan operator internasional, dan, pada tahun 2025, berganti nama menjadi Conexus Nuclear Inc.

Organisasi ini berkolaborasi di beberapa bidang untuk mempromosikan teknologi reaktor CANDU:

penelitian dan pengembangan Ini termasuk pendanaan dasar untuk sebagian biaya penelitian dan pengembangan AECL.
proyek dan layanan bersama
keselamatan nuklir dan urusan lingkungan
pertukaran informasi

Advanced CANDU Reactor (ACR)

Reaktor CANDU Tingkat Lanjut atau Advanced CANDU Reactor (ACR)—terutama varian ACR-1000—adalah desain reaktor nuklir Generasi III+ yang dikembangkan oleh Atomic Energy of Canada Limited (AECL). Desain ini merupakan evolusi radikal yang menggabungkan fitur terbaik reaktor air berat bertekanan (PHWR) khas CANDU dengan fitur reaktor air bertekanan (PWR) konvensional.

Meskipun menawarkan lompatan teknologi yang efisien, proyek ACR-1000 saat ini berstatus desain selesai tanpa unit komersial aktif, karena AECL tidak memenangkan tender pasar global sebelum restrukturisasi korporasi mereka. Teknologi ini kemudian menjadi basis pengembangan reaktor masa depan seperti CANDU Monark..

Berikut adalah tabel perbandingan komprehensif antara CANDU Konvensional (seperti CANDU 6) dan Advanced CANDU Reactor (ACR-1000):

Tabel Perbandingan: CANDU Konvensional vs. ACR-1000

Fitur / Parameter	CANDU Konvensional (CANDU 6)	Advanced CANDU Reactor (ACR-1000)
Bahan Pendingin (Coolant)	Air Berat (D₂O)	Air Ringan Konvensional (H₂O)
Moderator	Air Berat (D₂O)	Air Berat (D₂O)
Bahan Bakar	Uranium Alami (0,7% U-235)	Slightly Enriched Uranium (SEU) (1-2% U-235)
Ukuran Teras (Core)	Besar dan tersebar	Lebih Kompak (setengah ukuran daya setara)
Kapasitas Daya	~ 600 - 700 MWe	~ 1.200 MWe (Kelas 1.000 MWe)
Koefisien Void Reaktivitas	Positif (jika pendingin mendidih, daya naik)	Negatif (sifat keselamatan inheren yang lebih baik)
Metode Pengisian Bahan Bakar	Saat beroperasi (On-power refuelling)	Saat beroperasi (On-power refuelling)
Efisiensi Termal & Burn-up	Rendah (30-31%, burn-up rendah)	Lebih Tinggi (~ 36,8%, burn-up 3× lipat)
*Biaya Modal (Capital Cost)*	Sangat tinggi (karena volume air berat masif)	Jauh Lebih Murah (kebutuhan air berat berkurang 75%)

CANDU konvensional menggunakan air berat baik sebagai moderator maupun pendingin. ACR tetap mempertahankan air berat sebagai moderator (di dalam tangki calandria bertekanan rendah), tetapi mengganti pendingin di dalam tabung bertekanan menggunakan air ringan biasa. Langkah ini secara drastis memangkas biaya konstruksi karena air berat sangat mahal untuk diproduksi.

Karena air ringan menyerap lebih banyak neutron daripada air berat, ACR tidak bisa lagi menggunakan uranium alami murni. Reaktor ini beralih ke Slightly Enriched Uranium (SEU). Sisi positifnya, penggunaan SEU membuat tingkat burn-up (efisiensi pembakaran) bahan bakar meningkat hingga 3 kali lipat, mengompensasi hilangnya fleksibilitas bahan bakar alami.

Kelemahan klasik CANDU konvensional adalah positive void coefficient, di mana hilangnya pendingin secara mendadak justru memicu peningkatan reaksi nuklir. Berkat geometri teras yang lebih rapat dan penggunaan air ringan, ACR memiliki koefisien reaktivitas void negatif, sehingga jika terjadi kebocoran pendingin, reaksi berantai nuklir akan mati atau melambat dengan sendirinya secara inheren.

Jarak kisi tabung bahan bakar yang lebih rapat membuat ukuran fisik teras ACR 50% lebih kecil dibandingkan reaktor CANDU konvensional berkapasitas sama. Desain kompak ini dikombinasikan dengan pengurangan inventaris air berat hingga 75%, membuat ACR-1000 jauh lebih kompetitif secara ekonomi terhadap reaktor PWR buatan Amerika atau Eropa.

Kemungkinan kombinasi reaktor CANDU

Kombinasi reaktor CANDU dan batu bara

Kombinasi reaktor CANDU dan batu bara merujuk pada konsep hibrida energi atau strategi transisi energi, di mana teknologi nuklir diintegrasikan dengan infrastruktur atau proses berbasis batu bara. Secara teknis, kedua sistem ini tidak dicampur dalam satu wadah reaktor, melainkan dikombinasikan melalui dua metode utama:

Repurposing PLTU Batu Bara Menjadi PLTN (Coal-to-Nuclear). Konsep ini memanfaatkan infrastruktur Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batu bara yang sudah ada. Sistem boiler (pembakar) batu bara pada PLTU dilepas dan digantikan dengan reaktor nuklir seperti CANDU sebagai sumber panas baru. Generator, turbin uap, sistem pendingin, dan jaringan transmisi listrik yang sudah ada tetap digunakan. Keuntungannya dapat menghemat biaya investasi infrastruktur baru dan mempermudah transisi energi bersih tanpa membuang aset yang sudah dibangun

Kombinasi reaktor CANDU dan batu bara yang lain dengan turbin tunggal merujuk pada konsep hibrida atau transisi energi terintegrasi, di mana Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batu bara dikombinasikan untuk menggerakkan satu poros generator listrik yang sama. Secara teknis, integrasi ini umumnya diterapkan melalui skema repotowering (konversi batu bara ke nuklir) atau sistem ko-generasi termal.

Penyediaan Uap Sekunder (Sisi Nuklir): Reaktor CANDU menghasilkan panas melalui reaksi fisi uranium alam dengan bantuan moderator air berat. Panas ini ditransfer melalui fluida pendingin primer menuju Steam Generator (pembangkit uap) untuk mendidihkan air ringan di siklus sekunder., Karakteristik uap yang dihasilkan oleh reaktor CANDU konvensional umumnya memiliki suhu dan tekanan yang lebih rendah (uap jenuh/saturasi) dibandingkan uap superkritis dari PLTU batu bara modern. Di sinilah tungku batu bara dapat difungsikan sebagai superheater tambahan untuk meningkatkan entalpi, suhu, dan tekanan uap sebelum masuk ke turbin.

Uap dengan parameter optimal dari kedua sumber energi tersebut digabungkan untuk memutar satu unit turbin uap tunggal (single-shaft turbine). Turbin tunggal ini terkopel langsung dengan satu generator besar untuk menghasilkan listrik

Perbedaan tekanan dan korosifitas uap antara sistem nuklir dan fosil membutuhkan sistem kontrol katup (valve) dan material pipa yang sangat andal.Regulasi Keselamatan: Menggabungkan area penanganan bahan bakar fosil dan area proteksi radiasi nuklir memperumit prosedur keselamatan serta izin operasi.

Kombinasi reaktor CANDU dan boiler listrik

Kombinasi reaktor CANDU dan boiler listrik merupakan salah satu konsep integrasi sistem energi hibrida modern. Pendekatan ini menggabungkan keunggulan pembangkit listrik tenaga nuklir beban dasar (baseload) dengan fleksibilitas boiler industri listrik untuk mengoptimalkan efisiensi energi, menyediakan panas proses (process heat), serta menyeimbangkan beban jaringan listrik (grid balancing). Secara teknis, kombinasi kedua sistem ini bekerja melalui beberapa mekanisme utama:

Metodw pwetama Reaktor CANDU sebagai Pemasok Utama. Reaktor CANDU menghasilkan panas konstan dari reaksi fisi uranium alam menggunakan moderator dan pendingin air berat (\(D_{2}O\)). Panas dari sirkulasi air berat ini ditransfer ke pembangkit uap (steam generator atau boiler sekunder) untuk menghasilkan uap air biasa bertekanan tinggi.

Metode keua. Boiler Listrik sebagai Pengatur Fleksibilitas: Boiler listrik diintegrasikan ke dalam siklus uap sekunder atau sistem pemanas distrik. Alat ini memanfaatkan energi listrik surplus dari jaringan (misalnya saat produksi energi terbarukan sedang tinggi atau saat beban rendah/ off-peak) untuk memproduksi uap tambahan atau meningkatkan temperatur uap yang dihasilkan oleh reaktor.

Konsep kombinasi ini banyak dilirik untuk proyek dekarbonisasi sektor industri berat. Uap panas bertekanan yang dihasilkan secara stabil oleh reaktor nuklir dan diakomodasi oleh kelenturan boiler listrik digunakan untuk:

Pabrik pengolahan petrokimia dan penyulingan minyak.
Fasilitas desalinasi air laut skala besar.
Pembangkitan hidrogen melalui metode high-temperature steam electrolysis (HTSE)

Lihat pula

Badan Tenaga Atom Internasional (IAEA)
Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN)
Pembangkit listrik tenaga nuklir
Reaktor nuklir
Bahan bakar nuklir
Pengisian bahan bakar online
Inti reaktor nuklir
Moderator neutron
Cairan pendingin
Air berat
Batang kendali (reaktor nuklir)
Startup sumber neutron
Bejana tekan reaktor
Reaktor pembiak
Generator uap (tenaga nuklir)
Menara pendingin
Turbin uap
Generator listrik
Light water reactor (LWR)
Boiling water reactor (BWR)
Pressurized water reactor (PWR)
Pressurized heavy-water reactor (PHWR)
Moderator Grafit:
- Magnox
- Advanced gas-cooled reactor (AGR)
- RBMK
Tenaga nuklir berbasis thorium
Chalk River Laboratories
Reaktor NRX
Reaktor NRU

Referensi

↑ "Canadian Small Modular Reactors: SMR Roadmap". Diakses tanggal 25 September 2020.{{cite web}}: line feed karakter dalam |title= pada posisi 38Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link)
↑ [https://www.snclavalin.com/ en/markets-and-services/markets/energy/nuclear#smrs "SMRs"]. snclavalin.com. Diakses tanggal 25 September 2020.{{cite web}}: Periksa nilai |url=; line feed karakter dalam |url= pada posisi 28Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link)
↑ McGrath, John Michael. "The two big name companies that will not be designing Ontario's next reactor". TVO. Diakses tanggal 4 Maret 2021.{{cite web}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link)
1 2 "How a Nuclear Reactor Works". Canadian Nuclear Association.
1 2 "CANDU reactor". Wikipedia.
1 2 3 "History of Nuclear in Canada". Canadian Nuclear Association.
↑ "Where are Canada's reactors located?". Canadian Nuclear Society.
↑ "Risks of the CANDU reactor design". DocsLib.
1 2 3 4 Whitlock, Jeremy. "The Canadian Nuclear FAQ – Section D: Safety and Liability".
↑ "CANDU and Heavy Water Moderated Reactors". Nuclear Tourist.
1 2 3 Whitlock, Jeremy. "The Canadian Nuclear FAQ – Section A: CANDU Technology".
1 2 3 4 {{cite web|url=https://energyeducation.ca/encyclopedia/CANDU_reactor|title=CANDU reactor |publisher=Energy Education}}
↑ "Advantages and disadvantages of HWR (or) CANDU type Reactor". BrainKart.
↑ "CANDU Reactors – buyer beware". Energy Probe.
↑ "CANDU reactor – on-power refuelling". Energy Education.
↑ "IUPAC - heavy water (H02758)". goldbook.iupac.org. Diakses tanggal 13 Oktober 2020.
↑ "IUPAC - deuterium (D01648)". goldbook.iupac.org. Diakses tanggal 13 Oktober 2020.
↑ "Water cooled reactors". www.iaea.org (dalam bahasa Inggris). 2016-04-13. Diakses tanggal 2020-10-13. Heavy Water Reactors (HWRs) use "enriched" water, the molecules of which comprise hydrogen atoms that are made up to more than 99 per cent of deuterium, a heavier hydrogen isotope. This heavy water, used as a moderator, improves the overall neutron economy, allowing fuel to be used that does not require enrichment.
↑ https://energyeducation.ca/encyclopedia/Heavy_water
↑ "Risks of the CANDU reactor design". DocsLib.
1 2 3 4 Garland, Wm. J., ed. (2017-04-12) [2014]. The Essential CANDU: A textbook on the CANDU Nuclear Power Plant Technology (PDF) (dalam bahasa Inggris). Vol. 1. University Network of Excellence in Nuclear Engineering. hlm. 18. ISBN 0-9730040.{{cite book}}: Periksa nilai |isbn=: panjang
↑ ACR-700 Technical Description. Atomic Energy of Canada Limited. 2003.
↑ ACR-1000 Technical Description Summary. Atomic Energy of Canada Limited. 2010.
↑ Advanced Fuel CANDU Reactor: Technical Summary (PDF). SNC-Lavalin.
↑ Enhanced CANDU 6: Technical Summary (PDF) (dalam bahasa Inggris). AtkinsRéalis.
1 2 3 4 5 Press, The Canadian (2024-11-15). "AtkinsRéalis wins contract to build two new Candu reactors in Romania". BNN Bloomberg (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2025-09-15.

Basis data pengawasan otoritas
Nasional	Amerika Serikat Israel
Lain-lain	Yale LUX