Reaktor nuklir disebut juga reaktor yang dapat dikendalikan, yaitu reaksi populasi neutron yang akan membakar uranium. Pada reaktor nuklir menghasilkan populasi neutron dan daya dalam bentuk energi kalor. Reaktor nuklir umumnya menggunakan bahan bakar murni berupa uranium yang diperkaya, khususnya isotop Uranium-235 (U-235) yang dikonsentrasikan hingga kadar sekitar 3–5% untuk menjaga reaksi fisi berantai agar berjalan stabil dan terkendali. Uranium alami sendiri terdiri dari sekitar 0,7% U-235 dan 99,3% uranium-238 (U-238), tetapi hanya U-235 yang bersifat fisil untuk memulai dan mempertahankan reaksi fisi.
Untuk struktur bahan bakar di dalam reaktor, bahan bakar berbentuk pelet uranium dioksida (UO2) yang dikemas ke dalam batang bahan bakar dan disusun menjadi rakitan bahan bakar. Batang bahan bakar ini kemudian dimasukkan ke dalam inti reaktor sebagai sumber neutron dan panas dari proses fisi. Sedangkan bahan pengendali reaktor (control rods) menggunakan material yang mampu menyerap neutron secara efektif untuk mengatur kecepatan reaksi fisi. Material pengendali yang umum dipakai di reaktor antara lain:
Boron (biasanya dalam bentuk boron-karbida, B4C)
Kadimium
Hafnium
Pengendali ini dimasukkan atau ditarik dari inti reaktor untuk menaikkan atau menurunkan laju reaksi fisi dengan mengatur jumlah neutron bebas yang terlibat dalam proses berantai, sehingga menjaga reaktor tetap dalam kondisi kritis yang aman dan stabil. Jumlah bahan bakar dan pengendali dalam reaktor bergantung pada desain reaktor dan kebutuhannya, tetapi secara prinsip keduanya merupakan komponen kunci yang bekerja bersama untuk menjaga reaktor berjalan dengan aman dan efisien.
Beberapa perangkat utama yang terdapat di laboratorium reaktor nuklir meliputi alat-alat deteksi, perangkat perlindungan radiasi, instrumen pemantauan, serta fasilitas eksperimental, antara lain:
Sumber Radiasi: Seperti Co-60, Cs-137, Am-241, Sr-90, Na-22, Ra-226, dan Th-232. Sumber-sumber ini digunakan untuk pengujian dan penelitian terkait radiasi nuklir.
Detektor Radiasi: Jenis-jenis yang sering digunakan meliputi detektor Geiger-Müller (GM), Surface Barrier Detector, dan Detektor Sintilasi NaI(Tl). Detektor ini berfungsi mengukur intensitas dan jenis radiasi yang ada di lingkungan laboratorium.
Surveymeter dan Dosimeter: Baik analog maupun digital, pocket dosimeter digunakan untuk monitoring tingkat radiasi dan akumulasi dosis pada personel laboratorium.
Perisai Radiasi: Menggunakan bahan seperti timbal (Pb), aluminium, baja tahan karat (stainless steel), dan beton sebagai pelindung agar paparan radiasi tetap di bawah ambang batas aman.
Mini X-Ray: Digunakan untuk demonstrasi atau eksperimen kecil terkait interaksi radiasi dengan materi.
Komputer & Piranti Lunak Khusus: Digunakan untuk perhitungan reaksi nuklir, analisis keselamatan, dan simulasi fluida dinamik dalam studi perancangan dan pengoperasian reaktor.
Reaktor Penelitian: Digunakan baik sebagai sumber neutron maupun radiasi, serta untuk eksperimen material dan sintesis radioisotop medis.
Peralatan Eksperimen Reaktor: Termasuk saluran iradiasi (neutron beam tube), kolom termal, saluran tengah (central thimble), bulk shielding, kolom termalisasi, serta sistem pneumatik untuk pengiriman sampel cepat.
Perangkat Penunjang Perawatan dan Inspeksi: Seperti boroskop, anemometer, uji kebisingan, alat ultrasonic untuk pengujian tak merusak (NDT), infra red, clamp meter, dan sistem pemantauan khusus untuk komponen reaktor dan sistem operasionalnya.
Proses reaksi yang terjadi di laboratorium reaktor nuklir umumnya adalah reaksi fisi nuklir yang dikendalikan secara hati-hati agar berlangsung stabil dan aman. Berikut penjelasan prosesnya secara singkat dan sistematis:
Inisiasi Reaksi Fisi
Neutron bebas ditembakkan atau dihasilkan di dalam inti reaktor kemudian mengenai inti atom bahan bakar yang bersifat fisil, seperti uranium-235 (U-235). Tumbukan neutron ini membuat inti uranium menjadi tidak stabil.Pembelahan Inti (Fisi)
Inti uranium yang tidak stabil tersebut kemudian terbelah menjadi dua inti atom yang lebih ringan (fragmen fisi), sambil melepaskan sejumlah besar energi berupa panas, serta radiasi dan neutron bebas. Energi panas ini adalah sumber utama untuk pembangkit listrik nuklir.Reaksi Berantai
Neutron bebas yang dilepas dari hasil fisi awal ini bergerak dan menumbuk inti uranium lain, memicu fisi lanjutan. Jika bahan bakar dan kondisi reaktor memadai, maka terjadi reaksi berantai yang terus-menerus berlangsung secara terkendali.Kontrol Reaksi
Proses reaksi fisi ini dikendalikan dengan mengatur batang pengendali (control rods) yang menyerap neutron. Dengan memasukkan atau menarik batang pengendali, jumlah neutron yang ada dapat disesuaikan agar reaksi tetap stabil, tidak berlebihan, dan suhu reaktor dapat terjaga dalam batas aman.Pendinginan dan Energi
Energi panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan cairan pendingin (biasanya air) sehingga berubah menjadi uap bertekanan tinggi. Uap ini menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator untuk menghasilkan listrik.
Proses ini juga diawasi ketat dengan berbagai peralatan pengukur radiasi dan sistem proteksi untuk menjaga keamanan dalam laboratorium nuklir. Proses reaksi ini merupakan dasar dari teknologi pembangkit listrik tenaga nuklir dan juga difungsikan untuk penelitian fisika nuklir, produksi radioisotop, hingga pengembangan teknologi nuklir lainnya di lingkungan laboratorium.
