Apakah bahan bakar nuklir?
Fisi nuklir
Isotop elemen kimia yang dapat meneruskan reaksi rantai fisi disebut bahan bakar nuklir, dan bersifat "fisil". Jenis bahan bakar nuklir yang paling umum adalah U (isotop uranium dengan massa atom 235 dan digunakan di reaktor nuklir) dan Pu (isotop plutonium dengan massa atom 239). Bahan bakar nuklir ini akan terpecah menjadi 2 bagian membentuk elemen kimia dengan massa atom mendekati 95 dan 135 u (produk fisi). Kebanyakan bahan bakar nuklir melalui tahap fisi spontan dengan amat lambat, meluruh melalui sebuah reaksi peluruhan partikel alfa/partikel beta dengan waktu sampai bermilenium-milenium. Dalam reaktor nuklir atai senjata nuklir, reaksi fisi yang besar ini disebabkan karena induksi neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi sebelumnya.
Senjata nuklir
Tantangan utama di semua desain senjata nuklir adalah untuk memastikan sebanyak mungkin bahan bakar fisi terkonsumsi sebelum senjata itu hancur. Jumlah energi yang dilepaskan oleh pembelahan bom dapat berkisar dari sekitar satu ton TNT ke sekitar 500.000 ton (500 kilotons) dari TNT.
Sampah
Sampah nuklir merupakan hasil dari fusi nuklir dan fisi nuklir yang menghasilkan uranium dan thorium yang sangat berbahaya bagi lingkungan hidup dan juga manusia. Oleh karena itu sampah nuklir disimpan ditempat-tempat yang tidak berpotensi tinggi untuk melakukan aktivitas tempat-tempat yang dituju biasanya bekas tambang garam atau dasar laut (walau jarang namun kadang masih dilakukan).
Litium-6
Litium-6 dapat dicampur dengan deuterium, menjadi litium-6 deuterida ( "lithium-6 deuteride" ), yang mana digunakan sebagai bahan bakar (fusi nuklir), dalam bom nuklir.
Asam borat
Asam borat digunakan di beberapa pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai racun neutron. Boron dalam asam borat mengurangi kemungkinan fisi termal dengan menyerap beberapa neutron termal. Reaksi fisi berantai umumnya didorong oleh kemungkinan bahwa neutron bebas akan menghasilkan fisi dan ditentukan oleh bahan dan sifat geometris dari reaktor. Boron alami terdiri dari sekitar 20% boron-10 dan 80% isotop boron-11. Boron-10 memiliki penampang tinggi untuk penyerapan energi rendah (thermal) neutron. Dengan meningkatkan konsentrasi asam borat dalam pendingin reaktor, kemungkinan bahwa neutron akan menyebabkan fisi berkurang. Perubahan konsentrasi asam borat dapat secara efektif mengatur laju fisi yang terjadi di reaktor. Asam borat hanya digunakan dalam reaktor bertekanan air (PWR) (reaktor air mendidih (BWR) menggunakan Natrium Pentaborat untuk tujuan yang sama). Asam borat dapat dilarutkan dalam kolam bahan bakar bekas yang digunakan untuk menyimpan elemen bahan bakar bekas. Konsentrasi cukup tinggi untuk menjaga multiplikasi neutron minimal. Asam borat dibuang dari Reaktor 4 di PLTN Chernobyl setelah krisis untuk mencegah reaksi lain yang terjadi.
Helium-3
Helium-3 telah diusulkan sebagai bahan bakar generasi kedua untuk fusi nuklir, namun reaktor semacam itu masih dikembangkan.
Siklus bahan bakar nuklir
Bahan bakar uranium yang telah habis masa gunanya dalam membangkitan energidisebut bahan bakar bekas atau ”spent fuel” yang akan melalui beberapa tahapan pengelolaan setelah dikeluarkan dari teras reaktor. Masa guna bahan bakar nuklir di reaktor antara 3 – 6 tahun.
Fusi nuklir
Dalam fisika nuklir, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah reaksi dimana dua inti atom bergabung membentuk satu atau lebih inti atom yang lebih besar dan partikel subatom (neutron atau proton). Perbedaan dalam massa antara reaktan dan produk dimanifestasikan sebagai pelepasan energi dalam jumlah besar. Perbedaan dalam massa ini muncul akibat perbedaan dalam energi ikatan inti atom antara sebelum dan setelah reaksi. Fusi nuklir adalah proses yang memberikan daya bagi bintang untuk bersinar.
Daya ledak senjata nuklir
Untuk operasional, berlaku batas maksimum dalam pengiriman lewat udara. Contohnya, jika maksimum daya angkut sebuah Antonov An-225 sebesar 250 ton dapat digunakan, maka batas maksimumnya adalah 250 t * 5,2 Mt/t atau 1.300 Mt. Batasan serupa juga berlaku untuk pengiriman berbasis misil yang ditentukan oleh kapasitas angkut misil. Peluru kendali balistik Rusia SS-18 memiliki daya angkut sebesar 7.200 kg, sehingga daya ledak maksimum mencapai 37,4 Mt. Fakta menyebutkan daya ledak SS-18 mod 1 dengan satu hulu ledak mencapai 10000 Mt. 
Daftar berikut ini memuat pencapaian uji coba nuklir yang berisi Pemboman Hiroshima dan Nagasaki, uji coba nuklir pertama untuk setiap jenis senjata nuklir oleh masing-masing negara dan uji coba yang penting (seperti ledakan terbesar). Ukuran daya ledak berupa perkiraan energi dalam kiloton TNT.
Nukleosintesis
Nukleosintesis eksplosif terjadi terlalu cepat untuk peluruhan radioaktif untuk menaikkan jumlah neutron, sehingga ada banyak kelimpahan isotop yang sama jumlah proton dan neutronnya disintesis oleh proses alfa untuk menghasilkan nuklida-nuklida yang mengandung seluruh bilangan inti atom helium, sampai 16 (mewakili Ge). Nuklida-nuklida itu stabil hingga Ca (terbuat dari 10 inti atom helium), tetapi inti yang lebih berat dengan jumlah proton dan neutron yang sama adalah radioaktif. Bagaimanapun, proses alfa berlanjut untuk memengaruhi penciptaan isobar nuklida-nuklida ini, sekurang-kurangnya termasuk nuklida radioaktif Ti , Cr, Fe, Ni, Zn, dan Ge, yang sebagian besar di antaranya (memelihara Ti dan Zn) diciptakan di dalam kelimpahan itu karena meluruh setelah ledakan untuk menciptakan isotop stabil yang paling melimpah dari unsur-unsur yang berpadanan pada tiap-tiap bobot atom. Dengan demikian, isotop-isotop berpadanan yang paling banyak ditemui (melimpah) dari unsur-unsur yang dihasilkan menurut cara ini adalah Ti, Cr, Fe, dan Zn. Banyak peluruhan itu diiringi oleh pelepasan garis-garis sinar-gama yang mampu mengenali isotop yang baru saja tercipta pada saat ledakan terjadi.
Siklus bahan bakar nuklir
Alternatif lain, setelah tingkat radioaktivitas dan pemancaran panas bahan bakar bekas menurun drastis, bahan bakar bekas dapat dikeluarkan dari kolam penyimpanan dan selanjutnya disimpan dengan cara kering. Perisai radiasi yang cukup murah dan pendinginan alamiah yang bebas perawatan, menjadikan cara ini menjadi pilihan yang menarik.
Senjata nuklir
Senjata termonuklir bisa berfungsi dengan melalui sebuah bomb fisi yang kemudian memampatkan dan memanasi bahan fisi. Pada desain Teller-Ulam, yang mencakup semua senjata termonuklir multi megaton, metode ini dicapai dengan meletakkan sebuah bomb fisi dan bahan bakar fusi (deuterium atau lithium deuteride) pada jarak berdekatan di dalam sebuah wadah khusus yang dapat memantulkan radiasi. Setelah bomb fisi didetonasi, pancaran sinar gamma and sinar X yang dihasilkan memampatkan bahan fusi, yang kemudian memanasinya ke suhu termonuklir. Reaksi fusi yang dihasilkan, selanjutnya memproduksi neutron berkecepatan tinggi yang sangat banyak, yang kemudian menimbulkan pembelahan nuklir pada bahan yang biasanya tidak rawan pembelahan, sebagai contoh depleted uranium. Setiap komponen pada design ini disebut "stage" (atau tahap). Tahap pertama pembelahan atom bom adalah primer dan fusi wadah kapsul adalah tahap sekunder. Di dalam bom-bom hidrogen besar, kira-kira separuh dari 'yield' dan sebagian besar nuklir fallout, berasal pada tahapan fisi depleted uranium. Dengan merangkai beberapa tahap-tahap yang berisi bahan bakar fusi yang lebih besar dari tahap sebelumnya, senjata termonuklir bisa mencapai "yield" tak terbatas. Senjata terbesar yang pernah diledakan (the Tsar Bomba dari USSR) merilis energi setara lebih dari 50 juta ton (50 megaton) TNT. Hampir semua senjata termonuklir adalah lebih kecil dibandingkan senjata tersebut, terutama karena kendala praktis seperti perlunya ukuran sekecil ruang dan batasan berat yang bisa di dapatkan pada ujung kepala roket dan misil.
Nukleosintesis
Nukleosintesis eksplosif melibatkan nukleosintesis supernova, dan menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat daripada besi oleh suatu hamburan reaksi nuklir yang intensif yang biasanya berlangsung hanya dalam beberapa detik pada peristiwa ledakan inti supernova. Di dalam lingkungan supernova yang penuh ledakan, unsur-unsur antara silikon dan nikel disintesis oleh fusi yang cepat. Juga di dalam supernova, proses lanjut nukleosintesis dapat terjadi, seperti proses r, di mana isotop-isotop yang paling banyak neutronnya dari unsur-unsur yang lebih berat daripada nikel dihasilkan oleh penyerapan yang cepat dari neutron bebas yang dilepaskan ketika ledakan terjadi. Kejadian ini bertanggung jawab atas gugus alami unsur-unsur radioaktif, seperti uranium dan torium, juga isotop-isotop yang paling banyak neutronnya dari unsur-unsur berat.
Reaktor nuklir
Semua PLTN komersial yang ada di dunia menggunakan reaksi nuklir fisi. Pada umumnya reaktor jenis ini menggunakan bahan bakar nuklir Uranium dan reaktor jenis ini akan menghasilkan Plutonium, meskipun dimungkinkan juga menggunakan siklus bahan bakar Thorium. Reaktor fisi dapat dibagi menjadi 2 kelompok besar berdasarkan energy neutron yang digunakan dalam proses fisi, yaitu:Reaktor jenis ini merupakan teknologi reaktor nuklir yang masih dalam tahap eksperimental, secara umum menggunakan hydrogen sebagai bahan bakarnya.
Siklus bahan bakar nuklir
Hingga saat ini, siklus bahan bakar nuklir bagian ujung belakang atau ”back end” hanya sampai pada tahap ini.
Perang nuklir
Perang nuklir adalah peperangan di mana senjata nuklir digunakan. Ini hanya berlaku sekali - pengeboman kota Hiroshima dan Nagasaki oleh Amerika Serikat terhadap Kekaisaran Jepang yang mengakhiri Perang Dunia II di Asia. Pada masa kini istilah ini biasanya merujuk kepada konfrontasi di mana kedua pihak berlawanan dilengkapi dengan senjata nuklir. Dibanding perang konvensional, perang nuklir lebih hebat daya ledaknya dan menghasilkan jumlah kerusakan lebih besar.
Daftar negara dengan senjata nuklir
Berikut ini adalah daftar negara-negara yang telah mengakui kepemilikan atas senjata nuklir, perkiraan jumlah hulu ledak nuklir per 2002, dan tahun dimana mereka melakukan uji coba pertama. Daftar tersebut dalam politik global dikenal sebagai "Klub Nuklir". Angka-angka berikut adalah merupakan perkiraan, dalam beberapa kasus merupakan perkiraan yang kurang dapat dipercaya dengan pengecualian kepada Amerika Serikat dan Rusia yang diverifikasi oleh pihak independed berdasarkan sejumlah perjanjian. Angka-angka ini juga mewakili jumlah hulu ledak yang dimiliki dan bukannya jumlah yang aktif. Dalam perjanjian SORT, ribuan hulu ledak Amerika Serikat dan Rusia dinonaktifkan dan menunggu pemrosesan. Bahan radioaktif yang ada di dalam hulu ledak nuklir dapat didaur-ulang untuk digunakan dalam reaktor nuklir di pembangkit listrik tenaga nuklir, kapal selam dan kapal perang.
Perjanjian Nonproliferasi Nuklir
Bagi beberapa negara, pokok ketiga perjanjian ini, yang memperbolehkan penambangan uranium dengan alasan bahan bakar, merupakan sebuah keuntungan. Namun perjanjian ini juga memberikan hak pada setiap negara untuk menggunakan tenaga nuklir untuk kepentingan damai, dan karena populernya pembangkit tenaga nuklir yang menggunakan bahan bakar uranium, maka perjanjian ini juga menyatakan bahwa pengembangan uranium maupun perdagangannya di pasar internasional diperbolehkan. Pengembangan uranium secara damai dapat dianggap sebagai awal pengembangan hulu ledak nuklir, dan ini dapat dilakukan dengan cara keluar dari NPT. Tidak ada negara yang diketahui telah berhasil mengembangkan senjata nuklir secara rahasia, jika dalam pengawasan NPT.
Siklus bahan bakar nuklir
Secara umum telah dapat diterima bahwa limbah-limbah tersebut rencananya akan dikubur di batuan stabil di dalam tanah dengan kedalaman tak kurang dari 500 m di batuan dasar (bed rock). Kebanyakan negara merencanakan untuk melaksanakan penyimpanan lestari bahan bakar bekas setelah tahun 2010.
Bahan bakar
Bahan bakar adalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi energi. Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses pembakaran (reaksi redoks) di mana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Proses lain untuk melepaskan energi dari bahan bakar adalah melalui reaksi eksotermal dan reaksi nuklir (seperti Fisi nuklir atau Fusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk di dalamnya bensin dan solar) sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia. Bahan bakar lainnya yang bisa dipakai adalah logam radioaktif.
Daya nuklir
Penggunaan energi nuklir sampai saat ini masih kontroversial dan banyak memunculkan perdebatan. Para pendukungnya, seperti Asosiasi Nuklir Dunia dan IAEA, mengatakan bahwa energi nuklir adalah salah satu sumber energi yang dapat mengurangi emisi karbon. Yang menolak, seperti Greenpeace dan NIRS, mempercayai bahwa nuklir akan membahayakan manusia dan lingkungan.
Fisika nuklir
Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).
Teknologi nuklir
Kecelakaan radiologis dan nuklir sipil sebagian besar melibatkan pembangkit listrik tenaga nuklir. Yang paling sering adalah pemaparan nuklir terhadap para pekerjanya akibat kebocoran nuklir. Kebocoran nuklir adalah istilah yang merujuk pada bahaya serius dalam pelepasan material nuklir ke lingkungan sekitar. Yang paling terkenal adalah kasus Three Mile Island di Pennsylvania dan Chernobyl di Ukraina. Reaktor militer yang mengalami kecelakaan yang sama adalah Windscale di Inggris dan SL-1 di Amerika Serikat.
Japan Nuclear Fuel Limited
Dalam pengayaan uranium JNFL berencana untuk menyediakan kapasitas akhir 1.500 ton-SWU/tahun, cukup untuk memenuhi sepertiga kebutuhan bahan bakar nuklir dari semua pembangkit listrik tenaga nuklir di Jepang. Pabrik Pengayaan Uranium Generasi pertama di Rokkasho, Aomori beroperasi pada tahun 1992 sampai 2010 dengan kapasitas sampai 1.050 ton-SWU/tahun, yang setara dengan bahan bakar nuklir yang digunakan oleh 8 atau 9 reaktor di pembangkit listrik 1.000 MW. Pabrik generasi kedua yang menggunakan sentrifugal dengan rotor serat karbon komposit mulai beroperasi pada tahun 2011.
Reaktor air didih lanjut
Perbedaan PLTN dengan pembangkit lain terletak pada bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap, yaitu Uranium. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium menghasilkan tenaga panas (termal) dalam jumlah yang sangat besar serta membebaskan 2 sampai 3 buah neutron.
Reaktor nuklir
Tidak seperti kapal selam diesel yang harus muncul ke permukaan untuk menghisap udara yang dibutuhkan mesin diesel, keunggulan kapal selam nuklir adalah masa operasionalnya serta lebih bertenaga meskipun kapal selam mempunyai ukuran besar dan harus dalam kondisi menyelam, uranium sebagai bahan bakar dari reaktor dapat diganti setelah 3 tahun pemakaian. Faktor penghambat masa operasional hanya kebutuhan suplai awak kapal.
Siklus bahan bakar nuklir
2. Konversi
Tahapan selanjutnya untuk pembuatan bahan bakar nuklir adalah proses pemurnian dan konversi Yellow Cake menjadi serbuk uranium dioksida (UO2) berderajat nuklir. UO2 ini kemudian dikonversi lagi ke dalam bentuk gas uranium hexafluoride (UF6).
Bahan bakar nuklir
Bahan bakar nuklir tradisional yang digunakan di USA dan beberapa negara yang tidak melakukan mendaur ulang bahan bakar nuklir bekas mengikuti empat tahapan seperti yang tampak dalam gambar di atas. Proses di atas berdasarkan siklus bahan bakar nuklir. Pertama, uranium diperoleh dari pertambangan. Kedua, uranium di proses menjadi "yellow cake". Langkah berikutnya bisa berupa mengubah "yellow cake" menjadi UF guna proses pengkayaan dan kemudian diubah menjadi uranium dioksida, atau tanpa proses pengkayaan untuk kemudian langsung ke tahap 4 sebagaimana yang terjadi untuk bahan bakar reaktor CANDU.
Propulsi kelautan nuklir
Sebuah kapal bertenaga-nuklir dibangun dengan pembangkit tenaga nuklir di dalam sebuah bagian kapal yang disebut sebagai kompartemen reaktor. Komponen pembangkit tenaga nuklir ini termasuk sebuah tempat reaktor baja bekekuatan tinggi, heat exchanger (generator uap), serta pipa, pompa dan katup yang terangkai. Setiap reaktor terdiri dari lebih dari 100 ton lapisan timah, sebagian dibuat radioaktif karena kontak dengan material radioaktif atau dengan aktivasi neutron dari material pengotor dalam timah.
Siklus bahan bakar nuklir
Pada pengayaan metode difusi, gas UF6dialirkan ke membran berpori. Oleh karena lebih ringan maka atom U-235 akan berdifusi atau bergerak lebih cepat dibanding atom U-238, sehingga gas UF6 yang lolos membran akan mengandung U-235 lebih banyak. Untuk mencapai tingkat pengayaan U-235 antara 3–5%, diperlukan sekitar 1400 kali pengulangan proses. Sehingga metode ini sangat boros energi, kira-kira akan mengonsumsi 3–4 % dari energi listrik yang dibangkitkannya.
Senjata nuklir
Ada juga tipe senjata nuklir lain, sebagai contoh boosted fission weapon, yang merupakan senjata fisi yang memperbesar 'yield'-nya dengan sedikit menggunakan reaksi fisi. Tetapi fisi ini bukan berasal dari bom fusi. Pada tipe 'boosted bom', neutron-neutron yang dihasilkan oleh reaksi fusi terutama berfungsi untuk meningkatkan efisiensi bomb fisi. contoh senjata didesain untuk keperluan khusus; bomb neutron adalah senjata termonuklir yang menghasilkan ledakan relatif kecil, tetapi dengan jumlah radiasi neutron yang banyak. Meledaknya senjata nuklir ini diikuti dengan pancaran radiasi neutron. Senjata jenis ini, secara teori bisa digunakan untuk membawa korban yang tinggi tanpa menghancurkan infrastruktur dan hanya membuat "fallout" yang kecil. Membubuhi senjata nuklir dengan bahan tertentu (sebagain contoh cobalt atau emas) menghasilkan senjata yang dinamai "salted bomb". Senjata jenis ini menghasilkan kontaminasi radioactive yang sangat tinggi. Sebagian besar variasi di disain senjata nuklir terletak pada beda "yield" untuk berbagai keperluan, dan untuk mencapai ukuran fisik yang sekecil mungkin.
Uranium-234
Bagaimanapun, reaksi (n, 2n) dengan netron cepat juga mengubah sejumlah kecil U-235 menjadi U-234, sehingga bahan bakar nuklir bekas dapat mengandung 0,010% U-234, fraksi yang lebih tinggi daripada uranium non-iradiasi.
Kebocoran nuklir
Kebocoran nuklir merupakan sebutan bagi kecelakaan reaktor nuklir. Ini dapat terjadi ketika sistem pembangkit tenaga nuklir atau kegagalan komponen menyebabkan inti reaktor tidak dapat dikontrol dan didinginkan sehingga bahan bakar nuklir yang dilindungi – yang berisi uranium atau plutonium dan produk fisi radioaktif – mulai memanas dan bocor. Sebuah kebocoran dianggap sangat serius karena kemungkinan bahwa kontainmen reaktor mulai gagal, melepaskan elemen radioaktif dan beracun ke atmosfer dan lingkungan. Dari sudut pandang pembangunan, sebuah kebocoran dapat menyebabkan kerusakan parah terhadap reaktor, dan kemungkinan kehancuran total.
Daya nuklir
Pemrosesan ulang nuklir dilarang di Amerika Serikat. Pemerintah Obama melarang hal ini karena takut adanya kemungkinan munculnya proliferasi nuklir. Di Amerika Serikat, bahan bakar nuklir terpakai sekarang ini dianggap sebagai limbah nuklir.
Reaktor nuklir
Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut :Komponen dasar dari reaktor nuklir adalah sebagai berikut:
Siklus bahan bakar nuklir
Pemisahan uranium dan plutonium dari produk fisi dilakukan dengan memotong elemen bakar kemudian melarutkannya ke dalam asam. Uranium yang didapat dari proses pemisahan ini bisa dikonversi kembali menjadi uranium hexaflourida untuk kemudian dilakukan pengkayaan. Adapun plutonium yang diperoleh dapat dicampur dengan uranium diperkaya untuk menghasilkan bahan bakar MOX (Mixed Oxide).
Reaksi (n-p)
Sebagian besar reaksi nuklir (n,p) memiliki ambang bawah energi neutron yaitu ketika reaksi tidak dapat berlangsung sebagai akibat dari partikel bermuatan membutuhkan energi (biasanya lebih dari satu MeV) pada saluran keluar untuk mengatasi hambatan Coulomb yang dialami oleh proton yang dipancarkan. Reaksi nuklir (n,p) N (n,p) C merupakan suatu perkecualian terhadap aturan ini, dan berlangsung eksotermik - dapat berlangsung pada seluruh tingkat energi neutron. Reaksi nuklir (n,p) N (n,p) C bertanggung jawab untuk sebagian besar dosis radiasi yang dikirimkan kepada tubuh manusia melalui neutron termal—neutron termal ini diabsorpsi oleh nitrogen (N-14) dalam protein, menyebabkan proton diemisikan; proton yang diemisikan menyimpan energi kinetiknya di jaringan tubuh di dekatnya, sehingga terjadi penumpukan dosis radiasi.
Daya nuklir
Bahan bakar nuklir terpakai pada dasarnya bersifat sangat radioaktif dan harus ditangani secara matang. Tingkat radioaktif bahan-bahan ini akan berkurang secara bertahap seiring berjalannya waktu. Setelah 40 tahun, pancaran radioaktifnya 99.9% lebih rendah daripada saat bahan itu baru saja selesai digunakan. Tapi, sisa 0,1% radioaktif ini masih berbahaya. Setelah 10.000 tahun meluruh, barulah sisa bahan bakar nuklir ini tidak lagi berbahaya bagi kesehatan dan keamanan.
Franco-Belge de Fabrication du Combustible
FBFC (Fabrikasi Franco-Belge de Fabrication du Flustible, Perancis-Belgia) adalah perusahaan pembuat bahan bakar nuklir.
Daya nuklir
Penggunaan energi nuklir sebagai membangkitkan listrik dimulai pada awal abad ke-20, ketika elemen-elemen radioaktif seperti radium, dapat menghasilkan energi yang sangat besar, sesuai dengan prinsip E=mc². Penggunaan energi nuklir saat itu masih sulit untuk dilakukan karena elemen radiokatifnya mempunyai paruh waktu yang pendek. Situasi ini mulai agak berubah pada tahun 1930-an dengan adanya penemuan fisi nuklir.
Bahan bakar nuklir
Menurut International Nuclear Safety Center  konduktivitas panas dari uranium dioksida dapat dihitung dengan menggunakan serangkaian persamaan dalam kondisi yang berbeda-beda.
Siklus bahan bakar nuklir
Teras PWR 1000 MWe berisi sekitar 160 perangkat bakar. Total batang bahan bakar yang digunakan mencapai 42000 buah. Setiap batang bahan bakar kira-kira berisi 300 – 370 pelet UO2 yang masing-masing pelet beratnya 6 – 7 gram.
Teknologi nuklir
Namun, jika neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dihambat, misalnya dengan penyerap neutron, dan neutron tersebut masih menjadikan massa material nuklir berstatus kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang membuat reaktor nuklir dibangun. Neutron yang bergerak cepat tidak boleh menabrak inti atom, mereka harus diperlambat, umumnya dengan menabrakkan neutron dengan inti dari pengendali neutron sebelum akhirnya mereka bisa dengan mudah ditangkap. Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk menghasilkan listrik.
Siklus bahan bakar nuklir
Limbah radioaktivitas tinggi dari proses olah ulang dapat dikalsinasi (dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi) sehingga menjadi serbuk kering yang kemudian di masukkan kedalam borosilikat (pyrex) untuk immobilisasi limbah. Bahan gelas tersebut kemudian dituangkan ke dalam tabung stainless steel, masing-masing sebanyak 400 kg limbah gelas.
Pengoperasiaan reaktor 1000 MWe selama satu tahun akan menghasilkan limbah gelas tersebut sebanyak 5 ton atau sekitar 12 tabung stainless setinggi 1,3 meter dan berdiameter 0,4 meter. Setelah diberi pelindung radiasi yang sesuai, limbah yang sudah diproses ini kemudian diangkut ke tempat penyimpanan limbah.
Siklus bahan bakar nuklir
Proses pengkayaan membuang sekitar 85% U-238 melalui proses pemisahan gas UF6 ke dalam dua aliran, yaitu satu aliran merupakan uranium yang telah diperkaya dan akan dipergunakan umpan proses fabrikasi bahan bakar. Sedangkan aliran lainnya adalah aliran buangan atau”tailing” berupa aliran uranium miskin U-235 yang disebut sebagai uranium deplesi (kadar U-235 kurang dari 0,25%).
Skala waktu nuklir
Di dalam astrofisika, skala waktu nuklir adalah skala waktu yang dihabiskan oleh sebuah bintang dalam membakar bahan bakar nuklirnya. Dari semua skala waktu dalam astrofisika, skala waktu nuklir adalah yang terpanjang. Dalam masa ini, hilangnya energi dari sebuah bintang diimbangi oleh pembangkitan energi nuklir di intinya. Skala waktu nuklir dirumuskan sebagai berikut
dengan E adalah jumlah energi yang dapat dibangkitkan oleh seluruh "bahan bakar nuklir" yang dikandung oleh sebuah bintang, dan L adalah luminositas bintang tersebut.
Reaktor air didih lanjut
Reaktor ABWR merupakan reactor daya pembangkit listrik tenaga nuklir yang menggunakan air ringan sebagai pendingin maupun modearatornya. Pada raktor daya yang dimanfaatkan adalah uap panas bersuhu dan bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk memutar turbin, sedangkan neutron cepat dihasilkan diubah menjadi neutron lambat untuk berlangsungnya reaksi berantai dan sebagian lagi tidak dimanfaatkan. Reaksi fisi berantai hanya terjadi apabila neutron termal atau lambat mampu menembak Uranium-235 yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Cara mengubah neutron yang berkecepatan tinggi menjadi neutron berkecepatan rendah (neutron lambat) adalah dengan menumbukkannya pada inti atom hidrogen dalam air. Jadi air di dalam kolam reaktor ini berfungsi sebagai pemerlambat (moderator), sebagai pendingin dan juga sebagai perisai radiasi. Beberapa bahan pada umumnya yang dipergunakan sebagai bahan pendingin reaktor nuklir adalah air ringan (H2O) (batan.go.id;08).
Uranium-238
Uranium-238 digunakan terutama sebagai bahan pembuat plutonium, sumber bahan bakar untuk reaktor nuklir, dan juga digunakan sebagai penahan ( "tamper" ) dalam bom nuklir.
Pembangkit listrik tenaga nuklir
PLTN generasi IV dirancang tidak hanya berfungsi sebagai instalasi pemasok daya listrik saja, tetapi dapat pula digunakan untuk pemasok energi termal kepada industri proses. Oleh karena itu PLTN generasi IV tidak lagi disebut sebagai PLTN, tetapi disebut sebagai Sistem Energi Nuklir (SEN) atau Nuclear Energy System (NES). Enam tipe dari reaktor daya generasi IV adalah: Very High Temperature Reactor (VHTR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Gas-cooled Fast Reactor (GFR), Liquid metal cooled Fast Reactor (LFR), Molten Salt Reactor (MSR), dan SuperCritical Water-cooled Reactor (SCWR).
Besi
Isotop besi yang paling melimpah Fe merupakan daya tarik tersendiri bagi para ilmuwan nuklir karena merupakan titik akhir nukleosintesis yang paling umum.Hal ini sering dikutip, secara salah, sebagai isotop dengan energi ikatan tertinggi, perbedaan yang sebenarnya dimiliki nikel-62. Karena Ni mudah dihasilkan dari inti yang lebih ringan dalam proses alfa pada reaksi nuklir di supernova (lihat proses pembakaran silikon), nikel-56 (14 partikel alfa) adalah titik akhir rantai fusi dalam bintang sangat besar, karena penambahan partikel alfa lain akan menghasilkan seng-60, yang membutuhkan lebih banyak energi. Oleh karena itu, nikel-56, dengan waktu paruh sekitar 6 hari, merupakan porsi terbesar dalam bintang-bintang ini, tetapi segera meluruh melalui emisi positron berturutan pada produk peluruhan supernova dalam awan gas sisa supernova. Peluruhan pertama membentuk kobalt-56, dan kemudian besi-56 yang stabil. Nuklida terakhir ini kemudian menjadi relatif mayoritas di jagat raya, dibandingkan dengan logam stabil lainnya dengan berat atom yang mendekati.
Daya nuklir
Ekonomi yang dihasilkan dari sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir sampai saat ini masih merupakan seseatu yang kontroversial. Pembangkit listrik tenaga nuklir membutuhkan biaya yang tinggi untuk membangun reaktornya, tetapi biaya bahan bakarnya rendah. Biaya ini juga mesti ditambah dengan biaya penutupan reaktor jika sudah tidak lagi digunakan serta biaya limbah radioaktif. Di sisi lain, adanya pemanasan global juga bisa memberikan manfaat ekonomi lebih bagi energi nuklir.
Daya nuklir
Krisis minyak 1973 menyebabkan efek yang sangat drastis di beberapa negara, seperti Perancis dan Jepang, karena mereka mengandalkan minyak bumi sangat besar sebagai sumber bahan bakar pembangkit mereka (Perancis 39% dari total kebutuhan dan Jepang 73% dari total kebutuhan) sehingga mereka berinvestasi besar-besaran di nuklir. Saat ini, Perancis mengandalkan 80% kebutuhan listriknya dari nuklir dan Jepang mengandalkan 30% kebutuhan listriknya dari nuklir.
Fisi nuklir
Jumlah energi bebas yang dikandung dalam bahan bakar nuklir adalah jutaan kali jumlah energi bebas dalam bahan bakar kimia dengan massa yang sama (contohnya bensin), sehingga fisi nuklir merupakan sumber energi yang sangat padat. Akan tetapi, hasil dari fisi nuklir memiliki sifat radioaktif yang jauh lebih besar, sehingga menimbulkan masalah limbah nuklir. Kekhawatiran akan limbah nuklir dan daya hancur senjata nuklir telah memicu perdebatan.
Uranium-235
Uranium-235 dan plutonium-239 digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.
Pengayaan uranium
"Reprocessed uranium" (RepU) adalah produk siklus bahan bakar nuklir yang melibatkan proses daur ulang terhadap bahan bakar bekas. RepU yang pulih dari bahan bakar bekas reaktor air ringan (LWR) biasanya mengandung sedikit lebih banyak U-235 dari uranium alami, dan karena itu dapat digunakan untuk bahan bakar reaktor yang lazim menggunakan uranium alami sebagai bahan bakar, seperti reaktor CANDU. RepU juga berisi isotop uranium-236 yang tidak diinginkan yang ditangkap neutron, membuang-buang neutron (dan membutuhkan pengayaan U-235 yang lebih tinggi) dan menciptakan neptunium-237 yang akan menjadi salah satu radionuclides yang lebih dapat bergerak bebas dan mengganggu repositori geologi pembuangan limbah nuklir.
Kapal perang
Penemuan nuklir dan reaktor nuklir, memungkinkan upaya untuk menjadikan nuklir menjadi bahan bakar kapal khususnya sejak era paska perang dunia kedua yang akhirnya berkembang muncul menjadi kapal bertenaga nuklir seperti kapal induk, kapal jelajah dan kapal selam. Tercatat USS Nautilus menjadi kapal selam nuklir pertama di dunia. Keunggulan tenaga nuklir memungkinkan armada kapal dapat berlayar dalam jangka waktu cukup lama.
Energi nuklir di Amerika Serikat
Diikuti dengan Kecelakaan nuklir Jepang 2011, Komisi Regulator Nuklir AS telah mengumumkan bahwa mereka akan meluncurkan tinjauan pengamanan komprehensif untuk semua reaktor nuklir yang beroperasi di Amerika Serikat, atas permintaan Presiden Obama. Pemerintahan Obama tetap mendukung ekspansi energi nuklir di Amerika, meskipun adanya krisis di Jepang. Setelah adanya Bencana nuklir Fukushima Daiichi, dukungan publik terhadap pembangunan nuklir baru merosot sampai 43%, lebih rendah daripada ketika Bencana Pulau Three Mile pada tahun 1979, menurut polling yang dilakukan CBS News. Sebuah survei di bulan April 2011 mengatakan bahwa 64% penduduk Amerika menolak pembangunan reaktor nuklir baru.
Daya nuklir
Daya nuklir adalah penggunaan terkendali reaksi nuklir guna menghasilkan energi panas, yang digunakan untuk pembangkit listrik. Penggunaan daya nuklir guna kepentingan manusia saat ini masih terbatas pada reaksi fisi nuklir dan peluruhan radioaktif.
Daya nuklir
Di Amerika Serikat sendiri, mereka mulai membuat reaktor buatan manusia pertama, yang kemudian dikenal sebagai Chicago Pile-1, tanggal 2 Desember 1942. Proyek ini kemudian menjadi bagian dari Proyek Manhattan, yang membuat uranium yang diperkaya dan membangun reaktor besar untuk membuat plutonium yang akan digunakan sebagai senjata nuklir pertama di dunia, yang kemudian dipakai untuk mengebom kota Hiroshima dan Nagasaki.
Pasca Perang Dunia II, kemungkinan digunakannya energi atom untuk penggunaan sehari-hari, tidak untuk perang, diusahakan secara meluas sehingga digunakan sebagai alasan agar semua penelitian nuklir tidak mesti diawasi oleh sebuah lembaga militer. Meski begitu, para peneliti tetap setuju kalau seorang sipil yang belajar nuklir membutuhkan sedikitnya satu dekade untuk dapat menguasai nuklir. Fakta lainnya adalah reaktor nuklir juga dapat digunakan untuk memproduksi senjata nuklir (plutonium) yang membuat pemerintahan di berbagai negara (termasuk Amerika Serikat, Britania Raya, Kanada, dan Uni Soviet) mencoba menerapkan aturan agar semua percobaan nuklir berada di bawah kontrol dan klasifikasi pemerintah. Di Amerika Serikat, penelitian reaktor berada di bawah Komisi Energi Atom Amerika Serikat, yang berlokasi di Oak Ridge, Tennessee, Situs Hanford, dan Laboratorium Nasional Argonne.
Siklus bahan bakar nuklir
4. Fabrikasi Bahan Bakar
Daya nuklir
Harga yang mahal dari sebuah pembangkit listrik nuklir adalah membangun pembangkitnya. Pengaruh harga bahan bakarnya sendiri terhadap biaya produksi listriknya sebenarnya kecil, jadi jikalaupun terjadi kenaikan harga bahan bakar, pengaruhnya tidak besar. Contohnya, saat harga uranium menjadi 2 kali lipat dari harga semula, maka ongkos bahan bakar untuk reaktornya naik 26% dan biaya produksi listrik akan naik 7% saja. Sedangkan, bila harga gas naik 2 kali lipat dari harga semula, maka biaya produksi listrik dari gas akan naik 70%. Bahkan, saat harganya memang benar-benar tinggi, ekstraksi dari sumber lain seperti granit dan air laut dapat menjadi bernilai ekonomis.
Atom
Jumlah proton dan neutron pada inti atom dapat diubah, walaupun hal ini memerlukan energi yang sangat tinggi oleh karena gaya atraksinya yang kuat. Fusi nuklir terjadi ketika banyak partikel atom bergabung membentuk inti yang lebih berat. Sebagai contoh, pada inti Matahari, proton memerlukan energi sekitar 3–10 keV untuk mengatasi gaya tolak-menolak antar sesamanya dan bergabung menjadi satu inti. Fisi nuklir merupakan kebalikan dari proses fusi. Pada fisi nuklir, inti dipecah menjadi dua inti yang lebih kecil. Hal ini biasanya terjadi melalui peluruhan radioaktif. Inti atom juga dapat diubah melalui penembakan partikel subatom berenergi tinggi. Apabila hal ini mengubah jumlah proton dalam inti, atom tersebut akan berubah unsurnya.
Bahan bakar
Bahan bakar padat merupakan bahan bakar berbentuk padat, dan kebanyakan menjadi sumber energi panas. Misalnya kayu dan batubara. Energi panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk menggerakkan peralatan dan menyediakan energi.
Bahan bakar cair adalah bahan bakar yang strukturnya tidak rapat, jika
dibandingkan dengan bahan bakar padat molekulnya dapat bergerak bebas.
Bensin/gasolin/premium, minyak solar, minyak tanah adalah contoh bahan bakar
cair. Bahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi maupun
rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran berbagai
hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa: parafin, naphtena, olefin,
dan aromatik. Kelompok senyawa ini berbeda dari yang lain dalam kandungan
hidrogennya. Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan beberapa macam
fraksi, seperti: bensin atau premium, kerosen atau minyak tanah, minyak solar,
minyak bakar, dan lain-lain. Setiap minyak petroleum mentah mengandung keempat
kelompok senyawa tersebut, tetapi perbandingannya berbeda
Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG. CNG pada dasarnya terdiri dari metana sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butana dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga, sama bahannya dengan Bahan Bakar Gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor.
Senjata nuklir
Senjata nuklir adalah senjata yang mendapat tenaga dari reaksi nuklir dan mempunyai daya pemusnah yang dahsyat - sebuah bom nuklir mampu memusnahkan sebuah kota. Senjata nuklir telah digunakan hanya dua kali dalam pertempuran - semasa Perang Dunia II oleh Amerika Serikat terhadap kota-kota Jepang, Nagasaki.Pada masa itu daya ledak bom nuklir yg dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki sebesar 20 kilo(ribuan) ton TNT.
Sedangkan bom nuklir sekarang ini berdaya ledak lebih dari 70 mega(jutaan) ton TNT
Siklus bahan bakar nuklir
Pengelolaan bahan bakar bekas meliputi: penyimpanan sementara, proses olah ulang dan daur ulang, dan pada akhirnya ditangani sebagai limbah aktivitas tinggi. Tahapan ini disebut sebagai ujung belakangatau “back end” siklus bahan bakar nuklir.
Reaksi nuklir
Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.
Siklus bahan bakar nuklir
Konversi UO2 menjadi UF6 dilakukan dalam dua langkah proses. Pertama adalah mereaksikan UO2 dengan asam anhydrous HF hingga menjadi uranium tetrafluorida (UF4). Kemudian UF4 direaksikan dengan gas F2 sehingga terbentuk UF6.
Nukleosintesis bintang
Nukleosintesis bintang adalah teori yang menjelaskan pembuatan unsur-unsur kimia lewat reaksi fusi nuklir di antara atom di dalam bintang. Nukleosintesis bintang telah berlangsung semenjak terbuatnya hidrogen, helium, dan litium selama Ledakan Dahsyat. Teori ini menjelaskan mengapa unsur-unsur tertentu dan isotop-isotop tertentu dari unsur-unsur tersebut lebih berlimpah daripada yang lain. Teori ini awalnya dicetuskan oleh Fred Hoyle pada tahun 1946, yang kemudian mengembangkannya lagi pada tahun 1954.
Bahan bakar nuklir
Uranium dioksida adalah padatan semikonduktor berwarna hitam. Bahan ini dapat dibuat dengan mereaksikan uranil nitrat dengan "base" (amonia) untuk membentuk padatan (ammonium uranat). Selanjutnya dipanaskan (calcined) untuk membentuk UO yang dapat diubah dengan memanaskannya dalam campuran argon / hidrogen dengan suhu (700 C) untuk membentuk UO. UO kemudian dicampur dengan pengikat organik dan ditekan menjadi pellet. Pellet ini kemudian di bakar dalam suhu yang jauh lebih tinggi (dalam H/Ar) kemudian menjalani proses sintering guna menghasilkan padatan dengan sedikit pori.
Siklus bahan bakar nuklir
3. Pengkayaan
Fisi nuklir
Dalam fisika nuklir dan kimia nuklir, fisi nuklir adalah reaksi nuklir saat nukleus atom terbagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil (nuklei yang lebih ringan), yang seringkali menghasilkan foton dan neutron bebas (dalam bentuk sinar gamma), dan melepaskan energi yang sangat besar. Dua nuklei yang dihasilkan biasanya ukurannya sebanding, dengan rasio massa sekitar 3:2 untuk isotop fisil. Fisi yang biasanya terjadi adalah fisi biner, namun kadang-kadang (2 hingga 4 kali per 1000 peristiwa), tiga pecahan bermuatan positif dihasilkan dalam fisi ternari. Bagian terkecil dari ketiga nuklei ini ukurannya bervariasi antara sebesar proton hingga nukleus argon.
Siklus bahan bakar nuklir
Siklus bahan bakar nuklir tertutup melalui daur ulang bahan bakar bekas tanpa melalui proses pemisahan plutonium telah menjadi pilihan utama pengembangan sistem energi nuklir pada masa depan.
Siklus bahan bakar nuklir
Sedangkan untuk reaktor nuklir yang hanya mampu menghasilkan reaksi fisi berantai dengan bahan bakar uranium diperkaya, serbuk UO2 hasil proses konversi Yellow Cake perlu diubah ke bentuk gas UF6 sebagai umpan proses pengayaan (proses peningkatan kadar U-235 dalam bahan bakar uranium).
Siklus bahan bakar nuklir
Setengah dari plutonium yang dihasilkan juga mengalami reaksi fisi dan menghasilkan sepertiga dari energi total reaktor.
Untuk mempertahankan kinerja reaktor, sekitar sepertiga dari bahan bakar yang digunakan di dalam teras harus diganti dengan bahan bakar baru setiap satu tahun atau setiap 18 bulan.
Siklus bahan bakar nuklir
Proses olah ulang bahan bakar bekas dilakukan di fasilitas di Eropa dan Rusia dengan kapasitas 5000 ton per tahun, dan total produksi selama hampir 40 tahun telah mencapai sekitar 90000 ton.
Bahan bakar nuklir
Bahan bakar TRIGA di gunanakan di reaktor-reaktor TRIGA (Training, Research, Isotopes, General Atomics). Bahan bakar TRIGA tersusun dari matriks uranium zirconium hidrida. Bahan bakar jenis ini aman secara inheren. Semakin tinggi temperatur bahan bakar maka semakin tinggi pula tampang lintang (ukuran penyerapan neutron) hidrogen yang ada dalam bahan bakar, sehingga semakin banyak neutron yang hilang akibat serapan ini dan semakin sedikit yang dithermalkan. Sebagian besar teras (core) reaktor jenis ini mempunyai tingkat kebocoran yang tinggi dimana neutron bocor tersebut digunakan untuk penelitian.
Senjata nuklir
Senjata nuklir mempunyai dua tipe dasar. Tipe pertama menghasilkan energi ledakannya hanya dari proses reaksi fisi. Senjata tipe ini secara umum dinamai bom atom (atomic bomb, A-bombs). Energinya hanya diproduksi dari inti atom.
Siklus bahan bakar nuklir
Setelah proses fabrikasi, perangkat bakar nuklir di masukkan ke dalam teras reaktor. Susunan perangkat bakar (fuel assembly) inilah yang membentuk struktur inti atau teras reaktor (reactor core). PLTN tipe PWR dengan daya 1000 MW listrik (MWe) berisi sekitar 75 ton uranium sedikit diperkaya.
Dalam teras reaktor, U-235 mengalami reaksi fisi dan menghasilkan panas dalam sebuah proses berkesinambungan yang disebut reaksi fisi berantai. Kelangsungan proses ini sangat bergantung pada moderator seperti air atau grafit, dan sepenuhnya dikendalikan dengan menggunakan batang kendali.
Senjata nuklir
Tipe kedua memproduksi sebagian besar energinya melalui reaksi fusi nuklir. Senjata jenis ini disebut senjata termonuklir atau bom hidrogen (disingkat sebagai bom-H), karena tipe ini didasari proses fusi nuklir yang menggabungkan isotop-isotop hidrogen (deuterium dan tritium). Meski, semua senjata tipe ini mendapatkan kebanyakan energinya dari proses fisi (termasuk fisi yang dihasilkan karena induksi neutron dari hasil reaksi fusi.) Tidak seperti tipe senjata fisi, senjata fusi tidak memiliki batasan besarnya energy yang dapat dihasilkan dari sebuah sejata termonuklir.
Bahan bakar jet
Bahan bakar jet adalah campuran sejumlah hidrokarbon yang berbeda, kemungkinan ribuan lebih. Kisaran ukurannya (berat molekul atau nomor karbon) dibatasi oleh persyaratan untuk produk, sebagai contoh, titik beku atau titik asap. Bahan bakar jenis kerosin (termasuk Jet A dan Jet A-1) memiliki distribusi nomor karbon antara 8-16; bahan bakar jet tipe potong luas atau nafta (termasuk Jet B), berkisar antara 5-15 nomor karbon.
Daya nuklir
Alternatif lainnya adalah uranium-233 yang dikembangbiakkan dari thorium sebagai bahan bakar fisi di siklus bahan bakar thorium. Cadangan Thorium sekitar 3,5 kali lebih banyak daripada cadangan uranium di kerak bumi. Persediaan yang banyak ini menjadikan sumber bahan bakar yang bisa digunakan untuk fisi meningkat sampai 450%. Tidak seperti peranakan U-238 menjadi plutonium, reaktor peranakan cepat tidak diperlukan disini. India tertarik untuk menggunakan teknologi ini, dikarenakan persediaan thorium mereka yang berlimpah tetapi terabaikan, ditambag lagi negara itu hanya memiliki sedikit uranium.
Litium hidrida
Litium-6 deuterida terkait, rumus LiH atau LiD, adalah bahan bakar fusi nuklir dalam senjata termonuklir. Dalam hulu ledak desain Teller-Ulam, ledakan fisi pemicu memanas, mengompres dan membombardir LiD dengan neutron menghasilkan tritium dalam reaksi eksotermik. Deuterium dan tritium (dua isotop hidrogen) kemudian menyatu untuk menghasilkan energi helium-4, neutron dan 17.59nbsp;MeV.
Daya nuklir
Ketika pertama kali diekstrak, bahan bakar nuklir terpakai disimpan di baskom terlindung yang terisi air, biasanya terletak secara "on-site". Air tersebut digunakan untuk mendinginkan hasil reaksi fisi tersebut, dan melindungi dari proses radioaktif yang terus berjalan. Setelah beberapa tahun (biasanya 5 tahun untuk reaktor di AS), sisa bahan nuklir tadi telah mengalami pendinginan dan tingkat radioaktivitasnya sudah rendah, maka dipindahkan lagi ke tempat penyimpanan kering, dimana bahan bakar tadi disimpan di ruangan berdinding baja dan bata.
Siklus bahan bakar nuklir
Pabrik perangkat bakar PWR terbesar di dunia antara lain adalah Westinghouse – USA dengan kapasitas produksi 1600 ton/tahun, Global Nuclear Fuel – Americas dengan kapasitas produksi 1200 ton/tahun, Ulba – Kazakhstan dengan kapasitas produksi 2000 ton/tahun, TVEL Elektrosal – Rusia dengan kapasitas produksi 1020 ton/tahun, TVEL Novosibirsk – Rusia dengan kapasitas produksi 1000 ton/tahun, dan FBFC – Perancis dengan kapasitas produksi 820 ton/tahun.
Plutonium-239
Plutonium-239 dan uranium-235 , digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.
Plutonium
Bahan bakar MOX telah digunakan sejak tahun 1980-an dan secara luas digunakan di Eropa. Pada bulan September 2000, Amerika Serikat dan Rusia menandatangani Perjanjian Pengelolaan dan Disposisi Plutonium ("Plutonium Management and Disposition Agreement") yang mana masing-masing pihak setuju untuk membuang 34 ton plutonium tingkat senjata. Departemen Energi AS berencana membuang 34 ton plutonium tingkat senjata sebelum akhir 2019 dengan mengubahnya menjadi bahan bakar MOX yang dapat digunakan pada reaktor nuklir komersial.
Unsur kimia
Di Bumi (dan di tempat lain), berbagai unsur dalam jumlah renik terus diproduksi dari unsur-unsur lain sebagai produk dari proses transmutasi nuklir. Ini termasuk beberapa yang dihasilkan oleh sinar kosmik atau reaksi nuklir lainnya (lihat nuklida kosmogenik dan nukleogenik), dan yang lain diproduksi sebagai produk peluruhan nuklida primordial berumur panjang. Sebagai contoh, sekelumit (tetapi terdeteksi) karbon-14 () terus diproduksi di atmosfer oleh sinar kosmik yang menerpa atom nitrogen, dan argon-40 () terus diproduksi melalui peluruhan kalium-40 () yang terjadi secara primordial tetapi tidak stabil. Selain itu, tiga aktinida yang terjadi secara primordial tetapi bersifat radioaktif, torium, uranium, dan plutonium, meluruh melalui serangkaian unsur radioaktif yang diproduksi berulang tetapi tidak stabil seperti radium dan radon, yang secara sementara hadir dalam sampel logam-logam ini atau bijih atau senyawanya. Tiga unsur radioaktif lainnya, teknesium, prometium, dan neptunium, hanya terjadi secara insidental dalam bahan alami, yang diproduksi sebagai atom-atom individual melalui fisi nuklir dari inti berbagai unsur berat atau dalam proses nuklir langka lainnya.
Uranium heksafluorida
Uranium heksafluorida (UF), disebut juga "heks" pada industri nuklir, adalah senyawa yang digunakan pada proses pengayaan uranium untuk memproduksi bahan bakar untuk digunakan pada reaktor nuklir dan senjata nuklir. Senyawa ini berbentuk padatan kristal abu-abu pada temperatur dan tekanan standar, sangat beracun, sangat reaktif dengan air, dan bersifat korosif dengan hampir semua logam. Senyawa ini bereaksi dengan aluminium dan membentuk lapisan tipis AlF.
Daya nuklir
Energi fusi mengutamakan penggunaan dari deuterium, atau tritium, dua-duanya isotop dari hidrogen, sebagai bahan bakar. Bisa juga menggunakan litium dan boron di desain-desain belakangan ini. Jika diasumsikan keluaran listrik energi fusi sama dengan keluaran listrik global sekarang ini (dan tidak bertambah), maka cadangan litium yang sekarang ini cukup sampai 3000 tahun ke depan, cadangan litium dari air laut cukup sampai 60 juta tahun. Untuk proses fusi yang lebih rumit lagi menggunakan deuterium dari air laut yang cadangan mungkin cukup untuk 150 miliar tahun lagi. Meskipun proses fusi ini masih butuh untuk diteliti lebih lanjut, banyak para ahli percaya kalau fusi ini dapat menjadi sumber energi pada masa depan. Keuntungan dari fusi ini di antaranya tingkat radioaktivitas yang singkat pada limbahnya, emisi karbonnya yang rendah, dan keluaran tenaganya yang menjanjikan.
Nukleosintesis
Nukleosintesis unsur-unsur yang lebih berat berikutnya memerlukan ledakan bintang-bintang berat dan supernova. Ini terjadi secara teoretis karena hidrogen dan helium dari Big Bang (mungkin dipengaruhi oleh konsentrasi materi gelap), mengembun menjadi bintang-bintang perdana 500 juta tahun setelah Big Bang. Unsur-unsur yang tercipta di dalam nukleosintesis bintang terentang pada nomor atom 6 (karbon) sampai sekurang-kurangnya 98 (kalifornium), yang sudah dideteksi dari spektra dari beberapa supernova. Sintesis unsur-unsur yang lebih berat ini muncul karena dua hal, yaitu fisi nuklir (termasuk penangkapan neutron ganda lambat dan cepat) atau fisi nuklir, kadang-kadang diikuti oleh peluruhan beta.
Reaktor nuklir
Saat ini, semua reaktor nuklir komersial berbasis pada reaksi fisi nuklir, dan sering dipertimbangkan masalah risiko keselamatannya. Sebaliknya, beberapa kalangan menyatakan bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir merupakan cara yang aman dan bebas polusi untuk membangkitkan listrik. Daya fusi merupakan teknologi ekperimental yang berbasi pada reaksi fusi nuklir. Ada beberapa peranti lain untuk mengendalikan reaksi nuklir, termasuk di dalamnya pembangkit thermoelektrik radioisotop dan baterai atom, yang membangkitkan panas dan daya dengan cara memanfaatkan peluruhan radioaktif pasif, seperti halnya Farnsworth-Hirsch fusor, di mana reaksi fusi nuklir terkendali digunakan untuk menghasilkan radiasi neutron.Meskipun umat manusia telah menguasai daya nuklir baru-baru ini, reaktor nuklir yang pertama muncul dikendalikan oleh alam. Lima belas reaktor fisi nuklir alami telah ditemukan di tambang Oklo, Gabon, West Africa. Pertama ditemukan pada tahun 1972 oleh ahli fisika Perancis Francis Perrin. Reaktor alami ini dikenal dengan sebutan Reaktor Fossil Oklo. Reaktor-reaktor ini diperkirakan aktif selama 150 juta tahun, dengan daya keluaran rata-rata 100 kW. Bintang-bintang juga mengandalkan fusi nuklir guna membangkitkan panas, cahaya dan radiasi lainnya. Konsep reaktor nuklir alami diajukan pertama kali oleh Paul Kuroda pada tahun 1956 saat di Universitas Arkansas .
Reaktor nuklir alam
Uranium-235 adalah uranium yang paling dicari diseluruh dunia karena kemampuannya menahan reaksi nuklir dan uranium inilah yang dipakai di reaktor nuklir modern. Dimanapun di bumi ini, atom uranium 235 membentuk 0,720 persen dari total uranium. Namun sampel yang dipegang olehnya hanya memiliki 0,717 persen. Ini menunjukkan bahwa sampel uranium ini pernah mengalami reaksi pelepasan energi (reaksi fisi). Badan tenaga atom Perancis segera bergerak untuk menyelidiki penyebabnya. Sampel itu dilacak hingga ke sebuah pertambangan di Oklo, Gabon, Afrika. Para ilmuwan bergegas ke Oklo. Penelitian lanjutan yang dilakukan menemukan ada enam belas lokasi yang berfungsi sama seperti reaktor nuklir modern dan reaktor purba itu diperkirakan berumur 2 miliar tahun.
Plutonium
Sejumlah besar timbunan plutonium tingkat senjata diproduksi oleh Uni Soviet dan Amerika Serikat selama Perang Dingin. Reaktor-reaktor milik Amerika Serikat di Hanford dan Savannah River Site di Carolina Selatan memproduksi 103 ton plutonium, dan diperkirakan 170 ton lainnya diproduksi di Rusia. Setiap tahun, sekitar 20 ton unsur ini masih diproduksi sebagai produk samping industri tenaga nuklir. Sebanyak 1000 ton plutonium masih dalam penyimpanan, dengan 200 ton di antaranya berada di dalam atau diekstraksi dari senjata nuklir.
Sejak berakhirnya Perang Dunia, timbunan plutonium ini telah menjadi fokus utama proliferasi nuklir. Di Amerika Serikat, beberapa plutonium yang diekstraksi dari senjata nuklir yang telah dibongkar dilebur menjadi dalam bentuk gelondongan gelas plutonium oksida seberat dua ton. Gelas ini dibuat dari borosilikat yang dicampur dengan kadmium dan gadolinium. Gelondongan-gelodongan ini direncanakan ditutup dengan baja dan di simpan di lubang bawah tanah sejauh 4 km yang ditopang oleh beton. Sampai dengan tahun 2008, hanya tempat penyimpanan limbah nuklir Gunung Yucca yang dijadwalkan untuk menyimpan plutonium dengan cara demikian. Berbagai penentangan terhadap rencana ini telah menunda usaha penyimpanan limbah nuklir di Gunung Yucca ini.
Amerika Serikat
Pasaran energi Amerika Serikat adalah 29.000 jam-terawatt per tahun. Konsumsi energi per kapita adalah 7,8 ton kesetaraan minyak per tahun; tertinggi ke-10 di dunia. Pada 2005, 40% energi ini berasal dari minyak bumi, 23% dari batu bara, dan 22% dari gas alam. Sisanya dipasok oleh tenaga nuklir dan sumber energi terbarukan lainnya. Amerika Serikat adalah konsumen minyak bumi terbesar kedua di dunia. Selama beberapa dekade terakhir, tenaga nuklir di Amerika Serikat hanya memainkan peran yang relatif kecil jika dibandingkan dengan sebagian besar negara maju lainnya; hal ini antara lain disebabkan oleh persepsi publik yang muncul akibat musibah 1979. Pada tahun 2007, beberapa usulan untuk membangun pembangkit nuklir yang baru mulai diajukan. Amerika Serikat juga dilaporkan memiliki 27% dari total cadangan batu bara dunia.
Fusi nuklir
Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipun tidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang disebut sebagai proses "pembakaran". Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron), dan energi. Ada dua jenis pembakaran hidrogen, yaitu rantai proton-proton dan siklus CNO yang keberlangsungannya bergantung pada massa bintang. Untuk bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, reaksi rantai proton-proton mendominasi, sementara untuk bintang bermassa lebih besar siklus CNO yang mendominasi. Reaksi pembakaran lain seperti pembakaran helium dan karbon juga terjadi bergantung terutama pada tahapan evolusi bintang.
Reaktor nuklir
Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitian digunakan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir.
Nukleosintesis
Di dalam teori modern, terdapat sejumlah proses astrofisika yang diyakini bertanggung jawab atas nukleosintesis di alam semesta. Sebagian besar darinya terjadi pada materi panas di dalam bintang. Proses-proses fusi nuklir yang silih berganti yang terjadi di dalam bintang dikenal sebagai pembakaran hidrogen (melalui reaksi rantai proton-proton atau siklus CNO), fusi helium, proses pembakaran karbon, proses pembakaran neon, proses pembakaran oksigen, dan proses pembakaran silikon. Proses-proses ini mampu menghasilkan unsur-unsur hingga besi dan nikel, wilayah isotop-isotop ini memiliki energi pengikatan per inti tertinggi. Unsur-unsur yang lebih berat dapat dirakit di dalam bintang oleh suatu proses penangkapan elektron yang disebut proses s atau di dalam lingkungan ledakan, seperti supernova, oleh sejumlah proses. Beberapa dari yang lebih penting dari proses-proses ini termasuk proses r, yang melibatkan penangkapan neutron cepat, proses rp, yang melibatkan penangkapan proton cepat, dan proses p (kadang-kadang disebut proses gama), yang melibatkan fotodisintegrasi (fototransmutasi) dari inti-inti atom yang ada.
Reaktor nuklir
Enrico Fermi dan Leó Szilárd, pertama kali membangun reaktor nuklir Chocago Pile-1 saat mereka di Universitas Chicago pada 2 Desember 1942. Reaktor nuklir generasi pertama digunakan untuk menghasilkan plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Selain itu, reaktor nuklir juga digunakan oleh angkatan laut Amerika (lihat Reaktor Angkatan Laut Amerika Serikat) untuk menggerakkan kapal selam dan kapal pengangkut pesawat udara. Pada pertengahan 1950-an, baik Uni Sovyet maupun negara-negara barat meningkatkan penelitian nuklirnya termasuk penggunaan atom di luar militer. Tetapi, sebagaimana program militer, penelitian atom di bidang non-militer juga dilakukan dengan rahasia.
Siklus bahan bakar nuklir
Di dalam teras reaktor, sejumlah U-238 akan menyerap neutron hasil reaksi fisi dan berubah menjadi plutonium (Pu-239).
Siklus bahan bakar nuklir
Fabrikasi bahan bakar atau perangkat bakar nuklir diawali dengan proses konversi UF6yang telah diperkaya (keluaran pabrik pengayaan) menjadi serbuk uranium dioksida (UO2) yang kemudian dibentuk menjadi pil-pil (pelet) silinder melalui pengepresan dan diteruskan dengan pemanggangan dalam suasana gas hidrogen pada temperatur tinggi (1700 oC) hingga membetuk pelet UO2berderajat keramik yang rapat dan kuat.
Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil
Alternatif bahan bakar fosil meliputi energi nuklir, energi surya, dan energi terbarukan lainnya.