Catatan Editor: Kisah ini diperbarui pada hari Senin, 10 Juni pukul 4.45 malam. E.D.T.
Dalam miniseri HBO baru "Chernobyl," para ilmuwan Rusia mengungkap alasan ledakan Reaktor 4 di Chernobyl Nuclear Power Plant, yang memuntahkan bahan radioaktif di seluruh Eropa utara.
Reaktor itu, desain yang disebut RBMK-1000, ditemukan cacat mendasar setelah kecelakaan Chernobyl. Namun masih ada 10 jenis reaktor yang sama beroperasi di Rusia. Bagaimana kita tahu kalau mereka aman?
Jawaban singkatnya adalah, kita tidak. Reaktor ini telah dimodifikasi untuk mengurangi risiko bencana gaya Chernobyl lain, kata para ahli, tetapi mereka masih tidak seaman kebanyakan reaktor gaya Barat. Dan tidak ada perlindungan internasional yang akan mencegah pembangunan pabrik baru dengan kekurangan serupa.
"Ada sejumlah besar jenis reaktor yang sedang dipertimbangkan sekarang di berbagai negara yang secara signifikan berbeda dari reaktor air ringan standar, dan banyak dari mereka memiliki kelemahan keselamatan yang para perancang mainkan," kata Edwin Lyman, seorang ilmuwan senior dan direktur pelaksana Proyek Keamanan Nuklir di Persatuan Ilmuwan Peduli.
"Semakin banyak hal berubah," kata Lyman kepada Live Science, "semakin mereka tetap sama."
Reaktor 4
Di tengah bencana Chernobyl adalah reaktor RBMK-1000, desain yang hanya digunakan di Uni Soviet. Reaktor berbeda dari kebanyakan reaktor nuklir air ringan, desain standar yang digunakan di sebagian besar negara-negara Barat. (Beberapa reaktor A.S. awal di Situs Hanford di negara bagian Washington adalah desain yang serupa dengan kekurangan yang serupa, tetapi diperbaiki pada pertengahan 1960-an.)
Reaktor air ringan terdiri dari bejana bertekanan besar yang mengandung bahan nuklir (inti), yang didinginkan oleh pasokan air yang beredar. Dalam fisi nuklir, sebuah atom (uranium, dalam hal ini), membelah, menciptakan panas dan neutron bebas, yang melebur ke dalam atom lain, menyebabkan mereka membelah dan melepaskan panas dan lebih banyak neutron. Panas mengubah air yang bersirkulasi menjadi uap, yang kemudian mengubah turbin, menghasilkan listrik.
Dalam reaktor air ringan, air juga bertindak sebagai moderator untuk membantu mengendalikan fisi nuklir yang sedang berlangsung di dalam inti. Seorang moderator memperlambat neuron bebas sehingga mereka lebih mungkin untuk melanjutkan reaksi fisi, membuat reaksi lebih efisien. Ketika reaktor memanas, lebih banyak air berubah menjadi uap, dan lebih sedikit tersedia untuk memainkan peran moderator ini. Akibatnya, reaksi fisi melambat. Putaran umpan balik negatif itu adalah fitur keselamatan utama yang membantu menjaga reaktor agar tidak terlalu panas.
RBMK-1000 berbeda. Itu juga menggunakan air sebagai pendingin, tetapi dengan blok grafit sebagai moderator. Variasi dalam desain reaktor memungkinkannya untuk menggunakan bahan bakar yang kurang diperkaya dari biasanya dan untuk mengisi bahan bakar saat berjalan. Tetapi dengan peran pendingin dan moderator dipisahkan, loop umpan balik negatif "lebih banyak uap, lebih sedikit reaktivitas," rusak. Sebaliknya, reaktor RBMK memiliki apa yang disebut "koefisien kehampaan positif".
Ketika reaktor memiliki koefisien kekosongan positif, reaksi fisi mempercepat ketika air pendingin berubah menjadi uap, bukannya melambat. Itu karena mendidih membuka gelembung, atau rongga, di dalam air, sehingga memudahkan neutron untuk melakukan perjalanan langsung ke moderator grafit yang meningkatkan fisi, kata Lars-Erik De Geer, seorang fisikawan nuklir yang pensiun dari Badan Penelitian Pertahanan Swedia.
Dari sana, ia memberi tahu Live Science, masalahnya terbangun: Fisi menjadi lebih efisien, reaktor semakin panas, air semakin mantap, fisi menjadi lebih efisien lagi, dan proses berlanjut.
Menjelang bencana
Ketika pabrik Chernobyl berjalan dengan kekuatan penuh, ini bukan masalah besar, kata Lyman. Pada suhu tinggi, bahan bakar uranium yang menggerakkan reaksi fisi cenderung menyerap lebih banyak neutron, membuatnya kurang reaktif.
Namun, pada daya rendah, reaktor RBMK-1000 menjadi sangat tidak stabil. Menjelang kecelakaan Chernobyl pada 26 April 1986, operator melakukan tes untuk melihat apakah turbin pabrik dapat menjalankan peralatan darurat saat listrik padam. Tes ini diperlukan menjalankan pabrik pada daya yang dikurangi. Sementara daya diturunkan, operator diperintahkan oleh otoritas daya Kiev untuk menghentikan proses. Pabrik konvensional telah offline, dan pembangkit listrik Chernobyl diperlukan.
"Itulah alasan utama mengapa semuanya terjadi pada akhirnya," kata De Geer.
Pabrik beroperasi dengan daya parsial selama 9 jam. Ketika para operator mendapatkan lampu hijau untuk menghidupkan sebagian besar sisanya, telah terjadi penumpukan xenon penyerap neutron di reaktor, dan mereka tidak dapat mempertahankan tingkat fisi yang sesuai. Kekuasaan hampir tidak ada. Mencoba untuk meningkatkannya, operator melepas sebagian besar batang kendali, yang terbuat dari boron karbida penyerap neutron dan digunakan untuk memperlambat reaksi fisi. Operator juga mengurangi aliran air melalui reaktor. Ini memperburuk masalah koefisien void positif, menurut Badan Energi Nuklir. Tiba-tiba, reaksinya menjadi sangat intens. Dalam hitungan detik, daya melonjak hingga 100 kali lipat dari yang dirancang reaktor untuk bertahan.
Ada kekurangan desain lain yang membuatnya sulit untuk mendapatkan kembali situasi di bawah kendali setelah dimulai. Sebagai contoh, batang kendali diberi tip dengan grafit, kata De Geer. Ketika operator melihat bahwa reaktor mulai rusak dan mencoba menurunkan batang kendali, mereka macet. Efek langsungnya bukan untuk memperlambat fisi, tetapi untuk meningkatkannya secara lokal, karena grafit tambahan pada ujung awalnya meningkatkan efisiensi reaksi fisi di dekatnya. Dua ledakan mengikuti dengan cepat. Para ilmuwan masih memperdebatkan apa yang menyebabkan setiap ledakan. Mereka berdua mungkin adalah ledakan uap dari peningkatan cepat dalam sistem sirkulasi, atau satu mungkin uap dan yang kedua ledakan hidrogen yang disebabkan oleh reaksi kimia dalam reaktor yang gagal. Berdasarkan deteksi isotop xenon di Cherepovets, 230 mil (370 kilometer) utara Moskow setelah ledakan, De Geer percaya bahwa ledakan pertama sebenarnya adalah jet gas nuklir yang menembak beberapa kilometer ke atmosfer.
Perubahan dilakukan
Segera setelah kecelakaan itu adalah "waktu yang sangat mengerikan" di Uni Soviet, kata Jonathan Coopersmith, seorang sejarawan teknologi di Texas A&M University yang berada di Moskow pada tahun 1986. Pada awalnya, otoritas Soviet menutup informasi; pers pemerintah mengubur cerita itu, dan rumor pabrik mengambil alih. Tapi jauh di Swedia, De Geer dan rekan-rekan ilmuwannya sudah mendeteksi isotop radioaktif yang tidak biasa. Komunitas internasional akan segera mengetahui kebenarannya.
Pada 14 Mei, pemimpin Soviet Mikhail Gorbachev memberikan pidato di televisi di mana dia membuka tentang apa yang telah terjadi. Itu adalah titik balik dalam sejarah Soviet, kata Coopersmith kepada Live Science.
"Itu membuat glasnost nyata," kata Coopersmith, merujuk pada kebijakan transparansi yang baru lahir di Uni Soviet.
Ini juga membuka era baru dalam kerja sama untuk keselamatan nuklir. Pada Agustus 1986, Badan Energi Atom Internasional mengadakan pertemuan puncak pasca-kecelakaan di Wina, dan para ilmuwan Soviet mendekatinya dengan rasa keterbukaan yang belum pernah terjadi sebelumnya, kata De Geer, yang hadir.
"Sungguh menakjubkan betapa banyak yang mereka katakan kepada kami," katanya.
Di antara perubahan dalam menanggapi Chernobyl adalah modifikasi pada reaktor RBMK-1000 lainnya yang beroperasi, 17 pada saat itu. Menurut World Nuclear Association, yang mempromosikan tenaga nuklir, perubahan-perubahan ini termasuk penambahan inhibitor ke inti untuk mencegah reaksi pelarian pada daya rendah, peningkatan jumlah batang kendali yang digunakan dalam operasi dan peningkatan pengayaan bahan bakar. Batang kendali juga dipasang agar grafit tidak bergerak ke posisi yang akan meningkatkan reaktivitas.
Tiga reaktor Chernobyl yang lain beroperasi hingga tahun 2000 tetapi telah ditutup, seperti halnya dua RBMK lainnya di Lithuania, yang ditutup sebagai syarat negara itu memasuki Uni Eropa. Ada empat reaktor RBMK yang beroperasi di Kursk, tiga di Smolensk dan tiga di St. Petersburg (yang keempat pensiun pada Desember 2018).
Reaktor-reaktor ini "tidak sebagus reaktor kita," kata De Geer, "tetapi mereka lebih baik daripada dulu."
"Ada aspek mendasar dari desain yang tidak dapat diperbaiki tidak peduli apa yang mereka lakukan," kata Lyman. "Saya tidak akan mengatakan mereka mampu meningkatkan keamanan RBMK secara keseluruhan dengan standar yang Anda harapkan dari reaktor air ringan gaya Barat."
Selain itu, De Geer menunjukkan, reaktor tidak dibangun dengan sistem penahanan penuh seperti yang terlihat di reaktor gaya Barat. Sistem penahanan adalah pelindung yang terbuat dari timah atau baja yang dimaksudkan untuk menahan gas atau uap radioaktif agar tidak terlepas ke atmosfer jika terjadi kecelakaan.
Pengawasan diabaikan?
Terlepas dari kemungkinan dampak internasional dari kecelakaan pabrik nuklir, tidak ada perjanjian internasional yang mengikat tentang apa yang merupakan pabrik "aman", kata Lyman.
Konvensi Keselamatan Nuklir mensyaratkan negara-negara untuk transparan tentang langkah-langkah keamanan mereka dan memungkinkan peninjauan oleh rekan-rekan pabrik, katanya, tetapi tidak ada mekanisme penegakan atau sanksi. Masing-masing negara memiliki badan pengatur mereka sendiri, yang hanya independen seperti pemerintah daerah memungkinkan mereka, kata Lyman.
"Di negara-negara di mana ada korupsi yang merajalela dan kurangnya tata pemerintahan yang baik, bagaimana Anda bisa berharap bahwa badan pengatur independen mana pun akan dapat berfungsi?" Kata Lyman.
Meskipun tidak ada orang selain Uni Soviet yang membuat reaktor RBMK-1000, beberapa rancangan reaktor baru yang diusulkan melibatkan koefisien batal positif, kata Lyman. Sebagai contoh, reaktor pemulia cepat, yang merupakan reaktor yang menghasilkan lebih banyak bahan fisil ketika mereka menghasilkan daya, memiliki koefisien void positif. Rusia, Cina, India, dan Jepang semuanya telah membangun reaktor semacam itu, meskipun Jepang tidak beroperasi dan direncanakan untuk dinonaktifkan dan India 10 tahun terlambat dari jadwal pembukaan. (Ada juga reaktor dengan koefisien kekosongan positif kecil yang beroperasi di Kanada.)
"Para desainer berpendapat bahwa jika Anda memperhitungkan semuanya, secara keseluruhan mereka aman, jadi itu tidak masalah," kata Lyman. Tetapi desainer tidak boleh terlalu percaya diri dalam sistem mereka, katanya.
"Pemikiran seperti itu yang membuat Soviet kesulitan," katanya. "Dan itulah yang bisa membuat kita mendapat masalah, dengan tidak menghargai apa yang tidak kita ketahui."
Catatan Editor: Cerita ini diperbarui untuk mencatat bahwa sebagian besar, tetapi tidak semua, batang kendali dikeluarkan dari reaktor, dan untuk dicatat bahwa beberapa reaktor awal di Amerika Serikat juga memiliki koefisien kekosongan positif, meskipun cacat desain mereka diperbaiki .
