Tulisan blog ini mengkaji apakah tenaga nuklir thorium dapat menjadi teknologi energi alternatif yang aman yang mengurangi risiko reaktor uranium yang ada.
Industri tenaga nuklir, yang memanfaatkan reaksi fisi uranium, terus berkembang dengan menekankan 'kelayakan ekonomi' bahkan setelah kecelakaan Three Mile Island dan bencana Chernobyl. Namun, setelah insiden Fukushima di Jepang, kekhawatiran tentang keselamatan semakin meluas, yang menyebabkan perlambatan momentumnya, dengan negara-negara seperti Jerman dan Taiwan mengumumkan kebijakan penghentian penggunaan nuklir. Di tengah situasi ini, satu teknologi menarik perhatian: 'reaktor torium', yang menghasilkan listrik menggunakan reaksi fisi nuklir torium, alih-alih uranium. Reaktor torium diteliti bersamaan dengan reaktor uranium hingga awal teknologi nuklir di tahun 1970-an, tetapi kemudian dihentikan karena kondisi teknologi dan politik-ekonomi saat itu. Kini, ketika reaktor uranium sedang menurun popularitasnya, kekurangan reaktor torium di masa lalu telah berubah menjadi kelebihan, sehingga kembali menjadi sorotan. Mari kita telaah prinsip, karakteristik, alasan di balik kembalinya perhatian terhadap reaktor torium, dan metode untuk mewujudkan reaktor torium.
Reaktor torium berbeda secara mendasar dari reaktor uranium, dimulai dengan bahan bakar yang mereka gunakan, dan akibatnya, reaksi yang terjadi di dalam teras reaktor juga berbeda. Semua torium yang terjadi secara alami ada sebagai torium-232 (²³²Th) dengan nomor massa 232. Ketika sebuah neutron menabrak inti 232Th di dalam reaktor, inti tersebut menyerapnya dan menjadi 233Th. Bahan ini sangat tidak stabil dan cepat meluruh menjadi 233Pa. 233Pa kemudian meluruh perlahan, dengan waktu paruh sekitar 27 hari, menjadi 233U. 233U yang dihasilkan, dengan nomor massa 233, mengalami fisi bahkan dengan neutron berenergi relatif rendah, mirip dengan 235U yang digunakan dalam reaktor uranium. Reaktor torium menghasilkan energi listrik dari energi termal yang dihasilkan selama proses fisi 233U ini.
Reaktor torium menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan reaktor uranium. Pertama, cadangan torium global empat kali lebih besar daripada cadangan uranium. Lebih lanjut, meskipun reaktor uranium hanya dapat menggunakan 235U, yang jumlahnya sangat sedikit di alam, reaktor torium dapat memanfaatkan seluruh bentuk alaminya, 232Th. Reaktor uranium menghasilkan limbah radioaktif tingkat tinggi, seperti plutonium, yang toksisitasnya bertahan selama puluhan ribu tahun, sehingga pembuangannya menjadi masalah besar. Namun, reaktor torium tidak menghasilkan limbah radioaktif tingkat tinggi. Limbah radioaktif yang dihasilkannya kehilangan toksisitasnya hingga mencapai tingkat yang sebanding dengan tambang batu bara biasa dalam beberapa ratus tahun.
Fitur terpenting reaktor thorium adalah kemampuannya untuk menghentikan reaksi nuklir secara otomatis jika terjadi kecelakaan tak terduga seperti bencana Fukushima. Dalam reaktor uranium, reaksi nuklir terjadi secara terus-menerus ketika inti uranium yang menyerap neutron mengalami fisi, melepaskan lebih banyak neutron dalam siklus yang berulang. Siklus ini disebut 'reaksi berantai'. Namun, dalam proses reaksi reaktor thorium, jumlah neutron yang dihasilkan lebih sedikit daripada jumlah neutron awal. Dengan kata lain, kecuali jika lebih banyak neutron dipasok dari luar atau lebih banyak neutron dilepaskan selama reaksi, reaksi nuklir akan berhenti.
Puluhan tahun yang lalu, ketika reaktor torium pertama kali diteliti, karakteristiknya—tidak menghasilkan limbah radioaktif tingkat tinggi seperti plutonium dan menghentikan reaksi tanpa pasokan neutron—dianggap sebagai kelemahan fatal. Selama Perang Dingin, salah satu tujuan pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah untuk mendapatkan bahan nuklir seperti plutonium untuk senjata nuklir; reaktor torium jauh dari tujuan tersebut. Lebih lanjut, dari perspektif era tersebut, di mana efisiensi adalah nilai tertinggi, reaktor torium—yang tidak mampu mempertahankan reaksinya sendiri dan rentan mati—jelas dianggap sebagai 'teknologi inferior' dibandingkan dengan reaktor uranium. Namun, kemudian menjadi jelas bahwa keunggulan reaktor uranium—kemampuannya untuk mempertahankan reaksi berantai yang berkelanjutan—dapat berubah menjadi bencana ketika kendali manusia hilang. Kecelakaan Chernobyl tahun 1986 memaparkan sekitar 5 juta orang di Rusia dan Ukraina pada radiasi, sementara bencana Fukushima di Jepang beberapa tahun yang lalu menyebabkan hampir 800 kematian dan terus mengancam keamanan pasokan pangan kita. Karena bahaya reaktor uranium yang terungkap selama beberapa dekade, kerugian reaktor thorium yang dirasakan berubah menjadi keuntungan: 'keselamatan'.
Dari perspektif keselamatan, fakta bahwa reaksi berhenti jika pasokan neutron terganggu memang merupakan suatu keuntungan. Namun, dalam kondisi normal, reaktor tidak boleh dimatikan. Dua metode utama telah diteliti untuk mengatasi masalah ini. Metode pertama melibatkan penggunaan bahan bakar campuran yang mengandung thorium dan uranium atau plutonium, material yang secara tradisional digunakan dalam reaktor yang ada. Uranium dan plutonium memancarkan lebih banyak neutron daripada yang diserapnya, sehingga memungkinkan terjadinya reaksi berantai. Hal ini mengkompensasi neutron yang hilang selama proses reaksi nuklir thorium. Namun, pendekatan ini memiliki keterbatasan yang melekat. Meskipun secara teknis kurang menantang, reaktor semacam itu bukanlah reaktor thorium sejati, melainkan sistem kompromi, sebuah pilihan antara reaktor uranium/plutonium yang ada dan reaktor thorium. Akibatnya, banyak keuntungan inheren reaktor thorium yang hilang. Manfaat dari tidak menggunakan maupun memproduksi uranium dan plutonium tidak terwujud. Lebih lanjut, meskipun tingkat reaksi berantai dapat dikontrol dengan menyesuaikan rasio campuran, reaksi nuklir dalam reaktor campuran akan tetap berlanjut karena neutron yang dilepaskan oleh reaksi berantai bahkan jika terjadi kecelakaan. Dengan kata lain, metode ini tidak sepenuhnya memanfaatkan keunggulan reaktor thorium; metode ini hanya memanfaatkan thorium yang seharusnya tidak berguna.
Metode kedua melibatkan pendekatan 'akselerator proton', di mana proton ditembakkan dengan kecepatan tinggi untuk bertabrakan dengan logam seperti tungsten, menghasilkan neutron dalam jumlah besar untuk digunakan dalam reaksi nuklir. Reaktor torium yang menggunakan metode ini sangat aman karena jika terjadi kecelakaan dan aliran listrik ke akselerator proton terputus, reaksi nuklir akan berhenti secara bertahap. Pada tahun 1995, fisikawan Italia Carlo Rubbia pertama kali mengusulkan metode ini, tetapi kurang mendapat perhatian selama bertahun-tahun. Menghasilkan neutron yang cukup untuk mempertahankan reaksi berantai yang stabil membutuhkan keluaran akselerator sekitar 1 GeV, yang membutuhkan daya yang sangat besar. Teknologi saat ini kesulitan merancang akselerator yang efisien, sehingga mengakibatkan situasi di mana daya yang dikonsumsi untuk mengoperasikan akselerator hampir sama dengan daya yang dihasilkan oleh reaktor itu sendiri. Ini seperti obat yang lebih buruk daripada penyakitnya. Oleh karena itu, mengembangkan akselerator yang sangat efisien merupakan tantangan besar bagi pendekatan akselerator proton. Lebih lanjut, karena sifat metode ini, fisi nuklir terjadi melalui neutron berkecepatan sangat tinggi. Dalam reaksi fisi nuklir yang dipicu oleh neutron berkecepatan tinggi, kadmium yang dihasilkan puluhan kali lebih banyak per satuan massa dibandingkan dengan reaksi yang dipicu oleh neutron berkecepatan rendah. Kadmium merupakan karsinogen Kelas 1 dan logam yang sangat beracun bagi manusia.
Saat ini, di tengah krisis yang dihadapi industri tenaga nuklir, kami mengkaji 'reaktor torium' sebagai teknologi alternatif yang potensial. Reaktor torium, yang menggunakan torium sebagai pengganti uranium sebagai bahan bakar nuklir dan menjalani proses reaksi nuklir yang sama sekali berbeda, memiliki keunggulan dibandingkan reaktor konvensional. Namun, penelitian yang signifikan masih diperlukan untuk mengkomersialkan reaktor torium. Negara-negara dengan cadangan torium yang melimpah, seperti Amerika Serikat dan India, sedang memimpin penelitian reaktor torium. India, khususnya, secara aktif mengupayakan ekspor dengan nama 'Advanced Heavy Water Reactor' (AHWR). Pada titik ini, di mana tidak hanya tenaga nuklir tetapi seluruh industri energi sedang mengalami transisi, pertimbangan dan penelitian serius terhadap reaktor torium sangat layak untuk dilakukan.
