Reaktor kelautan Amerika Serikat
Reaktor angkatan laut Amerika Serikat adalah reaktor nuklir yang digunakan oleh Angkatan Laut Amerika Serikat di atas kapal tertentu untuk menghasilkan uap bertekanan yang digunakan untuk menghasilkan tenaga penggerak, tenaga listrik, melontarkan pesawat terbang di kapal induk, dan beberapa penggunaan lainnya. Reaktor nuklir angkatan laut semacam itu memiliki pembangkit listrik lengkap yang terkait dengannya. Semua kapal selam dan supercarrier Angkatan Laut AS yang dibangun sejak 1975 bertenaga nuklir oleh reaktor semacam itu. Tidak ada kapal selam atau kapal induk konvensional (non-nuklir) yang ditugaskan di Angkatan Laut AS, sejak kapal induk konvensional terakhir, USS Kitty Hawk degan propulsi turbin gas, dinonaktifkan pada Mei 2009. Angkatan Laut AS juga memiliki sembilan kapal penjelajah bertenaga nuklir dengan reaktor semacam itu. tetapi sejak itu telah dinonaktifkan. Reaktor dirancang oleh berbagai kontraktor, kemudian dikembangkan dan diuji di salah satu dari beberapa fasilitas milik pemerintah (Departemen Energi) dan dioperasikan oleh kontraktor utama: Bettis Atomic Power Laboratory di West Mifflin, Pennsylvania dan Fasilitas Reaktor Angkatan Laut terkait di Idaho, dan Laboratorium Tenaga Atom Knolls di Niskayuna, New York dan situs Kesselring terkait di West Milton, New York, semuanya berada di bawah pengelolaan kantor Reaktor Angkatan Laut. Kadang-kadang ada pabrik prototipe bertenaga nuklir skala penuh yang dibangun di Fasilitas Reaktor Angkatan Laut, Kesselring, dan Windsor (di Connecticut) untuk menguji pembangkit nuklir, yang dioperasikan selama bertahun-tahun untuk melatih pelaut berkualifikasi nuklir.[1][2][3][4][5]
Penamaan reaktor
suntingSetiap desain reaktor diberi penunjukan tiga karakter yang terdiri dari:
- Huruf untuk jenis kapal yang dimaksudkan reaktor ("A" untuk aircraft carrier kapal induk, "C" untuk cruise ship kapal penjelajah, "D" untuk destroyer kapal perusak, dan "S" untuk submarine kapal selam)
- Nomor generasi berturut-turut
- Huruf untuk perancang reaktor ("W" untuk Westinghouse, "G" untuk General Electric, "C" untuk Combustion Engineering, dan "B" untuk Bechtel)
Misalnya, reaktor S9G mewakili kapal selam (S), generasi kesembilan (9), reaktor yang dirancang General Electric (G).
Reaktor nuklir Angkatan Laut AS
sunting| Model | Tenaga panas | Waktu pengoperasian | Massa | Ukuran |
|---|---|---|---|---|
| Reaktor A1B | 700 MWt estimasi | 50 tahun* / umur kapal | ||
| Reaktor A2W | ||||
| Reaktor A4W | 500 MWt | |||
| Reaktor D2G | 148 MWt | 1400 ton | panjang : 11 m, lebar : 9,4 | |
| Reaktor D2W | 165 MWt | |||
| Reaktor S9G | 33 tahun* | |||
| Reaktor S8G | 220 MWt | 2750 ton | diameter : 13 m, panjang : 17 m |
- tanpa ganti bahan bakar
Sejarah
suntingAnalisis konseptual propulsi laut nuklir dimulai pada 1940-an. Penelitian tentang pengembangan reaktor nuklir untuk Angkatan Laut dilakukan di Bettis Atomic Power Laboratory di West Mifflin, Pennsylvania mulai tahun 1948. Di bawah kepemimpinan jangka panjang Laksamana Hyman G. Rickover, pabrik reaktor uji pertama, prototipe disebut sebagai S1W. dimulai di AS pada tahun 1953 di Fasilitas Reaktor Angkatan Laut di Idaho. Laboratorium Bettis dan Fasilitas Reaktor Angkatan Laut dioperasikan pada awalnya dan selama beberapa dekade kemudian oleh Westinghouse. Kapal bertenaga nuklir pertama, kapal selam USS Nautilus, melaut pada tahun 1955. USS Nautilus menandai awal transisi kapal selam dari kapal selam konvensional yang relatif lambat dan jarak pendek ke kapal selam yang mampu bertahan dengan kecepatan 20–25 knot (37–46 km/j; 23–29 mph) di bawah air selama berminggu-minggu.
Sebagian besar pekerjaan pengembangan awal reaktor angkatan laut dilakukan di Fasilitas Reaktor Angkatan Laut di kampus Laboratorium Nasional Idaho (INL, sebelumnya INEL). USS Nautilus ditenagai oleh reaktor S2W, dan kru dilatih di reaktor S1W berbasis darat di INL.
Kapal selam nuklir kedua adalah USS Seawolf, yang awalnya ditenagai oleh reaktor S2G berpendingin natrium, dan didukung oleh reaktor S1G berbasis darat di situs Kesselring di bawah Knolls Atomic Power Laboratory yang dioperasikan oleh General Electric. S2G cadangan juga dibuat tetapi tidak pernah digunakan.
USS Seawolf diganggu oleh masalah superheater, akibatnya USS Nautilus memberikan kinerja yang jauh lebih unggul. Ini dan risiko yang ditimbulkan oleh natrium cair jika terjadi kecelakaan di laut membuat Laksamana Rickover memilih reaktor air bertekanan (PWR) sebagai tipe reaktor angkatan laut standar AS. S2G telah dihapus dari USS Seawolf dan digantikan oleh reaktor S2Wa, menggunakan komponen dari S2W cadangan yang merupakan bagian dari program USS Nautilus. Semua reaktor angkatan laut AS berikutnya adalah PWR, sedangkan Angkatan Laut Soviet menggunakan PWR, tetapi juga menggunakan reaktor berpendingin logam cair berpendingin timbal-bismut.(LMFR) dari tiga jenis dalam delapan kapal selam: K-27 dan kelas Alfa tujuh anggota.
Pengalaman dengan USS Nautilus mengarah pada pengembangan paralel kapal selam (kelas Skate) lebih lanjut, ditenagai oleh reaktor tunggal, dan sebuah kapal induk, USS Enterprise, ditenagai oleh delapan unit reaktor A2W pada tahun 1960. Kapal penjelajah, USS Long Beach, menyusul pada tahun 1961 dan didukung oleh dua unit reaktor C1W. USS Enterprise tetap beroperasi selama lebih dari 50 tahun, dan dinonaktifkan pada tahun 2012.
Pabrik prototipe berbasis darat skala penuh di Idaho, New York, dan Connecticut mendahului pengembangan beberapa jenis (generasi) reaktor nuklir angkatan laut AS, meskipun tidak semuanya. Setelah konstruksi awal, beberapa pengujian teknik dilakukan dan prototipe digunakan untuk melatih pelaut berkualifikasi nuklir selama bertahun-tahun setelahnya. Misalnya, prototipe A1W di Fasilitas Reaktor Angkatan Laut mengarah pada pengembangan reaktor A2W yang digunakan di USS Enterprise. Pada tahun 1962, Angkatan Laut AS memiliki 26 kapal selam nuklir yang beroperasi dan 30 sedang dibangun. Tenaga nuklir telah merevolusi Angkatan Laut AS.
Teknologinya dibagi dengan Inggris, sementara pengembangan teknologi di Prancis, Cina, dan Uni Soviet berjalan secara terpisah.
Setelah kapal kelas Skate, pengembangan reaktor dilanjutkan dan di AS satu seri desain standar dibangun oleh Westinghouse dan General Electric, dengan satu reaktor menggerakkan setiap kapal. Rolls-Royce membangun unit serupa dengan PWR1 untuk kapal selam Angkatan Laut Kerajaan dan kemudian mengembangkan desainnya lebih jauh ke PWR2. Banyak kapal selam dengan pabrik reaktor S5W dibangun.
Pada akhir Perang Dingin pada tahun 1989, ada lebih dari 400 kapal selam bertenaga nuklir yang beroperasi atau sedang dibangun. Sekitar 250 kapal selam ini sekarang telah dibatalkan dan beberapa pesanan dibatalkan, karena program pengurangan senjata. Angkatan Laut Rusia dan Angkatan Laut Amerika Serikat masing-masing memiliki lebih dari seratus, dengan Inggris dan Prancis masing-masing kurang dari dua puluh dan Cina enam. Total hari ini sekitar 160.
Amerika Serikat adalah angkatan laut utama dengan kapal induk bertenaga nuklir (10), sedangkan Rusia memiliki kapal penjelajah bertenaga nuklir. Rusia memiliki delapan pemecah es nuklir dalam layanan atau bangunan. Sejak dimulainya pada tahun 1948, program nuklir Angkatan Laut AS telah mengembangkan 27 desain pabrik yang berbeda, memasangnya di 210 kapal bertenaga nuklir, menjalankan 500 inti reaktor, dan mengumpulkan lebih dari 5.400 tahun operasi reaktor dan 128.000.000 mil dengan aman dikukus. Selain itu, 98 kapal selam nuklir dan enam kapal penjelajah nuklir telah didaur ulang. Angkatan Laut AS tidak pernah mengungkapkan kecelakaan reaktor, tetapi telah mengalami setidaknya satu kecelakaan kehilangan cairan pendingin, di USS Guardfish.
Kesembilan kapal penjelajah bertenaga nuklir (CGN) Angkatan Laut AS kini telah dicabut dari Daftar Kapal Angkatan Laut, dan yang belum dihapus oleh daur ulang dijadwalkan untuk didaur ulang. Sementara kecelakaan reaktor tidak menenggelamkan satu pun kapal atau kapal selam Angkatan Laut AS, dua kapal selam bertenaga nuklir, USS Thresher dan USS Scorpion hilang di laut. Kondisi reaktor ini belum dirilis ke publik, meski kedua bangkai kapal tersebut telah diselidiki oleh Robert Ballard atas nama Angkatan Laut menggunakan kendaraan yang dioperasikan dari jarak jauh (ROV).
Kongres telah mengamanatkan bahwa Angkatan Laut AS mempertimbangkan tenaga nuklir sebagai opsi pada semua kombatan permukaan besar (kapal penjelajah, kapal perusak) dan kapal serbu amfibi. Jika terbukti hemat biaya dalam analisis biaya siklus hidup selama tahap Analisis Alternatif (AoA) desain kapal awal, kelas kapal baru (misalnya CG(X)) dapat dilanjutkan dengan propulsi nuklir.
Pembangkit listrik
suntingReaktor angkatan laut AS saat ini semuanya adalah reaktor air bertekanan, yang identik dengan reaktor komersial PWR yang menghasilkan listrik, kecuali bahwa:
- Mereka memiliki kepadatan daya yang tinggi dalam volume kecil dan berjalan baik pada uranium yang diperkaya rendah (seperti yang dilakukan beberapa kapal selam Prancis dan China) atau pada uranium yang diperkaya tinggi (> 20% U-235, kapal selam AS saat ini menggunakan bahan bakar yang diperkaya setidaknya 93 %)
- Mereka memiliki umur inti yang panjang, sehingga pengisian bahan bakar hanya diperlukan setelah 10 tahun atau lebih, dan inti baru dirancang untuk bertahan 25 tahun di kapal induk dan 10–33 tahun di kapal selam,
- Desainnya memungkinkan bejana tekan yang kompak dengan tetap menjaga keamanan.
Umur inti yang panjang dimungkinkan oleh pengayaan uranium yang tinggi dan dengan menggabungkan "racun neutron yang dapat dibakar", yang secara progresif habis karena racun yang tidak dapat dibakar seperti produk fisi dan aktinida menumpuk. Hilangnya racun yang dapat dibakar mengimbangi terciptanya racun yang tidak dapat dibakar dan menghasilkan efisiensi bahan bakar jangka panjang yang stabil.
Integritas jangka panjang bejana tekan reaktor kompak dipertahankan dengan menyediakan perisai neutron internal. (Ini berbeda dengan desain PWR sipil Soviet awal di mana embrittlement terjadi karena pemboman neutron dari bejana tekan yang sangat sempit.)
Ukuran reaktor berkisar hingga ~500 MWt (sekitar 165 MWe) di kapal selam dan kapal permukaan yang lebih besar. Kapal selam kelas Rubis Prancis memiliki reaktor 48 MW yang tidak memerlukan pengisian bahan bakar selama 30 tahun.
Angkatan laut nuklir Amerika Serikat, Inggris Raya, dan Federasi Rusia mengandalkan propulsi turbin uap. Orang Prancis dan Cina menggunakan turbin untuk menghasilkan listrik sebagai tenaga penggerak. Sebagian besar kapal selam Rusia serta semua kapal permukaan AS sejak Enterprise ditenagai oleh dua reaktor atau lebih. Kapal selam AS, Inggris, Prancis, Cina, dan India ditenagai oleh satu.
Penonaktifan kapal selam bertenaga nuklir telah menjadi tugas utama angkatan laut Amerika dan Rusia. Setelah pengisian bahan bakar, praktik AS adalah memotong bagian reaktor dari kapal untuk dibuang di penguburan tanah dangkal sebagai limbah tingkat rendah (lihat program daur ulang Kapal-Kapal Selam).
Referensi
sunting- ^ NASA/Navy Benchmarking Exchange – Naval Reactors Safety Assurance Progress Report – July 15, 2003
- ^ "Fleet Size". Naval Vessel Register. United States Navy. Diarsipkan dari versi asli tanggal 14 January 2016. Diakses tanggal 2008-05-23.
- ^ Report: Nuclear sub suffers accident off Oregon in 1973
- ^ "Fact Sheet on U.S. Nuclear Powered Warship (NPW) Safety" (PDF).
- ^ Morten Bremer Maerli (1 January 2002). "Components of Naval Nuclear Fuel Transparency" (PDF). Norwegian Institute of International Affairs. Diakses tanggal 2007-02-07.
- The Uranium Information Centre provided some of the original material in this article.