Reaktor daya (power reactor) adalah reaktor nuklir yang mengambil kegunaan dari energi hasil reaksi fisi. Energi reaksi sebesar 202 MeV biasanya berbentuk energi kinetik fragmen fisi, dan gerakan fragmen fisi ini akan bertumbukan dengan inti di sekitarnya sehingga timbul panas. Kemudian energi termal dari reaksi fisi tersebut akan dimanfaatkan untuk berbagai kegunaan, misalnya memutar generator listrik, menggerakkan baling-baling penggerak kapal, memanaskan air yang dibutuhkan selama musim dingin atau untuk menyuling air laut (membuat air minum dari air laut yang kadar garamnya tinggi). Secara umum prinsip kerja dari reaktor daya dapat digambarkan dengan ilustrasi pada berikut.

Prinsip kerja reaktor daya untuk pembangki listrik

Dalam ilustrasi pada gambar di atas, bejana reaktor berisi air (berfungsi sebagai moderator) dipanaskan oleh teras yang panas karena di dalamnya terdapat bahan bakar yang sedang berfisi. Air panas tersebut kemudian dikirim ke Pembangkit Uap, air panas dari bejana reaktor akan memanaskan air dalam pembangkit uap hingga mendidih hebat dan menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan dari pembangkit uap dikirim ke turbin untuk menggerakkan turbin, selanjutnya perputaran turbin akan memutar generator listrik dan menghasilkan listrik.

Reaktor daya nuklir pembangkit listrik rata-rata dapat menghasilkan daya listrik sebesar 600 MW. Jika daya listrik yang dihasilkan adalah sebesar 600 MW, maka daya termal yang harus dibangkitkan dalam teras reaktor lebih kurang tiga kalinya, yaitu 1800 MW termal. PLTN yang sedang dibangun di Finlandia mempunyai kemampuan membangkitkan listrik hingg 1600 MWe.

Berdasarkan jenis pendingin yang digunakan, reaktor daya dapat digolongkan menjadi reaktor berpendingin air, reaktor berpendingin gas, reaktor berpendingin logam cair, dan reaktor berpendingin garam cair. Pada saat ini reaktor berpendingin air sangat populer, dan banyak beroperasi di dunia. Dua tipe reaktor pendingin air yang sangat populer yaitu reaktor air tekan dan reaktor air didih.

Reaktor Air Tekan (Pressurized Water Reactor, PWR)

Pada kondisi tekanan rendah, misalnya satu atmosfer, air akan mendidih pada temperatur lebih-kurang 100^oC. Temperatur serendah ini secara termodinamika tidak efisien untuk dimanfaatkan sebagai media kerja suatu sistem pembangkit daya listrik. Untuk mengejar efisiensi termodinamika, temperatur air harus dinaikkan setinggi kira-kira 300^oC. Jika tekanan air satu atmosfir, maka air bertemperatur 300^oC akan mendidih hebat. Untuk mencegah pendidihan maka air dalam bejana reaktor ditekan dengan tekanan yang cukup tinggi untuk menjaga agar air di dalamnya tidak mendidih. Tipe reaktor seperti ini terkenal dengan sebutan PWR (Pressurized Water Reactor: Reaktor Air Tekan). Pada reaktor nuklir tipe PWR, air yang bergerak dari bejana reaktor menuju pembangkit uap dan kemudian dipompakan kembali ke bejana reaktor adalah air bertekanan tinggi dan tidak mendidih. Jalur ini disebut “untai primer”. Sedangkan jalur air-uap dari pembangit uap, kemudian menuju turbin dan selanjutnya dipompakan kembali ke pembangkit uap disebut “untai sekunder”.

Konsep konstruksi reaktor air tekan (PWR)

Reaktor Air Didih (Boiling Water reactor, BWR)

Dalam reaktor PLTN tipe reaktor air didih, air digunakan sebagai moderator dan pendingin. Pada reaktor tipe didih, untai sekunder dihilangkan, dan air dalam untai primer dibiarkan mendidih. Disain reaktor seperti ini akan meningkatkan efisiensi termal, walaupun dalam mendisainnya harus lebih berhati-hati karena tingkat risikonya lebih tinggi jika terdapat air mendidih yang bocor. Air sebagai pendingin akan mengambil panas dari teras reaktor hingga mendidih dan menjadi uap. Uap yang dihasilkan langsung dikirim ke turbin untuk menggerakkan generator listrik. Jelas dalam reaktor tipe ini pembangkit uap menjadi hilang, karena fungsinya sudah digantikan dengan teras reaktor. Dalam bahasa Inggris reaktor didih ini terkenal dengan nama BWR (Boiling Water Reactor).

Konsep konstruksi reaktor air didih (BWR)

Reaktor Pendingin Gas (Gas-Cooled Reactor, GCR)

Dari sudut pandang teori termodinamika, semakin tinggi temperatur pendingin maka akan diperoleh efisiensi yang tinggi pula. Dalam hal kemampuan pencapaian temperatur tinggi, air mempunyai keterbatasan. Temperatur air akan sangat sulit untuk dapat ditingkatkan hingga mencapai melebihi 400^oC. Untuk mengatasi keterbatasan ini, para ilmuwan melirik pada gas sebagai pendingin, dengan demikian temperatur pendingin dapat ditingkatkan hingga mencapai 1000^oC. Gas yang digunakan biasanya gas helium (He) atau karbondioksida (CO₂). Dengan pendingin gas, persoalan peningkatan efisiensi termal teratasi. Tetapi gas adalah bukan bahan moderator yang baik, jadi kontinuitas reaksi fisi jadi terancam. Untuk mengatasi masalah ini digunakan moderator grafit (blok karbon) yang disusun sedemikian rupa sehingga reaksi fisi tetap berlangsung secara kontinu.

Konsep struktur dan konstruksi reaktor pendingin gas

Oleh karena kemampuan pendingin reaktor yang dapat mencapai temperatur tinggi, maka terbuka kemungkinan untuk memanfaatkan reaktor berpendingin gas sebagai sumber pemasok energi termal untuk produksi hidrogen, pencairan dan gasifikasi batu bara, pengambilan minyak tersier dan desalinasi air laut. Jepang dan Perancis bahkan membuat konsep reaktor kogenerasi yang dipergunakan untuk produksi hidrogen, pembangkit listrik dan produksi air bersih (desalinasi) secara bersamaan.

Konsep reaktor kogenerasi