Reaktor Modern Dapat Diuntungkan dari Wawasan Baru tentang Beton

Material terpenting dalam konstruksi adalah beton. Beton bersifat tahan lama, serbaguna, dan kuat. Tidak hanya beton dapat tetap stabil selama bertahun-tahun, dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk dan ukuran, serta tahan terhadap kondisi cuaca buruk tetapi juga dapat menahan getaran dan guncangan, tidak mudah terbakar, murah, dan membantu menjaga suhu yang nyaman di dalam bangunan.

Semua sifat beton yang menakjubkan ini menjadikannya bahan konstruksi yang berharga digunakan untuk membangun semua jenis struktur yang berbeda, termasuk jalan, jembatan, bendungan, terowongan, fondasi, pilar, dinding, lempengan, jalan masuk, dan teras.

Mengingat pentingnya beton dalam membangun infrastruktur, pasar beton ukuran diproyeksikan akan melampaui $ 972 miliar pada akhir dekade ini. 

Urbanisasi dan industrialisasi yang pesat, disertai dengan peningkatan pengeluaran pemerintah untuk pembangunan dan rekonstruksi infrastruktur mendorong pertumbuhan ini. A peningkatan adopsi bahan ramah lingkungan untuk konstruksi bangunan dan biaya awal pemasangan pabrik yang tinggiNamun, bertindak sebagai pengekangan ke pasar ini. 

Jika berbicara tentang jenis beton, segmen beton siap pakai mendominasi pasar. Bagaimanapun, campuran ini hemat biaya dan diproduksi secara berkelompok di pabrik pusat alih-alih dicampur di lokasi kerja. Sementara itu, segmen beton bertulang memimpin pasar dalam hal aplikasi.

Beton untuk Membantu Mencapai Dekarbonisasi

Sekarang, bahan konstruksi penting dan populer ini juga memainkan peran dalam membantu kita mencapai dekarbonisasi melalui pembangkit listrik tenaga nuklir. Campuran buatan manusia berupa semen, air, dan agregat seperti pasir, sebenarnya berfungsi sebagai bahan konstruksi utama untuk penahanan dan pelindungan reaktor.

Beton adalah material yang terjangkau yang menawarkan perlindungan terhadap sinar gamma dan neutron. Kandungan air dan kepadatannya yang tinggi adalah apa membuatnya digunakan secara luas untuk perisai radiasi.

Tapi sementara para insinyur memiliki menemukan rumus untuk memutuskan ketebalan perisai yang optimal untuk tujuan radioproteksi, mereka tidak memperhitungkan dampak kerusakan radiasi. Dan keawetan beton dalam jangka panjang sangat penting untuk beroperasi pembangkit listrik tenaga nuklir ini dengan aman.

Proses kerusakan radiasi adalah hanya belum dipahami dengan baik. Jadi, sangatlah penting bagi kita untuk memperbaiki masalah ini jika kita ingin memanfaatkan tenaga nuklir, yang dapat membantu kita mencapai dunia yang netral karbon. 

Tenaga nuklir adalah sumber energi rendah karbon yang dapat membantu memerangi perubahan iklim. Tenaga nuklir memberi kita sumber listrik yang andal terlepas dari cuaca, sesuatu yang sulit diatasi oleh sumber energi terbarukan seperti tenaga angin dan tenaga surya. Tenaga nuklir bahkan dianggap lebih aman daripada tenaga surya dan tenaga angin. 

Selain itu, bahan bakar nuklir memiliki kepadatan energi yang tinggi dan jejak lahan yang kecil, sekaligus melindungi kualitas udara karena tidak ada emisi berbahaya.

Tenaga nuklir merupakan bagian penting dari total pembangkitan energi secara global, menyumbang sekitar 12% listrik dunia. Di Eropa, 30% kebutuhan listriknya dipenuhi oleh energi nuklir sementara bahan bakar fosil menyumbang 40% dan Sisanya adalah energi terbarukan. 

Sementara itu, AS merupakan negara penghasil tenaga nuklir terbesar di dunia, dengan 30% Pangsa listrik nuklir global yang dihasilkan. Pada tahun 2022, reaktor nuklir negara ini menghasilkan 772 TWh, 18% dari total output listrik.

Meskipun banyak manfaatnya, kecelakaan seperti Chernobyl dan Fukushima telah menimbulkan ketakutan. Hasil dari dari itu, Italia dan Jerman telah menutup semua pembangkit listrik tenaga nuklir mereka secara permanen. 

Namun, mengingat kebutuhan untuk memiliki energi yang bersih dan berkelanjutan, dan nuklir sebagai sumber energi bersih tanpa emisi, penting untuk menemukan cara untuk meningkatkan efektivitas biaya, keandalan, dan keselamatan yang akan mengurangi ketakutan masyarakat terhadap teknologi ini serta meningkatkan penerimaan mereka terhadapnya. Kredensial mikro Di sinilah beton berperan.

Klik di sini untuk mempelajari apa yang membuat beton menjadi material penting dan bagaimana kita dapat mengatasi kekurangannya.

Peran Penting Beton dalam Energi Nuklir

Fasilitas nuklir menggunakan reaktor nuklir sebagai sumber panas utamanya dan memanfaatkan panas tersebut untuk menghasilkan uap, yang menggerakkan turbin uap yang terhubung ke generator. Karena radioaktivitas inheren dari fisi nuklir, sangat penting bahwa inti reaktor is terbungkus dalam cangkang pengaman. Kredensial mikro secara efektif mengurangi penyebaran radiasi dan mencegah pelepasan zat radioaktif ke lingkungan.

Penahanan reaktor ini dibuat dari beton, yang juga digunakan untuk fondasi struktural dan perisai biologis utama bagi reaktor. Jadi, untuk mengoperasikan fasilitas nuklir dalam jangka panjang, perlu kita lakukan analisis integritas struktur beton. Lagi pula, di pembangkit listrik tenaga nuklir, beton harus mengalami paparan radiasi sinar γ, radiasi neutron, dan suhu yang sangat tinggi dalam jangka panjang dan hebat.

Hal ini tidak ditemukan pada struktur konvensional, sehingga evaluasi kinerja komponen beton bertulang pada struktur dan bangunan teknik sipil secara umum tidak dapat membantu. Oleh karena itu, kita membutuhkan pengetahuan khusus untuk industri tenaga nuklir. 

Selain itu, terdapat tantangan besar berupa perubahan material yang menyebabkan degradasi struktur beton di PLTN. Reaksi alkali-silika, pemuaian, dan pembentukan ettringite yang tertunda ini disebabkan oleh amorfisasi neutron pada mineral pembentuk batuan dalam agregat. Oleh karena itu, hal ini menjadi alasan lain untuk secara khusus menilai beton di PLTN.

Namun, ini bukan apa-apa baru. Para peneliti telah telah mencari dampak radiasi pada integritas struktural beton sejak lamaNamun penelitian baru telah mengungkap detail yang lebih dalam dari dampak radiasi pada ekspansi beton.

Penelitian Beton Canggih Berfokus pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Diterbitkan di Science Direct, studi yang dilakukan oleh para peneliti di Universitas Tokyo, antara lain, telah mengungkap detail efek radiasi pada ekspansi beton¹Mereka benar-benar dapat menunjukkan sifat beton mana yang memengaruhi atribut strukturalnya saat terpapar pada tingkat radiasi neutron yang berbeda. 

Untuk mengatasi masalah signifikan dari ekspansi agregat beton yang disebabkan oleh radiasiMemahami sensitivitas mineral pembentuk batuan, khususnya kuarsa, terhadap radiasi neutron sangatlah penting.

Kredensial mikro Hal ini karena kuarsa merupakan salah satu mineral paling umum yang ditemukan di hampir semua jenis batuan. Selain itu, eksperimen dalam reaktor riset telah menunjukkan bahwa kuarsa dapat mengembang hingga 18% volumenya. 

Penelitian terkini juga menunjukkan bahwa sementara pasta semen menyusut dan memperoleh kekuatan di bawah penyinaran neutron, mineral pembentuk batuan memuai, yang menyebabkan timbulnya retakan dalam agregat. Hal ini menyebabkan retaknya agregat, pemuaian beton, dan penurunan kekokohan serta modulus Young, yang mengukur kemampuan suatu material untuk menahan perubahan panjang akibat kompresi.

Jadi, para peneliti melanjutkan untuk menyelidiki efek iradiasi neutron pada berbagai jenis kuarsa, termasuk batu pasir, metachert, granodiorit, dan kuarsa sintetis. Suhu iradiasi di sini berkisar antara 45 hingga 62 derajat Celsius.

Menurut hasil penelitian, kristal kuarsa dalam beton, khususnya, dapat menyembuhkan dirinya sendiri. Perluasan volume yang disebabkan oleh radiasi diredakan oleh difusi silikon (Si) atau oksigen (O) dalam butiran kuarsa, sehingga menciptakan relaksasi yang disebabkan oleh radiasi. Kredensial mikro bisa berpotensi memungkinkan beberapa reaktor beroperasi lebih lama dari yang awalnya diperkirakan mungkin.

Klik di sini untuk mempelajari apakah beton cetak 3D dapat membantu menyelamatkan lingkungan.

Meningkatkan Keselamatan Nuklir dengan Beton

Beton merupakan material komposit yang terbuat dari beberapa senyawa, yang dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor seperti geografi setempat. Agregat batuan, komponen utama dalam beton, secara khusus dapat berubah menjadi sangat beragam tetapi tetap saja, “batuan tersebut sering kali mengandung kuarsa.”

Kuarsa ditemukan di andesit, granodiorit (GR), batu pasir (SS), dan beberapa batuan lainnya, yang berarti iradiasi neutron dapat menyebabkan pembengkakan agregat dan degradasi beton berturut-turut di dinding pelindung. serta struktur yang terkena fluks neutron tinggi.

Kredensial mikro Artinya, penting untuk memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana kuarsa berubah di bawah beban radiasi yang berbeda. Dalam hal ini, Profesor Ippei Maruyama dari Departemen Arsitektur mencatat bahwa:

“[Hal ini] dapat membantu kita memprediksi bagaimana beton seharusnya berperilaku secara umum.”

Akan tetapi, mempelajari degradasi yang disebabkan oleh radiasi neutron tidaklah mudah atau murah. Sebenarnya, ini merupakan bidang studi yang mahal, yang membuat penelitian ekstensif menjadi sulit. Tim peneliti telah mengerjakan ini selama tujuh belas tahun terakhir, menciptakan strategi yang berpuncak pada eksperimen terkini di mana para peneliti memanfaatkan difraksi sinar-X untuk mengeksplorasi kristal kuarsa yang diradiasi.

Salah satu hal yang diamati tim adalah dua sifat radiasi neutron — dosis total yang diterima sampel dan fluks, yang merupakan laju penerimaan dosis. 

Tim menemukan bahwa laju ekspansi dalam kristal kuarsa sejalan dengan laju dosis; jika lajunya lebih tinggi, jumlah ekspansi juga jauh lebih tinggi, dan sebaliknya.

“Penemuan efek fluks menunjukkan tidak hanya bahwa radiasi neutron mendistorsi struktur kristal, menyebabkan amorfisasi dan ekspansi, tetapi juga ada fenomena di mana kristal yang terdistorsi pulih dan ekspansi berkurang, Oleh karena itu, tingkat yang lebih rendah memberikan lebih banyak waktu untuk penyembuhan.”

– Maruyama

Fenomena ini juga ditemukan bergantung pada ukuran kristal mineral dalam beton. Butiran kristal yang lebih besar menunjukkan ekspansi yang lebih sedikit, yang menyarankan efek yang bergantung pada ukuran. 

Degradasi beton karena neutron saat ini menjadi penyebab kekhawatiran tetapi sebagai Temuan ini menunjukkan bahwa hal ini mungkin akan menyebabkan perluasan yang lebih sedikit daripada yang diperkirakan sebelumnya. Akibatnya, degradasi mungkin tidak separah yang diantisipasi, sehingga, “memungkinkan pembangkit listrik tenaga nuklir beroperasi lebih aman dalam jangka waktu lebih lama,” kata Maruyama. 

Dengan penelitian ini muncul ide untuk berkontribusi pada pemilihan material dan desain beton untuk pembangkit listrik tenaga nuklir masa depan. Selain itu, hal ini dapat memberikan wawasan berharga tentang stabilitas dan daya tahan bahan anorganik yang digunakan dalam struktur berbasis ruang angkasa untuk konstruksi makhluk luar angkasa baik di orbit Bumi maupun di luarnya.

Pada langkah berikutnya, tim bertujuan untuk mengatasi tantangan dalam memahami perilaku ekspansi berbagai mineral pembentuk batuan. Kredensial mikro akan membantu memperjelas mekanisme ekspansi dan mengembangkan kemampuan untuk memprediksi ekspansi agregat berdasarkan sifat material dan kondisi lingkungannya.

Tim peneliti juga berencana untuk dapat memprediksi cara terbentuknya retakan berdasarkan ekspansi mineral. 

Memajukan Beton Pelindung Radiasi

Mengingat peran penting beton dalam melindungi dari radiasi pengion yang berbahaya di seluruh berbagai aplikasi termasuk fasilitas medis, laboratorium penelitian, militer, dan pembangkit listrik tenaga nuklir, bahan tersebut telah tunduk pada banyak hal penelitian. 

Pada kuartal terakhir tahun lalu, para peneliti internasional melakukan penelitian mendalam terhadap beton pelindung radiasi (RSC), yang telah ditemukan penting dalam memastikan keselamatan dan mendukung penggunaan radiasi yang bermanfaat di berbagai bidang.

Salah satunya penelitian² yang diterbitkan pada bulan November mencatat bahwa beton pelindung radiasi, terbuat dari semen, air, dan agregat berat, memiliki kemampuan untuk menanggung beban gravitasi, beban insidental seperti gaya gempa bumi, dan proyektil yang dihasilkan tornado sepanjang masa pakainya.

Agregat yang terutama digunakan dalam RSC meliputi barit, hematit, magnetit, dan kolemanit. Penambahan agregat alami yang padat tersebut akan meningkatkan kepadatan material dan meningkatkan efektivitas RSC dalam aplikasi medis dan nuklir. 

Hal ini dilakukan dengan memperbaiki beberapa sifat beton bertulang untuk melemahkan radiasi yang RSC telah menjadi pilihan umum untuk perisai dan perlindungan radiasi.

Lain belajar³ diterbitkan sekitar waktu itu melihat ke dalam peningkatan umum dan barit efisiensi beton dalam perisai radiasi dengan memanfaatkan berbagai jenis agregat. 

Temuan studi, yang menyatakan bahwa beton yang lebih padat menawarkan perlindungan yang lebih baik dibandingkan dengan varian dengan kepadatan yang lebih rendah, menggarisbawahi peran utama kepadatan material dalam meningkatkan efektivitas perisai radiasi. Di sini, beton barit menunjukkan sifat perisai yang lebih baik karena koefisien redaman liniernya yang lebih tinggi, yang mengukur seberapa mudah material menyerap atau menyebarkan seberkas energi.

Untuk mencapai kepadatan RSC yang tinggi, para peneliti mengganti agregat beton biasa dengan kuarsa, mineral berat seperti zirkon dan abu terbang, dan agregat buatan seperti bijih besi terhidrasi, limbah besi, endapan timah, bauksit, galena, bismut oksida, dan agregat daur ulang.

Penggunaan beton berdensitas tinggi sebagai pelindung radiasi dapat mengurangi ketebalan RSC hampir 40% dibandingkan beton biasa sambil tetap mempertahankan kapasitas menahan beban.

Studi tersebut menyerukan penelitian lebih lanjut tentang daya tahan beton jangka panjang di bawah paparan radiasi berkelanjutan, termasuk menilai potensi kerusakan kumulatif selama jangka waktu panjang untuk mendapatkan wawasan lebih baik tentang bagaimana material tersebut bertahan seiring berjalannya waktu. 

Dampak Lingkungan faktor-faktor seperti suhu, kelembaban, dan paparan bahan kimia on Sifat beton yang mampu menahan radiasi juga perlu diselidiki untuk mensimulasikan kondisi dunia nyata dan memahami dampaknya terhadap efektivitas beton sebagai material pelindung.

Perusahaan Terkait 

Sekarang, mari kita lihat nama-nama terkemuka di bidang beton dan tenaga nuklir: 

1. Perusahaan Material Vulcan (VMC )

Perusahaan ini adalah produsen material konstruksi berbasis agregat dan pemasok utama beton siap pakai dan aspal. Segmen Vulcan Materials meliputi agregat, aspal, beton, dan kalsium, yang memproduksi produk kalsium untuk industri pakan ternak dan pengolahan air.

Perusahaan ini memiliki kapitalisasi pasar sebesar $35.8 miliar dengan saham VMC diperdagangkan pada harga $270.16, naik 5.42% dari tahun ke tahun. EPS (TTM) perusahaan adalah 6.40, rasio P/E (TTM) adalah 42.36, dan imbal hasil dividennya adalah 0.68%.

Untuk kuartal yang berakhir pada 30 September 2024, pendapatan perusahaan mencapai $2 miliar, turun 8.3% dari kuartal ketiga 3. Laba bersih mencapai $23 juta, sementara margin laba 208.9% dan laba per saham (EPS) mencapai $10. Perusahaan membagikan dividen sebesar $1.58 juta kepada para pemegang sahamnya. Selama periode ini, Vulcan Materials mengakuisisi Wake Stone Corporation untuk memperluas jangkauannya di wilayah-wilayah dengan pertumbuhan tinggi di Carolina. 

“Meskipun gangguan cuaca yang signifikan telah memengaruhi aktivitas konstruksi selama sembilan bulan pertama tahun ini, fundamental permintaan secara keseluruhan terus mendukung pertumbuhan jangka panjang.”

– Direktur Utama Tom Hill

2. Energi Konstelasi (CEG )  

Perusahaan ini berfokus pada solusi energi bersih melalui fasilitas pembangkit listrik tenaga nuklir, hidro, angin, dan surya, yang memiliki kapasitas untuk menyalurkan listrik ke sekitar 16 juta rumah. Constellation Energy memproduksi sekitar 10% energi bebas karbon di AS.

Perusahaan ini memiliki kapitalisasi pasar sebesar $95.8 miliar dengan saham CEG diperdagangkan pada harga $307.83, naik hampir 37% dari tahun ke tahun. EPS (TTM) perusahaan adalah 9.06, rasio P/E (TTM) adalah 33.81, dan imbal hasil dividen adalah 0.46%.

Pada Q3 tahun 2024, perusahaan melihat pendapatannya masuk sebesar $1.2 miliar, naik dari $731 juta pada 3Q23. Pendapatan juga naik 7.2% menjadi $6.55 miliar. Laba bersih GAAP untuk kuartal tersebut adalah $3.82 per saham dan laba operasi yang disesuaikan adalah $2.74 per saham. Khususnya, Constellation Energy menandatangani perjanjian pembelian listrik selama 20 tahun dengan Microsoft untuk mendukung Pusat Energi Bersih Crane.

Armada nuklir perusahaan menghasilkan 45,510 GWh selama kuartal ini — meningkat dari 44,125 GWh tahun ke tahun. Dengan demikian, perusahaan mencapai faktor kapasitas 95%, yang menurun dari 97.2% tahun ke tahun. Sementara itu, hari-hari penghentian pengisian bahan bakar yang direncanakan oleh Constellation Energy meningkat menjadi 37 hari dan hari-hari penghentian non-pengisian bahan bakar meningkat dua kali lipat menjadi 20 hari.

Kesimpulan  

Energi nuklir adalah sumber energi yang kuat dan bersih yang menawarkan keandalan tinggi dan dampak lingkungan yang kecil. Tapi Kecelakaan serius PLTN telah menimbulkan ketakutan di antara masyarakat. Aspek krusial dari keselamatan dan umur panjang PLTN terletak pada material yang digunakan dalam konstruksinya, yaitu beton. digunakan di seluruh bangunan. 

Beton merupakan material yang relatif murah, kuat, dan tahan lama sehingga dapat dengan mudah dibentuk menjadi berbagai struktur. dan dilengkapi dengan sifat pelindung yang baik terhadap radiasi, membuatnya menjadi pilihan populer untuk aplikasi pelindung radiasi. 

Meskipun penelitian telah meneliti dampak radiasi pada integritas struktural beton, penelitian terbaru memverifikasi efek radiasi dan memberikan kejelasan lebih lanjut tentang kemampuan perlindungan bahan ini.

Misalnya, pengamatan ketergantungan fluks yang jelas, dengan fluks neutron yang lebih tinggi mengakibatkan laju ekspansi yang lebih tinggi, dan ketergantungan ukuran butiran, terutama dalam rentang fluks neutron yang lebih tinggi, menyiratkan keberadaan mekanisme penyembuhan yang mendasari ekspansi volume yang disebabkan oleh radiasi. 

Dengan wawasan seperti ini, penelitian dapat membantu mengembangkan struktur yang lebih tangguh untuk meningkatkan keselamatan reaktor yang ada serta membangun pembangkit listrik tenaga nuklir generasi berikutnya, yang pada gilirannya, membentuk masa depan yang layak dan aman.

Klik di sini untuk daftar saham nuklir teratas.

Referensi Studi:

^{1. Maruyama, I., Murakami, K., Ohkubo, T., Sawada, S., Kontani, O., Igari, T., Kawai, M., & Etoh, J. (2025). Dampak fluks neutron pada laju ekspansi kuarsa. Jurnal Material Nuklir. Tersedia daring 13 Januari 2025, 155631. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2025.155631}

2. Onaizi, AM, Amran, M., Tang, W., Betoush, N., Alhassan, M., Rashid, RSM, Yasin, MF, Bayagoob, KH, & Onaizi, SA (2024). Beton pelindung radiasi: Tinjauan material, kinerja, dan dampak radiasi pada sifat beton. Jurnal Teknik Bangunan, 97, 110800. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110800

3. Ahmad, N., Idris, MI, Hussin, A. dkk. Meningkatkan efisiensi perisai beton biasa dan beton barit dalam pemanfaatan perisai radiasi. Sci Rep 14, 26029 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-76402-0