Latar Belakang

Kebijakan nuklir Kanada sejak awal berfokus pada pengembangan reaktor yang menggunakan uranium alam yang melimpah di dalam negeri, tanpa bergantung pada layanan [[pengayaan uranium]] yang hanya tersedia dari negara lain.^[5] Tantangan utamanya adalah membuat reaktor air berat berskala besar tanpa kemampuan industri berat domestik yang memadai untuk mencetak bejana tekan berukuran besar. Solusi inovatif yang ditemukan para insinyur Kanada adalah menggunakan ratusan tabung tekan horizontal terpisah, bukan satu bejana tekan tunggal—sebuah konsep yang menjadi ciri khas desain CANDU hingga saat ini.^[5]

Prototipe dan Reaktor Komersial Awal

Reaktor demonstrasi pertama CANDU, NPD (Nuclear Power Demonstration), mulai beroperasi pada tahun 1962 di Rolphton, Ontario, dengan kapasitas 20 MWe. Ini adalah reaktor pembangkit listrik pertama di Kanada dan pembuktian pertama konsep CANDU.^[6]

Reaktor berskala penuh pertama, Douglas Point, mulai beroperasi di Kincardine, Ontario pada tahun 1966 dengan kapasitas 220 MWe dan berfungsi sebagai wahana pembelajaran penting bagi industri nuklir Kanada sebelum dipensiunkan pada 1984.^[6]

Ekspansi komersial besar-besaran berlangsung pada era 1970-an dengan beroperasinya empat unit Pickering A (total 2.060 MWe, beroperasi penuh 1973), menjadikannya pembangkit nuklir terbesar di dunia pada saat itu. Menyusul kemudian stasiun Bruce (mulai 1977) dan Darlington (mulai beroperasi 1990) di Ontario.^[7]

Ekspor Internasional

Reaktor CANDU pertama di luar Kanada mulai beroperasi di India (Rajasthan-1) pada awal 1970-an. Namun kerja sama nuklir Kanada-India terputus pada 1974 setelah India meledakkan bom nuklir pertamanya menggunakan plutonium dari reaktor CIRUS yang berbasis desain NRX Kanada.^[6] Selanjutnya, reaktor CANDU berhasil diekspor ke Argentina, Romania, Korea Selatan, Tiongkok, dan Pakistan.^[8]

Bahan Bakar

Reaktor CANDU menggunakan uranium alam (dengan kandungan U-235 sekitar 0,7%) dalam bentuk pelet uranium dioksida (UO₂) yang dimasukkan ke dalam batang bahan bakar. Tiga puluh tujuh batang bahan bakar disatukan dalam satu rakitan silinder (fuel bundle) berukuran sekitar 50 cm panjang dan 10 cm diameter, dengan bobot sekitar 20 kg.^[9] Bahan bakar ini berbeda dari sebagian besar desain reaktor lain yang memerlukan uranium yang diperkaya (konsentrasi U-235 ditingkatkan menjadi 2–5%).^[10]

Moderator dan Pendingin Air Berat

Kunci utama kemampuan CANDU menggunakan uranium alam adalah penggunaan air berat (D₂O) sebagai moderator. Air berat 1.700 kali lebih efisien daripada air biasa (air ringan) dalam memperlambat neutron, sehingga jauh lebih sedikit neutron yang terserap—memungkinkan reaksi berantai tetap berlangsung meski dengan uranium yang tidak diperkaya.^[10] Moderator air berat dijaga pada suhu yang relatif rendah (~70°C) menggunakan sistem pendingin terpisah, sementara air berat pendingin utama yang bertekanan tinggi mengalir melalui tabung-tabung bahan bakar dan kemudian menuju generator uap untuk menghasilkan uap yang memutar turbin uap.^[10]

Desain Calandria dan Tabung Tekan

Inti reaktor CANDU terdiri dari sebuah calandria—bejana silinder horizontal yang berisi ratusan tabung tekan (pressure tubes) yang tersusun secara horizontal. Setiap tabung tekan berisi sederetan rakitan bahan bakar yang terendam dalam air berat pendingin bertekanan tinggi, sementara di sekeliling tabung-tabung tersebut mengalir air berat moderator bertekanan rendah. Pemisahan antara sistem pendingin dan sistem moderator ini merupakan inovasi khas CANDU.^[9]

Pengisian Bahan Bakar saat Beroperasi (On-Power Refuelling)

Salah satu keunggulan terpenting CANDU adalah kemampuan pengisian bahan bakar saat reaktor beroperasi penuh (on-power refuelling), yang tidak dimiliki sebagian besar desain reaktor lain. Hal ini dimungkinkan oleh desain tabung horizontal: dua mesin pengisi bahan bakar bekerja dari dua ujung berlawanan setiap saluran bahan bakar—satu memasukkan rakitan baru, satu lagi menerima rakitan bekas di ujung lainnya, semuanya dilakukan dari jarak jauh.^[11] Kemampuan ini memungkinkan faktor kapasitas CANDU mencapai lebih dari 90% dalam operasi beban dasar, dan juga memudahkan identifikasi serta pemindahan bahan bakar yang rusak tanpa harus mematikan reaktor.^[12]

Keunggulan

• Menggunakan uranium alam—tidak memerlukan pengayaan uranium yang mahal, sehingga biaya bahan bakar lebih rendah dan ketergantungan pada negara penyedia pengayaan dihindari.^[4]
• Pengisian bahan bakar saat beroperasi penuh meningkatkan faktor kapasitas dan memudahkan perawatan.^[12]
• Dua sistem penghentian darurat yang independen meningkatkan keandalan keselamatan.^[12]
• Bejana reaktor beroperasi pada tekanan lebih rendah daripada reaktor air bertekanan (PWR), sehingga biaya konstruksi bejana lebih kecil.^[14]
• Fleksibel dalam penggunaan bahan bakar: selain uranium alam, CANDU dapat menggunakan uranium yang diperkaya, thorium, atau bahan bakar bekas dari reaktor air ringan.^[9]

Kelemahan

• Air berat sangat mahal untuk diproduksi (proses pemisahan deuterium memerlukan fasilitas khusus), menambah biaya modal awal.^[10]
• Karena moderator berupa air berat dalam jumlah besar, CANDU menghasilkan tritium dalam jumlah lebih banyak daripada reaktor air ringan. Tritium adalah zat radioaktif yang sulit dikontrol dan dapat masuk ke sistem biologis.^[15]
• Kepadatan daya inti reaktor rendah, sehingga ukuran reaktor relatif besar untuk daya yang sama.^[16]
• Kemampuan pengisian bahan bakar saat beroperasi menimbulkan kekhawatiran proliferasi nuklir karena bahan bakar bekas dapat dikeluarkan secara diam-diam untuk ekstraksi plutonium.^[17]