Satu-satunya Reaktor Universitas yang Beroperasi di Jepang Menghadapi Pergantian Bahan Bakar yang Mahal dan Kekurangan Dana

Reaktor kecil memikul beban pelatihan yang kian besar

Reaktor pendidikan Universitas Kindai di Higashiosaka, Prefektur Osaka, menghasilkan panas paling banyak 1 watt, lebih rendah daripada nyala lilin. Menurut pihak universitas, biaya untuk menjaga reaktor tetap beroperasi mencapai sekitar 200 juta yen per tahun, sedangkan pemasukan dari biaya penggunaan oleh perusahaan dan subsidi pemerintah untuk pelatihan hanya sekitar 6 juta yen. Penggantian bahan bakar uranium yang diwajibkan kini mengancam menambah beban biaya yang jauh lebih besar.

Reaktor ini merupakan satu-satunya reaktor universitas di Jepang yang saat ini beroperasi. Satu fasilitas lain yang tersisa, di Universitas Kyoto, untuk sementara dihentikan. Lebih dari 250 mahasiswa mengikuti pelatihan di Kindai pada tahun fiskal 2024. Perusahaan juga memanfaatkannya untuk penelitian pengobatan kanker dan eksperimen terkait pembongkaran fasilitas nuklir.

Jepang dan Amerika Serikat berkomitmen pada September 2022 untuk mengganti uranium yang sangat diperkaya dengan uranium yang diperkaya rendah, lalu mengembalikan bahan bakar yang ada ke Amerika Serikat. Biaya konversi diperkirakan mencapai puluhan miliar yen, dan Kindai diperkirakan harus menanggung sebagian biaya tersebut.

Tekanan ini muncul ketika Jepang kembali mengandalkan tenaga nuklir setelah bertahun-tahun berupaya mengurangi ketergantungan menyusul bencana Fukushima Daiichi. Negara itu juga membutuhkan tenaga ahli yang mampu membongkar reaktor tua dengan aman. Namun, data Kementerian Pendidikan menunjukkan jumlah mahasiswa baru di jurusan dan program terkait nuklir turun dari 579 orang pada tahun fiskal 1994 menjadi 177 orang pada tahun fiskal 2024.

Yang dipelajari mahasiswa pada 0,01 watt

Sekitar 20 mahasiswa dari Universitas Teknologi Fukui mengikuti sesi pelatihan pada Agustus di Institut Penelitian Energi Atom Kindai. Sambil mengamati panel kendali, mereka berupaya membawa reaksi berantai nuklir ke kondisi stabil.

Ketika angka pada alat mencapai 0,01 watt, seorang mahasiswa yang mengikuti latihan mengumumkan hasilnya:

0,01 watt. Kita sudah mencapai kekritisan.

Kekritisan berarti setiap generasi fisi nuklir menghasilkan neutron yang cukup untuk menopang generasi berikutnya. Dalam reaktor terkendali, operator dapat mempertahankan reaksi tersebut pada tingkat yang stabil. Di sini, mahasiswa mencapainya pada daya panas hanya seperseratus dari keluaran maksimum reaktor.

Latihan ini membantu mahasiswa menghubungkan perhitungan dengan instrumen, gerakan kendali, dan reaksi berantai yang sesungguhnya. Reaktor dengan keluaran panas sekecil itu dapat mengajarkan prinsip pengoperasian reaktor tanpa menghasilkan listrik.

Genichiro Wakabayashi, profesor di institut Kindai, menjelaskan tujuan pelatihan tersebut:

Saya ingin mahasiswa memahami apa itu energi nuklir dan bagaimana energi itu dapat digunakan dengan aman.

Panduan fasilitas reaktor Kindai menyebutkan bahwa konsol kendali di ruangan sebelah ruang reaktor dirancang agar proses penyalaan, penghentian, dan penyesuaian daya sesuai untuk pelatihan mahasiswa.

Cara kerja reaktor pendidikan

Reaktor UTR-KINKI memiliki tinggi sekitar 2 meter dan diameter sekitar 4 meter. Reaktor ini kerap disebut reaktor daya nol karena keluarannya sangat rendah. Air digunakan untuk memperlambat neutron, sedangkan grafit di sekeliling teras memantulkan sebagian neutron kembali ke arah bahan bakar.

Neutron yang lebih lambat membantu mempertahankan fisi pada bahan bakar uranium. Grafit membantu menjaga ketersediaan neutron untuk reaksi, sementara batang kendali memungkinkan operator menyesuaikannya. Kindai mencantumkan lima detektor neutron dan empat batang kendali sebagai instrumen yang digunakan untuk mengendalikan daya reaktor.

Terasnya berisi 12 elemen bahan bakar pipih yang terbuat dari paduan uranium dan aluminium, dibagi menjadi dua kelompok yang masing-masing terdiri dari enam elemen. Susunan ringkas ini mendukung eksperimen dan pelatihan, bukan produksi panas dalam jumlah besar seperti yang dibutuhkan pembangkit listrik tenaga nuklir komersial.

Kindai menyebutkan bahwa aktivitas gamma sisa pada reaktor ini sangat rendah. Perisainya memungkinkan orang memasuki ruang reaktor saat reaktor beroperasi, dan pemantauan radiasi dilakukan di sana. Karena itu, mahasiswa juga mempelajari proteksi radiasi bersama fisika reaktor: perisai, pemantauan, dan akses terkendali tetap menjadi bagian dari pekerjaan meski dayanya sangat rendah.

Lebih dari enam dekade digunakan bersama

Sejarah institut Kindai menyebut UTR-KINKI sebagai reaktor universitas dan swasta pertama di Jepang. Pengembangannya berlangsung sejak pendirian institut pada 1960 hingga penambahan fasilitas berikutnya yang memperluas pemanfaatan untuk penelitian.

• April 1960: Kindai mendirikan Institut Penelitian Energi Atom untuk penelitian dan pendidikan.
• Agustus 1960: Pemasangan reaktor disetujui.
• 11 November 1961: Reaktor mencapai kekritisan untuk pertama kalinya, dengan daya panas 0,1 watt.
• Oktober 1974: Daya panas maksimum dinaikkan menjadi 1 watt.
• Januari 1984: Fasilitas ditambahkan untuk penyinaran hewan kecil, radiografi neutron, dan perluasan penyinaran vertikal.
• 27 September 2022: Jepang dan Amerika Serikat mengumumkan komitmen untuk mengonversi bahan bakar reaktor.

Radiografi neutron menggunakan neutron untuk memeriksa bagian dalam benda, sebagaimana citra sinar-X memperlihatkan struktur internal dengan jenis radiasi yang berbeda. Fasilitas penyinaran memungkinkan peneliti memaparkan sampel pada radiasi dalam kondisi terkendali.

Mahasiswa dari Universitas Osaka, Universitas Kobe, Universitas Nagoya, dan Universitas Kyushu termasuk di antara mereka yang menggunakan reaktor Kindai untuk pendidikan dan pelatihan. Institut ini juga mengadakan lokakarya dan seminar bagi guru serta masyarakat umum. Dengan demikian, perannya menjangkau lebih luas daripada mahasiswa yang terdaftar di universitasnya sendiri.

Fasilitas sibuk dengan pemasukan langsung yang minim

Kindai mengoperasikan reaktor sekitar 130 hari per tahun, di luar inspeksi dan pemeliharaan lainnya. Selain untuk kelas universitas, perusahaan menggunakannya untuk berbagai proyek, mulai dari penelitian terkait pengobatan kanker hingga simulasi pekerjaan penonaktifan fasilitas nuklir.

Wakabayashi menggambarkan padatnya jadwal:

(Saking sibuknya) hampir tidak ada hari libur.

Universitas memperkirakan biaya pemeliharaan dan keamanan tahunan sekitar 200 juta yen. Biaya penggunaan oleh perusahaan dan subsidi pemerintah untuk pelatihan praktik secara gabungan menghasilkan sekitar 6 juta yen. Pemasukan tersebut hanya menutup sekitar 3 persen dari biaya tahunan yang disebutkan, sehingga Kindai harus menanggung sekitar 194 juta yen dari sumber pendapatan lain.

Perbandingan ini menjelaskan mengapa jadwal pelatihan yang padat tetap dapat berjalan beriringan dengan tekanan keuangan. Reaktor tersebut melayani mahasiswa dari beberapa universitas dan mendukung penelitian pihak luar, sementara sebagian besar biaya rutin ditanggung Kindai. Proyek konversi yang jauh lebih mahal akan menambah beban yang sudah berlangsung itu.

Mengapa uranium harus diganti

Amerika Serikat semula memasok uranium yang sangat diperkaya untuk Kindai dan menginginkan bahan itu dikembalikan karena khawatir bahan tersebut berpotensi digunakan untuk senjata nuklir. Pengayaan mengacu pada peningkatan proporsi uranium-235, jenis uranium yang dapat menopang reaksi berantai fisi. Bahan bakar uranium berpengayaan rendah mengandung proporsi uranium-235 yang lebih kecil daripada bahan bakar berpengayaan tinggi.

Badan Keamanan Nuklir Nasional Amerika Serikat (NNSA) dan Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi Jepang memaparkan komitmen tersebut dalam pengumuman September 2022. Keduanya sepakat mengonversi UTR-KINKI agar menggunakan bahan bakar berpengayaan rendah dan mengembalikan seluruh uranium berpengayaan tinggi miliknya ke Amerika Serikat.

NNSA menyebut Kindai sebagai reaktor penelitian terakhir di Jepang yang menggunakan uranium berpengayaan tinggi, setelah bahan tersebut dikeluarkan dari Reaktor Riset Kritis Universitas Kyoto. Kesepakatan itu menempatkan Kindai dalam upaya yang lebih luas untuk mengurangi jumlah bahan nuklir yang dapat digunakan dalam senjata.

Setelah konversi, bahan bakar yang ada akan diangkut dengan aman ke Amerika Serikat untuk diencerkan hingga menjadi uranium berpengayaan rendah, ditangani melalui cara lain, atau keduanya. Pengenceran dilakukan dengan mencampurkan bahan berpengayaan tinggi dengan uranium yang kandungan uranium-235-nya lebih rendah untuk menurunkan konsentrasinya.

Jill Hruby, yang saat itu menjabat sebagai administrator NNSA, menjelaskan kerja sama bilateral dalam upacara penandatanganan:

Kami menghargai hubungan bilateral yang erat dengan Jepang dan menantikan pengumuman penyelesaian komitmen terbaru ini dalam beberapa tahun mendatang.

Komitmen keamanan dengan biaya besar

Perkiraan biaya konversi mencapai puluhan miliar yen. Kindai diperkirakan akan membayar sebagian biayanya, sehingga muncul tantangan finansial kedua di samping defisit operasional tahunan. Penggantian bahan bakar harus memastikan reaktor tetap sesuai untuk kegiatan pengajaran dan penelitian.

Belum ada tanggal pasti penyelesaian konversi atau pembagian akhir biaya. Pernyataan Hruby pada 2022 menyebut penyelesaian dalam beberapa tahun mendatang, tetapi pengumuman itu tidak menetapkan tenggat yang diumumkan secara terbuka bagi universitas.

NNSA menjelaskan program yang jauh lebih luas saat mengumumkan kesepakatan dengan Kindai. Sebelumnya pada 2022, Presiden Amerika Serikat Joe Biden dan Perdana Menteri Jepang Fumio Kishida mengumumkan pengambilan lebih dari 30 kilogram uranium berpengayaan tinggi dari tiga reaktor penelitian Jepang.

Saat itu, Kantor Pengelolaan dan Minimalisasi Material NNSA menyatakan telah mengonversi atau memastikan penghentian operasi 108 reaktor penelitian dan fasilitas produksi isotop medis di seluruh dunia. Kantor tersebut juga melaporkan pengambilan atau konfirmasi penanganan hampir 7.275 kilogram bahan nuklir yang dapat digunakan dalam senjata.

Tantangan Kindai berada di persimpangan antara sasaran keamanan tersebut dan pendanaan pendidikan. Kedua pemerintah berkomitmen untuk mengambil bahan bakar yang ada, sementara keberlanjutan pelatihan praktik bergantung pada kemampuan universitas membiayai pengaturan bahan bakar pengganti.

Mahasiswa makin sedikit, tempat pelatihan pun berkurang

Jepang pernah memiliki enam reaktor pendidikan yang dipasang di universitas. Kini hanya tersisa dua, dan penghentian sementara di Universitas Kyoto membuat Kindai menjadi satu-satunya fasilitas universitas yang beroperasi. Pelatihan praktik di Kyoto diperkirakan baru dapat dilanjutkan paling cepat pada tahun fiskal berikutnya, meski tanggal pastinya belum ditentukan.

Data Kementerian Pendidikan menunjukkan jumlah mahasiswa baru di jurusan dan program terkait nuklir mencapai 177 orang pada tahun fiskal 2024, dibandingkan 579 orang pada tahun fiskal 1994. Jumlah itu turun 402 mahasiswa, atau sekitar 69 persen. Penerimaan terbaru setara dengan sekitar 31 persen dari angka sebelumnya.

Statistik mahasiswa 2015 dari kementerian, yang bersumber dari Statistik Dasar Sekolah, menunjukkan bahwa penurunan tersebut sudah terjadi sebelum bencana Fukushima. Dokumen itu menyebut jumlah mahasiswa baru mencapai puncaknya pada tahun fiskal 1992, kemudian menurun, pulih mulai tahun fiskal 2007, lalu kembali merosot setelah gempa bumi dan bencana pada 2011.

Dokumen yang sama menyebut jumlah mahasiswa keseluruhan mencapai puncaknya pada tahun fiskal 1994. Jumlah mahasiswa baru mencatat mahasiswa yang masuk pada tahun tertentu, sedangkan jumlah mahasiswa keseluruhan mencakup mahasiswa yang sedang menempuh studi. Kedua ukuran ini membantu menjelaskan bagian berbeda dari menyusutnya jalur pendidikan.

Wakabayashi memperingatkan bahwa kesempatan untuk mengakses reaktor sungguhan dapat memengaruhi pilihan tempat belajar para calon ahli:

Jika reaktor pendidikan menghilang, anak muda bisa berakhir pergi ke luar negeri.

Kebutuhan tenaga kerja juga mencakup pembongkaran reaktor

Pergeseran Jepang ke arah penggunaan energi nuklir yang lebih besar membutuhkan tenaga ahli yang memahami pengoperasian reaktor dan keselamatan radiasi. Fasilitas tua juga memerlukan spesialis yang dapat merencanakan dan melaksanakan dekomisioning, yakni proses menghentikan operasional pembangkit dengan aman serta menangani struktur dan bahan radioaktifnya.

Shunji Matsuoka, profesor Universitas Waseda yang berspesialisasi dalam ekonomi dan kebijakan lingkungan, mengatakan pengalaman praktik menggunakan reaktor pendidikan penting untuk pengoperasian pembangkit komersial maupun dekomisioning.

Matsuoka juga menyerukan agar universitas menghubungkan pelatihan teknis dengan pertanggungjawaban kepada publik. Menurutnya, universitas perlu:

menunjukkan transparansi dalam pengoperasian reaktor, memperluas pemahaman tentang nilai reaktor bagi masyarakat, serta melatih tenaga ahli nuklir yang terbuka dan aktif berinteraksi dengan masyarakat.

Kindai telah menggabungkan beberapa bagian dari tugas tersebut: mahasiswa belajar mengendalikan reaktor, perusahaan menguji gagasan terkait pembongkaran fasilitas, dan program pendidikan publik. Masalah pendanaannya menyangkut keberlanjutan kegiatan tersebut, bersamaan dengan komitmen internasional untuk mengganti bahan bakarnya.

Keputusan utamanya adalah bagaimana membiayai fasilitas yang penggunanya berasal dari luar institusi yang merawatnya. Wakabayashi mengupayakan dukungan pemerintah yang lebih besar. Dengan pemasukan tahunan yang hanya menutup sekitar 3 persen biaya pemeliharaan dan keamanan, serta biaya konversi besar yang akan segera muncul, permintaan itu menyangkut operasional sehari-hari sekaligus kemampuan reaktor untuk terus mengajar dengan bahan bakar berbeda.

Poin Utama

• Reaktor Kindai di Higashiosaka merupakan satu-satunya reaktor universitas di Jepang yang saat ini beroperasi dan melatih lebih dari 250 mahasiswa pada tahun fiskal 2024.
• Biaya pemeliharaan dan keamanan mencapai sekitar 200 juta yen per tahun, sementara pemasukan dari biaya perusahaan dan subsidi pemerintah untuk pelatihan hanya sekitar 6 juta yen.
• Jepang dan Amerika Serikat berkomitmen pada September 2022 untuk mengganti uranium berpengayaan tinggi dan mengembalikan bahan bakar yang ada ke Amerika Serikat.
• Biaya konversi diperkirakan mencapai puluhan miliar yen, dan Kindai diperkirakan harus menanggung sebagian biaya tersebut.
• Jumlah mahasiswa baru di jurusan dan program universitas terkait nuklir turun dari 579 orang pada tahun fiskal 1994 menjadi 177 orang pada tahun fiskal 2024.
• Fasilitas ini mendukung pelatihan pengoperasian reaktor, penelitian, dan kegiatan terkait dekomisioning.