Perpustakaan Digital ITB

Reaktor modular umur panjang sangat prospektif untuk daerah terpencil dengan level konsumsi daya kecil menengah. Gas-cooled Fast Reactor (GFR) merupakan satu dari enam konsep reaktor maju (advanced reactors) yang telah ditetapkan oleh forum internasional generasi IV. GFR modular dipilih karena memiliki potensi penggunaan daur ulang seluruh aktinida dan siklus bahan bakar tertutup serta menerapkan reaktor cepat, menggunakan gas helium sebagai pendingin utama, temperatur operasional yang tinggi dan efek reaktivitas void yang rendah. Pengembangan desain konsep GFR, termasuk analisis neutronik terhadap desain bentuk sel bahan bakar, perangkat bahan bakar dan teras reaktor. Pada penelitian ini kami melakukan investigasi tentang desain dan analisis neutronik reaktor cepat modular berpendingin gas menggunakan paralelisasi metode Monte Carlo. Pemodelan GFR disimulasikan pada skala penuh dan heterogen tiga dimensi (3D) dengan menggunakan data nuklir Evaluated Nuclear Data File (ENDF/B-VII.b5). Penelitian ini menggunakan kode Monte Carlo yaitu Monte Carlo N-Particle (MCNP6) dan OpenMC versi 0.12.0. Kode komputasi paralel yang diterapkan adalah shared-memory parallelism (OpenMP) dan distributed-memory parallelism (OpenMPI). Studi desain GFR modular dilakukan dengan menggunakan uranium alam sebagai input siklus bahan bakar. Selanjutnya, juga dilakukan penelitian tentang teras CANDLE-GFR umur panjang dengan menggunakan bahan bakar nuklir bekas reaktor nuklir bertekanan (Spent Nuclear Fuel Pressurized Water Reactor, SNF PWR) sebagai wilayah bahan bakar booster. Tahap awal penelitian dilakukan perbandingan kode MCNP dan OpenMC dengan hasil kesesuaian yang baik dalam perhitungan kekritisan GFR dengan perbedaan nilai kinf sebesar maksimum 1,0782% pada bahan bakar (U-Pu)N. Selanjutnya, kami melakukan perhitungan paralelisasi MCNP6 pada desain teras GFR, yang menghasilkan waktu perhitungan yang lebih cepat ketika menggunakan lebih banyak threads. Bahan bakar (U-Pu)C dan (U-Pu)N merupakan kandidat unggulan yang memberikan keff lebih dari 1,2 pada fisil yang mengandung 20% Pu. Kemudian, dilakukan penelitian tentang pemilihan beberapa material reflektor seperti nikel murni, magnesium murni, timah murni, Ba2Pb, PbO, BeO, SiC, dan Zr3Si2 untuk mengenali refleksibilitas kandidat material reflektor. Kandidat reflektor telah diidentifikasi berdasarkan parameter fisika nuklir, meliputi distribusi fluks dan laju reaksi fisi, umur teras, faktor multiplikasi efektif, distribusi fraksi daya, kebocoran neutron, evolusi massa fisil dan nuklida fertil, ketebalan reflektor, dan distribusi energi neutron. Material BeO dapat dianggap sebagai kandidat reflektor terbaik untuk GFR modular berdasarkan kemampuan pemantulan dan kontribusi fraksi daya. Lalu, dilakukan penelitian tentang desain teras GFR dengan mengoptimalkan rasio tinggi-diameter (H/D) dan konfigurasi teras-selimut, yang menerapkan fitur Functional Expansion Tally (FET) dengan mengevaluasi tipe teras pancake, balance, dan tall berdasarkan rasio H/D dan desain geometri pada aksial heterogen, homogen, dan radial heterogen. Pada penelitian ini, diterapkan fitur polinomial Legendre untuk perhitungan aksial, sedangkan polinomial Zernike untuk perhitungan radial. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konfigurasi selimut-teras yang homogen dan radial heterogen pada teras pancake dan balance memberikan kurva distribusi fluks yang lebih stabil daripada konfigurasi aksial heterogen dan tipe teras tall. Terakhir, dilakukan penelitian tentang teras CANDLE-GFR umur panjang dengan menggunakan kode OpenMC. Parameter fisika yang dikarakterisasi meliputi faktor multiplikasi efektif, distribusi fluks, distribusi laju reaksi fisi, dan distribusi fraksi daya. Hasilnya menginformasikan bahwa CANDLE-GFR yang menggunakan bahan bakar nuklir bekas PWR akan mencapai teras setimbang dengan distribusi fluks neutron dan laju fisi konstan, dengan pergerakan sebanding dengan daya. Kurva fraksi daya bergeser dan kemudian konstan dalam arah aksial hingga akhir siklus.