Perpustakaan Digital ITB

Reaktor fusi ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) yang beroperasi dengan reaksi deuterium – tritium (DT). Ketersediaan tritium di alam yang sangat terbatas, membuat tantangan tersendiri menyediakan bahan bakar tersebut secara mandiri. Dengan menggunakan selimut lithium, tritium dapat dibiakkan dengan reaksi Li 6 (n, T) dan Li 7 (n, T) . Diharapkan perbandingan tritium yang diproduksi pada selimut reaktor HCLL (Helium Cooled Lithium Lead) dengan tritium yang dibutuhkan untuk menghasilkan reaksi DT jumlahnya lebih dari satu, parameter tersebut disebutkan sebagai TBR (Tritium Breeding Ratio). Sehingga salah satu tujuan utama dari penelitian yang dilakukan oleh penulis adalah mengoptimalkan nilai TBR tersebut. Upaya yang dilakukan adalah dengan menggunakan material dinding pertama (First Wall) dan material pembiak (Breeding Zone) yang efisien. Dengan menganalisis performa neutronik pada penggunaan material vanadium alloy (V5Cr-5Ti) di dinding pertama FW dengan ketebalan 1 cm, didapatkan optimasi yang baik dengan nilai TBR tertinggi 1,27 dan faktor pengali energi (M) sebesar 1,26. Hal ini ditunjang dengan kemampuan ketahanan pada radiasi yang rendah pada jumlah perpindahan atom, produksi hidrogen, dan produksi helium masing-masing sekitar 22,31?appm, 765,55?appm, dan 281,57?appm. Hasil tersebut masih di bawah angka ambang batas untuk kerusakan material. Sehingga, V-5Cr-5Ti merupakan material yang sangat baik untuk reaktor fusi dengan ketahanan materi sel sekitar 13,45 tahun pada desain selimut ini. Optimasi yang baik pada material di lapisan zona pembiaknya (BZ) didapatkan pada kombinasi LiPb dan Li4SiO4. Tidak hanya pengayaan 6Li yang dikonfigurasikan, namun juga pengayaan material pengganda neutronnya, 208Pb. Konfigurasi komposisi LiPb dan Li4SiO4 dengan pengayaan 6Li pada kedua materialnya. TBR sebesar 1,1 dapat dicapai pada pengayaan 6Li diatas 20%. Selain itu, TBR meningkat menjadi ?1,2 pada pengayaan 6Li lebih dari 40%. Namun, untuk TBR pada ?1,3 terjadi pada pengayaan 60% 6Li dan fraksi LiPb mulai dari range 0% - 80% atau fraksi Li4SiO4 sebesar 20% - 100%. Untuk kasus lain berupa variasi pengayaan 208Pb di LiPb, terjadi peningkatan nilai TBR dan M yang signifikan. Faktor pengali (M) meningkat sampai 25,31% pada nilai 1,383 untuk kondisi pengayaan 6Li sebesar 30%. Pada kondisi yang sama, nilai TBR mencapai peningkatan maksimum sebesar 1.223 (meningkat sebesar 6.62%) pada pengayaan 208Pb lebih dari 70% sampai 80%, dengan hanya membutuhkan massa Pb sebesar 725 ton. Selain itu, pengoperasian selimut reaktor selama lima tahun memberikan dampak penurunan pada performa neutroniknya sebesar 8-16%. Penurunan sebesar 8% pada TBR terjadi ketika pengayaan 6Li diatas 55% dan fraksi LiPb 0-90%. Selain itu, untuk penurunan nilai TBR pada 8.1-9% terjadi pada pengayaan 6Li diantara 40%-55% untuk berbagai fraksi LiPb, sedangkan penurunan 9.1-10% terjadi pada pengayaan 6Li sebesar 25%-40% terjadi pada fraksi LiPb diatas 80% dan fraksi Li4SiO4 maksimal 20%. Selebihnya, penurunan ekstrem diatas 10%-16%, terjadi pada pengayaan 6Li 0%-20% pada berbagai fraksi LiPb dan Li4SiO4. Konfigurasi yang paling optimum didapatkan pada fraksi LiPb sebesar 40% dan Li4SiO4 sebesar 60%, untuk pengayaan 6Li sebesar 65%. Namun disamping itu, tritium yang merupakan gas radioaktif, sehingga tidak hanya membutuhkan optimasi dalam jumlah tritium yang diproduksi dalam selimut reaktor, namun juga dibutuhkan optimasi pada desain reaktor nuklir fusi. Efisiensi proses distribusi dan penyimpanan tritium sangat penting untuk mengurangi dampak pengrusakan iradiasi. Investigasi tingkat akurasi fenomena aliran neutron menjadi bagian yang tidak dapat dihindari dalam reaktor fusi. Oleh karena itu, studi benchmark yang ditunjang dari data komputasi/numerik dan juga data eksperimen dibutuhkan untuk meningkatkan akurasi evaluasi reaksi neutronnya. Reaksi elastik pada sudut besar mendapat perhatian lebih oleh penulis, terlebih dikarenakan persentasi akurasi pada reaksi tersebut di reaktor ITER masih berkisar 30% (Konno, 2000). Perhitungan numerik dilakukan dengan melakukan perbandingan berbagai data pustaka nuklir, diantaranya: JENDL-5, JENDL-4.0, ENDF/B-VII.1, ENDF/B -VIII, dan JEFF-3.3. Yang kemudian, data tersebut akan dibandingkan dengan hasil eksperimen yang dikerjakan di laboratorium akselerator OKTAVIAN, di Osaka University, Jepang. Metode baru integrasi dikembangkan sejak 2012 untuk mengevaluasi distribusi reaksi hamburan neutron pada sudut besar. Teknik metode dua bilah besi (shadow bar) dengan ukuran diameter yang berbeda. Bilah besi berdiameter kecil, disebut dengan S1, digunakan untuk menghitung kontribusi hamburan neutron di sudut besar, sedangkan bilah besi lainnya yang berdiameter besar, disebut dengan S2, berfungsi untuk menghitung kontribusi pada hamburan neutron dari dinding ruangan iradiasi berat. Dengan mengaplikasikan empat sistem iradiasi eksperimen yang mempertimbangkan eksistensi target, dan kedua bilah besi (SB). Dihasilkan evaluasi hamburan balik pada neutron insiden 14,1 MeV. Untuk material beratom ringan, data nuklir JENDL-5 dan JEFF-3.3 lebih mendekati hasil eksperimen, namun berbeda dengan material beratom berat yang memiliki kecenderungan data nuklir ENDF/B yang lebih mendekati hasil eksperimen.