Perpustakaan Digital ITB

Isu nonproliferasi dalam pembuatan reaktor nuklir selalu menjadi pusat perhatian. Uranium alam yang mengandung sejumlah kecil isotop U-235 tentu harus melewati proses pengayaan agar bisa digunakan sehingga reaktor dapat beroperasi dalam keadaan kritis. Selain rentan dengan isu proliferasi, pengayaan uranium juga membutuhkan biaya ekstra dalam fabrikasinya. Uranium alam tanpa pengayaan bisa digunakan langsung di dalam teras reaktor komersial namun tentunya dengan perlakuan strategi tertentu. Sejak tahun 1958 studi teoretis mengenai penggunaan bahan bakar hasil konversi U-238 menjadi Pu-239 dan penggunaan limbah uranium sudah dilakukan, jenis reaktor ini disebut breed and burn reactor (B&B reactor) atau travelling wave reactor. Sekimoto mengusulkan konsep bakar serupa dengan nama CANDLE (Constant Aksial shape of Neutron flux, nuclides densities, and power shape During Life of Energy production), dan Su’ud melakukan sedikit modifikasi pada skema bakar ini dan dinamakan Modified CANDLE. Pengoperasian reaktor menggunakan siklus input uranium alam tanpa pengayaan setelah reaktor startup beroperasi memerlukan rancangan desain khusus agar reaktor mampu mempertahankan kekritisan sepanjang periode bakar. Survei parameter berupa pemilihan geometri teras reaktor, material cladding dan material bahan bakar diperlukan agar desain reaktor berpendingin gas bisa direalisasikan. Perhitungan kekritisan reaktor serta perhitungan sel bahan bakar dilakukan menggunakan pemrograman SRAC (Standard Reactor Analysis Code System) dengan data pustaka JENDL (Japanese Evaluated Nuclear Data Library) 4.0. Data hasil survei parameter dianalisis secara neutronik dan dilakukan optimasi agar didapatkan reaktor yang mampu mempertahankan kekritisan selama 10 tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar dan memiliki kelebihan reaktivitas (excess reactivity) kecil dari 1% ?k/k dan Power Peaking Factor (PPF) kurang dari dua pada akhir siklus operasi (EOC). Hasil survei parameter menunjukkan geometri teras yang cocok dengan reaktor berukuran kecil adalah tipe reaktor pipih dengan diameter 220 cm dan tinggi 165 cm yang menghasilkan kebocoran neutron terkecil dibandingkan tipe teras seimbang dan tipe teras tinggi. Silicon carbide (SiC) memiliki kelebihan dari sisi ekonomi neutron, ketahanan terhadap radiasi, titih leleh yang tinggi serta konduktivitas termal yang sangat baik, sehingga cocok dipilih sebagai material cladding pada penelitian ini. Bahan bakar (U,Pu)N dengan pengayaan N-15 99% mempunyai kelebihan dari sisi neutronik dan termalhidrolik reaktor. Optimasi dilakukan pada desain hasil survei parameter dan diperoleh reduksi fraksi bahan bakar mampu diturunkan sampai 62%. Berikutnya dilakukan optimasi dengan menaikkan daya menjadi 475 MWTh, naik 18,75% dari desain awal 400 MWTh. Terakhir untuk mencapai tujuan penelitian dilakukan optimasi reduksi tinggi teras aktif, didapatkan hasil optimal untuk tinggi teras aktif 163 cm. Hasil akhir didapatkan desain reaktor optimal yang bersesuaian dengan tujuan penelitian adalah: reaktor dengan tipe pipih berdiameter 220 cm dan tinggi teras 163 cm, cladding SiC, bahan bakar (U,Pu)N dengan fraksi bahan bakar 62%, dan daya keluaran reaktor 475 MWTh. Tingkat pembakaran maksimum dipereroleh sekitar 38,7 %HM, dengan rasio konversi maksimum mendekati angka 15 dan minimum di angka 1,2. Densitas daya rata-rata di awal siklus 77,46 W/cc di pertengahan siklus 79,29 W/cc dan di akhir siklus 81,12 W/cc.