Perpustakaan Digital ITB

Pada penelitian ini, telah dilakukan desain dan analisis neutronik pada reaktor air bertekanan (PWR) modular kecil berumur panjang berbahan bakar thorium pada tingkat daya 300-500 MWth. Kondisi optimum yang diharapkan adalah reaktor mampu beroperasi selama 20 tahun dengan ekses reaktivitas di bawah 1,00% dk/k. Perhitungan neutronik dilakukan menggunakan Standard Reactor Analysis Code (SRAC) dengan pustaka nuklida JENDL 4.0, memanfaatkan modul PIJ dan CITATION untuk perhitungan pada tingkat sel dan teras reaktor. Analisis dilakukan dengan membagi teras menjadi tiga wilayah bahan bakar dengan variasi material fisil berkisar antara 1-2%. Penelitian ini mencakup empat jenis kajian: variasi jenis bahan bakar thorium, desain neutronik menggunakan bahan bakar thorium karbida, variasi penggunaan burnable poison (BP), dan variasi penggunaan material fisil berupa 233U dan plutonium. Pada kajian mengenai variasi penggunaan material fisil 233U dan plutonium, analisis neutronik dilakukan menggunakan desain teras tiga dimensi dengan geometri XYZ. Sementara itu, pada tiga jenis kajian lainnya, digunakan desain teras dua dimensi dengan geometri R-Z. Pada studi variasi jenis bahan bakar thorium, dilakukan analisis mengenai perbandingan sifat neutronik pada bahan bakar (Th233U)O2, (Th233U)C, dan (Th233U)N. Hasil menunjukkan bahwa (Th233U)N memiliki performa terbaik. Bahan bakar (Th233U)N dengan cladding Zircaloy-4 dan ZIRLO mencapai kondisi optimum pada tingkat daya 300 MWth dan 400 MWth. Bahan bakar (Th233U)C juga mencapai kondisi optimum dengan cladding Zircaloy-4 pada tingkat daya 300 MWth. Sementara itu, (Th233U)O2 memungkinkan operasi reaktor selama 20 tahun, tetapi dengan ekses reaktivitas sedikit lebih tinggi dari 1,00% dk/k pada tingkat daya 300 MWth untuk kedua jenis cladding. Perubahan pola distribusi kerapatan daya terhadap waktu pada bahan bakar (Th233U)N relatif lebih kecil dibandingkan bahan bakar lainnya, sementara (Th233U)O2 memiliki PPF lebih tinggi. Analisis menunjukkan (Th233U)N memiliki koefisien Doppler paling negatif, diikuti oleh (Th233U)C dan (Th233U)O2. Dalam hal burnup level, (Th233U)O2 memiliki nilai tertinggi, sementara (Th233U)C sedikit lebih tinggi dari (Th233U)N. Pada desain neutronik menggunakan bahan bakar thorium karbida, konfigurasi terbaik untuk tingkat daya 300-500 MWth diperoleh dengan pengayaan 233U sebesar 5-6-7%, penambahan 231Pa sebesar 3,30%, dan fraksi volume bahan bakar sebesar 65%. Analisis distribusi kerapatan daya menunjukkan pola distribusi yang serupa secara radial dan aksial, dengan puncak kerapatan daya yang lebih jelas dalam arah aksial. Nilai PPF rata-rata mendekati 1,40 dengan nilai tertinggi mencapai 1,70, yang berada dalam batas aman reaktor tipe PWR. Koefisien reaktivitas Doppler dan void reactivity secara konsisten bernilai negatif sepanjang siklus operasi reaktor. Selain itu, konfigurasi bahan bakar terbaik dapat mencapai burnup level hingga 72.600 MWD/ton pada tingkat daya 500 MWth. Pada studi mengenai variasi penggunaan BP pada bahan bakar (Th233U)N, ditemukan bahwa 231Pa memungkinkan semua fraksi volume bahan bakar mencapai kondisi optimum. Pada penggunaan 10B, kondisi optimum hanya dapat dicapai pada fraksi volume bahan bakar sebesar 65%. Penggunaan 237Np sebagai BP tidak dapat mencapai kondisi optimum, tetapi campuran 231Pa dan 237Np mencapai kondisi optimum pada fraksi volume bahan bakar 55-65%, dengan persentase 231Pa yang lebih rendah. Analisis distribusi kerapatan daya menunjukkan pola distribusi kerapatan daya yang serupa untuk semua jenis BP dalam arah aksial dan radial dengan puncak kerapatan daya yang tampak jelas dalam arah aksial. Perubahan pola distribusi kerapatan daya terhadap waktu pada penggunaan 237Np sebagai BP relatif lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan BP jenis lainnya. Nilai PPF meningkat secara radial dan menurun secara aksial seiring dengan peningkatan fraksi volume bahan bakar dan pengayaan 233U. Variasi BP tidak menghasilkan perbedaan signifikan pada nilai PPF. PPF terbesar dalam arah radial pada awal siklus operasi reaktor adalah 1,73 dengan jenis BP berupa 10B, dan dalam arah aksial adalah 1,37 dengan jenis BP berupa 231Pa, keduanya dalam batas aman PWR. Bahan bakar dengan 10B sebagai BP memiliki burnup level yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan bahan bakar yang menggunakan ketiga jenis BP lainnya. Pada studi perbandingan penggunaan material fisil 233U dan plutonium pada bahan bakar thorium nitrida (ThN), ditemukan bahwa 233U dan campuran antara RG-Pu dengan WG-Pu memiliki performa terbaik. Kedua material ini dapat mencapai kondisi optimum dengan ekses reaktivitas kurang dari 1,00% dk/k selama 20 tahun untuk semua konfigurasi bahan bakar. Distribusi kerapatan daya pada fraksi volume bahan bakar 65% menunjukkan pola yang sama, dengan plutonium lebih seragam daripada 233U. Nilai PPF dari semua jenis material fisil yang digunakan relatif rendah dan aman untuk reaktor PWR. Penggunaan 233U memiliki koefisien Doppler terbesar, sementara RG-Pu paling kecil dan WG-Pu memiliki koefisien Dopler yang semakin besar pada fraksi volume bahan bakar yang lebih tinggi. Campuran RGPu dengan WG-Pu memiliki koefisien Doppler moderat. Variasi penggunaan material fisil tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan pada burnup level.