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 region 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 dan 400 MWth. Bahan bakar (Th233U)O2 dengan cladding Zircaloy-4 juga dapat mencapai kondisi optimum pada tingkat daya yang
sama. Sementara bahan bakar (Th233U)C dengan cladding Zircaloy-4 mencapai
kondisi optimum pada tingkat daya 300 MWth. 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 perubahan pola distribusi
kerapatan daya terhadap waktu pada plutonium relatif lebih kecil 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 RG-Pu dengan
WG-Pu memiliki koefisien Doppler moderat. Variasi penggunaan material fisil
tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan pada burnup level.