Perpustakaan Digital ITB

Reaktor cepat berpendingin gas (GCFR) dipilih sebagai salah satu sistem reaktor nuklir Generasi IV yang akan dikembangkan karena potensi keberlanjutan, keselamatan, keandalan, ketahanan terhadap proliferasi, pengurangan volume dan toksisitas radio baik dari bahan bakarnya sendiri dan bahan bakar nuklir bekas lainnya. Selain itu, konversi energi pada efisiensi termal yang tinggi dimungkinkan dengan mempertimbangkan desain yang ada saat ini, sehingga meningkatkan manfaat ekonomi GCFR. Namun, tantangan penelitian dan pengembangan mencakup kemampuan untuk menggunakan sistem pembuangan panas peluruhan pasif selama kondisi kecelakaan, kemampuan bertahan hidup bahan bakar dan material inti pada suhu dan radiasi ekstrem, serta proses siklus bahan bakar yang ekonomis dan efisien. Dalam studi ini, sistem GCFR dikombinasikan dengan skema pembakaran CANDLE(Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities, and power shape During Life of Energy production) yang dimodifikasi untuk menghasilkan reaktor cepat berumur panjang dengan uranium alam sebagai input siklus bahan bakar. Sistem seperti ini dapat memanfaatkan sumber daya alam uranium secara efisien tanpa memerlukan pabrik pengayaan atau pabrik pemrosesan ulang. Tujuan utama dari penelitian ini adalah merancang dan mengoptimalkan reaktor cepat CANDLE modifikasi modular dengan menggunakan gas helium sebagai pendingin. Pada penelitian ini, pertama-tama inti reaktor dibagi menjadi sepuluh wilayah dengan volume yang sama dalam arah radial dan kemudian dilakukan perhitungan neutronik. Kedua, inti reaktor dibagi menjadi sepuluh wilayah dengan volume yang sama dalam arah aksial dan kemudian dilakukan perhitungan neutronik. Selama pengocokan dalam arah radial, dua kasus telah dipertimbangkan. Kasus pertama adalah CANDLE termodifikasi normal dimana wilayah pertama terletak di dekat wilayah kesepuluh dan kasus kedua pengocokan dalam arah radial, jumlah wilayah yang berbeda ditempatkan di sisi kanan dan kiri wilayah kesepuluh. Satu daerah ditempatkan di sisi kiri daerah kesepuluh yaitu CANDLE termodifikasi normal dan perhitungan neutronik telah dilakukan, kemudian dua daerah, enam daerah dan tujuh daerah ditempatkan di sisi kiri daerah kesepuluh dan kemudian perhitungan neutronik telah dilakukan. Bahan bakar dimuat di wilayah pertama, dan setelah sepuluh tahun terbakar, diangkut ke wilayah kedua, dan sepuluh tahun kemudian terbakar, diangkut ke wilayah ketiga dan seterusnya. Bahan bakar di wilayah kesepuluh dihilangkan dari inti reaktor. SRAC (Sistem Kode Analisis Reaktor Standar) digunakan untuk analisis neutronik. Metode probabilitas tabrakan (PIJ) digunakan untuk perhitungan sel bahan bakar sementara JENDL4.0 digunakan sebagai perpustakaan data nuklir. Pada awalnya, kepadatan daya di setiap wilayah telah diasumsikan dan kemudian dilakukan perhitungan burnup dan difusi multi-grup. Pada setiap tahap pembakaran, penampang makroskopis efektif untuk setiap tahap pembakaran telah diperoleh. Hasilnya telah digunakan untuk mencari persamaan difusi multi-grup dalam R-Z dua dimensi menggunakan modul SRAC2006 yang disebut CITATION. Hasil kepadatan daya rata-rata di setiap wilayah yang diperoleh dengan menggunakan CITATION telah dimasukkan kembali ke dalam kode SRAC untuk penghitungan pembakaran sel. Iterasi ini dilakukan hingga konvergensi tercapai. Perbandingan daya 400 MWth menggunakan gas helium, timbal bismut eutektik dan cairan pendingin natrium juga telah diselidiki dalam arah radial. Karena faktor perkalian efektif, rapat daya relatif, dan fluks neutron, pendingin natrium cair mencapai kondisi kritis lebih cepat dibandingkan gas helium dan pendingin timbal bismut eutektik. Dalam kasus pertama pengocokan CANDLE yang dimodifikasi dalam arah radial, daya 900 MWth telah dirancang menggunakan berbagai fraksi volume bahan bakar dan untuk kasus kedua pengocokan dalam arah radial, telah dirancang 450MWth. Semakin rendah jumlah fraksi volume bahan bakar menyebabkan semakin besarnya laju pembakaran dan semakin menurunnya laju penggandaan efektif. GCFR berkapasitas 2700 MWth -3100 MWth yang menggunakan strategi pengacakan CANDLE yang dimodifikasi dalam arah aksial juga telah dirancang. Uranium Nitrida dan 10% Th-232 telah digunakan sebagai bahan bakar. Tingginya tingkat daya menyebabkan semakin meningkatnya tingkat burnup dan faktor perkalian efektif. Tingkat pembakaran debit rata-rata tertinggi adalah sekitar 313 GWd/Ton HM atau 31.3% HM (Heavy Metal) untuk reaktor dengan tingkat daya tinggi. Analisis hidrolik termal dalam arah radial pada kasus pertama telah diselidiki dan suhu maksimum bahan bakar adalah sekitar 760K. Suhu celah, suhu kelongsong, dan suhu cairan pendingin juga telah diselidiki.Proses optimasi dilakukan dengan melakukan penyesuaian fraksi volume bahan bakar dan dimensi inti. Gas helium telah digunakan sebagai pendingin karena konduktivitas termalnya yang tinggi, serapan neutron yang lebih rendah, dan sebagai gas mulia memberikan helium keunggulan unik dibandingkan gas lainnya sebagai pendingin. Berdasarkan sifat-sifat tersebut, helium telah terbukti secara signifikan meningkatkan kinerja reaktor cepat bila digunakan sebagai pendingin.