Analisis MD Difusivitas Cs+ pada Lelehan NaCl-UCl₃ sebagai Model Akumulasi Produk Fisi MSR

Abstract

Pengembangan reaktor nuklir Generasi IV, khususnya Molten Salt Reactor (MSR), mengandalkan lelehan garam seperti klorida sebagai fluida pemindah panas sekaligus pelarut bahan bakar. Namun, keberlangsungan operasi reaktor dihadapkan pada tantangan akumulasi produk fisi, seperti ion Cesium (Cs+ ), yang berpotensi mengubah stabilitas termofisika dan sifat transportasi ionik karena ukuran jari-jarinya yang jauh lebih besar dibandingkan ion pelarut. Penelitian ini difokuskan untuk mengkaji secara komputasional bagaimana variasi tingkat akumulasi produk fisi Cs+ mempengaruhi densitas makroskopik dan karakteristik mekanisme difusi mikroskopik ion-ion penyusun bahan bakar (Na+ , Cl- , dan U3+) di dalam matriks NaCl-UCl3. Garam cair merupakan sistem ionik bersuhu tinggi yang pergerakan partikelnya sangat bergantung pada kombinasi kation-anion serta interaksi gaya Coulomb jarak jauh. Transportasi ionik di dalam medium ini dipengaruhi oleh ukuran ion dan struktur lokalnya, di mana ion besar seperti Cs+ diestimasikan memiliki interaksi elektrostatik yang lebih lemah sehingga mobilitasnya berbeda dari ion pelarut. Interaksi pada skala atomik dimodelkan menggunakan pendekatan komputasi berbasis potensial Born-Mayer-Huggins (BMH) atau Tosi-Fumi, yang dikenal mampu mereproduksi sifat sistem alkali halida secara andal. Esktraksi parameter difusivitas dari lintasan partikel kemudian dievaluasi menggunakan analisis Mean Square Displacement (MSD) dan relasi Einstein. Penelitian ini menggunakan eksperimen komputasi Dinamika Molekuler (MD) melalui perangkat lunak LAMMPS dengan memodelkan sistem lelehan berbasis NaCl dan 3% kation bahan bakar U3+ pada suhu operasional konstan 1200 K. Penambahan ion Cs+ sebagai produk fisi dilakukan menggunakan mekanisme