Analisis Neutronik Small Long-Life Modular Boiling Water Reactor (BWR) Berbahan Bakar Thorium Nitrida Menggunakan OpenMC

Abstract

Peningkatan jumlah penduduk di Indonesia juga diiringi dengan kebutuhan energi listrik yang meningkat pula. Kebutuhan energi selama ini dapat dipenuhi salah satunya dengan pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) yang menggunakan bahan bakar bakar fosil berupa batubara, namun berdampak negatif pada lingkungan dan kesehatan. Dampak yang ditimbulkan dapat diatasi dengan pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) yang bersifat ramah lingkungan dan ekonomis. PLTN memiliki reaktor di dalamnya yang digunakan sebagai tempat terjadinya reaksi fisi dan uap panas yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan turbin yang kemudian menghasilkan listrik. Reaktor pada PLTN saat ini mengalami pengembangan dalam bentuknya menjadi lebih kecil dan modular atau disebut sebagai small modular reactor (SMR). Pengembangan tersebut dilakukan pada berbagai jenis reaktor termasuk reaktor air mendidih atau boiling water reactor (BWR). Penelitian ini merupakan optimasi terhadap small modular boiling water reactor (BWR) menggunakan bahan bakar thorium nitrida. Desain pada BWR menggunakan konfigurasi teras homogen dengan pengayaan U-233 sebesar 8% dan penambahan Pa 231 sebesar 6%. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hasil operasi yang paling optimal tanpa pengisian ulang bahan bakar selama 10 tahun berdasarkan nilai faktor multiplikasi efektif (keff) yang dihasilkan selama proses pembakaran. Penelitian ini dimulai dengan melakukan benchmarking terhadap nilai keff yang dihasilkan menggunakan program OpenMC dengan SRAC yang kemudian dilanjutkan dengan tahapan optimasi. Tahapan optimasi tersebut terdiri dari optimasi parameter: persentase uap, perlakuan densitas bahan bakar, konfigurasi teras reaktor, pitch assembly, library ENDF, susunan pin bahan bakar, nuklida nitrogen, penggunaan data hamburan termal, daya input, dan fuel fraction. Hasil yang paling optimal setiap tahapan optimasi kemudian digunakan pada tahapan optimasi parameter selanjutnya. Hasil yang paling optimal pada BWR didapatkan dengan menggunakan parameter persentase uap aksial, densitas bahan bakar persenyawa, library ENDF-8, susunan pin bahan bakar tanpa assembly, nuklida nitrogen-14, data hamburan termal, daya input 100 MWth, dan fuel fraction sebesar 66%. Penggunaan parameter tersebut membuat BWR dapat beroperasi tanpa pengisian ulang bahan bakar hingga 30 tahun dengan nilai maximum excess reactivity sebesar 1,96% ∆k/k. pengoperasian dilanjutkan dengan analisis fluks neutron dan fission rate pada kondisi beginning of life (BOL) dan end of life (EOL). fluks neutron mengalami peningkatan di daerah tengan teras reaktor pada kondisi EOL dari kondisi BOL, sedangkan fission rate pada kondisi EOL mengalami penurunan dari kondisi BOL.