Nilai Kapasitas Panas Pendingin Logam Cair PbLi dengan Variasi Komposisi Menggunakan Simulasi Sinamika Molekul

Abstract

Pada penelitian ini diteliti fenomena kapasitas panas pada paduan logam cair Pb-Li yang digunakan sebagai bahan pendingin dari reaktor fusi. Kapasitas panas pada material sendiri merupakan sifat termal mendasar bagi material tersebut. Kapasitas panas menjadi hal yang penting untuk menentukan apakah material tersebut dapat menjadi pilihan untuk dijadikan sebagai bahan pendingin dari sebuah reaktor. Dengan dilakukannya penelitian ini, dapat diketahui komposisi terbaik untuk bahan pendingin dari reaktor fusi berpendingin Pb-Li. Pada penelitian ini, simulasi perhitungan nilai kapasitas panas pada beberapa komposisi paduan logam cair Pb-Li dilakukan dengan simulasi dinamika molekul yang menggunakan potensial interaksi antar atom Morse. Simulasi ini dilakukan dengan bantuan perangkat lunak LAMMPS. Penelitian terkait perhitungan kapasitas panas paduan logam cair Pb-Li menggunakan simulasi dinamika molekul ini tampaknya belum banyak dilakukan dan juga penelitian langsung terkait fenomena ini pastinya memerlukan biaya yang besar serta fasilitas yang harus memadai. Oleh karena itu, peneliti melakukan penelitian menggunakan simulasi komputer. Perhitungan nilai kapasitas panas menggunakan metode simulasi dinamika molekul ini diawali dengan menyiapkan parameter-parameter yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi seperti parameter potensial interaksi Morse untuk interaksi Pb-Pb, Li-Li, dan juga Pb-Li, suhu sistem, ensemble yang akan digunakan, dan yang lainnya. Simulasi ini dilakukan dengan dua tahapan, yaitu tahapan equilibration atau memastikan sistem agar berada pada kesetimbangan termal dan juga production run, dimana sistem akan melakukan produksi data yang dibutuhkan. Hasil dari simulasi kemudian akan diolah menjadi nilai kapasitas panas (Cv) dengan rumus fluktuasi energi. Pengolahan data ini dilakukan dengan bantuan Python. Hasil simulasi juga akan divisualisasikan struktur materialnya dengan bantuan OVITO. Penelitian ini menghasilkan beberapa nilai kapasitas panas (Cv) sesuai dengan komposisinya dengan nilai kapasitas panas terbesar ada pada komposisi 83%Pb dan 17%Li. Penelitian ini juga membandingkan hasil dari penelitian langsung yang telah dilakukan oleh Schulz (1991) untuk komposisi 83%Pb dan 17%Li sebagai salah satu komposisi untuk konsep reaktor fusi berpendingin Pb-Li. Penelitian ini menghasilkan nilai kapasitas panas (Cv) untuk komposisi 83%Pb dan 17%Li sebesar 0,195 J/g.K dan setelah dibandingkan dengan penelitian langsung yang menghasilkan nilai diskrepansi sebesar 2,63% dimana penelitian langsung yang telah dilakukan sebelumnya menghasilkan nilai kapasitas panas (Cv) sebesar 0,190 J/g.K. Nilai diskrepansi yang cukup kecil ini membuktikan bahwa metode simulasi dinamika molekul dapat dijadikan opsi dan cukup akurat untuk perhitungan sifat termal dari sebuah material. Keberhasilan penelitian ini membuktikan bahwa simulasi komputer dapat menjadi alat yang efektif untuk mengeksplorasi material baru yang cocok untuk aplikasi teknologi tertentu, termasuk dalam desain dan pengembangan reaktor fusi.