Perbandingan Nilai Faktor Multiplikasi dan Densitas Daya Pada PWR Berbahan Bakar Th (U-233)N, Th(U-233)C, Dan Th(U-233)O2 Menggunakan Kode SRAC-COREBN 2D

Abstract

Jumlah penduduk Indonesia mengalami peningkatan setiap tahunnya hingga mencapai lebih dari 270 juta jiwa pada tahun 2020. Peningkatan penduduk mengakibatkan kebutuhan listrik juga meningkat. Energi listrik Indonesia sebagian besar masih bertumpu pada pembangkit listrik bahan bakar batu bara. Penggunaan batu bara dapat menghasilkan emisi gas rumah kaca yang setiap tahunnya mengalami peningkatan. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dapat digunakan sebagai salah satu solusi untuk memenuhi kebutuhan listrik. Penelitian ini bertujuan melakukan perbandingan bahan bakar Th(U-233)N, Th(U-233)C, dan Th(U-233)O2 pada reaktor PWR menggunakan kode SRAC- COREBN selama waktu operasi 10 tahun. Desain reaktor yang digunakan adalah desain reaktor tanpa pengisian ulang bahan bakar selama waktu operasi 10 tahun berdaya 300 MWth, diameter teras aktif 300 cm dan tinggi teras aktif 300 cm. Program yang digunakan adalah SRAC versi 2006 dan COREBN geometri 2 dimensi dengan library data JENDL-4.0 dan menggunakan sistem operasi Linux Ubuntu. Penelitian menggunakan parameter perhitungan neutronik untuk mendapatkan komposisi bahan bakar yang sesuai pada desain reaktor yang optimal. Perhitungan neutronik terdiri dari perhitungan tiap sel bahan bakar (perhitungan PIJ) dan dilanjutkan perhitungan teras reaktor (perhitungan COREBN). Penentuan material bahan bakar terdiri dari perhitungan konfigurasi teras homogen, perhitungan teras heterogen dan penambahan Pa-231. Selanjutnya, optimasi dilakukan dengan variasi fraksi volume bahan bakar. Perhitungan konfigurasi teras homogen pada Th(U-233)N, Th(U-233)C, dan Th(U-233)O2 menghasilkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 paling landai pada persentase pengayaan 5%. Nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 yang dihasilkan pada Th(U-233)N lebih kecil yaitu 1,351451 dibandingkan Th(U-233)C dan Th(U-233)O2 yang bernilai 1,364487 dan 1,408280. Selanjutnya, perhitungan konfigurasi teras heterogen menghasilkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 paling landai pada persentase F1 4%, F2 5% dan F3 6% untuk ketiga bahan bakar. Perhitungan konfigurasi teras homogen dan heterogen Th(U-233)N menghasilkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 dan excess reactivity lebih kecil dibandingkan lainnya. Namun nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 dan excess reactivity yang dihasilkan ketiga bahan bakar masih cukup tinggi sehingga diperlukan penambahan Pa-231. Penambahan Pa-231 mulai dari 1% sampai 3% dengan kenaikan 0,2%. Penambahan Pa-231 sebesar 2,8% pada ketiga bahan bakar menghasilkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 paling landai dan excess reactivity paling kecil. Th(U-233)N menghasilkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 dan excess reactivity paling kecil dibandingkan dengan Th(U-233)C dan Th(U-233)O2. Selanjutnya, dilakukan optimasi pada Th(U-233)N dengan persentase bahan bakar F1 4%, F2 5% dan F3 6% dan penambahan Pa 2,8%. Optimasi pada Th(U-233)N dilakukan dengan perhitungan variasi fraksi volume bahan bakar mulai dari 61% sampai 65% dengan kenaikan 1%. Fraksi volume bahan bakar 61% menghasilkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 maksimum 1,0163064 dan excess reactivity maksimum 1,60%. Perbandingan bahan bakar pada desain optimal reaktor PWR dihasilkan pada Th(U-233)N selama waktu operasi 10 tahun pada persentase F1 4%, F2 5% dan F3 6% dengan penambahan Pa 2,8% menggunakan fraksi volume bahan bakar 61%. Densitas daya maksimum yang dihasilkan adalah 106,61 Watt/cc dengan persebaran daya merata secara arah radial maupun arah aksial. Distribusi daya yang dihasilkan pada kondisi EOL (End of Life) menurun dibandingkan pada kondisi BOL (Beginning of Life) disebabkan nilai 𝑘𝑒𝑓𝑓 yang semakin lama semakin rendah.