Thesis Pendadaran tanpa daftar isi

BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Reaktor Kartini merupakan reaktor nuklir tipe TRIGA Mark II (Training
Research and Isotop Production by General Atomic) yang mempunyai daya
maksimum 250 kW dan beroperasi dengan daya 100 kW. Reaktor ini
menggunakan bahan bakar UZrH (Uranium Zirkonium Hidrida) dengan uranium
diperkaya 20%. Secara keseluruhan uranium per elemen terdapat 8,5 w/o dari berat
total Uranium Zirkonium Hidrida, dengan massa U235 berkisar antara 37-39 gram.
Bahan bakar ini berbentuk silinder dengan kelongsong SS304 atau alumunium
dengan ukuran panjang keseluruhan 75 cm, diameter luar 3,7 cm.
Gambar 1. 1. Reaktor Kartini tampak samping
Bahan bakar tersusun dalam teras atau core yang ditempatkan di dalam tangki
alumunium berisi air sebagai pendingin dengan diameter 197 cm dan tinggi 612
cm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1. Konfigurasi bahan bakar dalam
teras reaktor dapat dilihat pada Gambar 1.2.
Gambar 1.2. Teras reaktor dengan bahan bakar silinder
Reaktor dilengkapi
dengan
dua tingkat
sistem
pendinginan
untuk
memindahkan kalor yang timbul akibat reaksi fisi pada bahan bakar nuklir, sistem
pendingin tersebut yaitu sistem pendinginan primer dan sekunder. Sistem
pendingin primer adalah sirkulasi air dari tangki reaktor menuju alat penukar
panas dan kembali ke tangki reaktor sedangkan sistem pendingin sekunder adalah
sirkulasi air dari menara pendingin dipompakan ke alat penukar panas kemudian
kembali ke menara pendingin. Skema pendinginan tersebut dapat dilihat pada
Gambar 1.3.
Reaktor Kartini saat ini memiliki bahan bakar tipe TRIGA terpasang di teras
untuk operasi reaktor sebanyak 69 buah. Fresh fuel tersimpan dalam gudang
bahan bakar baru sebanyak 2 buah dan irradiated fuel berada di Bulk Shielding
2
sebanyak 6 buah. Dengan kondisi ini Reaktor Kartini hanya memiliki 2 bahan
bakar baru sebagai tambahan apabila reaktor sudah tidak dapat mencapai kritis.
Berdasarkan perhitungan nilai faktor perlipatan neutron menggunakan program
TRIGAP diperoleh hasil bahwa ketersediaan bahan bakar di Reaktor Kartini untuk
mencapai kondisi kritis hanya sampai tahun 2022 dengan asumsi jam operasi 720
jam/ tahun dan daya 100 kW. Sementara apabila menggunakan asumsi jam
operasi 360 jam/ tahun dan daya 100 kW dapat mencapai hingga tahun 2031.
Sementara General Atomic sebagai produsen bahan bakar reaktor TRIGA (UzrH)
mempertimbangkan akan menghentikan produksi bahan bakar tersebut.
Gambar 1. 3. Skema sistem pendingin Reaktor Kartini
Terkait kondisi tersebut maka diperlukan langkah guna mengantisipasi
ketersediaan bahan bakar untuk operasi Reaktor Kartini di masa depan yaitu
dengan opsi memodifikasi teras Reaktor Kartini yang saat ini menggunakan bahan
bakar Triga tipe silinder menjadi teras reaktor dengan bahan bakar plat U3Si2-Al.
Penggunaan bahan bakar U3Si2-Al atau UMo-Al dengan pengayaan rendah yang
3
berbentuk plat pada banyak reaktor di Eropa, Amerika maupun Asia telah sukses
digunakan baik dari konversi bahan bakar U3Si2-Al atau UMo-Al pengayaan
tinggi ke rendah ataupun berasal dari reaktor baru. Ditinjau dari aspek neutronik,
bahan bakar berbentuk plat memiliki kerapatan fluks neutron yang lebih besar
dengan jumlah massa uranium yang sama jika dibandingkan bahan bakar bentuk
silinder. Di sisi lain Indonesia telah dapat memproduksi bahan bakar plat sendiri
(U3O8) yang digunakan untuk Reaktor GA. Siwabessy Serpong dan telah sukses
dipakai untuk operasi.
Dalam memodifikasi teras reaktor menggunakan bahan bakar plat terdapat
adanya perubahan yang berdampak besar sehingga diperlukan analisis/ kajian
terkait keselamatan reaktor. Salah satu hal terkait keselamatan reaktor adalah
pendinginan bahan bakar dari kalor yang timbul dari reaksi fisi di teras reaktor.
235
92U
+ 0n1
X + Y + 2-3 n + e (200 MeV)
Analisis diawali dari aspek neutronik dengan membuat simulasi menggunakan
program MCNP (Monte Carlo N-Particle Transport Code) untuk mendapatkan
distribusi neutron, panas dan perhitungan kekritisan di teras reaktor. Desain
geometri dan jumlah bahan bakar plat yang digunakan sebagai dasar perhitungan
menggunakan MCNP yang disesuaikan dengan ukuran teras Reaktor Kartini.
Hasil dari distribusi fluks kalor akan diambil sebagai input data untuk analisis
thermohidrolik menggunakan CFD.
Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah suatu cara pemecahan
perhitungan numerik pada aliran fluida yang berasal dari model matematika yang
sulit atau tidak bisa diselesaikan dengan cara perhitungan analitik. Dengan CFD
diharapkan akan mendapatkan informasi data pendinginan reaktor dengan bahan
bakar plat.
4
1.2. Rumusan Masalah
Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis thermohidrolik Reaktor Kartini
dengan bahan bakar plat. Analisis dilakukan menggunakan simulasi CFD Ansys
Fluent untuk mendapatkan informasi medan aliran dan distribusi temperatur
bagian bahan bakar plat pada bagian celah sempit.
Gambar 1.4. Celah sempit pada bahan bakar plat
1.3. Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini terdapat pembatasan masalah meliputi:
1. Desain bentuk, ukuran geometri dan konfigurasi bahan bakar plat yang
akan dianalisis mengikuti desain dari aspek neutronik.
2. Model yang disimulasikan tidak memperhitungkan pengaruh perangkat
bahan bakar lain di sekitarnya.
5
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian adalah untuk mengetahui
karakteristik pendinginan pada desain bahan bakar baru Reaktor Kartini tipe plat
berdasarkan perhitungan secara numerik.
1.5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai analisis awal pada aspek
thermohidrolik dari desain bahan bakar plat di Reaktor Kartini untuk memberikan
gambaran informasi distribusi temperatur di sekitar bahan bakar plat sehingga
dapat mendukung analisis thermohidrolik.
6