BAB I PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada masa mendatang penggunaan bahan bakar berbasis minyak bumi
harus dikurangi karena semakin menipisnya cadangan minyak bumi dan dampak
lingkungan yang ditimbulkannya. Dampak lingkungan terpenting dewasa ini
adalah emisi CO2 yang dapat menimbulkan pemanasan global. Sementara itu
kebutuhan energi semakin tinggi dengan peningkatan jumlah penduduk dunia dan
peningkatan kebutuhan energi per kapita. Oleh karena itu, diperlukan sumber
energi alternatif. [1]
Sehubungan dibutuhkan sumber energi alternatif, diantara sumber energi
alternatif adalah PLTN (reaktor nuklir), sedangkan bahan bakar alternatif yang
sangat potensial adalah bahan bakar hidrogen. Keunggulan dari pembangkit listrik
tenaga nuklir adalah daya yang dihasilkan lebih stabil dan efisiensi yang tinggi
serta memiliki penanganan dan pengolahan limbah yang terjamin. Saat ini
penggunaan reaktor nuklir jauh lebih baik dalam hal operasi maupun penanganan
limbah radioaktif, bahkan saat ini telah dilakukan pengembangan untuk dapat
memanfaatkan kembali limbah radioaktif untuk energi listrik.
Sementara, kelebihan bahan bakar hidrogen adalah ramah lingkungan bila
dibanding bahan bakar minyak karena hasil pembakaran dari bahan bakar
hidrogen adalah uap air yang tidak menimbulkan polusi. Hidrogen dapat
diproduksi dari air (terutama air laut) yang ketersediaanya sangat melimpah.
Permasalahannya adalah bahwa proses produksi hidrogen dari air merupakan
proses padat energi dan menjadi lebih efisien jika dilakukan pada suhu tinggi.
Hidrogen dapat diproduksi dari air, terutama dari air laut yang
ketersediannya sangat melimpah. Dengan demikian tidak terdapat masalah dalam
hal penyediaan bahan baku untuk produksi hidrogen. Masalah timbul berkaitan
dengan fakta bahwa proses produksi hidrogen dari air merupakan proses yang
-1-
BAB I PENDAHULUAN - 2 -
sangat banyak memerlukan energi per satuan massa hidrogen yang dihasilkan.
Selain itu, proses ini akan lebih efisien jika dilakukan pada suhu tinggi. Oleh
karena itu, diperlukan suatu sistem pembangkit daya (listrik atau termal) yang
dapat mencapai suhu tinggi dan tingkat daya tinggi. Sistem pembangkit berbahan
bakar batubara, minyak atau gas (dengan siklus kombinasi) dapat mencapai hal
ini.
Akan tetapi produksi hidrogen dengan cara ini tidak menyelesaikan
permasalahan yang dijadikan alasan untuk menggunakan bahan bakar hidrogen
yaitu mengurangi emisi CO2 serta metode produksi konvensional membutuhkan
biaya yang cukup besar sehingga jika digunakan untuk konsumsi massal sebagai
pengganti bahan bakar minyak (BBM) belum mencapai tahap yang ekonomis. [1]
Hal inilah yang mengurangi produksi dan pemanfaatan hidrogen
selanjutnya, tetapi dengan meningkatnya perhatian yang serius terhadap polusi
global dan mendesaknya kebutuhan sumber energi baru maka salah satu
alternatifnya
adalah
dengan
pengembangan
metode
produksi
hidrogen
konvensional ke arah yang lebih baik.
Dengan demikian, perlu sumber energi alternatif untuk memproduksi
bahan bakar alternatif yaitu hidrogen. Energi nuklir menawarkan keuntungan
dalam produksi hidrogen, ramah lingkungan karena tidak menghasilkan
karbondioksida, sulfur atau nitrogen oksida yang mencemari lingkungan,
disamping itu juga mempunyai hasil yang intensif, berkelanjutan dan ekonomis.
Energi nuklir digunakan sebagai energi input dalam produksi hidrogen. Salah satu
jenis reaktor yang dikembangkan untuk keperluan ini adalah HTGR (High
Temperatur Gas-cooled Reactor) karena reaktor ini dapat menghasilkan suhu
tinggi yang sesuai dengan kebutuhan pada produksi hidrogen.
1.2 Rumusan Masalah
Salah satu aktifitas untuk pengembangan HTGR pada abad 21 ini adalah
HTTR (High Temperature Engineering Test Reactor), reaktor yang dibangun di
BAB I PENDAHULUAN - 3 -
Jepang, sebagai fasilitas uji untuk bahan bakar, iradiasi material, dan untuk
mendemontrasikan aplikasi proses pemanasan, seperti produksi hidrogen. Selain
itu, HTTR juga digunakan untuk uji inherent safety dari desain HTGR, kualitas
struktur material dan komponen serta perilaku bahan bakar dan produk fisi.
Sasaran dari perancangan desain HTTR adalah peningkatan teknologi untuk
pengembangan HTGR.
Dalam perancangan reaktor diperlukan analisis yang komprehensip, salah
satunya yaitu analisis neutronik yang meliputi penentuan kekritisan, reaktifitas,
power density dan analisis bahan bakar pada teras. Kekritisan pertama dan harga
ekses reaktifitas HTTR dianalisis saat pengisian bahan bakar pada tipe teras
anular, karena data eksperimen dari tipe teras ini sangat diharapkan untuk validasi
kode komputer dan model teras untuk skala yang lebih besar.
Saat reaktor beroperasi terjadilah proses pembakaran bahan bakar,
sehingga komposisi bahan bakar mengalami perubahan (depletion) dan
mengakibatkan berkurang pula isotop fisil. Untuk menganalisis desain teras
digunakan program komputer yaitu berupa kode (codes) yang digunakan untuk
mensimulasikan perilaku nuklir dalam teras reaktor.
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik desain
reaktor temperatur tinggi berpendingin gas helium akan diganti dengan pendingin
timbal-bismut (Pb-Bi) khususnya High Temperature engineering Test Reactor
(HTTR) dan melakukan perhitungan untuk menentukan jumlah kolom bahan
bakar yang menyebabkan kekritisan pertama (HTTR-First Criticality) dan juga
untuk menentukan harga ekses reaktifitasnya (HTTR-Excess Reactivity).
Perhitungan juga dilakukan untuk menganalisa burn-up dan distribusi daya teras
reaktor pada awal reaktor diaktifkan (Beginning of Life).
BAB I PENDAHULUAN - 4 -
1.4 Batasan Masalah
Pembahasan dilakukan pada reaktor temperatur tinggi berpendingin gas
yaitu High Temperature engineering Test Reactor (HTTR). Reaktor yang
bermoderator grafit dan berpendingin gas helium akan diganti dengan pendingin
timbal-bismut (Pb-Bi) dengan elemen-elemen bakar prismatik berupa blok-blok
berbentuk heksagonal. Bahan bakar yang digunakan adalah UO2 dan ThUO2.
Analisis neutronik dilakukan dengan menentukan kekritisan pertama dan harga
reaktifitasnya serta distribusi daya pada teras reaktor saat awal reaktor diaktifkan.
Perhitungan dilakukan dengan menggunakan program SRAC-EWS
(Standart termal Reactor Analysis Code system - Engineering Work Station),
program yang dikembangkan oleh JAERI (Japan Atomic Energy Reasearch
Institute). Program ini dapat membantu dalam mendesain dan menganalisa
reaktor, khususnya reaktor termal. SRAC-EWS memanfaatkan data nuklida yang
berasal dari JENDL3.2 untuk menghasilkan data penampang mikroskopik dan
makroskopik yang efektif dari masing-masing komposisi material teras reaktor.
Perhitungan cell menggunakan geometri berbentuk hexagonal untuk
elemen bahan bakar dan silinder geometri untuk perisai lentari, perisai dapat ganti
dan selongsong batang kendali. Keseluruhan perhitungan teras menggunakan
CITATION modul dari kode komputer SRAC-EWS dengan geometri θ - R - Z.
1.5 Sistematika Penulisan
Penulisan laporan tugas akhir ini dibagi menjadi lima bab. Pada bab
pertama berisi latar belakang dan rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan
masalah serta sistematika penulisan. Bab kedua teori dasar berisi informasi
mengenai penelitian dan pengembangan High Temperature Engineering Test
Reactor saat ini, kemudian dibahas tentang reaksi fisi yang terjadi di dalam teras
reaktor diikuti pembahasan persamaan Transport Boltzman dan persamaan Difusi
beserta solusi persamaan Difusi Multigrup, serta parameter nutronik dalam
perhitungan.
BAB I PENDAHULUAN - 5 -
Adapun pada bab ketiga dibahas karakteristik desain HTTR dan pendingin
Pb-Bi, meliputi konfigurasi teras, karakteristik material teras reaktor, dan
pendingin Pb-Bi. Pada bab keempat data dan analisa hasil perhitungan desain
HTTR berisi komposisi material dan alur perhitungan SRAC-EWS, beserta data
dan analisa hasil perhitungan meliputi kekritisan pertama reaktor, faktor
multiplikasi efektif, reaktivitas dan power density. Dan bab kelima kesimpulan
dan saran berisi kesimpulan-kesimpulan terhadap desain yang dibuat, kemudian
saran-saran yang diberikan untuk pengembangan selanjutnya.