Diterima editor 29 Februari 2012 Disetujui untuk publikasi 03 April 2012

Transkripsi

1 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) NLISIS PENGENDLIN DY REKOR PMSR DENGN PENGURN LJU LIR PENDINGIN Iqbal Syafin Noha ndan Widiharto Sihana Jurusan eknik isika akultas eknik Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika no. Yoyakarta andanftn@yahoo.om Diterima editor 9 ebruari 0 Disetujui untuk publikasi 0 pril 0 BSRK NLISIS PENGENDLIN DY REKOR PMSR DENGN LJU LIR PENDINGIN. Passive ompat Molten Salt Reator (PMSR) merupakan penembanan dari Molten Salt Reator (MSR) yan memiliki karakter berbeda denan lima reaktor enerasi IV lainnya yaitu menunakan bahan bakar leburan aram. Pada reaktor MSR aram lebur tidak diunakan sebaai pendinin tetapi diunakan sebaai medium pembawa bahan bakar. Denan fase bahan bakar yan berupa aram lebur Li-Be -h 4 -U 4 maka dapat dilakukan penendalian daya denan menatur laju aliran bahan bakar dan pendinin. ujuan penelitian ini adalah untuk menetahui penaruh perubahan laju alir pendinin terhadap daya reaktor PMSR. nalisis dilakukan denan empat jenis masukan untuk perubahan laju alir pendinin yaitu masukan step ramp eksponensial dan sinusoidal. Untuk masukan step laju alir pendinin dibuat berubah seara mendadak. Selanjutnya untuk masukan ramp dan eksponensal perubahan laju alir masin-masin dibuat perlahan seara linear dan menikuti funsi eksponensial. Kemudian untuk masukan sinusoidal laju alir berubah naik turun seara periodik denan memvariasikan frekuensi dari perubahan laju alir tersebut. asil penelitian menunjukkan bahwa penurunan laju alir pendinin sebesar 50% dari laju pendinin sebelumnya menyebabkan daya pada reaktor PMSR turun sebesar 6% dari daya sebelumnya. Jika terjadi fluktuasi laju aliran pendinin maka semakin epat perubahan tersebut maka respon daya yan diberikan semakin keil. Pada frekuensi yan sanat epat daya reaktor menjadi konstan dan enderun tidak memiliki respon terhadap laju aliran. al ini merupakan salah satu aspek keselamatan reaktor karena reaktor tidak merespon perubahan yan terlalu epat. Kemampuan reaktor menatur daya menyesuaikan laju aliran pendinin merupakan aspek keselamatan lainnya. Kata kuni : PMSR penendalian daya laju alir pendinin uji respon BSR NLYSIS O POWER ONROL O PMSR USING OOLN LOW. Passive ompat Molten Salt Reator (PMSR) is the development of Molten Salt Reator (MSR) whih has different harater from other five eneration IV reators it uses molten salt as fuel. In MSR the molten salt is not used as oolant but it is used as fuel medium arrier. Due to fuel phase in the form of molten salt of Li-Be-h4-U4 then the power ontrol an be done by ontrollin fuel and oolant flow rate. he oal of this study is to know the effet oolant flow rate hane toward PMSR power. he analysis examined four kinds of oolant flow rate hane input those are step ramp exponential and sinusoidal input. or the step input the oolant flow rate was haned suddenly. or the ramp input the flow rate was haned linearly. In the exponential input the flow rate is inreased and deayed followin exponential funtion. In the sinusoidal input the flow rate experiened flutuate hane periodially by frequeny variation of the flow rate. he result of the study showed that 50% of oolant flow rate dereasin auses 6% of PMSR power dereasin from the previous power. If a flutuate hane our in the oolant flow rate the hiher flutuate hane (frequeny) of the oolant flow rate the less power response iven. t a very fast frequeny the reator power beomes onstant and tends not to respond the flow rate. he the one of the reator safety aspet due to the reator will not response very fast hanes. he ability of the reator to ajust its power follow the oolant flow rate is the other safety aspet Keywords : PMSR power ontrol oolant flow rate test response 9

2 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 PENDULUN Pada tahun 00 Generation International orum (GI) telah menetapkan enam reaktor nuklir enerasi ke-4 yan diharapkan mampu menjawab permasalahan-permasalahan pada reaktor nuklir enerasi sekaran []. Dari enam reaktor yan telah ditetapkan Molten Salt Reator (MSR) terlihat berbeda denan 5 (lima) reaktor enerasi ke-4 lainnya karena menunakan bahan bakar berupa leburan aram yan mana tidak diunakan sebaai pendinin tetapi diunakan sebaai medium pembawa bahan bakar. Denan fase bahan bakar yan berupa aram lebur maka pada reaktor MSR dapat dilakukan penendalian daya denan menatur laju alir bahan bakar dan pendinin. Untuk menaikkan daya terlebih dahulu laju aliran pendinin ditinkatkan. kibat pertama adalah temperatur reaktor akan turun. Karena reaktor MSR memiliki koefisiem umpan balik temperatur yan neatif maka penurunan temperatur akan memberikan efek reaktivitas positif yan akan meninkatkan daya reaktor. Peninkatan daya akan menaikkan temperatur dan menurani efek reaktivitas positif. Demikian seterusnya sehina diapai kesetimbanan baru pada tinkat daya yan lebih tini. al sebaliknya dilakukan untuk menurunkan daya reaktor. Selain itu dimunkinkan jua dilakukan ekstraksi produk fisi untuk memperbaiki reaktivitas reaktor sekalius peambahan material fisil seara on line jika dibutuhkan. Pada penelitian ini dilakukan analisis transisen reaktor PMSR (Passive ompat Molten Salt Reator) yan merupakan penembanan dari reaktor MSR. Skenario kondisi transien yan dipilih dalam penelitian adalah pada kondisi perubahan daya akibat perubahan laju alir bahan bakar serta perubahan daya akibat laju alir pendinin. Pada penelitian ini dimodelkan hubunan perubahan laju alir pendinin terhadap daya berdasarkan 4 (empat) jenis masukan yaitu step ramp eksponensial dan sinusoidal. Untuk data-data awal kondisi reaktor dimodelkan seara matematis denan menunakan tia kelompok eneri netron yan dikopel denan persamaan termohidrolik. ujuan penelitian ini adalah untuk menetahui penaruh perubahan laju alir pendinin terhadap daya reaktor PMSR. REKOR PMSR Passive ompat Molten Salt Reator (PMSR) merupakan penembanan dari reaktor MSR. Salah satu penembanan yan dilakukan pada reaktor PMSR adalah penunaan alat penukar kalor antara yan terinterasi denan teras (ompat heat exhaner) yan terbuat dari bahan rafit. ujuan penunaan ompat heat exhaner untuk mereduksi inventori bahan bakar sekalius menoptimalkan pembiakan []. 9

3 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) KEERNGN ZON : = Zona teras B = Zona blanket = Zona alat penukar kalor antara = Zona kendali (shutdown) = Zona reflektor PENMPNG LONGIUDINL PENMPNG MELINNG DN PENMPNG MELINNG B Gambar. Diaram skematik zonasi pada desain reaktor PMSR [] Desain reaktor PMSR memiliki beberapa keunulan sehina sanat sesuai untuk dikembankan menjadi reaktor nuklir komersial pada masa depan []. Keunulan-keunulan tersebut di antaranya: ) Penunaan aram lebur memunkinkan reaktor dioperasikan pada suhu tini denan tekanan rendah. ) Penoperasian pada tekanan rendah meneliminasikan kemunkinan keelakaan pelepasan material radioaktif dari teras. ) Perubahan bahan bakar leburan aram menjadi padat pada suhu rendah dapat berfunsi sebaai penunkun material radioaktif pada saat tidak diunakan di reaktor. 4) Penunaan bahan bakar leburan aram memunkinkan dilakukan proses ulan (reproessin) bahan bakar saat reaktor beroperasi (online reproessin) sehina mereduksi keperluan untuk memindahkan bahan bakar dari reaktor. 5) Penunaan bahan bakar leburan aram memunkinkan penaturan komposisi bahan bakar fisil dan fertil seara optimum untuk pembiakan. Saluran yan terdapat di elemen bahan bakar teras dan blanket diisi oleh aram bahan bakar sedankan saluran di elemen kendali dibiarkan koson untuk melewatkan batan kendali pada saat padam (shutdown). Bahan bakar leburan aram masuk melalui baian bawah teras melewati zona blanket bawah kemudian melewati zona teras aktif dan menalami reaksi fisi sehina bahan bakar menerima kalor. Selanjutnya bahan bakar melewati zona blanket atas kemudian keluar melalui pipa yan disalurkan ke alat penukar kalor. Dari arah yan berlawanan denan bahah bakar pendinin menalir pada saluran pendinin dari arah bawah yan kemudian menambil sebaian kalor dari bahan bakar sehina suhu pendinin naik. Kemudian pendinin menuju alat penukar kalor untuk melepaskan kalor pada as helium[]. 9

4 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 94 MODEL PERIUNGN analisis kondisi transien reaktor MSR terhadap distribusi suhu fluks dan prekusor neutron kasip telah dilakukan oleh Zhan dkk. [4]. Kondisi transien meliputi injeksi batan kendali penurunan laju alir bahan bakar dan peurunan suhu masuk bahan bakar. Beberapa kesimpulan yan diperoleh dari penelitian tersebut adalah:. Injeksi batan kendali menyebabkan penurunan yan ukup besar terhadap daya dan fluks neutron namun keil terhadap konsentrasi prekusor neutron.. Sirkulasi bahan bakar menimbulkan penaruh yan ukup besar terhadap distribusi prekusor neutron kasip khususnya yan memiliki konstanta peluruhan keil namun memiliki penaruh terhadap distribusi fluks neutron. Penurunan laju alir bahan bakar seara eksponensial menyebabkan penurunan daya yan eksponensial dan memberikan penaruh besar terhadap konsentrasi dan distribusi prekusor. Neutron khususnya yan memiliki konstanta peluruhan besar.. Penurunan suhu masuk bahan bakar memberikan reaktivitas umpan balik neatif kepada reaktor. Seara umum penelitian tersebut menunjukkan bahwa reaktor MSR memiliki karakteristik yan ukup baik pada kondisi transien seperti umpan balik suhu neatif yan bernilai besar dan memunkinkan daya dikendalikan denan menatur laju alir bahan bakar atau pendinin bukan denan batan kendali []. Berdasarkan riset tersebut investiasi transien untuk berbaai moda laju alir pendinin perlu dilakukan untuk menetahu karakteristik transien reaktor PMSR. Model Neutronik pada Kondisi ransien eori difusi neutron menasumsikan perilaku neutron seperti as yaitu berdifusi dari daerah yan memiliki densitas tini menuju ke daerah yan memiliki densitas rendah. Pemodelan kondisi transien reaktor PMSR pada penelitian ini menunakan pendekatan kinetika reaktor titik denan semua parameter seperti fluks neutron densitas prekusor neutron kasip dan paramater yan lain dianap tidak ayut terhadap ruan. Sehina persamaan difusi pada reaktor PMSR dapat dtuliskan pada persamaan () [4]. Denan menabaikan difusi pada prekusor neutron kasip persamaan neutron kasip dapat dituliskan menjadi persamaan () [5]. I i D i D i D G J j j f j j P G a N D t v () G f i D i D i eff D i dt d () L B L B a f f a I i D i D i f () L B a (4) L B L B dt d l a a P (5)

5 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) Reaktor PMSR beroperasi pada spektrum neutron termal dimana neutron dilahirkan pada spektrum eneri epat selanjutnya dimoderasi dalam waktu yan sanat sinkat menjadi netron termal yan selanjutnya diserap bahan bakar. al ini menyebabkan fluks netron pada spektrum netron epat mendekati kondisi tunak (steady state). Pendekatan seperti ini dikenal denan flux linkae [5] sehina netron pada kelompok dan tidak lai ayut terhadap waktu. Sehina besarnya fluks netron untuk masin-masin kelompok ditunjukkankan oleh persamaan () (4) dan (5). Model Perpindahan Kalor Perpindahan kalor ke pendinin dapat melalui konduksi konveksi dan radiasi. Namun pada penelitian ini perpindahan kalor melalui konduksi dan radiasi diabaikan karena memiliki penaruh sanat keil. Reaksi pembelahan yan dialami nuklida bahan bakar akan menhasilkan eneri berupa kalor yan selanjutnya dipindahkan ke pendinin pada ompat heat exhaner. Pemodelan perpindahan kalor dilakukan pada dua daerah yaitu daerah teras dan blanket serta daerah alat penukar kalor [6]. Persamaan eneri di bahan bakar pada zona teras dan blanket dapat dituliskan seperti pada persamaan (6). Sedankan persamaan eneri di moderator pada zona teras dan blanket dapat diekpresikan denan persamaan (7). Selanjutnya persamaan (6) dan (7) diinterasikan ke arah aksial sepanjan saluran L kemudian dijumlahkan. Karena reaksi pembelahan jua terjadi pada alat penukar kalor maka selain terjadi perpindahan kalor dari bahan bakar ke pendinin pada alat penukar kalor jua terjadi pembankitan kalor. Pada alat penukar kalor bahan bakar menalir pada arah aksial dari atas ke bawah sedan pendinin menalir pada arah aksial dari bawah ke atas. Persamaan eneri di bahan bakar pada zona alat penukar kalor dapat dituliskan pada persamaan (8). Persamaan eneri di pendinin pada zona alat penukar kalor dapat dituliskan pada persamaan (9). p t k z z 0 m N z p U N M S q ( z) M (6) U M pm M M q ( z) M M t N p t p t 0 m N 0 m N z S p z U N p G S U G N q S G q ( z) G (7) (8) (9) Jika diasumsikan temperatur rerata bahan bakar pada teras dan blanket sama denan temperatur rerata bahan bakar pada alat penukar kalor maka diperoleh persamaan diferensial untuk menentukan suhu bahan bakar dan pendinin pada persamaan (0) dan (). L N U d dt S Q 0 m N N U S L O N p in in p G N L p QN G denan: d p 0 p dt m p in in p (0) () 95

6 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 N N N N Q O N N p pm M M pm M pm p q q N q q M G p L () () Pendekatan dapat dilakukan denan menunakan nilai konstan dari kedua parameter ( dan Q O-N ) dalam persamaan () dan (). Koefisien Perpindahan Kalor Perhitunan koefisien perpindahan kalor di reaktor PMSR menunakan korelasi khusus untuk leburan aram yan diperoleh dari penelitian yan dialakukan oleh Raula Sarlatt dan Per. Peterson yan didasarkan pada data eksperimen yan dihasilkan ORNL [7]. = 0.05(. + 8). (4) Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi kemudian ditentukan dari bilanan Nusselt tersebut dan nilai konduktivitas termalnya. Persamaan Reaktivitas Selama kondisi transien parameter pada reaktor akan banyak menalami perubahan salah satunya adalah perubahan temperatur material reaktor. Perubahan temperatur di reaktor PMSR memberikan penaruh yan besar terhadap perubahan tampan lintan maksroskopis material sebaai akibat adanya efek Doppler. Perubahan tampan lintan makroskopis dapat memberikan efek reaktivitas positif atau neatif pada reaktor. Persamaan dinamik dari perubahan reaktivitas dapat dijelaskan denan persamaan (5). Karena bahan bakar pada zona teras dan bahan bakar pada zona alat penukar kalor diasumsikan pada nilai suhu rerata yan sama demikian jua moderator rafit pada zona teras dan blanket serta struktur rafit diasumsikan pada nilai suhu rerata yan sama. d dt d N N N N N N N dt M M d M dt d dt (5) MEODOLOGI Penaruh perubahan laju alir masa pendinin terhadap temperatur dan daya reaktor dilakukan untuk empat jenis masukan (input) perubahan laju alir yaitu step ramp eksponensial dan sinusoidal. Dari masukan tersebut akan didapat hubunan antara perubahan laju alir masa pendinin dan daya reaktor yan lebih akurat. Perhitunan dilakukan denan :. Perhitunan fluks neutron. Perhitunan fluks neutron dibai ke dalam tia kelompok eneri. erdapat dua persamaan aljabar dan satu persamaan differensial. Persamaan aljabar (persamaan (5) dan (4)) diunakan untuk menhitun fluks neuton kelompok ke- dan kelompok ke- 96

7 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) sedankan persamaan () yaitu persamaan differensial diunakan untuk menhitun fluks neutron kelompok ke-.. Perhitunan prekursor neutron kasip. Persamaan netron kasip untuk enam kelompok netron kasip terdiri dari enam persamaan diferensial. Nilai awal dihitun denan menhilankan Di 0 suku transien pada Persamaan (5). Selanjutnya penyelesaian dilakukan denan menunakan metode daptive Rune-Kutta [8].. Perhitunan temperatur rerata bahan bakar dan pendinin.suhu rata-rata bahan bakar dan pendinin dihitun menunakan persamaan () dan (5) denan syarat awal yaitu suhu pada masukan SR. Persamaan-persamaan differensial tersebut diselesaikan menunakan metode daptive Rune-Kutta. Pada perhitunan suhu pendinin suku Q N pada persamaan (5) diabaikan denan asumsi fraksi eneri termal yan dihasilkan pada pendinin sanat keil. 4. Perhitunan daya reaktor. Perhitunan daya reaktor PMSR (Q O - N ) dilakukan denan menambil data besarnya densitas daya untuk masin-masin zona dibai besarnya fluks pada zona tersebut dari keluaran SR tidak denan menunakan persamaan (4). Selanjutnya daya pada kondisi transien dihitun denan menalikan data tersebut denan besarnya fluks pada kondisi transien. al ini dilakukan karena dipandan lebih akurat untuk mendapatkan besarnya daya reaktor PMSR. 5. Perhitunan reaktivitas temperatur. Syarat awal untuk perhitunan reaktivitas adalah sama denan nol karena pada kondisi steady hampir tidak ada reaktivitas yan diberikan pada reaktor. Pada perhitunan reaktivitas suhu diunakan persamaan (5). 6. Penujian denan variasi laju alir pendinin. Masukan pada laju alir pendinin dibuat dalam tia jenis masukan. Masukan yan diberikan berupa masukan step ramp eksponensial dan sinusoidal. Pada masukan step laju alir pendinin diturunkan seara mendadak sebesar 50% dari nilai semula kemudian dibuat tetap pada rentan waktu tertentu dan laju alir pendinin dikembalikan lai pada laju awalnya. al yan sama jua dilakukan pada masukanan ramp dan eksponensial. Pada masukan sinusoidal laju alir pendinin dibuat naik turun seara periodik denan memvariasikan frekuensi perubahan laju alir pada rentan waktu tertentu. Dalam penelitian ini karena masukkan yan divariasikan adalah perubahan laju alir pendinin maka laju alir bahan bakar dibuat tetap. Daya reaktor PMSR ditetapkan 000 MWth denan laju alir bahan bakar 7000 k/s dan laju alir pendinin sebesar 7700 k/s. SIL DN PEMBSN Respon Uji Undak Pada masukan (input) undak (step) laju alir pendinin mula-mula dibuat tetap pada laju alir normal kemudian pada detik ke-00 laju alir diturunkan sebesar 50% dari laju alir sebelumnya yaitu 850 k/s. Nilai laju alir tersebut konstan sampai detik ke-800. Setelah detik ke-800 laju alir dikembalikan lai pada laju alir normal. Gambar menunjukkan hasil perhitunan temperatur rerata untuk bahan bakar pendinin dan daya reaktor PMSR akibat pemberian masukan step berupa perubahan laju alir pendinin. 97

8 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 (a) Masukan undak laju alir pendinin (b) emperatur rerata bahan bakar () emperatur rerata pendinin 98

9 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) (d) Daya reaktor Gambar. Pola respon undak laju alir pendinin terhadap suhu dan daya Pemberian masukan step pada laju alir pendinin menyebabkan respon temperatur bahan bakar dan pendinin naik menikuti respon paksaannya (fore response). Dapat dilihat denan adanya masukan berupa perubahan mendadak pada laju alir respon alami (natural response) dari temperatur bahan bakar dan pendinin perlahan menuju suatu nilai konstan. Pada sekitar detik ke-580 temperatur bahan bakar mulai menunjukan nilai yan konstan yan berada di sekitar 50 K. Sementara temperatur pendinin menunjukan nilai yan konstan yan berada sekitar 47 K pada sekitar detik ke-60. Ketika laju alir pendinin dikembalikan pada laju normal pada detik ke-800 terlihat bahan bakar dan pendinin menalami penurunan temperatur seara perlahan akibat fore response dari perubahan laju alir pendinin. Pada sekitar detik ke-80 temperatur bahan bakar mulai menunjukan nilai yan konstan yan berada di sekitar 44 K. Sementara temperatur pendinin menunjukan nilai yan konstan di sekitar 45 K pada detik ke-40. Ketika temperatur rerata bahan bakar menalami kenaikan daya reaktor memberikan respon penurunan nilai daya. al ini karena adanya umpan balik reaktivitas neatif yan menakibatkan daya reaktor turun. Daya konstan mulai ditunjukkan saat sekitar detik ke-590 pada nilai sekitar 609 MWth. Kemudian ketika temperatur rerata bahan bakar menalami penurunan daya reaktor memberikan respon kenaikan nilai daya. Nilai daya kembali pada nilai awalnya yaitu sekitar 966 MWth pada detik ke-0. Respon Uji Ramp Pada masukan ramp laju alir pendinin mula-mula dibuat tetap pada laju alir normal kemudian pada detik ke-00 laju alir diturunkan seara linier menikuti funsi: () = + ( )( ) (6) denan: () = perubahan laju alir masa funsi waktu = laju alir masa awal = laju alir masa akhir = waktu alir = waktu awal (referensi) = rentan waktu perubahan (waktu akhir waktu awal) 99

10 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 Laju alir tersebut terus diturunkan seara linier hina detik ke-400. Pada saat tersebut laju alir dibuat menjadi 50% dari laju alir sebelumnya. Denan demikian nilai t 0 adalah 00 dan ditetapkan sebesar 00. Kemudian laju alir dibuat konstan sampai detik ke-00 lalu dinaikkan kembali menikuti funsi: () = + ( )( (7) ) Kemudian pada saat detik ke-600 laju kembali dibuat tetap pada laju normal 7700 k/s. Gambar menunjukkan temperatur rerata bahan bakar pendinin dan daya pada reaktor PMSR akibat pemberian masukan ramp berupa perubahan laju alir pendinin. (a) Masukan laju alir pendinin (b) emperatur rerata bahan bakar () emperatur rerata pendinin 00

11 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) (d) Daya reaktor Gambar. Pola respon ramp laju alir pendinin terhadap temperatur dan daya Dapat dilihat denan adanya masukan berupa perubahan pada laju alir seara linier respon alami (natural response) dari temperatur bahan bakar dan pendinin perlahan menuju suatu nilai konstan denan waktu respon lebih lama dari masukan step. Pada sekitar detik ke-040 temperatur bahan bakar mulai menunjukan nilai yan konstan yan berada di sekitar nilai 50 K. Sementara temperatur pendinin menunjukkan nilai yan konstan yan berada sekitar nilai 47 K pada sekitar detik ke-0. Ketika laju alir pendinin dinaikkan kembali sampai detik ke-600 terlihat temperatur bahan bakar dan pendinin menalami penurunan. Pada detik ke-600 sampai 000 laju alir pendinin kembali dibuat konstan pada laju alir awal dan sekitar detik ke-980 dan 990 temperatur rerata bahan bakar dan pendinin mulai kembali ke temperatur awal. Kenaikan temperatur bahan bakar dapat memberikan umpan balik reaktivitas neatif karena PMSR memiliki koefisien reaktivitas temperatur bernilai neatif sehina menakibatkan daya reaktor turun. Daya kembali konstan mulai terjadi pada detik ke-00. Kemudian ketika temperatur rerata bahan bakar menalami penurunan daya reaktor memberikan respon kenaikan nilai daya dan kembali lai pada nilai awal. Respon Uji Eksponensial Pada masukan eksponensial laju alir pendinin mula-mula dibuat tetap pada laju alir normal kemudian pada detik ke-00 laju alir diturunkan seara eksponensial menikuti funsi: () = + ( )exp ( ) Laju alir tersebut terus diturunkan seara eksponensial hina detik ke-00. Pada saat tersebut laju alir sudah memiliki nilai konstan yaitu 50% dari laju alir sebelumnya. Denan demikian nilai t 0 adalah 00. Nilai ditetapkan sebesar 50 karena jika nilai terlalu besar maka kurva eksponensial akan semakin landai dan akan memberikan respon yan sanat lama terhadap perubahan temperatur dan daya beitu pula jika terlalu keil maka kurva akan mendekati funsi step. Kemudian pada detik ke-00 sampai detik ke-00 laju alir pendinin dinaikkan menikuti funsi: () = ( )exp ( (9) ) Kemudian pada saat detik ke-00 laju kembali dibuat tetap pada laju normal 7700 k/s. Gambar 4 menunjukkan temperatur rerata bahan bakar pendinin dan daya pada PMSR akibat pemberian masukan eksponensialberupa perubahan laju alir pendinin. (8) 0

12 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 (4a) Masukan laju alir pendinin (4b) emperatur rerata bahan bakar (4) emperatur rerata pendinin (4d) Daya reaktor Gambar 4. Pola respon eksponesial laju alir pendinin terhadap temperatur dan daya 0

13 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) Pemberian masukan eksponensial menyebabkan respon temperatur bahan bakar dan pendinin naik menikuti respon paksaannya (fore response). Pada sekitar detik ke-0 temperatur bahan bakar mulai menunjukan nilai yan konstan berada di sekitar nilai 50 K. Sementara temperatur pendinin pada detik ke-90 mulai menunjukan nilai yan konstan pada temperatur 47 K setelah detik ke-90. Ketika laju alir pendinin dinaikkan kembali sampai detik ke-00 terlihat temperatur bahan bakar dan pendinin menalami penurunan. Pada detik ke-00 sampai 500 laju alir pendinin kembali dibuat konstan pada laju alir awal yaitu 7700 k/s. Pada detik ke-70 dan 0 temperatur rerata bahan bakar dan pendinin mulai kembali ke ke temperatur awal. Ketika temperatur rerata bahan bakar menalami kenaikan daya reaktor memberikan respon penurunan nilai daya. al ini karena adanya umpan balik reaktivitas neatif yan menakibatkan daya reaktor turun. Daya konstan mulai ditunjukkan sekitar detik ke-50 sekitar 609 MWth. Kemudian ketika temperatur rerata bahan bakar menalami penurunan daya reaktor memberikan respon kenaikan nilai daya. Nilai daya kembali pada nilai awalnya yaitu sekitar MWth pada sekitar detik ke-500. Respon Uji Sinusoidal Pada masukan sinusoidal laju alir pendinin mula-mula dibuat tetap pada laju alir normal kemudian mulai detik ke-50 laju alir diturunkan seara periodik menikuti funsi: () = 0.5 os( ) (0) di mana n adalah frekuensi dari perubahan laju alir pendinin semakin besar nilai n maka perubahan naik turun dari laju alir pendinin semakin epat. unsi tersebut dibuat sedemikian sehina penurunan laju alir pendinin sebesar 50% dari laju alir sebelumnya. Gambar 5 menunjukkan temperatur rerata bahan bakar temperatur rerata pendinin dan daya pada PMSR akibat pemberian masukan sinusoidal perubahan laju alir pendinin. (5a) Masukan laju alir pendinin 0

14 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 (5b) emperatur rerata bahan bakar (5) emperatur rerata pendinin 04 (5d) Daya reaktor Gambar 5. Pola respon sinusoidal dari laju alir pendinin terhadap temperatur dan daya Semula reaktor dibuat pada laju alir normal sampai detik ke-50. Pada detik ke-50 sampai detik ke-50 laju alir dibuat berubah naik turun sesuai funsi pada Persamaan (5) denan menambil nilai n= lalu pada detik ke-50 sampai detik ke-450 nilai n=4. Pada detik ke-450 sampai detik ke-650 nilai n=8 dan pada detik ke-650 sampai detik ke-850 nilai n=6. Kemudian dari detik ke-850 sampai 00 laju alir dikembalikan ke laju normal yaitu 7700 k/s. Pada Gambar 5 dapat dilihat ketika laju alir pendinin diturunkan terjadi kenaikan temperatur rerata bahan bakar dan pendinin. Namun temperatur bahan bakar dan pendinin tidak menapai nilai

15 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) yan ditunjukkan seperti pada masukan step ramp dan eksponensial (50 K dan 47 K). al ini dikarenakan sebelum menapai nilai temperatur tersebut laju alir pendinin sudah dinaikkan kembali sehina kenaikan temperatur melambat dan akhirnya turun. Beitu pula ketika frekuensi perubahan laju alir (nilai n) ditambah nilai temperatur maksimum pada rentan waktu tersebut semakin menurun dan semakin besar nilai frekuensi perubahan laju alir atau makin epat perubahan naik turun laju alir pendinin maka temperatur maksimum semakin menurun dan semakin lama temperatur bahan bakar dan pendinin untuk kembali ke nilai konstan. Respon nilai daya reaktor yan ditunjukkan memiliki fenomena yan hampir sama seperti yan ditunjukkan pada temperatur bahan bakar dan pendinin. Ketika temperatur rerata bahan bakar menalami kenaikan daya reaktor memberikan respon penurunan nilai daya. al ini karena adanya umpan balik reaktivitas neatif yan menakibatkan daya reaktor turun. Semakin besar epat perubahan naik turun laju alir pendinin daya reaktor semakin memberikan respon yan mendekati nilai konstan. al ini menunjukkan ketika terjadi perubahan naik turun yan sanat epat dari laju alir maka daya reaktor hampir tidak memberikan respon dan tetap pada nilai stabil tertentu. al ini merupakan salah satu karakteristik inherent safety yan dimiliki reaktor PMSR. Dari keempat respon yan diberikan dapat dilihat bahwa penurunan laju alir pendinin sebesar 50% dari laju alir pendinin sebelumnya menyebabkan daya pada PMSR turun menjadi sekitar 6% dari daya sebelumnya. Selanjunya ketika laju alir bahan bakar kembali normal maka daya pada PMSR jua kembali pada daya semula. al tersebut menunjukkan bahwa penendalian daya pada PMSR dapat dilakukan denan menendalikan laju alir pendinin. Dapat dilihat jua pada rafik bahwa kenaikan temperatur bahan bakar dapat memberikan umpan balik reaktivitas neatif karena PMSR memiliki koefisien reaktivitas temperatur yan bernilai neatif. Umpan balik reaktivitas neatif tersebut akan menakibatkan daya reaktor turun. Prinsip inilah yan mendasari penendalian daya reaktor PMSR dan menunjukkan bahwa reaktor ini memiliki karakteristik sistem keselamatan melekat (inherent safety). Pada masukan sinusoidal perubahan naik turun yan sanat epat dari laju alir pendinin hampir tidak memberikan respon pada perubahan daya reaktor dan nilai daya reaktor berada pada nilai stabil tertentu. KESIMPULN Reaktor PMSR memiliki karakteristik sistem keselamatan melekat (inherent safety) karena penendalian daya dapat dilakukan denan menendalikan laju alir bahan pendinin. Penurunan laju alir pendinin menyebabkan kenaikan temperatur rerata bahan bakar dan pendinin dan selanjutnya memberikan umpan balik reaktivitas neatif yan menakibatkan daya reaktor turun. emperatur bahan bakar lebih epat menapai nilai konstan karena pada bahan bakar terjadi proses pembankitan kalor sehina ketika laju alir pendinin berkuran ataupun bertambah akan terjadi akumulasi panas ataupun heat removal pada bahan bakar. DR PUSK. Department of Enery (DOE) United States of meria ehnoloy Roadmap for Generation IV Nulear Enery System. U.S. DOE Nulear Enery dvisory ommittee; Deember

16 J. ek. Reaktor. Nukl. Vol. 4 No. Juni 0 al ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0. Widiharto. Desain reaktor maju bersuhu tini tipe PMSR denan sifat keselamatan melekat (Inherent Safe). Prosidin Seminar eknoloi dan Keselamatan PLN dan asilitas Nuklir. Jakarta; 6 November Widiharto. he use of Plutonium from LWR spent fuel as initial fissile fuel for sustainable thorium fuel yle of Passive ompat Molten Salt Reator(PMSR). International onferene on dvanes in Nulear Siene and Enineerin Bandun -4 November Zhan DL Qiu SZ Su G Liu L Lian LB. nalysis on the neutron kinetis for a molten salt reator. Proress in Nulear Enery. 009; 5: Duderstadt JJ amilton LJ. Nulear Reator nalysis. John Wiley & Sons. United States of meria Krepel J Grundman U Rohde U Weiss P. DYND-MSR dynamis ode for molten salt reators. nnals of Nulear Enery. 005; : Sarlat R Peterson P. he pebble bed advaned hih temperature reator (PB-R) a flouride salt ooled hih temperature reator hih temperature reator (R). E onferene. Washinton D. May Kiusalaas J. Numerial method in enineerin with Python. ambride University Press. NewYork; Okumura K Kuo Kaneko K suhihashi K. SR : (Ver.006): he omprehensive neutronis alulation ode system. Department of Nulear Enery Systems. Japan tomi Enery Researh Institute. Japan; 006. NOMENLURE Simbol Nama besaran a = Indeks menyatakan interaksi serapan neutron D = Konsentrasi prekursor neutron tertunda pada bahan bakar (nuklida/m ) D = Koefisien difusi neutron (m) f = Indeks menyatakan interaksi fissi = Indeks nomor roup neutron berdasarkan eneri G = Jumlah kelompok eneri neutron i = Indeks menyatakan kelompok preursor neutron tunda I = Jumlah kelompok preursor neutron tertunda j = Indeks menyatakan nuklida aktinida dalam bahan bakar J = Jumlah nuklida aktinida dalam bahan bakar N j = Densitas nuklida aktinida ke j v = Kelajuan neutron pada roup (m/s) t = Waktu (s) = raksi neutron tertunda total D = etapan peluruhan preursor neutron tertunda (/s) = luks neutron (n/m.s) = ampan lintan interaksi makroskopis (/m) D = raksi neutron fissi tertunda yan memiliki eneri sesuai eneri roup P = raksi neutron fissi serempak yan memiliki eneri sesuai eneri roup h = Neutron yan dihasilkan tiap reaksi fissi D D = Difusifitas prekursor neutron tertunda pada bahan bakar (m /s) = luks neutron rerata (n/m s) 06

17 ISSN 4 40X Nomor : 40/U/PMI-LIPI/04/0 nalisis Penendalian Daya Reaktor PMSR denan... (Ibal Syafin Noha) B = Buklin eometri (/m) = Perbandinan fluks neutron bahan bakar terhadap fluks neutron rerata = Penampan lintan interaksi neutron mikroskopis (m ) i = raksi neutron tertunda kelompok i akibat fisi oleh neutron roup p = Kalor jenis medium bahan bakar (J/(k.K)) k = Konduktifitas termal bahan bakar (W/(m.K)) = Suhu bahan bakar (K) = Densitas massa bahan bakar (k/m ) E = Eneri yan diasilkan tiap satu reaksi fisi (MeV/fisi) E = raksi deposit eneri fisi ke bahan bakar K = aktor konversi eneri (60x0 - J/MeV) = Vektor keepatan aliran bahan bakar bahan bakar (m/s) v pm = Kalor jenis medium moderator (J/(k.K)) k M = Konduktivitas termal moderator (W/(m.K)) M = Suhu moderator (K) M = Densitas massa moderator (k/m ) EM = raksi deposit eneri fisi ke moderator = Suhu bahan bakar rerata (K) = Suhu pendinin rerata (K) = Suhu bahan bakar masuk (K) in = Suhu bahan bakar keluar (K) out = Suhu pendinin masuk (K) in = Suhu pendinin keluar (K) out = Penampan melintan aliran bahan bakar total (m ) = Penampan melintan aliran pendinin total (m ) S = Perimeter aliran bahan bakar total (m) S = Perimeter aliran pendinin total (m) 07