BAB IV HASIL DAN ANALISIS

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN ANALISIS 4.1. Komposisi Masukan Perhitungan dilakukan dengan menjadikan uranium, thorium, plutonium (Pu), dan aktinida minor (MA) sebagai bahan bakar reactor. Komposisi Pu dan MA yang dimasukkan sabagai bahan bakar diambil dari data limbah reaktor dari sebuah laporan yang dikeluarkan CEA, Prancis serta dari sebuah jurnal tentang HTR. Persentase komposisi keluaran yang akan digunakan sebagai bahan bakar adalah sebagai berikut: Tabel 4.1. Komposisi Pu dan MA yang dimasukkan sebagai bahan bakar Plutonium dan MA Persentase(%) Np Pu Pu Pu Pu Pu Am Am-242m 0.15 Am Cm

2 Bahan bakar lain yang digunakan adalah Th-232 dan U-233. Kadar U-233 divariasikan dari % sampai 5.0% dan tanpa U-233 dengan menaikkan konsentrasi Pu dan MA dari 1 sampai 3 kalinya. Komposisi tersebut akan dievaluasi untuk studi perbandingan desain reaktor yang optimal untuk daur ulang plutonium dan aktinida minor. Parameter desain yang utama dalam studi ini adalah perbandingan antara volume uap air dan air moderator, Void Coefficient. Pada studi ini akan dihitung fraksi void dari 10% sampai 90%. Kemudian akan dicari komposisi yang bisa membuat nilai kekritisan optimal. Perhitungan input akan dilakukan pada kode komputer SRAC dengan data nuklir dari JENDL-3.2. Pin bahan bakar diasumsikan bernilai hingga GWd/t Hasil Perhitungan Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar %. Komposisi Plutonium dan Aktinida Minor yang dimasukkan sebagai bahan bakar adalah 5.58% dan 0.62%. Tabel 4.2. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor U E-04 38% Th E % Pu E % Pu E % 37

3 Pu E-04 82% Pu E % Pu E % Np E % Am E % Am-242m E % Am E % Cm E % Plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup hasil perhitungan adalah: Faktor Multiplikasi Efektif U-233 (%) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.1. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U-233 (%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void. Hasil perhitungan komposisi ini menunjukkan pada nilai Keff kritis. Pada -30 juga mengalami Keff yang superkritis di setiap nilai burnup. Sedangkan pada -90 menunjukkan Keff yang subkritis. 38

4 Number Density 0E-001 0E-003 0E-005 0E-007 Fraksi Void Days TH-232 U-233 NP-237 PU-238 PU-239 PU-240 PU-241 PU-242 AM-241 AM-242m AM-243 CM-245 Gambar 4.2. Perubahan number density fuel terhadap waktu kerja reaktor untuk U-233 ( %) pada fraksi. Gambar diatas terlihat bahwa buildup sebagian besar absorber ( 237 Np, 239 Pu, 241 Pu, 241 Am, 242m Am, 243 Am dan 245 Cm ) berlangsung sangat efektif sehingga di akhir siklus (EOL = end of cycle)) konsentrasinya mengalami punurunan Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar 2.0%. Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: Tabel 4.3. Komposisi Thorium,Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor U E % Th E % Pu E % Pu E % Pu E-04 82% Pu E % Pu E % Np E % Am E % 39

5 Am-242m E % Am E % Cm E % Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Faktor Multiplikasi Efektif U-233 (2.0%) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.3. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U- 233(2.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void. Hasil perhitungan komposisi ini dari -42 mengalami Keff yang superkritis. Pada -60 menunjukkan Keff yang kritis dan pada -90 menunjukkan Keff yang subkritis Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar 3.0%. Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: 40

6 Tabel 4.4. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor U E % Th E % Pu E % Pu E % Pu E-04 82% Pu E % Pu E % Np E % Am E % Am-242m E % Am E % Cm E % Plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Faktor Multiplikasi Efektif 1.5 U-233 (3.0%) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.4. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U-233 (3.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void. 41

7 Pada gambar diatas terlihat bahwa untuk -70 Keff yang superkritis dan untuk -90 menunjukkan Keff yang kritis Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar 4.0%. Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: Tabel 4.5. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor U E % Th E % Pu E % Pu E % Pu E-04 82% Pu E % Pu E % Np E % Am E % Am-242m E % Am E % Cm E % Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: 42

8 Faktor Multiplikasi Efektif 1.5 U-233 (4.0%) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.5. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U-233 (4.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void. Hasil perhitungan menunjukkan Keff yang superkritis di setiap nilai burnup untuk seluruh nilai void Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar 5.0%. Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: Tabel 4.6. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor U E % Th E % Pu E % Pu E % Pu E-04 82% Pu E % Pu E % 43

9 Np E % Am E % Am-242m E % Am E % Cm E % Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Faktor Multiplikasi Efektif U-233 (5.0%) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.6. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U- 233 (5.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void. Dalam perhitungan kali ini hasilnyapun menunjukkan Keff yang superkritis di setiap nilai void Input bahan bakar dengan Pu (5.58%) dan MA (0.62%) Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: 44

10 Tabel 4.7. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor Th E % Pu E % Pu E % Pu E-04 82% Pu E % Pu E % Np E % Am E % Am-242m E % Am E % Cm E % Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Faktor Multiplikasi Efektif Pu(5.58%) dan MA(0.62) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.7. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void 45

11 Dari grafik terlihat bahwa pada -20 menunjukkan keff yang kritis sedangkan untuk -90 menunjukkan keff yang sub kritis Input bahan bakar dengan Pu (16%) dan MA (4%) Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: Tabel 4.8. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor Th E % Pu E % Pu E % Pu E % Pu E-04 54% Pu E % Np E % Am E % Am-242m E % Am E % Cm E % Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: 46

12 Faktor Multiplikasi Efektif Pu(16%) dan MA(4) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.8. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan Pu (16%) dan MA (4%) untuk berbagai nilai fraksi Void Dari grafik dia atas terlihat ada perubahan, untuk fraksi -30 menunjukkan keff yang superkritis di setiap nilai burn up. Pada fraksi -50 menunjukkan nilai keff yang kritis dan pada fraksi -90 menunjukkan keff yang subkritis Input bahan bakar dengan Pu (16.74%) dan MA (1.86%) Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut: Tabel 4.9. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor Th E % Pu E % Pu E % Pu E % 47

13 Pu E % Pu E % Np E % Am E-04 69% Am-242m E % Am E % Cm E % Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Faktor Multiplikasi Efektif Pu(16.74%) dan MA(1.86) 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 Gambar 4.9. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan Pu (16.74%) dan MA (1.86%) untuk berbagai nilai fraksi Void Dari grafik di atas terlihat keff yang superkritis untuk semua nilai fraksi void Hasil Perbandingan daur ulang untuk berbagai penambahan U-233 serta konsentrasi Pu dan MA 48

14 Dibawah ini grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup untuk berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA : Faktor Multiplikasi Efektif Fraksi 0.00E+00 0E+02 0E E E E+03 0E+04 5E E E E E+04 U-233(%) U-233(2.0%) U-233(3.0%) U-233(4.0%) U-233(5.0%) Pu(5.58%)& MA(0.62%) Pu(16%)& M A(4%) Pu(16.74%)& M A(1.84%) Gambar Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup untuk berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA pada fraksi % Dari gambar diatas terlihat bahwa dengan peningkatan konsentrasi U-233 menghasilkan nilai Keff yang semakin besar hal ini disebabkan karena atom U- 233 dapat melepaskan netron yang banyak sehingga Keff menjadi meningkat. Serta penambahan konsentrasi Plutonium dan Aktinida Minor dapat menghasilkan nilai Keff yang semakin besar, hal ini karena dengan bertambahnya konsentrasi Pu-239 dan Pu-240 reaksi fisi yang dihasilkan semakin banyak Hasil Perbandingan Reactivity Swing Dibawah ini grafik plot reactivity swing untuk berbagai nilai fraksi void, konsentrasi U-233, Pu serta MA: 49

15 Reactivity Swing Fraksi void U-233(%) U-233(2.0%) U-233(3.0%) U-233(4.0%) U-233(5.0%) 1PuMA 2PuMA 3PuMA Gambar Perubahan Reactivity swing sebagai fungsi fraksi void untuk berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA Reaktor yang paling baik yaitu yang mempunyai nilai Reactivity sewing yang kecil. Dari grafik diatas yang paling optimal adalah untuk konsentrasi Pu(16%) dan MA(4%) tanpa penambahan U