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-237
1.67
Pu-238
1.63
Pu-239
53.23
Pu-240
20.67
Pu-241
10.91
Pu-242
3.56
Am-241
5.2
Am-242m
0.15
Am-243
2.92
Cm-245
0.05
36
Bahan bakar lain yang digunakan adalah Th-232 dan U-233. Kadar U-233 divariasikan dari 1.0% 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 27.51 GWd/t.
4.2. Hasil Perhitungan Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor 4.2.1. Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar 1.0%. 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 Nuklida
Densitas
Persentase
U-233
2.05307E-04
0.938%
Th-232
2.03524E-02
92.859%
Pu-238
2.21074E-05
0.101%
Pu-239
7.22758E-04
3.302%
37
Pu-240
2.80611E-04
1.282%
Pu-241
1.48185E-04
0.677%
Pu-242
4.83736E-05
0.221%
Np-237
2.26283E-05
0.10338%
Am-241
7.06736E-05
0.32288%
Am-242m
2.05752E-06
0.0094%
Am-243
3.96882E-05
0.18132%
Cm-245
7.35454E-07
0.00336%
Plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup hasil perhitungan adalah: U-233 (1.0%)
Faktor Multiplikasi Efektif
1.4
vo id 10 vo id 20
1.3
vo id 30 vo id 42
1.2
vo id 50 vo id 60
1.1
vo id 70 vo id 80 vo id 90
1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
Gambar 4.1. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U-233 (1.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Hasil perhitungan komposisi ini menunjukkan pada void 42 nilai Keff kritis. Pada void 10-30 juga mengalami Keff yang superkritis di setiap nilai burnup. Sedangkan pada void 50-90 menunjukkan Keff yang subkritis.
38
Fraksi Void 10 1.00E-001 TH-232
Number Density
U-233 NP-237
1.00E-003
PU-238 PU-239 PU-240 PU-241
1.00E-005
PU-242 AM-241 AM-242m AM-243
1.00E-007 0
6
56
140
280
419
559
699
839
1119
1398
1538
CM-245
Days
Gambar 4.2. Perubahan number density fuel terhadap waktu kerja reaktor untuk U-233 (1.0 %) pada fraksi void 10.
Gambar diatas terlihat bahwa buildup sebagian besar absorber (237Np,
239
241
Pu,
Pu, 241Am, 242mAm, 243Am dan 245Cm ) berlangsung sangat efektif sehingga di
akhir siklus (EOL = end of cycle)) konsentrasinya mengalami punurunan.
4.2.2. 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 Nuklida
Densitas
Persentase
U-233
4.10614E-04
1.876%
Th-232
2.01201E-02
91.921%
Pu-238
2.21074E-05
0.101%
Pu-239
7.22758E-04
3.302%
Pu-240
2.80611E-04
1.282%
Pu-241
1.48185E-04
0.677%
Pu-242
4.83736E-05
0.221%
Np-237
2.26283E-05
0.10338%
Am-241
7.06736E-05
0.32288%
39
Am-242m
2.05752E-06
0.0094%
Am-243
3.96882E-05
0.18132%
Cm-245
7.35454E-07
0.00336%
Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: U-233 (2.0%) 1.4
vo id 10 vo id 20
Faktor Multiplikasi Efektif
1.3
vo id 30 vo id 42 vo id 50
1.2
vo id 60 vo id 70
1.1
vo id 80 vo id 90
1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
Gambar 4.3. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U233(2.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Hasil perhitungan komposisi ini dari void 10-42 mengalami Keff yang superkritis. Pada void 50-60 menunjukkan Keff yang kritis dan pada void 70-90 menunjukkan Keff yang subkritis.
4.2.3. Input bahan bakar dengan penambahan U-233 sebesar 3.0%. Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut:
40
Tabel 4.4. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor Nuklida
Densitas
Persentase
U-233
6.15920E-04
2.814%
Th-232
1.99418E-02
90.983%
Pu-238
2.21074E-05
0.101%
Pu-239
7.22758E-04
3.302%
Pu-240
2.80611E-04
1.282%
Pu-241
1.48185E-04
0.677%
Pu-242
4.83736E-05
0.221%
Np-237
2.26283E-05
0.10338%
Am-241
7.06736E-05
0.32288%
Am-242m
2.05752E-06
0.0094%
Am-243
3.96882E-05
0.18132%
Cm-245
7.35454E-07
0.00336%
Plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: U-233 (3.0%) 1.5
vo id 10 vo id 20
Faktor Multiplikasi Efektif
1.4
vo id 30 vo id 42
1.3
vo id 50 vo id 60
1.2
vo id 70 vo id 80
1.1
vo id 90
1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
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
Pada gambar diatas terlihat bahwa untuk void 10-70 Keff yang superkritis dan untuk void 80-90 menunjukkan Keff yang kritis.
4.2.4. 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 Nuklida
Densitas
Persentase
U-233
8.21227E-04
3.752%
Th-232
1.97095E-02
90.045%
Pu-238
2.21074E-05
0.101%
Pu-239
7.22758E-04
3.302%
Pu-240
2.80611E-04
1.282%
Pu-241
1.48185E-04
0.677%
Pu-242
4.83736E-05
0.221%
Np-237
2.26283E-05
0.10338%
Am-241
7.06736E-05
0.32288%
Am-242m
2.05752E-06
0.0094%
Am-243
3.96882E-05
0.18132%
Cm-245
7.35454E-07
0.00336%
Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut:
42
U-233 (4.0%) 1.5
vo id 10 vo id 20
Faktor Multiplikasi Efektif
1.4
vo id 30 vo id 42
1.3
vo id 50 vo id 60
1.2
vo id 70 vo id 80
1.1
vo id 90
1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
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.
4.2.5. 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 Nuklida
Densitas
Persentase
U-233
1.0265E-03
4.690%
Th-232
1.95041E-02
89.107%
Pu-238
2.21074E-05
0.101%
Pu-239
7.22758E-04
3.302%
Pu-240
2.80611E-04
1.282%
Pu-241
1.48185E-04
0.677%
Pu-242
4.83736E-05
0.221%
43
Np-237
2.26283E-05
0.10338%
Am-241
7.06736E-05
0.32288%
Am-242m
2.05752E-06
0.0094%
Am-243
3.96882E-05
0.18132%
Cm-245
7.35454E-07
0.00336%
Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: U-233 (5.0%) 1.6
vo id 10 vo id 20
Faktor Multiplikasi Efektif
1.5
vo id 30
1.4
vo id 42
1.3
vo id 60
vo id 50 vo id 70
1.2
vo id 80 vo id 90
1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
Gambar 4.6. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan U233 (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.
4.2.6. Input bahan bakar dengan Pu (5.58%) dan MA (0.62%) Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut:
44
Tabel 4.7. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor Nuklida
Densitas
Persentase
Th-232
2.05307E-02
93.797%
Pu-238
2.21074E-05
0.101%
Pu-239
7.22758E-04
3.302%
Pu-240
2.80611E-04
1.282%
Pu-241
1.48185E-04
0.677%
Pu-242
4.83736E-05
0.221%
Np-237
2.26283E-05
0.103%
Am-241
7.06736E-05
0.323%
Am-242m
2.05752E-06
0.0094%
Am-243
3.96882E-05
0.181%
Cm-245
7.35454E-07
0.00336%
Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Pu(5.58%) dan MA(0.62)
Faktor Multiplikasi Efektif
1.3
vo id 10 vo id 20 vo id 30 vo id 42
1.2
vo id 50 vo id 60
1.1
vo id 70 vo id 80
1.0
vo id 90
0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
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
Dari grafik terlihat bahwa pada void 10-20 menunjukkan keff yang kritis sedangkan untuk void 30-90 menunjukkan keff yang sub kritis.
4.2.7. Input bahan bakar dengan Pu (11.16%) dan MA (1.24%) Komposisi input bahan bakar adalah sebagai berikut:
Tabel 4.8. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor Nuklida
Densitas
Persentase
Th-232
1.91729E-02
87.593%
Pu-238
4.42148E-05
0.202%
Pu-239
1.44552E-03
6.604%
Pu-240
5.61222E-04
2.564%
Pu-241
2.96370E-04
1.354%
Pu-242
9.67472E-05
0.442%
Np-237
4.52566E-05
0.207%
Am-241
1.41347E-04
0.646%
Am-242m
4.11504E-06
0.0188%
Am-243
7.93764E-05
0.363%
Cm-245
1.47091E-06
0.00672%
Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut:
46
Pu(11.16%) dan MA(1.24)
Faktor Multiplikasi Efektif
1.4
vo id 10 vo id 20
1.3
vo id 30 vo id 42
1.2
vo id 50 vo id 60
1.1
vo id 70 vo id 80 vo id 90
1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
Gambar 4.8. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input dengan Pu (11.16%) dan MA (1.24%) untuk berbagai nilai fraksi Void
Dari grafik dia atas terlihat ada perubahan, untuk fraksi void 10-30 menunjukkan keff yang superkritis di setiap nilai burn up. Pada fraksi void 42-50 menunjukkan nilai keff yang kritis dan pada fraksi void 60-90 menunjukkan keff yang subkritis.
4.2.8. 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 Nuklida
Densitas
Persentase
Th-232
1.78150E-02
81.390%
Pu-238
6.63222E-05
0.303%
Pu-239
2.16827E-03
9.906%
Pu-240
8.41833E-04
3.846%
47
Pu-241
4.44555E-04
2.031%
Pu-242
1.45121E-04
0.663%
Np-237
6.78849E-05
0.310%
Am-241
2.12021E-04
0.969%
Am-242m
6.17256E-06
0.0282%
Am-243
1.19065E-04
0.544%
Cm-245
2.20636E-06
0.01008%
Dari hasil perhitungan input ini di dapatkan grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup sebagai berikut: Pu(16.74%) dan MA(1.86)
Faktor Multiplikasi Efektif
1.4
vo id 10 vo id 20
1.3
vo id 30 vo id 42
1.2
vo id 50 vo id 60
1.1
vo id 70 vo id 80 vo id 90
1.0 0.9 0.8 0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
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.
4.3. Hasil Perbandingan daur ulang untuk berbagai penambahan U-233 serta konsentrasi Pu dan MA
48
Dibawah ini grafik plot faktor multiplikasi efektif terhadap burnup untuk berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA : Fraksi void 42
U-233(1.0%)
1.4 Faktor Multiplikasi Efektif
U-233(2.0%)
1.3 U-233(3.0%)
1.2 U-233(4.0%)
1.1 U-233(5.0%)
1.0 P u(5.58%)& M A (0.62%)
0.9 P u(11.16%)& M A (1.24%)
0.8
P u(16.74%)& M A (1.84%)
0.7 0.00E+00
1.00E+02
1.00E+03
2.50E+03
5.00E+03
7.50E+03
1.00E+04
1.25E+04
1.50E+04
2.00E+04
2.50E+04
2.75E+04
Burn up (MWD/ton)
Gambar 4.10. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup untuk berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA pada fraksi void 42%
Dari gambar diatas terlihat bahwa dengan peningkatan konsentrasi U-233 menghasilkan nilai Keff yang semakin besar hal ini disebabkan karena atom U233 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.
4.4. Hasil Perbandingan Reactivity Swing Dibawah ini grafik plot reactivity swing untuk berbagai nilai fraksi void, konsentrasi U-233, Pu serta MA:
49
Reactivity Swing
0.400 0.300
U-233(1.0%)
0.200
U-233(2.0%) U-233(3.0%)
0.100
U-233(4.0%)
0.000
U-233(5.0%)
-0.100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1PuMA 2PuMA 3PuMA
-0.200 -0.300 Fraksi void
Gambar 4.11. 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(11.16%) dan MA(1.24%) tanpa penambahan U-233.
50
