PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

Disusun oleh : TEGUH RAHAYU M0209052

SKRIPSI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit2013 to user


digilib.uns.ac.id


Disusun oleh : TEGUH RAHAYU M0209052

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA November, 2013 commit to user


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS” adalah hasil kerja saya dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya. Sepengetahuan saya hingga saat ini isi skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis orang lain kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau dikopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, November 2013

Teguh Rahayu

iii commit to user


digilib.uns.ac.id


Teguh Rahayu Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta Email: [email protected] ABSTRAK Reaktor Temperatur Tinggi yang dikenal dengan High Temperature Reactor (HTR) Proteus merupakan salah satu jenis reaktor generasi IV berpendingin udara. Perhitungan nilai faktor kelipatan efektif (keff) dilakukan pada HTR Proteus tanpa batang kendali dan ketinggian bahan bakar 158 cm. Modifikasi yang dilakukan yaitu penggantian pendingin dari udara menjadi helium, reflektor grafit diganti dengan variasi carbon steel (FeC) dan tungsten karbida (WC) serta variasi pengayaan

235

U. Komposisi besi (Fe) maupun tungsten (W) dalam material

reflektor diturunkan dari 90 % - 10-6 %. Variasi pengayaan

235

U adalah 16 % -

20 %. Dari hasil simulasi Monte Carlo N-Particle X (MCNPX) dapat diketahui bahwa kondisi reaktor kritis dengan pengayaan bahan bakar 16,67% apabila fraksi massa Fe dalam FeC sebesar 0,1 % atau fraksi massa W dalam WC sebesar 0,01 %. Pengayaan

235

U pada HTR Proteus dapat meningkatkan nilai keff hingga

0,5299±0,0009 dengan reflektor FeC (99,5% Fe + 0,5% C) dan 0,4057±0,0011 dengan reflektor WC (93,87% W + 6,13% C). Kata kunci : HTR Proteus, reflektor, pengayaan, faktor kelipatan efektif

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

THE EFFECT OF REFLECTOR MATERIAL ON EFFECTIVE MULTIPLICATION FACTOR HIGH TEMPERATURE REACTOR (HTR) PROTEUS

ABSTRACT Teguh Rahayu Physics Department, Faculty of Sciences, Sebelas Maret University Email: [email protected] High Temperature Reactor (HTR) Proteus is one of the IVth generation reactor with air coolant. Calculation of effective multiplication factor (keff) value has been done at HTR Proteus without control rod and 158 cm fuel height. Air coolant has been changed into helium, the graphite reflector has been changed into carbon steel (FeC) and tungsten carbide (WC), and the enrichment of

235

U has

been varied. Fe and W composition in reflector material have been reduced from 90% - 10-6 %. Variations of

235

U enrichment are 16% - 20%. From the result of

Monte Carlo N-Particle X (MCNPX) simulation, it can be known that the critical condition of a reactor with 16.67% fuel enrichment when the mass fraction of Fe in FeC is 0.1% or mass fraction of W in WC is 0.01%. The enrichment of 235U in a HTR Proteus could increase the max keff value up to 0.5299±0.0009 with FeC reflector (99.5% Fe + 0.5% C) and 0.4057±0.0011 with WC reflector (93.87% W + 6.13% C). Keywords : HTR Proteus, reflector, enrichment, effective multiplication factor

commit to user v


digilib.uns.ac.id

MOTTO Satu jam yang kau gunakan untuk merasa khawatir lebih melelahkan daripada satu jam untuk bekerja keras. (Mario Teguh) Kunang-kunang di dalam kegelapan lebih berarti dibanding berlian di antara gugusan bintang. (Iwan Yahya)

PERSEMBAHAN Atas Rahmat ALLAH SWT, Gelar Sarjana Sains penulis persembahkan kepada ibu Sagiyem selaku ibu penulis dan bapak Tanto Wiyono selaku bapak penulis. Dan ilmu yang diperoleh penulis persembahkan kepada Jayanti Anggraini selaku adik penulis dan Arif Tony Wicaksono selaku kakak penulis. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Veetha A.P., Yudha E.P., Ika A dan Farida R., selaku grup MCNP. 2. Keluarga besar fisika angkatan 2009. 3. Adik-adik angkatan 2010, 2011 dan 2013. 4. Semua pihak yang membantu penulis.

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW. Skripsi yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains berjudul “PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS”. Terselesaikannya skripsi ini merupakan suatu kebahagiaan bagi penulis. Keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Maka dari itu, penulis menyampaikankan terima kasih kepada : 1. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D, selaku ketua jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Drs. Suharyana, M.Sc., selaku Pembimbing I. 3. Utari, S.Si., M.Si., selaku Pembimbing II. 4. Soerja Koesuma S.Si, M.Si., selaku Pembimbing Akademik. 5. PTRKN BATAN yang telah meminjamkan software MCNPX. Semoga laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi pembaca.

Surakarta, November 2013

Teguh Rahayu

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... ii HALAMAN PERNYATAAN ..................................................................... iii HALAMAN ABSTRAK .............................................................................. iv HALAMAN ABSTRACT ........................................................................... v HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .......................................... vi KATA PENGANTAR ................................................................................. vii DAFTAR ISI ................................................................................................. viii DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... x DAFTAR TABEL ........................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xiii BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1 1.1. Latar Belakang Masalah ......................................................... 3 1.2. Batasan Masalah ..................................................................... 3 1.3. Rumusan Masalah ................................................................... 3 1.4. Tujuan Penelitian ................................................................... 3 1.5. Manfaat Penelitian ................................................................. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 4 2.1. Interaksi Neutron dengan Inti ................................................. 4 2.1.1. Tangkapan Radiatif ....................................................... 4 2.1.2. Hamburan ...................................................................... 5 2.1.3. Reaksi Fisi ..................................................................... 5 2.2. Reaktor Nuklir ......................................................................... 7 2.2.1. Bahan Bakar .................................................................. 8 2.2.2. Moderator ...................................................................... 8 2.2.3. Pendingin ...................................................................... 9 2.2.4. Reflektor ....................................................................... 9 2.2.5. Batang Kendali ............................................................. 9

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

2.3. Siklus Neutron dalam Reaktor ................................................ 10 2.3.1. Faktor Kelipatan Tak-hingga (k∞) ................................. 10 2.3.2. Faktor Kelipatan Efektif (keff) ....................................... 13 2.4. HTR PROTEUS ...................................................................... 15 2.4.1. Deskripsi ....................................................................... 15 2.4.2. Penelitian yang Pernah Dilakukan ................................ 16 2.5. Teori Difusi dalam Reaktor Nuklir ......................................... 17 2.6. Perhitungan Pengayaan 235U ................................................... 19 2.7. Monte Carlo N-Particle (MCNP) .......................................... 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 23 3.1. Waktu dan Tempat ................................................................. 23 3.2. Alat dan Perangkat Lunak ...................................................... 23 3.3. Metode Penelitian ................................................................... 23 3.3.1. Pendingin ...................................................................... 24 3.3.2. Reflektor ....................................................................... 24 3.3.3. Variasi Pengayaan 235U ................................................. 25 3.3.4. Input Data Card ............................................................ 25 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 27 4.1. Pengaruh Jenis Material Reflektor terhadap keff ...................... 28 4.2. Pengaruh Pengayaan 235U terhadap keff ................................... 32 BAB V PENUTUP ....................................................................................... 33 5.1. Kesimpulan .............................................................................. 33 5.2. Saran ........................................................................................ 33 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 34 LAMPIRAN – LAMPIRAN ....................................................................... 36

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR SIMBOL

Simbol keff

Keterangan Faktor multiplikasi efektif Faktor multiplikasi tak-hingga Tampang lintang mikroskopis Tampang lintang mikroskopis tangkapan radiatif Tampang lintang mikroskopis hamburan Nilai maksimum tampang lintang total Tampang lintang makroskopis Tampang lintang makroskopis serapan Tampang lintang makroskopis fisi Energi pada sistem pusat massa Energi pada sistem pusat massa yang terjadi resonansi puncak Lebar tangkapan radiatif Lebar total resonansi Jari-jari Inti Panjang gelombang Faktor Fisi cepat Faktor probabilitas lolos resonansi Faktor pemakaian termal Faktor reproduksi Faktor Kebocoran netron cepat Faktor Kebocoran netron termal Reaktivitas Berat Atom Rata-rata Fraksi atom Densitas atom Densitas material Fluks neutron Kecepatan gerak neutron Sumber neutron dalam reaktor nuklir

commit to user x


digilib.uns.ac.id

commit to user xi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Distribusi Energi Fisi .......................................................................... 6 Tabel 2.2. Sifat Fisis Material Reflektor ............................................................. 9 Tabel 2.3. Hasil Eksperimen HTR Proteus ......................................................... 16 Tabel 2.4. Hasil Simulasi Lebenhaft (2001) ...................................................... 16 Tabel 2.5. Hasil Simulasi Zuhair dkk (2010) ...................................................... 17 Tabel 2.6. Hasil Simulasi INL (2013) ................................................................. 17 Tabel 3.1. Hasil Perhitungan Fraksi Atom Penyusun UO2 ................................ 25 Tabel 4.1. Benchmarking HTR Proteus ............................................................. 27 Tabel 4.2. Nilai keff Reaktor dengan Reflektor FeC dan WC ............................. 28 Tabel 4.3. Pengaruh Peningkatan Kadar C terhadap keff .................................... 29 Tabel 4.4. Pengaruh Penurunan Kadar Fe terhadap keff ..................................... 30 Tabel 4.5. Pengaruh Penurunan Kadar W terhadap keff....................................... 31 Tabel 4.6. Pengaruh Pengayaan 235U terhadap kefff ............................................ 32

commit to user xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Tampang Lintang Fisi 235U ........................................................... 6 Gambar 2.2. Skema Reaksi Fisi Berantai ........................................................... 7 Gambar 2.3. Siklus Hidup Neutron dalam Reaktor Nuklir ................................14 Gambar 2.4. Skema HTR Proteus dan Bahan Bakar .........................................15 Gambar 2.5. Mekanisme Transport pada Metode Monte Carlo .........................20 Gambar 3.1. Geometri HTR Proteus ...................................................................23 Gambar 3.2. Prosedur Penelitian ........................................................................26 Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Fraksi Massa Karbon terhadap keff .....................29 Gambar 4.2. Grafik Pengaruh Fraksi Massa Reflektor terhadap reaktivitas ......32 Gambar 4.3. Grafik Pengaruh Fraksi Massa Karbon terhadap keff ......................33

commit to user xiii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. File Input HTR PROTEUS ............................................................ 37 Lampiran 2.Solusi Permasalahan Program ........................................................ 40

commit to user xiv

PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

Recommend Documents