Studi dan Observasi Awal Kebutuhan Data Nuklir untuk Reaktor Generasi IV (Gen-IV)

SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia

Volume 1 Nomor 1(B) Mei 2012

Studi dan Observasi Awal Kebutuhan Data Nuklir untuk Reaktor Generasi IV (Gen-IV) Suwoto dan Zuhair Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN, Indonesia; e-mail: [email protected]

Intisari: Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) generasi maju yang inovatif dengan keselamatan tinggi dipandang sangat strategis dalam mengatasi pemenuhan kebutuhan energi dunia di masa mendatang. Generation IV International Forum (GIF) berhasil mengevaluasi dan mengkaji reaktor Generasi IV (Gen-IV) dan telah memilih enam kandidat potensial untuk dibangun sekitar tahun 2030 yaitu: reaktor jenis Gas-cooled Fast Reactor (GFR), Lead-cooled Fast Reactor (LFR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Molten Salt Reactor (MSR), Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR) dan Very High Temperature Reactor (VHTR). Kebutuhan data nuklir dalam perhitungan fisika reaktor dalam reaktor Gen-IV perlu dipelajari dan dikaji secara serius. Studi dilakukan melalui kajian komprehensif yang difokuskan pada status kebutuhan dan karakteristik data nuklir aktinida minor, moderator dan pendingin, nuklida produk fisi, racun dapat bakar serta data kovariansi data nuklir. Data nuklir untuk aktinida minor seperti tampang lintang tangkapan radiasi dan fisi serta hasil neutron fisi dan hasil produk fisi memegang peranan penting. Hasil kajian terkait target akurasi dalam perhitungan neutronik reaktor cepat masih terdapat perbedaan yang relatif signifikan sekitar ±5-10% dari yang diharapkan, sedangkan target akurasi pada parameter tampang lintang aktinida yang digunakan masih terdapat perbedaan relatif signifikan sekitar ±10-20%, khususnya σ-capture, σ-fisi, dan σ-inelastik. Bahan moderator reaktor GenIV dengan spektrum neutron termal biasanya adalah grafit untuk reaktor VHTR, larutan garam cair untuk MSR dan air superkritis untuk SCWR. Reaktor Gen-IV dengan spektrum neutron cepat (GFR, LFR dan SFR) tidak membutuhkan moderator sedangkan bahan pendinginnya adalah gas helium untuk GFR, Pb atau Pb-Bi untuk LFR dan sodium cair untuk SFR. Bahan Pb relatif neutral terhadap reaksi nuklir sehingga bahan ini kurang mendapat perhatian dalam reaktor generasi sekarang. Analisis kebutuhan data nuklir reaktor Gen-IV ini masih terus dikaji, dievaluasi dan dikembangkan sehingga masih banyak data-data dan karakteristik yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan reaktor Gen-IV seperti data eksperimental untuk memperoleh data nuklir yang sesuai, evaluasi data nuklir secara integral dan studi sensitivitas data nuklir. Kata kunci: data nuklir, reaktor Gen-IV, GFR, LFR, SFR, MSR, SCWR, VHTR Abstract: Advanced and innovative nuclear power plants (NPP) having high safety level are considered strategic in a meeting of world energy demand in the future. Generation IV International Forum (GIF) has evaluated and assessed Gen- IV reactor and selected six potential types of reactors to be deployed in around 2030. Those include Gas-cooled Fast Reactor (GFR), Lead-cooled Fast Reactor (LFR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Molten Salt Reactor (MSR), Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR) and Very High Temperature Reactor (VHTR). Comprehensive study and evaluation of nuclear data for reactor physics calculation of Gen-IV are required. The study focused on assessing the status nuclear data needs including minor actinides, moderator and coolant, fission product nuclides, burnable poison and covariance data. Data of minor actinides such as capture and fission cross sections, fission neutron yields, and fission products are essential. The results of the assessment and evaluation on the neutronics calculations of fast neutron provide about ±5-10% relatively significant discrepancies. The minor actinide cross sections provide relatively significant discrepancies in term of accuracy, especially on σ-capture, σ-fission, and σ-inelastik, between expected and targeted parameters about ±10-20%. Moderator materials for Gen-IV with thermal neutron spectrum are typically graphite for VHTR, molten salt for MSR, and supercritical water for SCWR. Gen-IV reactors with fast neutron spectrum (GFR, LFR, and SFR) need no moderator while their coolants are helium gas, for GFR, Pb or Pb-Bi for LFR, and liquid sodium for SFR. Material Pb is relatively neutral to nuclear reaction, so that this material receives no specific concerns in the reactor generation today. Nuclear data for Gen-IV require further analysis and evaluation, so that nuclear data characteristics fulfill Gen-IV reactor data demands, such as appropriate experimental data, comprehensive nuclear data evaluation, and sensitivity study on nuclear data.

Keywords: data, Gen-IV reactor, GFR, LFR, SFR, MSR, SCWR, VHTR Received : 10 Januari 2012; Accepted : 3 maret 2012 c 2012 SIMETRI

1105-18

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

1

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

PENDAHULUAN

digunakan dan berperan dalam perhitungan neutronik fisika reaktor Gen-IV.

embangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) dipanP dang sangat strategis dalam peranannya mengatasi pemenuhan kebutuhan energi dunia mendatang. Sebagai pilihan energi alternatif, PLTN mempunyai keunggulan dibandingkan dengan pembangkit energi lainnya yang ada pada saat ini. Dalam perkembangan teknologi reaktor dewasa ini, telah dan akan dikembangkan reaktor generasi maju yang inovatif dengan keselamatan tinggi, menggantikan generasi yang ada sekarang ini (Gen-III/ Gen-III+). Sejak Januari 2000 telah dibentuk Generation IV International Forum (GIF) yang beranggotakan negara-negara maju di bidang nuklir untuk membahas masalah reaktor maju inovatif yang dibutuhkan dalam penyediaan energi di masa mendatang [1] . Dalam perkembangannya, forum ini telah mengevaluasi dan mengkaji sekitar 100 konsep jenis reaktor yang mungkin cocok untuk diterapkan pada Sistem Energi Nuklir Generasi ke-IV (Reaktor Gen-IV). Pada akhir Desember 2002, telah diputuskan 6 jenis kandidat reaktor yang potensial dan layak untuk dibangun pada tahun 2030. Ke-enam jenis SEN Gen-IV ini adalah: (1) Gas-cooled Fast Reactor (GFR), (2) Lead-cooled Fast Reactor (LFR), (3) Molten Salt Reactor (MSR), (4) Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), (5) Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR), dan (6) Very High Temperature Reactor (VHTR). Sumber utama data nuklir adalah eksperimen fisika nuklir dengan akselerator dan reaktor riset. Data eksperimental dilengkapi dengan data yang dihitung dari teori dan model nuklir. Saat ini, pemahaman teoretik reaksi nuklir telah berkembang maju dan telah banyak digunakan untuk interpolasi, ekstrapolasi dan untuk menguji konsistensi data eksperimental, serta untuk meramalkan secara akurat data yang tak dapat diukur secara eksperimental. Pada umumya, tidak satupun data nuklir baik yang ditentukan secara eksperimental maupun secara teoretik dapat secara langsung digunakan dalam aplikasi perhitungan fisika reaktor. Data tersebut harus ditransformasikan terlebih dahulu ke dalam suatu basis data agar dapat digunakan secara mudah sebagai input bagi perhitungan fisika reaktor. Data tampang lintang nuklir yang akan dipergunakan dalam perhitungan biasanya tergantung pada spektrum neutron suatu reaktor, yaitu spektrum neutron termal (reaktor termal) maupun spektrum neutron cepat (reaktor cepat). Untuk memenuhi kebutuhan perhitungan fisika reaktor dalam reaktor Gen-IV, maka perlu dipelajari dan diteliti kebutuhan dan karakteristik awal data tampang lintang nuklir, baik untuk reaktor dengan spektrum neutron termal/epitermal maupun untuk reaktor dengan spektrum neutron cepat yang nantinya

2

KONSEP DASAR REAKTOR GENERASI-IV

Enam jenis konsep sistem reaktor Gen-IV yang telah dipilih dalam forum GIF diklasifikasikan oleh jenis pendingin dan spektrum reaktor yang digunakan. Beberapa parameter penting dan data karakteristik reaktor Gen-IV disajikan dalam Tabel 1. Dalam Tabel 1 dapat dilihat parameter dan spesifikasi teknis secara umum sesuai dengan jenis dan tipe spektrum neutron untuk 6 jenis konsep sistem reaktor Gen-IV. Konsep PLTN Generasi ke-IV (reaktor Gen-IV) adalah PLTN yang mempunyai spesifikasi: (a) sustainability (efisiensi bahan bakar tinggi, limbah nuklir rendah dan merupakan suatu sumber energi yang awet (durable), (b) economics (dapat bersaing dengan sumber energi yang lain), (c) safety and reliability (mempunyai keandalan dan keamanan yang tinggi yaitu frekuensi dan tingkat kerusakan teras reaktor yang sangat rendah dibandingkan dengan PLTN yang ada), (d) proliferation resistance and physical protections (tak rentan terhadap penyebaran bahan nuklir berbahaya dan tidak membutuhkan daerah ekslusif di sekitar PLTN meskipun dalam kondisi kecelakaan sehingga dapat ditempatkan berdampingan dengan pemukiman penduduk). Bentuk spektrum neutron yang digunakan untuk reaktor jenis PWR dengan reaktor Gen-IV (VHTR, SCWR, SFR, GFR dan LFR) diilustrasikan dalam Gambar 1.

2.1

Reaktor Berpendingin Gas (Gas-cooled Fast Reactor, GFR)

GFR merupakan reaktor cepat berpendingin gas helium yang dapat memproduksi panas hingga 850◦ C. Pendingin reaktor ini sama dengan reaktor jenis VHTR yaitu gas helium, namun bentuk spektrum neutronnya sangat keras yang dihasilkan oleh 238 U. GFR menggunakan bahan bakar partikel berlapis keramik yang terdispersi dalam matriks bahan bakar yang inert. Kandidat material untuk matriks bahan bakar GFR sampai saat ini masih dalam kajian yang serius. Namun demikian SiC kemungkinan merupakan kandidat kuat sebagai bahan matrik yang digunakan reaktor ini. Pengembangan fisika reaktor jenis reaktor GFR ini diantaranya adalah efek dari aliran neutron (neutron streaming) di sepanjang kanal pendingin helium dan data nuklir untuk aktinida transuranik (TRU) serta material kandidat untuk bahan matriks bahan bakar seperti SiC.

1105-19

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

Tabel 1: Parameter dan karakteristik teras reaktor reaktor Gen-IV [2] PARAMETER

GFR

LFR

SFR

VHTR

SCWR

MSR

Daya, MWth Densitas Daya, kW/l Pengkayaan (%) Daya spesifik (kW/kg HM) Bahan bakar

1500-3000 100

125-3000 100

400-4000 300

600 4-8

4000 70

16(Pu) 38

15(Pu) 30

16(Pu) 80

8 100

6.3 30

2500 20 (2/3 fuel is ex-core) 3.3 30

UC-SiC (U-TRU) carbide, nitride, oxide He (600-850)

U-Zr atau UN(U-TRU) nitride

U-Zr atau UO2 (U-TRU) oxide, metal alloy Na (510-550)

Triso particles (UO2 , UC0.5 O1.5 )

UO2

UF6 dalam larutan garam

He (1000)

Molten F luoride Salt

Tidak ada Cepat

Carbon/Grafit Termal

H2 O Super Kritis (450-500) H2 O Termal

Tinggi Terbuka

Sangat Tinggi Terbuka

Pendingin primer (Tout, ◦ C)

Pb-Bi (500-550)

Moderator Tidak ada Spektrum Neutron Cepat

Tidak ada Cepat

Tekanan kerja Siklus Bahan Bakar Keluaran

Rendah Rendah Tertutup Tertutup (regional) Listrik & pro- Listrik duksi hidrogen

3

Tinggi Tertutup (insitu) Listrik & produksi hidrogen

REAKTOR BERPENDINGIN METAL CAIR (LEAD-COOLED FAST REACTOR, LFR)

LFR merupakan reaktor cepat berpendingin metal cair Pb atau Pb-Bi. Bahan bakar reaktor jenis ini berbentuk nitrida atau zircalloy. Karakteristik dari jenis LFR yang dapat melakukan pembiakan diri (self breeding) membuat reaktor ini mempunyai waktu operasi yang sangat lama, yaitu 15-30 tahun. Litbang fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor LFR berfokus pada masalah data nuklir yang terkait dengan aktinida transuranik (TRU), Pb dan Bi serta transisi spektrum pada tepi teras serta ekspansi dan koefisien reaktivitas balik. 3.1

Reaktor Berpendingin Sodium (Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)

SFR adalah reaktor cepat berpendingin sodium. Bahan bakar reaktor SFR berbentuk oksida atau paduan metal (metal alloy). Litbang fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor SFR terkait dengan data nuklir untuk aktinida transuranik (TRU), efek transport pada teras penuh dan pada teras heterogen kecil serta transisi spektrum pada ujung dan tepi teras. 3.2

Reaktor Garam Cair (Molten Salt Reactor, MSR)

MSR merupakan jenis reaktor yang menggunakan lelehan garam fluorida. Susunan struktur teras reaktor MSR terdiri dari grafit yang digunakan untuk mem-

Listrik & produksi Listrik hidrogen

Carbon/Grafit Termal/ epitermal Rendah Tertutup (insitu) Listrik & produksi hidrogen

buat bahan bakar aliran lelehan garam. Litbang fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor MSR adalah (a) data nuklir yang berkaitan dengan aktinida dan unsur penyusun garam seperti fluorine (F2 ) dan fluorida (F), (b) neutron kasip (delayed neutron precursor ) dari produk fisi yang mudah hilang dari teras, (c) aliran produk fisi sebelum mengeluarkan neutron kasip atau menangkap neutron.

3.3

Reaktor Berpendingin Air Superkritis (Super Critical Water-cooled Reactor, SCWR)

Jenis reaktor SCWR menggunakan air sebagai moderatornya. Air (H2 O) yang digunakan adalah air yang berada dalam fase superkritis pada sistem tekanan tinggi (∼25 MPa). Bentuk bahan baker SCWR adalah UO2 biasa dengan bahan kelongsong dari stainless steel. Perangkat bahan bakar mempunyai kolom tempat air yang sangat luas untuk menjaga dan mengkompensasi moderasi air yang mempunyai densitas sangat rendah pada daerah superkritis. Litbang seputar fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor SCWR antara lain: peningkatan heterogenitas yang disebabkan oleh kolom air yang sangat luas, arus neutron yang kuat (neutron streaming) yang disebabkan oleh densitas pendingin yang sangat rendah pada arah aksial dan kopel termalhidrolik-neutronik yang kuat dikarenakan oleh variasi densitas moderator yang sangat besar terhadap temperatur serta potensial terhadap instabilitas daya yang disebabkan oleh densitas aliran.

1105-20

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

Gambar 1: Spektrum neutron yang digunakan untuk reaktor jenis PWR dengan reaktor Gen-IV (VHTR, SCWR, SFR, GFR dan LFR) [3]

3.4

Reaktor Temperatur Sangat Tinggi (Very High Temperature Reactor, VHTR)

VHTR merupakan jenis reaktor termal berpendingin gas helium yang dapat memproduksi panas hingga 1000◦ C. Dengan temperatur keluaran yang tinggi tersebut reaktor jenis VHTR sangat cocok untuk meningkatkan efisiensi dari sistem konversi energi pada sistem produksi hidrogen menggunakan proses pemisahan air secara termokimia. Reaktor VHTR memanfaatkan bahan bakar partikel TRISO dengan kernel UO2 (uranium dioksida) atau UCO (uranium oksikarbida) yang dilapisi oleh coating SiC atau ZrC. Grafit digunakan sebagai bahan moderator untuk operasi pada temperatur tinggi. Litbang seputar fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor VHTR diantaranya adalah bentuk bahan bakar jenis partikel berlapis tiga (TRISO) dengan heterogenitas ganda (double heterogeneous) dan batang bahan bakar berbentuk silinder di dalam blok grafit atau bahan pebble, penanganan terhadap kemungkinan resonansi yang sangat berbeda dari bentuk dan tipe geometri konvensional serta pemodelan transportasi produk fisi di dalam sistem pendingin reaktor. Reaktor jenis VHTR menggunakan turbin gas dengan siklus langsung atau dikopel langsung dengan sistem produksi hidrogen. 4

DATA NUKLIR UNTUK REAKTOR GENERASI IV (GEN-IV)

Status data nuklir yang diperlukan untuk konsep reaktor Gen-IV telah dilaporkan oleh Cross Section Evaluation Working Group (CSEWG) [4] . Sampai tahun 2000-an ketidak-pastian parameter yang dica-

pai dari kualitas algoritma program komputer dan kecepatan komputer, secara subtansial kemajuan perihal ketidak-pastian parameter input data nuklir untuk perhitungan fisika neutronik reaktor cepat dapat dilihat dalam Tabel 2 [5] . Dari Tabel 2 tampak bahwa perbedaan akurasi yang dicapai dalam perhitungan neutronik fisika reaktor cepat sekitar ±5-10% dari target akurasi yang diharapkan. 4.1

Aktinida Minor (Minor Actinide, MA)

Kesetimbangan bahan bakar pada reaktor cepat berisi aktinida minor yang lebih banyak dibandingkan di PWR. Jika mode transmutasi heterogen dipakai, maka konsentrasi MA pada perangkat target akan masih tinggi sehingga masih diperlukan akurasi data MA yang paling tidak sekitar nilai akurasi nuklida bahan bakar tradisional. Target akurasi yang dibutuhkan dan akurasi yang telah dicapai untuk kebutuhan transmutasi yang telah dipublikasikan disajikan dalam Tabel 3 [5] . Dari Tabel 3 tampak perbedaan target akurasi sekitar ±10-20% dari data tampang lintang aktinida yang ditargetkan dan yang dicapai masih ada perbedaan yang relatif signifikan khususnya σ-capture, σ-fisi, dan σ-inelastik. Data aktinida minor seperti tampang lintang tangkapan radiasi (capture), fisi, hasil neutron fisi (fission neutron yields), dan hasil produk fisi yang memegang peranan penting tidak hanya untuk perhitungan reaktivitas, tetapi juga digunakan dalam perhitungan siklus pengolahan bahan bakar tertutup sehingga konsentrasi minor aktinida menjadi sangat penting. Sebagaimana tujuan utama reaktor GenIV yang menyediakan energi berkesinambungan, maka peningkatan fraksi bakar pada bahan bakar yang digunakan di reaktor cepat seperti GFR, LFR dan SFR

1105-21

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

Tabel 2: Target dan akurasi yang dicapai dalam perhitungan neutronik fisika reaktor cepat hingga tahun 2000 Target Akurasi

1990

2000

0,5%

2,5%

1,0%

keff Efek reaktivitas void

Akurasi yang dicapai

0,2(∆k/k)% 1,1(∆k/k)% 0,4(∆k/k)%

Efek Doppler

10%

20%

12%

Pelepasan daya

2%

5%

3%

Efisiensi batang kendali

5%

20%

15%

Tingkat pembiakan (breeding gain)

0,02

0,06

0,04

Tabel 3: Target akurasi data tampang lintang tangkapan radiasi (capture), fisi dan inelastik yang dibutuhkan dan akurasi yang telah dicapai untuk beberapa aktinida pada reaktor cepat (%) Aktinida σ-Capture (%)

σ-Fisi (%)

σ-Inelastik (%)

Dicapai Target Dicapai Target Dicapai Target 237

Np

238

U

5

3

3

238

Pu

25

10

10

239

Pu

6

4

3

240

Pu

10

5

241

Pu

15

5

241

Am

10

242

mAm

30

243

Am

30

242

Cm

243

Cm

244

Cm

15

5

7

5

30

10

3

10

10

5

40

-

3

20

15

5

-

20

15

5

3

20

-

5

10

5

30

10

10

15

5

40

-

10

10

5

30

-

50

10

15

5

30

-

50

10

15

5

30

-

50

-

10

5

30

-

menjadi sangat penting. Model reaktor cepat konvensional menggunakan plutonium sebagai bahan bakar, tetapi pada reaktor cepat Gen-IV akan digunakan bahan bakar campuran aktinida minor untuk mencapai salah satu tujuan dari pengembangan reaktor Gen-IV, yaitu tahan/tak rentan terhadap penyebaran bahan nuklir berbahaya (proliferation resistance).

nium. Data tampang lintang, khususnya pada daerah energi ratusan eV hingga ribuan eV, sangat berpengaruh pada hasil perhitungan keff karena temperatur sangat berpengaruh terhadap tampang lintang pada temperatur tinggi. Karakteristik data struktur inti pada bahan bakar juga perlu dikaji lebih mendalam.

Hal ini berarti bahwa konsentrasi awal dari aktinida minor seperti Americium (Am) dan Curium (Cm) tidak dapat diabaikan. Kajian dan litbang evaluasi tentang aktinida minor masih akan dikembangkan dan dilakukan secara kontinu oleh berbagai pihak [6] . Berbagai hasil evaluasi dan kajian yang telah dilakukan memperlihatkan indikasi perbedaan data tampang lintang aktinida minor yang dihasilkan masih relatif besar (Gambar 2).

4.2

Pengaruh perbedaan data tampang lintang aktinida dapat mengakibatkan perbedaan hasil perhitungan yang signifikan seperti ditunjukkan dalam Gambar 3. Terlihat dalam Gambar 3, perbedaan hasil perhitungan faktor multiplikasi efektif (keff) pada unit sel burnup bahan bakar ∼3,5% antara JEFF-2.2 dan ENDF/B-VI pada teras reaktor berbahan bakar ura-

Moderator dan Pendingin

Material untuk moderator biasanya menggunakan bahan yang mempunyai tampang lintang serapan yang kecil (lemah) tetapi sebaliknya mempunyai tampang lintang hamburan neutron yang besar. Hubungan dispersi fonon dan kernel hamburan yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh efek tumbukan molekul. Gambar 4 menunjukkan hubungan dispersi fonon pada grafit dari berbagai model yang berbeda [8] . Bahan moderator untuk reaktor Gen-IV adalah grafit untuk reaktor VHTR maupun MSR. Reaktor jenis SCWR menggunakan moderator air. Jenis reaktor GFR, LFR dan SFR tidak membutuhkan moderator. Pendingin untuk reaktor jenis GFR dan VHTR biasanya menggunakan gas helium (He), sedangkan LFR berpendingin Pb atau Pb-Bi, sedangkan reaktor

1105-22

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

Gambar 2: tampang lintang fisi eksperimental untuk

Gambar 3: Perbedaan hasil perhitungan keff dengan file JEFF-2.2 dan ENDF/B-VI yang dipengaruhi oleh tampang lintang yang digunakan [7]

SCWR dan MSR masing-masing menggunakan pendingin H2 O superkritis dan larutan garam fluorida. Dari hasil berbagai kajian ditunjukkan bahwa dalam perhitungan keff terdapat perbedaan lebih besar dari 0,7% untuk reaktor VHTR. Hal ini perlu diketahui bahwa lebar kisi (lattice pitch) dari moderator grafit akan mengalami perubahan jika diiradiasi neutron dalam waktu yang cukup lama. Keakuratan hasil perhitungan dikaitkan dengan hubungan dispersi fonon dalam grafit sangat dibutuhkan dalam analisis bahan grafit yang akan digunakan (perbandingan grafit yang telah diiradiasi neutron dengan moderator grafit baru). Keakuratan tampang lintang total Pb, Bi, Si, Mg masih sangat kurang dikarenakan material tersebut jarang atau kurang dipakai pada reaktor dengan teknologi konvensional. Perbedaan tampang lintang total dan inelastik nuklida natPb ditampilkan dalam Gambar 5. Pada reaktor cepat, akurasi dan presisi

243

Cm [5]

Gambar 4: Hubungan dispersi fonon pada grafit dari berbagai model yang berbeda

data tampang lintang tangkapan radiasi dan tampang lintang pada reaksi ambang seperti (n, 2n), (n, 3n), (n, p), (n, α) sangat dibutuhkan dalam perhitungan fisika reaktor. 4.3

Produk Fisi (Fission Products)

Data produk fisi sangat penting untuk dihitung guna mengetahui perkiraan full burnup credit dan panas sisa peluruhan (decay heat) dari tempat penyimpanan bahan bakar bekas. Siklus yang lama pada pemuatan bahan bakar bekas membutuhkan perhitungan fission yield yang akurat dan tampang lintang tangkapan radiasi (capture) dari hasil produk fisi yang timbul. Untuk transmutasi produk fisi umur panjang, tampang lintang tangkapan radiasi, (n, 2n), (n, 3n), (n, p), (n, α) harus diketahui dengan baik dan mempunyai akurasi yang tinggi. Pada reaktor jenis MSR, produk fisi individu terpisah antara teras yang berbentuk cair dan pada sistem pemisahan on-line. Hasil pro-

1105-23

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

Gambar 5: Tampang lintang

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

nat

Pb dari berbagai sumber data nuklir [5]

duk fisi yang lebih akurat, data peluruhan dan data tampang lintang tangkapan radiasi untuk nuklida individu tidak dapat diabaikan untuk desain dan analisis keselamatan MSR. 4.4

Racun Dapat Bakar (Burnable Poison)

Sebagian besar konsep reaktor Gen-IV menginginkan pemuatan siklus bahan bakar yang lama untuk meningkatkan keekonomiannya, maka keakuratan perhitungan pelambatan racun dapat bakar sangat dibutuhkan bila dibandingkan dengan reaktor tipe generasi sebelumnya. Gambar 6 memperlihatkan tipikal tampang lintang capture untuk pembakaran racun europium sebagai salah satu racun dapat bakar selain boron, gadolinium dan lain-lain.

Gambar 6: Tipikal tampang lintang capture untuk pembakaran racun europium [8]

4.5

Data Kovariansi (Covariance Data)

Data kovariansi memegang peranan penting ketika data yang disediakan tidak mencukupi. Data kovari-

ansi biasanya digunakan dalam menganalisis pengukuran dosimetri untuk mendapatkan perkiraan spektrum neutron yang lebih tepat atau konsisten. Penggunaan data kovariansi juga memberikan hasil yang baik pada persoalan benchmark kritikalitas. Perkiraan yang tepat pada data kovariansi akan sangat berguna dalam memberikan estimasi toleransi desain reaktor Gen-IV bilamana eksperimen ”tiruan” (mock-up experiment) tidak tersedia. 5

KESIMPULAN

Keandalan dan keakuratan serta ketelitian data nuklir merupakan salah satu kunci sukses dalam pengembangan konsep reaktor Gen-IV yang beroperasi pada temperatur tinggi. Kondisi status data nuklir yang ada sekarang masih dirasakan belum cukup dapat dipercaya serta handal untuk mendukung pengembangan konsep desain reaktor Gen-IV. Beberapa hasil kajian menunjukkan target akurasi parameter yang diperoleh dalam perhitungan neutronik reaktor cepat masih terdapat perbedaan yang signifikan, sekitar ±5-10% dari target akurasi yang diharapkan, sedangkan perbedaan target akurasi pada data tampang lintang aktinida yang ditargetkan dan yang dicapai masih terdapat perbedaan yang relatif signifikan sekitar ±10-20% khususnya σ-capture, σ-fisi, dan σ-inelastik. Dari berbagai hasil eksperimen negara maju dan analisis hasil kajian ditunjukkan bahwa terdapat perbedaan signifikan data tampang lintang Pb dari berbagai pustaka data nuklir yang ada. Keakuratan tampang lintang total Pb dan Bi masih sangat kurang diperhatikan karena material tersebut jarang dipakai dalam reaktor dengan teknologi reaktor generasi sebelumnya. Dalam reaktor cepat, akurasi dan presisi data tampang lintang tangkapan radiasi dan tampang

1105-24

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . .

SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei’12

lintang pada reaksi ambang sangat dibutuhkan dalam perhitungan neutronik. Analisis kebutuhan data nuklir untuk reaktor GenIV masih terus dikaji, dievaluasi dan masih dikembangkan di negara-negara maju, sehingga masih banyak data-data dan karakteristik yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan reaktor Gen-IV mendatang diantaranya dengan eksperimental untuk memperoleh data nuklir yang sesuai, evaluasi data nuklir secara integral, studi sensitivitas data nuklir dan tampang lintang nuklir fungsi temperatur yang sesuai untuk reaktor Gen-IV. Data-data ini sampai sekarang masih jarang ditemukan, baik di internet maupun di perpustakaan, karena masih terus dalam pengembangan. Untuk meningkatkan kemampuan analisis keselamatan dan optimasi desain reaktor Gen-IV sangat dibutuhkan peningkatan kemampuan analisis data nuklir yang digunakan dalam perhitungan dengan berbagai variasi parameter desain dan parameter yang terkait lainnya seperti variasi reaktivitas dan variasi distribusi daya teras reaktor Gen-IV. Bagian ujung belakang pengelolaan siklus bahan bakar dari sistem reaktor Gen-IV juga membutuhkan data yang lebih akurat untuk memperkirakan parameter siklus dan

bentuk akhir bahan bakar bekas. DAFTAR PUSTAKA [1]

Anonymous, 2002, Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy System, US DOE Nuclear Energy Advisory Committee and Generation IV International Forum, December 2002

[2]

Driscoll, M.J. and P. Heizler, 2005, Reactor Physics Challenges in Gen-IV Reactor Design, Nuclear Engineering and Technology, Vol. 27 No. 1, February 2005

[3]

Finck, P.J., 2004, Fast Reactor Simulation Challenges, Advanced Simulation Workshop LLNL, Livermore California, December 14, 2004

[4]

Anonymous, 2003, Nuclear Data Needs for Generation IV Nuclear Energy Systems, April 14-25, 2003, BNL, 2003

[5]

Rabotnov, N.S., 2000, Nuclear Data for Advanced Fast Reactor”, presented at Advisory Group Meeting on Long Term Needs for Nuclear Data Development, IAEA Headquarter, Vienna, Austria, 28 Nov. - 1 December 2000

[6]

OECD/NEA, 1999, Present Status of Minor Actinide Data, NEA/WPEC-8

[7]

Driscoll, M.J. and P. Heizler, 2005, Reactor Physics Challenges in Gen-IV Reactor Design, Nuclear Engineering and Technology, Vol. 27 No. 1, February 2005

[8]

Chang, J., 2005, Nuclear Data Needs for Generation-IV Reactors, Korea Atomic Energy Research Institute, February 2005

1105-25