STUDI PARAMETER DESAIN TERAS TRUE TRAVELLING WAVE BREED AND BURN REACTOR DENGAN INITIAL ACTIVE CORE LOW ENRICHED URANIUM DAN BLANKET DEPLETED URANIUM MENGGUNAKAN PROGRAM SRAC

WAHID LUTHFI , Dr. Ir. Andang Widi Harto, M.T.; Dr. Alexander Agung, S.T., M.Sc.

2016 | Skripsi | S1 TEKNIK NUKLIR

Depleted uranium (DU) menjadi salah satu limbah dalam siklus bahan bakar uranium yang ada saat ini. Tumpukan DU di dunia sudah mencapai 1,5 juta ton dan setiap tahunnya bertambah sebesar 50.000 ton dari hasil fasilitas pengayaan di Amerika Serikat, Eropa dan Rusia. Limbah ini memiliki aplikasi militer yakni sebagai penetrator misil untuk menembus kendaraan berlapis baja. Efeknya, selain kerusakan secara langsung, kerusakan akibat kontaminasi zat radioaktif juga tidak bisa dihindarkan. Salah satu bentuk pemanfaatan DU untuk penggunaan damai adalah dengan memasukkan DU ke dalam reaktor dan memanfaatkan potensi energi yang dimilikinya. Salah satu jenis reaktor yang memiliki kemampuan ini adalah reaktor tipe breed and burn (B&B) yang dapat mengonsumsi feed yang bisa diisi dengan DU dan limbah bahan bakar nuklir (SNF) dengan sedikit pemantik bahan fosil yang disebut seed. Studi parameter desain teras B&B dengan menggunakan DU sebagai feed dan Low Enriched Uranium (LEU) sebagai seed perlu untuk dilakukan agar bisa didapatkan teras reaktor yang dapat beroperasi pada mode B&B dengan jumlah seed seminimal mungkin, dengan pengayaan LEU serendah mungkin, dapat memanfaatkan DU semaksimal mungkin dengan daya operasi reaktor yang tinggi. Hasil analisis menunjukkan bahwa performa neutronik teras reaktor B&B dengan menggunakan feed DU dan seed LEU dipengaruhi oleh parameter bahan bakar, geometri teras reaktor dan assembly, serta bahan pendukung lain di dalam teras reaktor. Penggunaan LEU dengan pengayaan rendah memberikan performa yang lebih baik dibandingkan LEU dengan pengayaan yang tinggi, namun penentuan tinggi minimum seed menjadi faktor pembatas seberapa rendah pengayaan LEU yang bisa digunakan. Kemudian tinggi seed dapat disesuaikan agar k-eff lebih besar dari 1 hingga akhirnya burning wave mencapai daerah feed. Setelah mencapai feed, jika k-eff selama di feed lebih besar dari satu, maka reaktor dapat beroperasi hingga feed habis dibakar seluruhnya. Penambahan tinggi feed dapat memperpanjang periode operasi reaktor. Penggunaan assembly yang memiliki fuel volume fraction yang tinggi, radius teras reaktor yang tepat, pendingin reaktor tipe liquid metal yang berat seperti LBE, kemudian bahan struktur seperti Zr-2,5%Nb dan HT9 serta penggunaan reflektor tipe PbO dapat menjadi pilihan untuk menaikkan k-eff selama masa operasi reaktor.

Depleted uranium (DU) became one of the waste in the uranium fuel cycle that exists today. Piles of DU in the world has reached 1.5 million tons and annually increased by 50,000 tones from the enrichment facility in the United States, Europe and Russia. These wastes have military applications i.e. as a penetrator missiles to penetrate armored vehicles. The effect, in addition to direct damage, damage caused by radioactive contamination also cannot be avoided. One form of the use of DU for peaceful uses is to use DU in nuclear reactors and using its potential. One type of reactors that has this capability is the breed and burn reactor (B&B) which can consume feed that can be filled with DU and spent nuclear fuel using small amount of fissile material as igniter or seed. Design parameters study of B&B core using DU as feed and Low Enriched Uranium (LEU) as seed is necessary to done in order to obtain the reactor core that could operate in B&B mode with minimum amount of seed, with the enrichment of LEU as low as possible, could utilize DU as much as possible, and operate with high reactor thermal power. The analysis showed that the performance of the B&B core using DU as feed and LEU as seed, influenced by several parameters of the fuel, reactor core geometry and assembly, as well as other materials in the reactor core. The reactor that using lower enrichment of LEU, gives us better performance than higher enrichment of LEU. However, the determination of the minimum height of seed becomes a limiting factor on how low enrichment of LEU that could be used. Seed height can be adjusted to reach k-eff greater than or equal to 1 until burning wave reaches the feed. After burning wave reaches the feed with the conditions k-eff greater than or equal to 1, the reactor will operate until feed has exhausted. The addition of higher feed may extend the operation period of the reactor. Reactor that uses larger assembly fuel volume fraction, suitable core radius, heavy liquid metal coolant such as LBE, structural material such as Zr-2.5Nb and HT9 and PbO type of reflector can be an option to raise k-eff during reactor operation period.

Kata Kunci : B&B, seed, feed, DU, LEU, burning wave, k-eff