Analisis Kemampuan Konveksi Alami pada Sistem Pendingin Primer NuScale Berbahan Bakar Campuran Uranium dan Plutonium Menggunakan RELAP5-3D

SILVIA PHUNGKY, Dr. Ir. Alexander Agung, S.T., M.Sc; Dr.-Ing. Sihana

2019 | Skripsi | S1 TEKNIK NUKLIR

NuScale merupakan PWR integral berbahan bakar UO2 yang beroperasi dengan sirkulasi alami. Dalam penelitian ini analisis termal hidrolik dilakukan pada sistem primer NuScale untuk mengamati fenomena konveksi alami ketika bahan bakar diganti menjadi mixed oxide (MOX) karena penggunaan MOX yang diimbangi dengan pembesaran diameter teras dapat meningkatkan keuntungan neutronik. Modifikasi yang dilakukan tersebut menyebabkan sifat termal bahan bakar dan distribusi aliran dalam teras berubah. Perubahan ini perlu dilakukan analisis untuk memastikan kemampuan konveksi alami NuScale tetap terjaga dan reaktor tetap dalam keadaan selamat. Penelitian ini dilakukan menggunakan RELAP5-3D. Ada 4 model yang dianalisis dan semua model dianalisis pada sifat bahan bakar high burn-up. Setiap jenis bahan bakar disimulasikan dalam kondisi end-of-cycle (EOC) dan beginning-of-cycle (BOC). Simulasi BOC digunakan untuk menguji keselamatan reaktor saat beroperasi dengan power peaking factor (PPF) yang lebih besar, sementara sifat bahan bakar dipertahankan pada kondisi high burn-up. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuan sirkulasi alami dalam setiap model tetap mampu dipertahankan berdasarkan perbedaan densitas pendingin. Tidak ada perbedaan yang signifikan pada suhu pendingin, laju alir pendingin, dan fraksi void setiap model. Namun pembesaran diameter teras menyebabkan peningkatan fraksi void pada kanal bahan bakar karena berkurangnya aliran pendingin yang mengalir di dalamnya. Dampak yang signifikan terjadi pada suhu pelet, dimana suhu pelet tertinggi terjadi pada MOX karena kondutivitas MOX lebih rendah dibandingkan dengan UO2, akan tetapi suhu puncak pelet masih di bawah suhu leleh MOX. Tidak ada parameter operasi yang melebihi batas keselamatan, sehingga reaktor masih dapat mempertahankan kemampuan konveksi alaminya dan MOX layak untuk digunakan pada reaktor NuScale.

NuScale is an integral UO2 fueled PWR that operates with natural circulation. In this study hydraulic thermal analysis was carried out on the NuScale primary system to observe the natural convection phenomenon when the fuel was changed to mixed oxide (MOX) because of the use of MOX which was offset by enlargement of the core diameter could increase the neutron advantage. The modifications made caused the thermal properties of the fuel and the flow distribution in the core changed. This change needs to be analyzed to ensure that NuScale's natural convection capability is maintained and the reactor remains safe. This research was carried out using RELAP5-3D. There are 4 models that are analyzed and all models are analyzed on the properties of high burn-up fuel. Each type of fuel is simulated under end-of-cycle (EOC) and beginning-of-cycle (BOC) conditions. BOC simulations are used to test reactor safety when operating with a larger power peaking factor (PPF), while the fuel properties are maintained in high burn-up conditions. The results showed that the ability of natural circulation in each model remained able to be maintained based on differences in cooling density. There were no significant differences in the coolant temperature, cooling flow rate, and void fraction of each model. But the enlargement of the diameter of the core causes an increase in the void fraction on the fuel channel because of the reduced cooling flow that flows in it. Significant impact occurred at the pellet temperature, where the highest pellet temperature occurred at MOX because MOX condutivity was lower than UO2, but the pellet peak temperature was below the melting temperature of MOX. There are no operating parameters that exceed the safety limit, so the reactor can still maintain its natural convection capability and MOX is suitable for use at the NuScale reactor.

Kata Kunci : konveksi alami, MOX, NuScale, RELAP5-3D, termal hidrolik/ MOX, natural convection, NuScale, RELAP5-3D, thermal-hydraulics