Optimasi Dimensi Pitch dan Pengayaan Bahan Bakar Mikroreaktor Hidrid Menggunakan Metode NSGA-II Berbasis Kalkulasi OpenMC

Alfonsus Rahmadi Putranto Gusti, Dr. Ir. Andang Widi Harto, M.T., IPU; Dr. Ir. Alexander Agung, S.T., M.Sc., IPU

2023 | Skripsi | TEKNIK NUKLIR

Kebutuhan energi di Indonesia dapat dipenuhi secara andal, aman, dan ekonomis dengan penggunaan mikroreaktor nuklir. Penelitian ini akan melakukan optimasi neutronik desain teras hydride microreactor menggunakan Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) dengan mempertimbangkan dua objektif meliputi nilai faktor multiplikasi neutron efektif (keff) dan power peaking factor (PPF). Dengan demikian, didapatkan reaktor yang lebih aman dan ekonomis.

Program optimasi NSGA-II dituliskan dalam bahasa pemrograman Python. Reaktor dimodelkan dalam kode simulasi OpenMC dengan variasi pengayaan bahan bakar dari 6% hingga 12?ngan langkah 0,1% serta variasi pitch dari 2,0 cm hingga 2,1 cm dengan langkah 0,1 cm. Optimasi dilakukan hingga kondisi terminasi terpenuhi. Solusi optimasi pada pareto front kemudian dikaji lebih lanjut dengan memperhitungkan siklus bahan bakar dan juga koefisien umpan balik reaktivitas.

Desain optimal menggunakan pengayaan bahan bakar sebesar 10,4?n pitch sebesar 2,1 cm. Desain tersebut menghasilkan keff sebesar 1,0712049, PPF sebesar 2,1726 pada keadaan beginning of life (BOL), dan memiliki nilai koefisien umpan balik reaktivitas negatif seluruhnya. Konfigurasi tersebut juga memungkinkan operasi reaktor selama 12,344 tahun tanpa menggunakan racun-dapat-bakar dan menghemat penggunaan bahan fisil sebesar 37,66 kg.

The energy demand of developing Indonesia can be fulfiled safely, reliably, and economically by utilising microreactor. In this study, the core design of the hydride microreactor is optimized using the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) with the effective neutron multiplication factor (keff) and power peaking factor (PPF) as the objectives. Therefore, a safer and more economical core design is obtained.

The NSGA-II code is written in python programming language. The reactor is modelled in OpenMC simulation code, with fuel enrichment varying from 6% to 12% with 0,1% increment and pitch size varying from 2,0 cm to 2,7 cm with 0,1 cm increment. The optimization code is carried out until the termination condition is fulfilled. The fuel cycle and the reactivity feedback coefficents of the solutions from the pareto front are then calculated.

The optimal core design employs 12% fuel enrichment and pitch size of 2,1 cm. The design yields keff of 1,0712049, PPF of 2,1726 at the beginning of cycle, and overall negative reactivity feedback coefficients. This configuration can be operated for 12,344 years without the need of burnable poison and saves 37,66 kg of fissile materials.

Kata Kunci : reaktor mikro, optimasi multiobjektif, NSGA-II, OpenMC