Analisis Neutronik Bahan Bakar UCO pada Reaktor HTR-PM

IZAZ WIDYAN SYANDANA, Prof. Dr. Ir. Andang Widi Harto, M.T., IPU, ASEAN Eng.; Ir. Suwoto

2025 | Skripsi | TEKNIK NUKLIR

HTR-PM adalah konsep reaktor HTGR berbasis pebble-bed dengan bahan bakar TRISO yang menawarkan keluaran pendingin ber-temperatur tinggi dan fitur keselamatan pasif. Penelitian ini mengevaluasi perilaku neutronik dan performa TRISO berbahan UCO sebagai alternatif pengganti UO2 untuk mengurangi potensi pelepasan CO dan kegagalan partikel.

Model reaktor HTR-PM dimodelkan menggunakan kode Monte-Carlo OpenMC; benchmark dilakukan dengan membandingkan reaktivitas terhadap 
model referensi (selisih 59 pcm). Variasi meliputi geometri pebble-bed, komposisi bahan bakar, dan skema refueling diskrit dengan 60 segmen vertikal yang disirkulasikan selama deplesi hingga burnup target 90 MWd/kgU.

Hasil menunjukkan bahwa baik TRISO UO2 maupun TRISO UCO mampu mempertahankan kritikalitas pada burnup target. Secara neutronik, UCO menampilkan ekonomi neutron yang sedikit lebih buruk akibat fraksi uranium yang lebih tinggi, sehingga meningkatkan penyerapan termal; namun nilai keff steady-state pada kasus yang dianalisis tetap sedikit lebih tinggi untuk UCO (?1,0033 vs 1,0027 untuk UO2). Analisis komposisi aktinida memperlihatkan pergeseran menuju isotop berat (240Pu, 241Pu, 241Am, 237Np) yang berdampak pada rasio capture/fission dan manajemen limbah.

HTR-PM is a pebble-bed high-temperature gas-cooled reactor concept employing TRISO fuel that offers high outlet coolant temperatures and inherent passive safety features. This study evaluates the neutronic behavior and performance of TRISO UCO as an alternative to TRISO UO2 to mitigate CO release and potential TRISO particle failure.

The HTR-PM model was implemented in the Monte Carlo code OpenMC and benchmarked against a reference model, yielding a reactivity difference of 59 pcm. Parametric variations included pebble-bed geometry, fuel composition, and a discrete refueling scheme partitioning the core into 60 vertical segments with circulation during depletion up to a target burnup of 90 MWd/kgU.

Results indicate that both TRISO UO2 and TRISO UCO maintain criticality at the target burnup. Neutronic analysis shows that UCO exhibits a marginally degraded neutron economy due to a slightly higher uranium mass fraction, leading to increased thermal absorption. Nonetheless, the steady-state keff in the analyzed case remains slightly higher for UCO (?1.0033) compared to UO2 (?1.0027). Isotopic inventories reveal a shift toward heavier actinides (increases in 240Pu, 241Pu, 241Am, 237Np), affecting capture-to-fission ratios and waste management.

Kata Kunci : HTR-PM, TRISO, UCO, ekonomi neutron, OpenMC, burnup