PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP

FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF

REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

Disusun oleh :

TEGUH RAHAYU

M0209052

SKRIPSI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

commit to user

PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP

FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF

REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

Disusun oleh :

TEGUH RAHAYU

M0209052

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(3)

(4)

commit to user iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH

JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF

REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS” adalah hasil kerja saya dan belum

pernah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret

atau di Perguruan Tinggi lainnya. Sepengetahuan saya hingga saat ini isi skripsi tidak

berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis orang lain kecuali telah dituliskan

di daftar pustaka skripsi ini. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau dikopi secara bebas

tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, November 2013

(5)

commit to user

iv

PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP

FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF

REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

Teguh Rahayu

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta

Email: teguhrahayu@gmail.com

ABSTRAK

Reaktor Temperatur Tinggi yang dikenal dengan High Temperature Reactor

(HTR) Proteus merupakan salah satu jenis reaktor generasi IV berpendingin udara.

Perhitungan nilai faktor kelipatan efektif (keff) dilakukan pada HTR Proteus tanpa

batang kendali dan ketinggian bahan bakar 158 cm. Modifikasi yang dilakukan

yaitu penggantian pendingin dari udara menjadi helium, reflektor grafit diganti

dengan variasi carbon steel (FeC) dan tungsten karbida (WC) serta variasi

pengayaan 235U. Komposisi besi (Fe) maupun tungsten (W) dalam material

reflektor diturunkan dari 90 % - 10-6 %. Variasi pengayaan 235U adalah 16 % -

20 %. Dari hasil simulasi Monte Carlo N-Particle X (MCNPX) dapat diketahui

bahwa kondisi reaktor kritis dengan pengayaan bahan bakar 16,67% apabila fraksi

massa Fe dalam FeC sebesar 0,1 % atau fraksi massa W dalam WC sebesar

0,01 %. Pengayaan 235U pada HTR Proteus dapat meningkatkan nilai keff hingga

0,5299±0,0009 dengan reflektor FeC (99,5% Fe + 0,5% C) dan 0,4057±0,0011

dengan reflektor WC (93,87% W + 6,13% C).

(6)

commit to user

v

THE EFFECT OF REFLECTOR MATERIAL ON EFFECTIVE

MULTIPLICATION FACTOR HIGH TEMPERATURE REACTOR

(HTR) PROTEUS

ABSTRACT

Teguh Rahayu

Physics Department, Faculty of Sciences, Sebelas Maret University

Email: teguhrahayu@gmail.com

High Temperature Reactor (HTR) Proteus is one of the IVth generation

reactor with air coolant. Calculation of effective multiplication factor (keff) value

has been done at HTR Proteus without control rod and 158 cm fuel height. Air

coolant has been changed into helium, the graphite reflector has been changed into

carbon steel (FeC) and tungsten carbide (WC), and the enrichment of 235U has

been varied. Fe and W composition in reflector material have been reduced from

90% - 10-6 %. Variations of 235U enrichment are 16% - 20%. From the result of

Monte Carlo N-Particle X (MCNPX) simulation, it can be known that the critical

condition of a reactor with 16.67% fuel enrichment when the mass fraction of Fe

in FeC is 0.1% or mass fraction of W in WC is 0.01%. The enrichment of 235U in

a HTR Proteus could increase the max keff value up to 0.5299±0.0009 with FeC

reflector (99.5% Fe + 0.5% C) and 0.4057±0.0011 with WC reflector (93.87% W

+ 6.13% C).

(7)

commit to user

vi

MOTTO

Satu jam yang kau gunakan untuk merasa khawatir lebih

melelahkan daripada satu jam untuk bekerja keras.

(Mario Teguh)

Kunang-kunang di dalam kegelapan lebih berarti

dibanding berlian di antara gugusan bintang.

(Iwan Yahya)

PERSEMBAHAN

Atas Rahmat ALLAH SWT,

Gelar Sarjana Sains penulis persembahkan kepada ibu Sagiyem selaku ibu penulis dan bapak

Tanto Wiyono selaku bapak penulis.

Dan ilmu yang diperoleh penulis persembahkan kepada Jayanti Anggraini selaku adik penulis

dan Arif Tony Wicaksono selaku kakak penulis.

Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Veetha A.P., Yudha E.P., Ika A dan Farida R., selaku grup MCNP.

2. Keluarga besar fisika angkatan 2009.

3. Adik-adik angkatan 2010, 2011 dan 2013.

(8)

commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.

Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW.

Skripsi yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan

gelar Sarjana Sains berjudul “PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR

TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR

TINGGI PROTEUS”. Terselesaikannya skripsi ini merupakan suatu kebahagiaan

bagi penulis. Keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan

berbagai pihak. Maka dari itu, penulis menyampaikankan terima kasih kepada :

1. Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D, selaku ketua jurusan Fisika FMIPA Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

2. Drs. Suharyana, M.Sc., selaku Pembimbing I.

3. Utari, S.Si., M.Si., selaku Pembimbing II.

4. Soerja Koesuma S.Si, M.Si.,selaku Pembimbing Akademik.

5. PTRKN BATAN yang telah meminjamkan software MCNPX.

Semoga laporan penelitian ini dapat memberi manfaat bagi pembaca.

Surakarta, November 2013

(9)

(10)

2.4.2. Penelitian yang Pernah Dilakukan ... 16

2.5. Teori Difusi dalam Reaktor Nuklir ... 17

2.6. Perhitungan Pengayaan 235U ... 19

4.1. Pengaruh Jenis Material Reflektor terhadap keff ... 28

(11)

commit to user

x

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

keff Faktor multiplikasi efektif

Faktor multiplikasi tak-hingga

Tampang lintang mikroskopis

Tampang lintang mikroskopis tangkapan radiatif

Tampang lintang mikroskopis hamburan

Nilai maksimum tampang lintang total

Tampang lintang makroskopis

Tampang lintang makroskopis serapan

Tampang lintang makroskopis fisi

Energi pada sistem pusat massa

Energi pada sistem pusat massa yang terjadi resonansi puncak

Lebar tangkapan radiatif Lebar total resonansi Jari-jari Inti

Panjang gelombang Faktor Fisi cepat

Faktor probabilitas lolos resonansi Faktor pemakaian termal

Faktor reproduksi

Faktor Kebocoran netron cepat

Faktor Kebocoran netron termal

Reaktivitas

(12)

commit to user

(13)

commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Distribusi Energi Fisi ... 6

Tabel 2.2. Sifat Fisis Material Reflektor ... 9

Tabel 2.3. Hasil Eksperimen HTR Proteus ... 16

Tabel 2.4. Hasil Simulasi Lebenhaft (2001) ... 16

Tabel 2.5. Hasil Simulasi Zuhair dkk (2010) ... 17

Tabel 2.6. Hasil Simulasi INL (2013) ... 17

Tabel 3.1. Hasil Perhitungan Fraksi Atom Penyusun UO2 ... 25

Tabel 4.1. Benchmarking HTR Proteus ... 27

Tabel 4.2. Nilai keff Reaktor dengan Reflektor FeC dan WC ... 28

Tabel 4.3. Pengaruh Peningkatan Kadar C terhadap keff ... 29

Tabel 4.4. Pengaruh Penurunan Kadar Fe terhadap keff ... 30

Tabel 4.5. Pengaruh Penurunan Kadar W terhadap keff ... 31

(14)

commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Tampang Lintang Fisi 235U ... 6

Gambar 2.2. Skema Reaksi Fisi Berantai ... 7

Gambar 2.3. Siklus Hidup Neutron dalam Reaktor Nuklir ...14

Gambar 2.4. Skema HTR Proteus dan Bahan Bakar ...15

Gambar 2.5. Mekanisme Transport pada Metode Monte Carlo ...20

Gambar 3.1. Geometri HTR Proteus ...23

Gambar 3.2. Prosedur Penelitian ...26

Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Fraksi Massa Karbon terhadap keff ...29

Gambar 4.2. Grafik Pengaruh Fraksi Massa Reflektor terhadap reaktivitas ...32

(15)

commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. File Input HTR PROTEUS ... 37