STUDI AWAL DAUR ULANG PLUTONIUM DAN AKTINIDA MINOR DALAM BWR BERBAHAN BAKAR THORIUM DENGAN MODEL BURNUP STANDAR MENGGUNAKAN MODUL PERHITUNGAN SEL PIJ DARI CODE SRAC 2002
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan program sarjana pada
Departemen Fisika Institut Teknologi Bandung
Oleh :
WELLY NAWANGSARY NIM. 10200069
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Akhir dengan judul :
STUDI AWAL DAUR ULANG PLUTONIUM DAN AKTINIDA MINOR PADA REAKTOR AIR MENDIDIH DALAM BWR BERBAHAN BAKAR THORIUM
DENGAN MODEL BURNUP STANDAR MENGGUNAKAN MODUL PERHITUNGAN SEL PIJ DARI CODE SRAC 2002
Telah diperiksa dan disetujui untuk diajukan dalam ujian sidang tugas akhir untuk menyelesaikan program sarjana pada Depertemen Fisika Institut Teknologi Bandung
Menyetujui,
Abdul Waris, Ph.D
i
ABSTRAK
Thorium (Th) merupakan salah satu alternatif untuk bahan bakar reaktor nuklir. Pada studi awal ini telah dilakukan simulasi daur ulang plutonium (Pu) dan Aktinida Minor (MA) dengan bahan bakar thorium pada kode komputer SRAC, dengan data nuklir dari JENDL-3.2. Reaktor yang digunakan pada studi awal ini adalah jenis Reaktor Air Didih atau Boiling Water Reactor (BWR). Penelitian ini dilakukan untuk berbagai nilai void koefisien dari BWR (10%-90%). Hasil studi memperlihatkan bahwa dengan daur ulang Pu & MA berbahan bakar Th-232 dapat berlangsung tanpa penambahan U-233 sebagai input bahan bakar.Hasil yang optimal untuk BWR standar (void 42%) yaitu pada konsentrasi Pu (11.16%) dan MA (1.24%).
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan puji syukur kepada Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir yang berjudul ”Studi Awal Daur Ulang Plutonium dan Aktinida Minor Pada Reaktor Air Mendidih dengan Bahan Bakar Thorium dengan Model Burnup Standar Menggunakan Modul Perhitungan Sel Pij dari Code Srac 2002”.
Penulisan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan program sarjana pada Departemen Fisika Institut Teknologi Bandung. Penulis menyadari bahwa pembuatan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik secara moral maupun material. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Abdul Waris, Ph.D yang telah dengan sabar memberi bantuan serta bimbingan dalam pembuatan tugas akhir ini.
2. Dr. Zaki Su’ud dan Dr. Wahyu Srigutomo sebagai penguji 3. Mas Hendro Sujatmoko, S.Si.
4. Zaki dan Zidan yang menjadi pemberi semangat terbesar 5. Bapak dan Ibu, atas do’a dan restunya.
6. Bapak Yeye yang selalu memberikan informasi penting.
7. Teman-teman angkatan 2000 yang telah lama meninggalkanku.
iii
8. Teman-teman yang telah membantu, namun tidak dapat penulis sebutkan satu- persatu.
Semoga dukungan, bantuan dan bimbingan dari semua pihak di atas mendapat balasan yang lebih besar dari Allah SWT. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, mengingat keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Bandung, 14 September 2007
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN i
ABSTRAK ii
KATA PENGANTAR iii
DAFTAR ISI v
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……… 1
1.2 Tujuan Penelitian ……….... 3
1.3 Batasan Masalah ...………. 3
1.4 Sistematika Penulisan ………. 3
BAB II TEORI DASAR 2.1 Reaktor Nuklir ....……….. 5
2.1.1 Pendahuluan ……… 5
2.1.2 Reaksi Peluruhan Radioaktif ... 6
2.1.3 Reaksi Tumbukan Nuklir ……….. 7
2.1.4 Cross Section Reaksi Nuklir ... 9
2.2 Reaktor Nuklir ... 11
2.2.1 Pendahuluan ………. 11
2.2.2 Klasifikasi Reaktor ……….. 13
2.2.3 Analisis Teras Reaktor ... 15
2.2.3.1 Analisis Neutronik Reaktor ... 15
2.2.3.2 Reaktivitas dan Analisis Kontrol ... 17
2.2.3.3 Analisis deplesi bahan bakar ... 20
2.2.4 Kompenen-komponen Reaktor ... 22
2.3 Boiling Water Reactor (BWR) ... 24
BAB III Daur Ulang Plutonium & Aktinida Minor Pada BWR 3.1 Siklus Bahan Bakar Nuklir ... 26
3.2 Limbah Radioaktif ... 26
3.3 Pengolahan Limbah Radioaktif ………. 28
3.4 Daur ulang Plutonium dan Aktinida Minor ... 29
3.5 Spesifikasi Penelitian dalam Reaktor BWR ... 30
3.6 Metoda Perhitungan ... 33
BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA 4.1 Komposisi Masukan ……… 36
4.2 Hasil Perhitungan Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor ... 37
v
4.2.1 Input bahan bakar dengan U-233 sebesar 1.0% ... 37
4.2.2 Input bahan bakar dengan U-233 sebesar 2.0% ... 39
4.2.3 Input bahan bakar dengan U-233 sebesar 3.0% ... 40
4.2.4 Input bahan bakar dengan U-233 sebesar 4.0% ... 42
4.2.5 Input bahan bakar dengan U-233 sebesar 5.0% ... 43
4.2.6 Input bahan bakar dengan Pu (5.58%) dan MA (0.62%) tanpa penambahan U-233 ... 44 4.2.7 Input bahan bakar dengan Pu (11.16%) dan MA (1.24%)... 46
4.2.8 Input bahan bakar dengan Pu (16.74%) dan MA (1.86%) ... 47
4.3 Hasil Perbandingan daur ulang untuk berbagai penambahan U-233 serta konsentrasi Pu dan MA ……… 48 4.4 Hasil Perbandingan Reactivity Swing BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. 51
5.1 Kesimpulan ………. 51
5.2 Saran ………... 51
DAFTAR PUSTAKA ………. 53
LAMPIRAN ………. 54
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tumbukan menghasilkan reaksi nuklir 5
Gambar 2.2 Faktor Multiplikasi 16
Gambar 2.3 Fuel assembly/bundle 23
Gambar 3.1 Skema BWR 31
Gambar 4.1 Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 38 dengan U-233(1.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Gambar 4.2 Perubahan number density fuel terhadap waktu kerja reaktor 39 untuk U-233(1.0 %) pada fraksi void 10.
Gambar 4.3 Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 40 dengan U-233(2.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Gambar 4.4 Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 41 dengan U-233 (3.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Gambar 4.5 Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 43 dengan U-233 (4.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Gambar 4.6 Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 44
vii
dengan U-233 (5.0%), Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void.
Gambar 4.7 Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 45 dengan Pu (5.58%) dan MA (0.62%) untuk berbagai nilai fraksi Void
Gambar 4.8. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 47 dengan Pu (11.16%) dan MA (1.24%) untuk berbagai nilai fraksi Void
Gambar 4.9. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup pada input 48 dengan Pu (16.74%) dan MA (1.86%) untuk berbagai nilai fraksi Void
Gambar 4.10. Perubahan faktor multiplikasi sebagai fungsi burnup untuk 49 berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA pada fraksi void 42%
Gambar 4.11. Perubahan Reactivity swing sebagai fungsi fraksi void untuk 50 berbagai nilai konsentrasi U-233, Pu dan MA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Sumber Energi 12 Tabel 2.2 Perbandingan Skenario Pemanfaatan Sumber Energi Nuklir 12
Tabel 2.3 Klasifikasi Reaktor Nuklir 14
Tabel 2.4 Parameter desain dari teras BWR 24
Table 3.1. Spesifikasi Desain BWR 32
Tabel 4.1. Komposisi Pu dan MA yang dimasukkan sebagai bahan bakar 36 Tabel 4.2. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor 37 Tabel 4.3. Komposisi Thorium,Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor 39 Tabel 4.4. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor 41 Tabel 4.5. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor 42 Tabel 4.6. Komposisi Thorium, Uranium, Plutonium dan Aktinida Minor 43 Tabel 4.7. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor 45 Tabel 4.8. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor 46 Tabel 4.9. Komposisi Thorium, Plutonium dan Aktinida Minor 47
ix
