Studi dan Observasi Awal Kebutuhan Data Nuklir untuk Reaktor Generasi IV (Gen-IV)

Studi dan Observasi Awal Kebutuhan Data Nuklir untuk Reaktor

Generasi IV (Gen-IV)

Suwoto dan Zuhair

Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN, Indonesia; e-mail: suwoto@batan.go.id

Intisari: Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) generasi maju yang inovatif dengan keselamatan tinggi dipandang sangat strategis dalam mengatasi pemenuhan kebutuhan energi dunia di masa mendatang. Generation IV International Forum (GIF) berhasil mengevaluasi dan mengkaji reaktor Generasi IV (Gen-IV) dan telah memilih enam kandidat potensial untuk dibangun sekitar tahun 2030 yaitu: reaktor jenis Gas-cooled Fast Reactor (GFR), Lead-cooled Fast Reactor (LFR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Molten Salt Reactor (MSR), Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR) danVery High Temperature Reactor (VHTR). Kebutuhan data nuklir dalam perhitungan fisika reaktor dalam reaktor Gen-IV perlu dipelajari dan dikaji secara serius. Studi dilakukan melalui kajian komprehensif yang difokuskan pada status kebutuhan dan karakteristik data nuklir aktinida minor, moderator dan pendingin, nuklida produk fisi, racun dapat bakar serta data kovariansi data nuklir. Data nuklir untuk aktinida minor seperti tampang lintang tangkapan radiasi dan fisi serta hasil neutron fisi dan hasil produk fisi memegang peranan penting. Hasil kajian terkait target akurasi dalam perhitungan neutronik reaktor cepat masih terdapat perbedaan yang relatif signifikan sekitar±5-10% dari yang diharapkan, sedangkan target akurasi pada parameter tampang lintang aktinida yang digunakan masih terdapat perbedaan relatif signifikan sekitar±10-20%, khususnyaσ-capture,σ-fisi, danσ-inelastik. Bahan moderator reaktor Gen-IV dengan spektrum neutron termal biasanya adalah grafit untuk reaktor VHTR, larutan garam cair untuk MSR dan air superkritis untuk SCWR. Reaktor Gen-IV dengan spektrum neutron cepat (GFR, LFR dan SFR) tidak membutuhkan moderator sedangkan bahan pendinginnya adalah gas helium untuk GFR, Pb atau Pb-Bi untuk LFR dan sodium cair untuk SFR. Bahan Pb relatif neutral terhadap reaksi nuklir sehingga bahan ini kurang mendapat perhatian dalam reaktor generasi sekarang. Analisis kebutuhan data nuklir reaktor Gen-IV ini masih terus dikaji, dievaluasi dan dikembangkan sehingga masih banyak data-data dan karakteristik yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan reaktor Gen-IV seperti data eksperimental untuk memperoleh data nuklir yang sesuai, evaluasi data nuklir secara integral dan studi sensitivitas data nuklir.

Kata kunci: data nuklir, reaktor Gen-IV, GFR, LFR, SFR, MSR, SCWR, VHTR

Abstract: Advanced and innovative nuclear power plants (NPP) having high safety level are considered strategic in a meeting of world energy demand in the future. Generation IV International Forum (GIF) has evaluated and assessed Gen- IV reactor and selected six potential types of reactors to be deployed in around 2030. Those include Gas-cooled Fast Reactor (GFR), Lead-cooled Fast Reactor (LFR), Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), Molten Salt Reactor (MSR), Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR) and Very High Temperature Reactor (VHTR). Comprehensive study and evaluation of nuclear data for reactor physics calculation of Gen-IV are required. The study focused on assessing the status nuclear data needs including minor actinides, moderator and coolant, fission product nuclides, burnable poison and covariance data. Data of minor actinides such as capture and fission cross sections, fission neutron yields, and fission products are essential. The results of the assessment and evaluation on the neutronics calculations of fast neutron provide about±5-10% relatively significant discrepancies. The minor actinide cross sections provide relatively significant discrepancies in term of accuracy, especially on σ-capture, σ-fission, and σ-inelastik, between expected and targeted parameters about±10-20%. Moderator materials for Gen-IV with thermal neutron spectrum are typically graphite for VHTR, molten salt for MSR, and supercritical water for SCWR. Gen-IV reactors with fast neutron spectrum (GFR, LFR, and SFR) need no moderator while their coolants are helium gas, for GFR, Pb or Pb-Bi for LFR, and liquid sodium for SFR. Material Pb is relatively neutral to nuclear reaction, so that this material receives no specific concerns in the reactor generation today. Nuclear data for Gen-IV require further analysis and evaluation, so that nuclear data characteristics fulfill Gen-IV reactor data demands, such as appropriate experimental data, comprehensive nuclear data evaluation, and sensitivity study on nuclear data.

Keywords: data, Gen-IV reactor, GFR, LFR, SFR, MSR, SCWR, VHTR

Received: 10 Januari 2012;Accepted: 3 maret 2012 1105-18

1 PENDAHULUAN

P

embangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) dipan-dang sangat strategis dalam peranannya menga-tasi pemenuhan kebutuhan energi dunia mendatang. Sebagai pilihan energi alternatif, PLTN mempunyai keunggulan dibandingkan dengan pembangkit energi lainnya yang ada pada saat ini. Dalam perkem-bangan teknologi reaktor dewasa ini, telah dan akan dikembangkan reaktor generasi maju yang inovatif de-ngan keselamatan tinggi, menggantikan generasi yang ada sekarang ini (Gen-III/ Gen-III+). Sejak Januari 2000 telah dibentuk Generation IV International Fo-rum (GIF) yang beranggotakan negara-negara maju di bidang nuklir untuk membahas masalah reaktor maju inovatif yang dibutuhkan dalam penyediaan energi di masa mendatang[1]_{. Dalam perkembangannya, forum}

ini telah mengevaluasi dan mengkaji sekitar 100 kon-sep jenis reaktor yang mungkin cocok untuk diterap-kan pada Sistem Energi Nuklir Generasi ke-IV (Reak-tor Gen-IV). Pada akhir Desember 2002, telah dipu-tuskan 6 jenis kandidat reaktor yang potensial dan layak untuk dibangun pada tahun 2030. Ke-enam je-nis SEN Gen-IV ini adalah: (1) Gas-cooled Fast Re-actor (GFR), (2)Lead-cooled Fast Reactor (LFR), (3)

Molten Salt Reactor (MSR), (4) Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), (5)Super Critical Water-cooled Reac-tor (SCWR), dan (6)Very High Temperature Reactor

(VHTR).

Sumber utama data nuklir adalah eksperimen fisika nuklir dengan akselerator dan reaktor riset. Data eksperimental dilengkapi dengan data yang dihitung dari teori dan model nuklir. Saat ini, pemahaman teo-retik reaksi nuklir telah berkembang maju dan telah banyak digunakan untuk interpolasi, ekstrapolasi dan untuk menguji konsistensi data eksperimental, serta untuk meramalkan secara akurat data yang tak dapat diukur secara eksperimental.

Pada umumya, tidak satupun data nuklir baik yang ditentukan secara eksperimental maupun secara teo-retik dapat secara langsung digunakan dalam aplikasi perhitungan fisika reaktor. Data tersebut harus di-transformasikan terlebih dahulu ke dalam suatu basis data agar dapat digunakan secara mudah sebagai in-put bagi perhitungan fisika reaktor. Data tampang lintang nuklir yang akan dipergunakan dalam perhi-tungan biasanya tergantung pada spektrum neutron suatu reaktor, yaitu spektrum neutron termal (reak-tor termal) maupun spektrum neutron cepat (reak(reak-tor cepat).

Untuk memenuhi kebutuhan perhitungan fisika reaktor dalam reaktor Gen-IV, maka perlu dipelajari dan diteliti kebutuhan dan karakteristik awal data tampang lintang nuklir, baik untuk reaktor dengan spektrum neutron termal/epitermal maupun untuk reaktor dengan spektrum neutron cepat yang nantinya

digunakan dan berperan dalam perhitungan neutronik fisika reaktor Gen-IV.

2 KONSEP DASAR REAKTOR

GENERASI-IV

Enam jenis konsep sistem reaktor Gen-IV yang telah dipilih dalam forum GIF diklasifikasikan oleh jenis pendingin dan spektrum reaktor yang digunakan. Be-berapa parameter penting dan data karakteristik reak-tor Gen-IV disajikan dalam Tabel 1. Dalam Tabel 1 dapat dilihat parameter dan spesifikasi teknis secara umum sesuai dengan jenis dan tipe spektrum neutron untuk 6 jenis konsep sistem reaktor Gen-IV.

Konsep PLTN Generasi ke-IV (reaktor Gen-IV) adalah PLTN yang mempunyai spesifikasi: (a) sus-tainability (efisiensi bahan bakar tinggi, limbah nuk-lir rendah dan merupakan suatu sumber energi yang awet (durable), (b) economics (dapat bersaing de-ngan sumber energi yang lain), (c)safety and reliabil-ity(mempunyai keandalan dan keamanan yang tinggi yaitu frekuensi dan tingkat kerusakan teras reaktor yang sangat rendah dibandingkan dengan PLTN yang ada), (d)proliferation resistance and physical protec-tions (tak rentan terhadap penyebaran bahan nuklir berbahaya dan tidak membutuhkan daerah ekslusif di sekitar PLTN meskipun dalam kondisi kecelakaan se-hingga dapat ditempatkan berdampingan dengan pe-mukiman penduduk). Bentuk spektrum neutron yang digunakan untuk reaktor jenis PWR dengan reaktor Gen-IV (VHTR, SCWR, SFR, GFR dan LFR) diilus-trasikan dalam Gambar 1.

2.1 Reaktor Berpendingin Gas (Gas-cooled Fast Reactor, GFR)

GFR merupakan reaktor cepat berpendingin gas he-lium yang dapat memproduksi panas hingga 850◦_C. Pendingin reaktor ini sama dengan reaktor jenis VHTR yaitu gas helium, namun bentuk spektrum neu-tronnya sangat keras yang dihasilkan oleh238_{U. GFR}

menggunakan bahan bakar partikel berlapis keramik yang terdispersi dalam matriks bahan bakar yang in-ert. Kandidat material untuk matriks bahan bakar GFR sampai saat ini masih dalam kajian yang serius. Namun demikian SiC kemungkinan merupakan kandi-dat kuat sebagai bahan matrik yang digunakan reaktor ini. Pengembangan fisika reaktor jenis reaktor GFR ini diantaranya adalah efek dari aliran neutron ( neu-tron streaming) di sepanjang kanal pendingin helium dan data nuklir untuk aktinida transuranik (TRU) serta material kandidat untuk bahan matriks bahan bakar seperti SiC.

Tabel1: Parameter dan karakteristik teras reaktor reaktor Gen-IV[2] PARAMETER GFR LFR SFR VHTR SCWR MSR Daya, MWth 1500-3000 125-3000 400-4000 600 4000 2500 Densitas Daya, kW/l 100 100 300 4-8 70 20 (2/3 fuel is ex-core) Pengkayaan (%) 16(Pu) 15(Pu) 16(Pu) 8 6.3 3.3 Daya spesifik

(kW/kg HM)

38 30 80 100 30 30

Bahan bakar UC-SiC (U-TRU) carbide, nitride, oxide U-Zr atau UN(U-TRU) nitride U-Zr atau UO2(U-TRU) oxide, metal alloy Triso particles (UO2, UC0.5O1.5)

UO2 UF6dalam larutan garam Pendingin primer (Tout,◦C) He (600-850) Pb-Bi (500-550) Na (510-550) He (1000) H2O Super Kritis (450-500) Molten F luoride Salt Moderator Tidak ada Tidak ada Tidak ada Carbon/Grafit H2O Carbon/Grafit Spektrum Neutron Cepat Cepat Cepat Termal Termal Termal/

epiter-mal Tekanan kerja Tinggi Rendah Rendah Tinggi Sangat Tinggi Rendah Siklus Bahan Bakar Tertutup (insitu) Tertutup (regional)

Tertutup Terbuka Terbuka Tertutup (insitu) Keluaran Listrik &

pro-duksi hidrogen

Listrik & pro-duksi hidrogen

Listrik Listrik & produksi hidrogen

Listrik Listrik & pro-duksi hidrogen

3 REAKTOR BERPENDINGIN METAL

CAIR (LEAD-COOLED FAST

REACTOR, LFR)

LFR merupakan reaktor cepat berpendingin metal cair Pb atau Pb-Bi. Bahan bakar reaktor jenis ini berben-tuk nitrida atau zircalloy. Karakteristik dari jenis LFR yang dapat melakukan pembiakan diri (self breeding) membuat reaktor ini mempunyai waktu operasi yang sangat lama, yaitu 15-30 tahun. Litbang fisika reak-tor yang berkembang pada jenis reakreak-tor LFR berfokus pada masalah data nuklir yang terkait dengan aktinida transuranik (TRU), Pb dan Bi serta transisi spektrum pada tepi teras serta ekspansi dan koefisien reaktivitas balik.

3.1 Reaktor Berpendingin Sodium (Sodium-cooled Fast Reactor, SFR) SFR adalah reaktor cepat berpendingin sodium. Ba-han bakar reaktor SFR berbentuk oksida atau pa-duan metal (metal alloy). Litbang fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor SFR terkait dengan data nuklir untuk aktinida transuranik (TRU), efek transport pada teras penuh dan pada teras heterogen kecil serta transisi spektrum pada ujung dan tepi teras.

3.2 Reaktor Garam Cair (Molten Salt Reactor, MSR)

MSR merupakan jenis reaktor yang menggunakan lele-han garam fluorida. Susunan struktur teras reaktor MSR terdiri dari grafit yang digunakan untuk

mem-buat bahan bakar aliran lelehan garam. Litbang fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor MSR adalah (a) data nuklir yang berkaitan dengan aktinida dan unsur penyusun garam seperti fluorine (F2) dan

fluorida (F), (b) neutron kasip (delayed neutron pre-cursor) dari produk fisi yang mudah hilang dari teras, (c) aliran produk fisi sebelum mengeluarkan neutron kasip atau menangkap neutron.

3.3 Reaktor Berpendingin Air Superkritis (Super Critical Water-cooled Reactor, SCWR)

Jenis reaktor SCWR menggunakan air sebagai mode-ratornya. Air (H2O) yang digunakan adalah air yang

berada dalam fase superkritis pada sistem tekanan tinggi (∼25 MPa). Bentuk bahan baker SCWR adalah UO2 biasa dengan bahan kelongsong dari stainless

steel. Perangkat bahan bakar mempunyai kolom tem-pat air yang sangat luas untuk menjaga dan mengkom-pensasi moderasi air yang mempunyai densitas sa-ngat rendah pada daerah superkritis. Litbang sepu-tar fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor SCWR antara lain: peningkatan heterogenitas yang disebabkan oleh kolom air yang sangat luas, arus neu-tron yang kuat (neutron streaming) yang disebabkan oleh densitas pendingin yang sangat rendah pada arah aksial dan kopel termalhidrolik-neutronik yang kuat dikarenakan oleh variasi densitas moderator yang sa-ngat besar terhadap temperatur serta potensial ter-hadap instabilitas daya yang disebabkan oleh densitas aliran.

Gambar1: Spektrum neutron yang digunakan untuk reaktor jenis PWR dengan reaktor Gen-IV (VHTR, SCWR, SFR, GFR dan LFR)[3]

3.4 Reaktor Temperatur Sangat Tinggi (Very High Temperature Reactor, VHTR)

VHTR merupakan jenis reaktor termal berpendingin gas helium yang dapat memproduksi panas hingga 1000◦C. Dengan temperatur keluaran yang tinggi tersebut reaktor jenis VHTR sangat cocok untuk meningkatkan efisiensi dari sistem konversi energi pada sistem produksi hidrogen menggunakan proses pemisahan air secara termokimia. Reaktor VHTR memanfaatkan bahan bakar partikel TRISO dengan kernel UO2 (uranium dioksida) atau UCO (uranium

oksikarbida) yang dilapisi oleh coating SiC atau ZrC. Grafit digunakan sebagai bahan moderator untuk operasi pada temperatur tinggi. Litbang seputar fisika reaktor yang berkembang pada jenis reaktor VHTR diantaranya adalah bentuk bahan bakar je-nis partikel berlapis tiga (TRISO) dengan heterogen-itas ganda (double heterogeneous) dan batang bahan bakar berbentuk silinder di dalam blok grafit atau ba-han pebble, penanganan terhadap kemungkinan reso-nansi yang sangat berbeda dari bentuk dan tipe ge-ometri konvensional serta pemodelan transportasi pro-duk fisi di dalam sistem pendingin reaktor. Reaktor jenis VHTR menggunakan turbin gas dengan siklus langsung atau dikopel langsung dengan sistem pro-duksi hidrogen.

4 DATA NUKLIR UNTUK REAKTOR

GENERASI IV (GEN-IV)

Status data nuklir yang diperlukan untuk konsep reaktor Gen-IV telah dilaporkan oleh Cross Section Evaluation Working Group (CSEWG)[4]_{. Sampai}

tahun 2000-an ketidak-pastian parameter yang

dica-pai dari kualitas algoritma program komputer dan ke-cepatan komputer, secara subtansial kemajuan peri-hal ketidak-pastian parameter input data nuklir untuk perhitungan fisika neutronik reaktor cepat dapat dil-ihat dalam Tabel 2[5]. Dari Tabel 2 tampak bahwa perbedaan akurasi yang dicapai dalam perhitungan neutronik fisika reaktor cepat sekitar±5-10% dari tar-get akurasi yang diharapkan.

4.1 Aktinida Minor (Minor Actinide, MA) Kesetimbangan bahan bakar pada reaktor cepat berisi aktinida minor yang lebih banyak dibandingkan di PWR. Jika mode transmutasi heterogen dipakai, maka konsentrasi MA pada perangkat target akan masih tinggi sehingga masih diperlukan akurasi data MA yang paling tidak sekitar nilai akurasi nuklida ba-han bakar tradisional. Target akurasi yang dibu-tuhkan dan akurasi yang telah dicapai untuk kebu-tuhan transmutasi yang telah dipublikasikan disajikan dalam Tabel 3[5]_{. Dari Tabel 3 tampak perbedaan}

target akurasi sekitar ±10-20% dari data tampang lintang aktinida yang ditargetkan dan yang dicapai masih ada perbedaan yang relatif signifikan khusus-nyaσ-capture,σ-fisi, danσ-inelastik.

Data aktinida minor seperti tampang lintang tangkapan radiasi (capture), fisi, hasil neutron fisi (fission neutron yields), dan hasil produk fisi yang memegang peranan penting tidak hanya untuk per-hitungan reaktivitas, tetapi juga digunakan dalam perhitungan siklus pengolahan bahan bakar tertutup sehingga konsentrasi minor aktinida menjadi sangat penting. Sebagaimana tujuan utama reaktor Gen-IV yang menyediakan energi berkesinambungan, maka peningkatan fraksi bakar pada bahan bakar yang di-gunakan di reaktor cepat seperti GFR, LFR dan SFR

Tabel2: Target dan akurasi yang dicapai dalam perhitungan neutronik fisika reaktor cepat hingga tahun 2000

Target Akurasi yang dicapai

Akurasi 1990 2000

keff 0,5% 2,5% 1,0%

Efek reaktivitas void 0,2(∆k/k)% 1,1(∆k/k)% 0,4(∆k/k)%

Efek Doppler 10% 20% 12%

Pelepasan daya 2% 5% 3%

Efisiensi batang kendali 5% 20% 15%

Tingkat pembiakan (breeding gain) 0,02 0,06 0,04

Tabel 3: Target akurasi data tampang lintang tangkapan radiasi (capture), fisi dan inelastik yang dibutuhkan dan akurasi yang telah dicapai untuk beberapa aktinida pada reaktor cepat (%)

Aktinida σ-Capture (%) σ-Fisi (%) σ-Inelastik (%) Dicapai Target Dicapai Target Dicapai Target

237_{Np 15 5 7 5 30 10} 238 U 5 3 3 3 10 10 238_{Pu 25 10 10 5 40} -239 Pu 6 4 3 3 20 15 240_{Pu 10 5 5 - 20 15} 241 Pu 15 5 5 3 20 -241_{Am 10 5 10 5 30 10} 242 mAm 30 10 15 5 40 -243 Am 30 10 10 5 30 -242 Cm 50 10 15 5 30 -243 Cm 50 10 15 5 30 -244_{Cm 50 - 10 5 30}

-menjadi sangat penting. Model reaktor cepat konven-sional menggunakan plutonium sebagai bahan bakar, tetapi pada reaktor cepat Gen-IV akan digunakan ba-han bakar campuran aktinida minor untuk mencapai salah satu tujuan dari pengembangan reaktor Gen-IV, yaitu tahan/tak rentan terhadap penyebaran bahan nuklir berbahaya (proliferation resistance).

Hal ini berarti bahwa konsentrasi awal dari akti-nida minor seperti Americium (Am) dan Curium (Cm) tidak dapat diabaikan. Kajian dan litbang evalu-asi tentang aktinida minor mevalu-asih akan dikembangkan dan dilakukan secara kontinu oleh berbagai pihak

[6]_{. Berbagai hasil evaluasi dan kajian yang telah}

di-lakukan memperlihatkan indikasi perbedaan data tam-pang lintang aktinida minor yang dihasilkan masih re-latif besar (Gambar 2).

Pengaruh perbedaan data tampang lintang akti-nida dapat mengakibatkan perbedaan hasil perhitun-gan yang signifikan seperti ditunjukkan dalam Gam-bar 3. Terlihat dalam GamGam-bar 3, perbedaan hasil per-hitungan faktor multiplikasi efektif (keff) pada unit sel burnup bahan bakar∼3,5% antara JEFF-2.2 dan ENDF/B-VI pada teras reaktor berbahan bakar

ura-nium. Data tampang lintang, khususnya pada daerah energi ratusan eV hingga ribuan eV, sangat berpe-ngaruh pada hasil perhitungankeff karena temperatur

sangat berpengaruh terhadap tampang lintang pada temperatur tinggi. Karakteristik data struktur inti pada bahan bakar juga perlu dikaji lebih mendalam. 4.2 Moderator dan Pendingin

Material untuk moderator biasanya menggunakan ba-han yang mempunyai tampang lintang serapan yang kecil (lemah) tetapi sebaliknya mempunyai tampang lintang hamburan neutron yang besar. Hubungan dis-persi fonon dan kernel hamburan yang dihasilkan sa-ngat dipengaruhi oleh efek tumbukan molekul. Gam-bar 4 menunjukkan hubungan dispersi fonon pada grafit dari berbagai model yang berbeda[8]_.

Bahan moderator untuk reaktor Gen-IV adalah grafit untuk reaktor VHTR maupun MSR. Reaktor je-nis SCWR menggunakan moderator air. Jeje-nis reaktor GFR, LFR dan SFR tidak membutuhkan moderator. Pendingin untuk reaktor jenis GFR dan VHTR biasanya menggunakan gas helium (He), sedangkan LFR berpendingin Pb atau Pb-Bi, sedangkan reaktor

Gambar2: tampang lintang fisi eksperimental untuk243Cm[5]

Gambar3: Perbedaan hasil perhitungan keff dengan file JEFF-2.2 dan ENDF/B-VI yang dipengaruhi oleh tam-pang lintang yang digunakan[7]

SCWR dan MSR masing-masing menggunakan pendi-ngin H2O superkritis dan larutan garam fluorida.

Dari hasil berbagai kajian ditunjukkan bahwa dalam perhitungan keff terdapat perbedaan lebih besar dari 0,7% untuk reaktor VHTR. Hal ini perlu diketahui bahwa lebar kisi (lattice pitch) dari moderator grafit akan mengalami perubahan jika diiradiasi neutron dalam waktu yang cukup lama. Keakuratan hasil per-hitungan dikaitkan dengan hubungan dispersi fonon dalam grafit sangat dibutuhkan dalam analisis ba-han grafit yang akan digunakan (perbandingan grafit yang telah diiradiasi neutron dengan moderator grafit baru).

Keakuratan tampang lintang total Pb, Bi, Si, Mg masih sangat kurang dikarenakan material tersebut jarang atau kurang dipakai pada reaktor dengan teknologi konvensional. Perbedaan tampang lintang total dan inelastik nuklida natPb ditampilkan dalam Gambar 5. Pada reaktor cepat, akurasi dan presisi

Gambar 4: Hubungan dispersi fonon pada grafit dari berbagai model yang berbeda

data tampang lintang tangkapan radiasi dan tampang lintang pada reaksi ambang seperti (n,2n), (n,3n), (n, p), (n, α) sangat dibutuhkan dalam perhitungan fisika reaktor.

4.3 Produk Fisi (Fission Products)

Data produk fisi sangat penting untuk dihitung guna mengetahui perkiraanfull burnup creditdan panas sisa peluruhan (decay heat) dari tempat penyimpanan ba-han bakar bekas. Siklus yang lama pada pemuatan bahan bakar bekas membutuhkan perhitunganfission yield yang akurat dan tampang lintang tangkapan radiasi (capture) dari hasil produk fisi yang timbul. Untuk transmutasi produk fisi umur panjang, tam-pang lintang tangkapan radiasi, (n,2n), (n,3n), (n, p), (n, α) harus diketahui dengan baik dan mempunyai akurasi yang tinggi. Pada reaktor jenis MSR, pro-duk fisi individu terpisah antara teras yang berbentuk cair dan pada sistem pemisahan on-line. Hasil

pro-Gambar5: Tampang lintangnatPb dari berbagai sumber data nuklir[5]

duk fisi yang lebih akurat, data peluruhan dan data tampang lintang tangkapan radiasi untuk nuklida in-dividu tidak dapat diabaikan untuk desain dan analisis keselamatan MSR.

4.4 Racun Dapat Bakar (Burnable Poison) Sebagian besar konsep reaktor Gen-IV menginginkan pemuatan siklus bahan bakar yang lama untuk meningkatkan keekonomiannya, maka keakuratan per-hitungan pelambatan racun dapat bakar sangat dibu-tuhkan bila dibandingkan dengan reaktor tipe gen-erasi sebelumnya. Gambar 6 memperlihatkan tipikal tampang lintangcaptureuntuk pembakaran racun eu-ropium sebagai salah satu racun dapat bakar selain boron, gadolinium dan lain-lain.

Gambar6: Tipikal tampang lintangcapture untuk pem-bakaran racun europium[8]

4.5 Data Kovariansi (Covariance Data) Data kovariansi memegang peranan penting ketika data yang disediakan tidak mencukupi. Data

kovari-ansi biasanya digunakan dalam menganalisis penguku-ran dosimetri untuk mendapatkan perkiraan spek-trum neutron yang lebih tepat atau konsisten. Peng-gunaan data kovariansi juga memberikan hasil yang baik pada persoalan benchmark kritikalitas. Perkiraan yang tepat pada data kovariansi akan sangat berguna dalam memberikan estimasi toleransi desain reaktor Gen-IV bilamana eksperimen ”tiruan” (mock-up ex-periment) tidak tersedia.

5 KESIMPULAN

Keandalan dan keakuratan serta ketelitian data nuk-lir merupakan salah satu kunci sukses dalam pengem-bangan konsep reaktor Gen-IV yang beroperasi pada temperatur tinggi. Kondisi status data nuklir yang ada sekarang masih dirasakan belum cukup dapat dipercaya serta handal untuk mendukung pengemba-ngan konsep desain reaktor Gen-IV.

Beberapa hasil kajian menunjukkan target akurasi parameter yang diperoleh dalam perhitungan neu-tronik reaktor cepat masih terdapat perbedaan yang signifikan, sekitar±5-10% dari target akurasi yang di-harapkan, sedangkan perbedaan target akurasi pada data tampang lintang aktinida yang ditargetkan dan yang dicapai masih terdapat perbedaan yang relatif signifikan sekitar±10-20% khususnyaσ-capture,σ-fisi, danσ-inelastik.

Dari berbagai hasil eksperimen negara maju dan analisis hasil kajian ditunjukkan bahwa terdapat perbedaan signifikan data tampang lintang Pb dari berbagai pustaka data nuklir yang ada. Keakuratan tampang lintang total Pb dan Bi masih sangat kurang diperhatikan karena material tersebut jarang dipakai dalam reaktor dengan teknologi reaktor generasi se-belumnya. Dalam reaktor cepat, akurasi dan presisi data tampang lintang tangkapan radiasi dan tampang

lintang pada reaksi ambang sangat dibutuhkan dalam perhitungan neutronik.

Analisis kebutuhan data nuklir untuk reaktor Gen-IV masih terus dikaji, dievaluasi dan masih dikem-bangkan di negara-negara maju, sehingga masih banyak data-data dan karakteristik yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan reaktor Gen-IV men-datang diantaranya dengan eksperimental untuk mem-peroleh data nuklir yang sesuai, evaluasi data nuklir secara integral, studi sensitivitas data nuklir dan tam-pang lintang nuklir fungsi temperatur yang sesuai un-tuk reaktor Gen-IV. Data-data ini sampai sekarang masih jarang ditemukan, baik di internet maupun di perpustakaan, karena masih terus dalam pengemba-ngan.

Untuk meningkatkan kemampuan analisis kesela-matan dan optimasi desain reaktor Gen-IV sangat dibutuhkan peningkatan kemampuan analisis data nuklir yang digunakan dalam perhitungan dengan berbagai variasi parameter desain dan parameter yang terkait lainnya seperti variasi reaktivitas dan variasi distribusi daya teras reaktor Gen-IV. Bagian ujung belakang pengelolaan siklus bahan bakar dari sistem reaktor Gen-IV juga membutuhkan data yang lebih akurat untuk memperkirakan parameter siklus dan

bentuk akhir bahan bakar bekas.

DAFTAR PUSTAKA

[1]_{Anonymous, 2002, Technology Roadmap for Generation} IV Nuclear Energy System,US DOE Nuclear Energy Advisory Committee and Generation IV International Forum, December 2002

[2]_{Driscoll, M.J. and P. Heizler, 2005, Reactor Physics} Challenges in Gen-IV Reactor Design,Nuclear

Engineering and Technology, Vol. 27 No. 1, February 2005 [3]_{Finck, P.J., 2004, Fast Reactor Simulation Challenges,}

Advanced Simulation Workshop LLNL, Livermore California, December 14, 2004

[4]_{Anonymous, 2003, Nuclear Data Needs for Generation IV} Nuclear Energy Systems, April 14-25, 2003, BNL, 2003 [5]_{Rabotnov, N.S., 2000, Nuclear Data for Advanced Fast} Reactor”, presented at Advisory Group Meeting on Long Term Needs for Nuclear Data Development,IAEA Headquarter, Vienna, Austria, 28 Nov. - 1 December 2000 [6]_{OECD/NEA, 1999, Present Status of Minor Actinide}

Data,NEA/WPEC-8

[7]_{Driscoll, M.J. and P. Heizler, 2005, Reactor Physics} Challenges in Gen-IV Reactor Design,Nuclear

Engineering and Technology, Vol. 27 No. 1, February 2005 [8]_{Chang, J., 2005, Nuclear Data Needs for Generation-IV}

Reactors,Korea Atomic Energy Research Institute, February 2005