reaktor temperatur tinggi proteus - digital library uns · faktor kelipatan efektif tor temperatur...
TRANSCRIPT
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
2013
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
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
November, 2013
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
Teguh Rahayu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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: [email protected]
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 235
U. Komposisi besi (Fe) maupun tungsten (W) dalam material
reflektor diturunkan dari 90 % - 10-6
%. Variasi pengayaan 235
U 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 235
U 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).
Kata kunci : HTR Proteus, reflektor, pengayaan, faktor kelipatan efektif
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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: [email protected]
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 235
U has
been varied. Fe and W composition in reflector material have been reduced from
90% - 10-6
%. Variations of 235
U 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 235
U 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).
Keywords : HTR Proteus, reflector, enrichment, effective multiplication factor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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.
4. Semua pihak yang membantu penulis.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
Teguh Rahayu
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN ..................................................................... iii
HALAMAN ABSTRAK .............................................................................. iv
HALAMAN ABSTRACT ........................................................................... v
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .......................................... vi
KATA PENGANTAR ................................................................................. vii
DAFTAR ISI ................................................................................................. viii
DAFTAR SIMBOL ....................................................................................... x
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ......................................................... 3
1.2. Batasan Masalah ..................................................................... 3
1.3. Rumusan Masalah ................................................................... 3
1.4. Tujuan Penelitian ................................................................... 3
1.5. Manfaat Penelitian ................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 4
2.1. Interaksi Neutron dengan Inti ................................................. 4
2.1.1. Tangkapan Radiatif ....................................................... 4
2.1.2. Hamburan ...................................................................... 5
2.1.3. Reaksi Fisi ..................................................................... 5
2.2. Reaktor Nuklir ......................................................................... 7
2.2.1. Bahan Bakar .................................................................. 8
2.2.2. Moderator ...................................................................... 8
2.2.3. Pendingin ...................................................................... 9
2.2.4. Reflektor ....................................................................... 9
2.2.5. Batang Kendali ............................................................. 9
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user ix
2.3. Siklus Neutron dalam Reaktor ................................................ 10
2.3.1. Faktor Kelipatan Tak-hingga (k∞) ................................. 10
2.3.2. Faktor Kelipatan Efektif (keff) ....................................... 13
2.4. HTR PROTEUS ...................................................................... 15
2.4.1. Deskripsi ....................................................................... 15
2.4.2. Penelitian yang Pernah Dilakukan ................................ 16
2.5. Teori Difusi dalam Reaktor Nuklir ......................................... 17
2.6. Perhitungan Pengayaan 235
U ................................................... 19
2.7. Monte Carlo N-Particle (MCNP) .......................................... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 23
3.1. Waktu dan Tempat ................................................................. 23
3.2. Alat dan Perangkat Lunak ...................................................... 23
3.3. Metode Penelitian ................................................................... 23
3.3.1. Pendingin ...................................................................... 24
3.3.2. Reflektor ....................................................................... 24
3.3.3. Variasi Pengayaan 235
U ................................................. 25
3.3.4. Input Data Card ............................................................ 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 27
4.1. Pengaruh Jenis Material Reflektor terhadap keff ...................... 28
4.2. Pengaruh Pengayaan 235
U terhadap keff ................................... 32
BAB V PENUTUP ....................................................................................... 33
5.1. Kesimpulan .............................................................................. 33
5.2. Saran ........................................................................................ 33
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 34
LAMPIRAN – LAMPIRAN ....................................................................... 36
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
Berat Atom Rata-rata
Fraksi atom
Densitas atom
Densitas material
Fluks neutron
Kecepatan gerak neutron
Sumber neutron dalam reaktor nuklir
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
Tabel 4.6. Pengaruh Pengayaan 235
U terhadap kefff ............................................ 32
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Tampang Lintang Fisi 235
U ........................................................... 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
Gambar 4.3. Grafik Pengaruh Fraksi Massa Karbon terhadap keff ......................33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. File Input HTR PROTEUS ............................................................ 37
Lampiran 2.Solusi Permasalahan Program ........................................................ 40