Dalam fisika nuklir kita mengenal ada dua jenis reaksi, yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi. Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti berat yang bersifat fassil seperi U-235 atau Pu-239 menjadi inti yang lebih ringan atau kecil massanya untuk menghasilkan energi. Setiap reaksi fisi menghasilkan energi yang besarnya kira-kira 200 MeV. Reaksi fisi tidak bisa terjadi begitu saja (spontan) tetapi reaksi ini membutuhkan neutron berat untuk menumbuk inti berat tersebut agar menghasilkan panas. Partikel neutron yang telah menumbuk inti berat U-235 atau Pu-239 akan memproduksi 2-3 neutron baru. Sehingga, di dalam reactor adalah kondisi dimana jumlah neutron yang hilang karena adanya serapan dan tumbukan dari inti berat dengan jumlah neutron yang dihasilkan setelah tumbukan berlangsung adalah berbanding lurus.

Gambar bagan reaksi fisi

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama reaktor nuklir yaitu elemen bakar, perisai, moderator dan elemen kendali. Reaksi fisi berantai terjadi apabila inti dari suatu unsur yang dapat membelah atau fisionable (Uranium-235, Uranium-233) bereaksi dengan neutron termal yang akan menghasilkan unsur-unsur lain dengan cepat serta menimbulkan energi panas dan neutron-neutron baru. Beberapa teknologi reaktor telah dikembangkan di dunia. Reaktor fisi secara kasar dapat dibagi menjadi dua macam, tergantung energi yang digunakan untuk mempertahankan reaksi fisi berantai, yaitu (Duderstadt, 1976):1. Reaktor thermal/lambat, reaksi fisi didominasi oleh neutron termal. Reaktor ini dikarakterisasi oleh adanya moderator yang digunakan untuk menurunkan kecepatan neutron dan menurunkan energi kinetiknya. Nentron thermal adalah neutron bebas dengan level energi kinetik sekitar 0,025 eV dengan kecepatan sekitar 2,2 km/detik.2. Reaktor cepat (fast reactor) yaitu reaksi fisi yang didominasi oleh neutron cepat, ditandai dengan pengurangan bahan moderator. Reaktor ini memerlukan bahan bakar yang diperkaya dengan sangat tinggi, atau plutonium, untuk mengurangi jumlah U-238 yang akan menyerap neutron cepat. Reaktor cepat tidak menggunakan bahan moderator neutron namun membutuhkan bahan bakar yang diperkaya dengan sangat tinggi. Contoh bahan bakarnya adalah Uranium alam (U-238 dan U-235). Reaktor cepat dapat mengubah radioisotop yang berumur panjang dalam limbahnya menjadi bahan yang cepat meluruh. Dengan alasan ini, reaktor cepat lebih dapat terus-menerus sebagai sumber energi daripada reaktor thermal. Karena kebanyakan reaktor cepat digunakan untuk menghasilkan plutonium, maka reaktor ini dihubungkan dengan pertimbangan proliferasi nuklirSelain berdasarkan pada energi pada neutronnya, reaktor dibagi atas meterial yang dipakai sebagai bahan pendinginnya. Ada yang menggunakan air ringan atau berat, menggunakan gas dan menggunakan metal cair sebagai pendingin. Dalam perkembangan teknologi reaktor dewasa ini, telah dan akan dikembangkan reaktor generasi maju yang inovatif dengan keselamatan tinggi, menggantikan generasi yang ada sekarang ini (Gen-III/ Gen-III+). Sejak Januari 2000 telah dibentuk Generation IV International Forum (GIF) yang beranggotakan negara-negara maju di bidang nuklir untuk membahas masalah reaktor maju inovatif yang dibutuhkan dalam penyediaan energi di masa mendatangDalam perkembangannya, forum ini telah mengevaluasi dan mengkaji sekitar 100 konsep jenis reaktor yang mungkin cocok untuk diterapkan pada Sistem Energi Nuklir Generasi ke-IV (Reaktor Gen-IV). Pada akhir Desember 2002, telah diputuskan 6 jenis kandidat reaktor yang potensial dan layak untuk dibangun pada tahun 2030. Keenam jenis SEN Gen-IV ini adalah: (1) Gas-cooled Fast Reactor (GFR), (2) Lead-cooled Fast Reactor (LFR), (3)Molten Salt Reactor (MSR), (4) Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), (5) Super Critical Water-cooled Reactor (SCWR), dan (6) Very High Temperature Reactor(VHTR).Gas-Cooled Fast Reactor (GFR) merupakan salah satu konsep reaktor dari enam konsep reactor generasi lanjut (Generasi IV) yang sedang dalam tahap pengembangan. Reaktor-reaktor Generasi IV belum akan dikomersialkan sebelum tahun 2030. Penelitian reaktor-reaktor jenis ini secara resmi dimulai oleh The Generation IV International Forum (GIF) berdasarkan delapan tujuan teknologi. Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan keselamatan nuklir, meningkatkan resistensi proliferasi, meminimisasi limbah dan penggunaan sumber daya alam, mengurangi biaya dalam pembangunan dan pengoperasian reaktor. Gas Cooled Fast Reactor (GFR) termasuk kedalam jenis reaktor generasi IV yang akan diimplementasikan pada tahun 2025. Gas Cooled Fast Reactor (GFR) adalah jenis reaktor generasi IV yang sedang dikembangkan oleh para ilmuwan yang menggunakan Helium sebagai pendinginnya, Uranium alam sebagai bahan bakarnya dan memiliki siklus bahan bakar tertutup. Dalam percobaan membakar Uranium nantinya akan dihasilkan Plutonium yang akan dijadikan sebagai bahan bakar selanjutnya. GFR adalah reaktor yang terbaik dalam hal ketahanan karena GFR mempunyai siklus bahan bakar tertutup dan GFR juga sangat bagus dalam manajemen aktinida.. GFR beroperasi pada outlet 8500C dengan daya 288 MWe,efisiensi termal 48 % menggunakan siklus Brayton untuk efisiensi thermal yang tinggi. Bahan bakar diperasikan pada suhu tinggi sehingga sangat berpotensi untuk produksi Hidrogen. Konfigrasi Core berdasarkan pin agar sirkulasi coolant dapat berjalan lancar Sistem GFR mengutamakan spektrum neutron cepat dan perputaran bahan bakar tertutup GFR menggunakan gas SiC sebagai pendingin untuk mengefisienkan konversi uranium fertil dan manejemen aktinida. GFR beroperasi dalam putaran bahan bakar yang tertutup dengan interval pengisian bahan bakar yang lama (10 sampai 20 tahun). Keutamaannya adalah desain yang diperuntukkan bagi produksi listrik dalam jaringan kecil dan bagi negara berkembang yang tidak mau menyebarkan infrastuktur perputaran bahan bakar alaminya untuk mendukung sistem energi nuklirnya. Sistem baterai ini didesain untuk pembangkitan listrik yang terdistribusi dan produk lain, termasuk hidrogen dan air yang dapat diminum.Sumber : Duderstadt, J.J, 1976, Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & SonsPendingin reaktor ini sama dengan jenis VHTR yaitu gas helium, namun bentuk spectrum neutronnya sangat keras yang dihasilkan oleh 238U. GFR menggunakan bahan bakar partikel berlapis keramik yang terdispersi dalam matriks bahan bakar GFR sampai saat ini dalam kajian yang serius. Namun demikian SiC kemungkinan merupakan kandidat kuat sabagai bahan matrik yang digunakan reactor ini. Pengembangan fisika reactor jenis GFR ini diantaranya adalah efek dari aliran neutron(neutron streaming) di sepanjang kanal pending Helium dan data nuklir untuk aktinida transuranic (TRU) serta material kandidat untuk bahan matriks bahan bakar seperti SiCParameterGFR

Daya, MWth1500-3000

Densitas Daya kW /l100

Daya Spesifik (kW per / HM38

Bahan BakarUC-SiC(U-TRU) carbide, nitride, oxide

Pendingin Primer(Tout, 0C)He(600-850)

Moderator Tidak ada

Spektrum NeutronCepat

Tekanan KerjaTinggi

SiklusTertutup

Bahan Bakar(insitu)

KeluaranListrik dan Produksi Hidrogen

Pada GFR tidak membutuhkan moderator sama halnya dengan raktor generasi IV yang lain yaitu LFR dan SFR. Pendingin untuk reactor jenis GFR adalah gas Helium (He). Fitur GFR berupa pendingin helium spektrum cepat dan perputaran bahan bakar tertutup. Temperatur outlet yang tinggi dari pendingin helium memungkinkan untuk menghasilkan listrik, hidrogen atau proses panas lain dengan efisiensi tinggi. (Suwoto dan Zuhair,2012)Parameter reactor GFR juga dideskripsikan sebagai berikutTeras Reaktor

Daya Reaktor, MWt600

Temperatur Pendingin masukan dan keluaran 0C490/850

Efisiensi, %48

Rata-rata Densitas daya, MWt/m3100

Debit aliran helium, kg/det320

Bahan BakarUPuC/SiCUPuC:70%SiC :30%kandungan Pu: 20%

Fraksi Volume bahan bakar/gas He/SiC50%/40%/10%

Bahan Bakar:Kandidat bahan bakar untuk reaktor cepat berpendingin gas adalah UPuC/SiC yang dilapisi keramik, dengan geometri berbentuk bola atau batang silinder atau batang heksagonal, sepertiyang diperlihatkan pada gambar Adapun komposisi kandungan bahan bakar GFR adalah UPuC : 70% dan SiC: 30%, dengan kandungan Pu dalam UPuC adalah 20%.

Pemodelan Teras ReaktorTeras reaktor tersusun dari blok bahan bakar yang terbentuk dari kumpulan batang (pin) atau lempengan pelat bahan bakar. Usulan konsep ini dipelopori oleh Perancis, tetapi saat ini bentuk bahan bakar serta struktur konstruksi teras belum ditetapkan. Konsep ini masih memerlukan banyak penelitian termasuk di dalamnya tentang teknologi siklus daur bahan bakarnya.Pemodelan teras reaktor cepat berpendingin gas dilakukan dalam dua arah yaitu arah vertical dan radial, seperti yang diperlihatkan pada Gambar. Elemen bakar dimodelkan dalam arah radial dengan 3 bundel bahan bakar, dimana setiap bundle elemen bakar dimodelkan dengan 25 node, dengan rincian 5 node dalam arah vertikal dan 5 node dalam arah radial, sehingga secara keseluruhan untuk bahan bakar dimodelkan menjadi 75 node.Reflektor bagian atas dimodelkan menjadi 6node dalam arah radial, demikan juga reflector bagian bawah dimodelkan menjadi 6 node dalam arah radial, sedangkan bagian samping dimodelkan menjadi 14 node, dengan rincian 2 node dalam arah radial dan 7 node dalam arah vertikal.Shielding bagian atas dimodelkan menjadi 8 node dalam arah radial, demikan juga shielding bagian bawah dimodelkan menjadi 8 node dalam arah radial, sedangkan bagian samping dimodelkan menjadi 18 node, dengan rincian 2 node dalam arah radial dan 9 node dalam arah vertikal.

(Mulyaman,2008)Mulyaman, Maman.2008. Kajian Fluks Neutron Teras Reator Daya Generasi Lanjut. Jurnal Sigma Epsilon Volume 12 Nomer 2

Gambar berikut memperlihatkan konsep GFR

Berikut ini adalah prinsip kerja GFR:1. Reaksi fisi nuklir pada teras reaktor akan menghasilkan daya thermal yang besarnya berkisar sekitar 2400 MWt2. Daya thermal tersebut ditransfer ke pembangkit/turbin3. Pembangkit uap akan menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian menggerakan turbin uap4. Turbin kemudian akan menggerakkan generator pembangkit listrik5. Setelah melewati turbin, gas kemudian ke compressor utama untuk diturunkan temperaturnya dan disinilah sekitar 60%-70% daya thermal reactor terbuang sia-sia. Mengingat suhu dan tekanan dari turbin sangat tinggi,maka pada GFR menyediakan 2 buah compressor dan 2 buah cooler.Hal ini bertujuan agar temperatur yang keluar dari turbin benar-benar diturunkan6. Kemudian air hasil kompresi dipompa masuk kembali ke pembnagkit upa7. Siklus ini akan terus berlanjut selama teras reactor menyuplai daya thermalSUMBER: http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/680/jbptitbpp-gdl-meriyantin-33956-3-2009ta-2.pdf