LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA REAKTOR NUKLIR

Percobaan A (KEKRITISAN)

Tanggal Praktikum : 24 November 2015

Oleh : Abdurahman Adi Guna NIM : 13/351093/TK/41272

PUSAT SAINS DAN TEKNOLOGI AKSELELATOR

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

2015

A. Tujuan percobaan 1. memperkirakan massa kritis reaktor secara aman

B. Dasar Teori

Kondisi kritis reaktor adalah kondisi dimana populasi netron di dalam teras reaktor ada

dalam tingkat yang ajeg (steady state). Massa bahan fisil minimum yang memungkinkan

reaktor mencapai kondisi kritis disebut massa kritis.

Kekritisan suatu reaktor diukur dengan mendefinisikan besaran yang disebut dengan

Keff yaitu perbandingan jumlah netron pada suatu generasi terhadap jumlah netron pada

generasi sebelumnya (tanpa sumber netron dari luar). Apabila nilai Keff > 1 maka dikatakan

reaktor dalam kondisi superkritis, yang dalam hal ini populasi netron di dalam teras reaktor

terus meningkat terhadap waktu. Sebaliknya apabila Keff < 1 maka reaktor dalam kondisi

subkritis, dimana jumlah netron terus berkurang terhadap waktu. Dengan demikian reaktor

dikatakan pada kondisi kritis apabila harga Keff = 1.

Dalam percobaan ini, penentuan massa kritis dilakukan dengan mengamati

pertambahan populasi netron terhadap jumlah penambahan bahan bakar ke dalam teras,

sedemikian rupa sehingga harga Keff = 1. Untuk maksud tersebut lebih dahulu dimasukkan

sumber netron (Am Be) ke dalam teras. Dari sejumlah S netron yang masuk ke dalam teras pada

saat awal, akan dihasilkan sejumlah (Keff . S) netron pada akhir generasi pertama dan sejumlah

(Keff2 . S) pada akhir generasi kedua dan seterusnya.

Neutron dalam elemen bakar dapat berkembang biak karena ada inti bahan fisil yang

dapat menyerap neutron thermal dan membelah menghasilkan 2-3 neutron baru sebagai

neutron cepat yang siap termoderasi di dalam mediumnya untuk kemudian menjadi neutron

thermal yang kemudian diserap oleh inti bahan fisil selanjutnya dan menghasilkan neutron

baru berikutnya. Fenomena ini disebut sebagai reaksi berantai yang daur regenerasi

neutronnya dapat dinyatakan sebagai faktor multiplikasi neutron yang dituliskan sebagai

berikut:

K = η ε Lf pLt f (1)

Apabila medium bahan bakarnya tak berhingga besar maka nilai L t = Lf = 1 sehingga

faktor multiplikasi neutron menjadi Keff = ε p η f yang nilainya ditentukan sepenuhnya oleh

komposisi material dalam bahan bakar. Untuk melihat hubungan antara Keff dengan geometri

elemen bakarnya maka digunakan kesetaraan neutron antara laju produksi terhadap proses

diffusi dan laju serapan thermalnya di dalam bahan bakar bilamana keadaan tepat kritis.

Berikut rumus yang ditentukannya.

Bm ¿ ΣaD (K – 1) =

K−1L2

C. Alat Yang Digunakan.

1. Komputer2. Software Monte Carlo Neutron Population

D. Tata Pelaksanaan

1. Siapkan alat yang digunakan2. Komputer menggunakan software Monte Carlo Neutron Population (MCNP)3. Data MCNP menggunakan data reaktor kartini, seperti yang dibawah ini

4. Praktikan mencari data k effektif dengan perbedaan jumlah bahan bakar, yang dibuat dalam jumlah 59, 61, 63, 65, 67, dan 69 dengan cara merunning program.

E. Hasil Praktikum

1. Data Praktikum

a. Tabel jumlah fuel dengan k effektif

k effektif jumlah fuel0.98969 590.99747 611.0053 63

1.01101 651.01638 671.0226 69

b. Tabel massa fuel dengan k effektif

massa (gram)

k effektif

2242 1.010417403

2318 1.002536417

2394 0.99472794

22470 0.98910992546 0.98388398

2622 0.977899472

c. Diagram data k effektif vs massa kekritisan

F. Pembahasan

Percobaan pada praktikum ini menjelaskan tentang Monte Carlo Neutron population

(MCNP). MCNP merupakan perangkat lunak komputer menggunakan metode monte carlo yang

diaplikasikan untuk menghitung perjalanan partikel yaitu neutron, foton, dan elektron. Suatu

program komputer yang telah teruji baik dalam menyimulasi perjalanan partikel maupun foton

di dalam material. Pada kesempatan kali ini praktikan menggunakan MCNP untuk menentukan

kekritisan dari Reaktor Kartini, dengan cara menentukan jumlah fuel sesuai data praktikum

diatas dan menghitung total massa dari total fuel tersebut. Bahan bakar yang digunakan adalah

Uranium-235 dengan kadar 8,5 % yang mempunyai berat 38 gram dari total bahan bakar.

Elemen bahan bakar reaktor pada umumnya mempunyai faktor perlipatan neutron lebih

besar dari 1 (Keff > 1) yang menunjukkan bahwa elemen bakar mempunyai potensi untuk

melipat gandakan neutron yang terserap. Tempat penyimpanannya elemen bahan bakar dibuat

sedemikian rupa sehingga faktor multiplikasi neutron dari oleh sistem tempat penyimpanannya

2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600 26500.96

0.97

0.98

0.99

1

1.01

1.02

k effektif

k effektif

menjadi lebik kecil dari 1. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan membuat perubahan

pada jumlah bahan bakar tertentu sehingga sifat multiplikasi neutronnya dapat seimbang dengan

sifat kehilangan neutron dalam sistem. Jumlah bahan bakar tersebut ditentukan berdasarkan data

yang ingin dianalisis kekritisannya. Dalam analisis kekritisan bahan bakar dikerjakan terhadap

jumlah bahan bakar yang divariasikan dari 59 bakar sampai dengan 69 bahan bakar. Sehingga

didapatkan jumlah bahan bakar pada saat k = 1 adalah 61,55363192 buah bahan bakar dengan

massa kekritisannya adalah 2339,038013 gram. Jumlah massa kekritisan didapatkan dari jumlah

bahan bakar dikalikan dengan 38 gram (massa 8,5 % U235).

Pada saat jumlah bahan bakar dikurangi maka kekritisan akan menurun atau subkritis,

sedangkan jika jumlah bahan bakar dinaikkan maka kekritisan akan naik atau superkritis.

Sehingga untuk mendapatkan jumlah bahan bakar yang sesuai dengan praktikan yang harapkan

atau kritis ( k = 1) maka jumlah bahan bakar diantara jumlah yang subkritis maupun superkritis.

Hasil ini sesuai dengan dasar teori 1C

=1−KeffF .S yang berupa harga Keff akan bertambah dengan

pertambahan bahan bakar, bila kondisi telah mencapai kritis ( Keff = 1 ) parameter 1C akan

menjadi nol. Sehingga dengan mengetahui fraksi berat bahan fisil pada tiap elemen bakar yang

telah dimasukkan, massa kritis reaktor dapat ditentukan dengan teori disamping

Keff= K1+M 2B2 .

G. Kesimpulan

1. Jumlah bahan bakar pada saat kritis = 61,55363192

2. Massa bahan bakar pada kritis = 2339,038013 gram

H. Saran

1. Semoga reaktor kartini dapat diaktifkan kembali sewaktu mahasiswa praktikum.

I. Daftar Pustaka

1. Modul ajar Fisika Reaktor Nuklir, Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika,

Universitas Gadjah Mada

2. Modul Praktikum Fisika Reaktor Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Yogyakarta