SIMETRI, Jurnal Ilmu Fisika Indonesia Volume 1 Nomor 1(B) Mei 2012

Studi dan Observasi Awal Kebutuhan Data Nuklir untuk ReaktorGenerasi 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 dipandangsangat 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) dan Very 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% dariyang diharapkan, sedangkan target akurasi pada parameter tampang lintang aktinida yang digunakan masih terdapat

perbedaan relatif signifikan sekitar 10-20%, khususnya -capture, -fisi, dan -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 ina 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 significantdiscrepancies in term of accuracy, especially on -capture, -fission, and -inelastik, between expected and targeted

parameters about 10-20%. Moderator materials for Gen-IV with thermal neutron spectrum are typically graphite forVHTR, 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

c 2012 SIMETRI 1105-18

Suwoto & Zuhair/Studi dan Observasi Awal . . . SIMETRI Vol.1 No.1(B) Mei12

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 mempunyaikeunggulan dibandingkan dengan pembangkit energilainnya yang ada pada saat ini. Dalam perkem-bangan teknologi reaktor dewasa ini, telah dan akandikembangkan reaktor generasi maju yang inovatif de-ngan keselamatan tinggi, menggantikan generasi yangada sekarang ini (Gen-III/ Gen-III+). Sejak Januari2000 telah dibentuk Generation IV International Fo-rum (GIF) yang beranggotakan negara-negara maju dibidang nuklir untuk membahas masalah reaktor majuinovatif yang dibutuhkan dalam penyediaan energi dimasa mendatang [1]. Dalam perkembangannya, forumini 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 danlayak 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 FastReactor (SFR), (5) Super Critical Water-cooled Reac-tor (SCWR), dan (6) Very High Temperature Reactor(VHTR).

Sumber utama data nuklir adalah eksperimen fisikanuklir dengan akselerator dan reaktor riset. Dataeksperimental dilengkapi dengan data yang dihitungdari teori dan model nuklir. Saat ini, pemahaman teo-retik reaksi nuklir telah berkembang maju dan telahbanyak digunakan untuk interpolasi, ekstrapolasi danuntuk menguji konsistensi data eksperimental, sertauntuk meramalkan secara akurat data yang tak dapatdiukur secara eksperimental.

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

Untuk memenuhi kebutuhan perhitungan fisikareaktor dalam reaktor Gen-IV, maka perlu dipelajaridan diteliti kebutuhan dan karakteristik awal datatampang lintang nuklir, baik untuk reaktor denganspektrum neutron termal/epitermal maupun untukreaktor dengan spektrum neutron cepat yang nantinya

digunakan dan berperan dalam perhitungan neutronikfisika reaktor Gen-IV.

2 KONSEP DASAR REAKTORGENERASI-IV

Enam jenis konsep sistem reaktor Gen-IV yang telahdipilih dalam forum GIF diklasifikasikan oleh jenispendingin dan spektrum reaktor yang digunakan. Be-berapa parameter penting dan data karakteristik reak-tor Gen-IV disajikan dalam Tabel 1. Dalam Tabel 1dapat dilihat parameter dan spesifikasi teknis secaraumum sesuai dengan jenis dan tipe spektrum neutronuntuk 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 yangawet (durable), (b) economics (dapat bersaing de-ngan sumber energi yang lain), (c) safety and reliabil-ity (mempunyai keandalan dan keamanan yang tinggiyaitu frekuensi dan tingkat kerusakan teras reaktoryang sangat rendah dibandingkan dengan PLTN yangada), (d) proliferation resistance and physical protec-tions (tak rentan terhadap penyebaran bahan nuklirberbahaya dan tidak membutuhkan daerah ekslusif disekitar PLTN meskipun dalam kondisi kecelakaan se-hingga dapat ditempatkan berdampingan dengan pe-mukiman penduduk). Bentuk spektrum neutron yangdigunakan untuk reaktor jenis PWR dengan reaktorGen-IV (VHTR, SCWR, SFR, GFR dan LFR) diilus-trasikan dalam Gambar 1.

2.1 Reaktor Berpendingin Gas (Gas-cooledFast Reactor, GFR)

GFR merupakan reaktor cepat berpendingin gas he-lium yang dapat memproduksi panas hingga 850C.Pendingin reaktor ini sama dengan reaktor jenisVHTR yaitu gas helium, namun bentuk spektrum neu-tronnya sangat keras yang dihasilkan oleh 238U. GFRmenggunakan bahan bakar partikel berlapis keramikyang terdispersi dalam matriks bahan bakar yang in-ert. Kandidat material untuk matriks bahan bakarGFR sampai saat ini masih dalam kajian yang serius.Namun demikian SiC kemungkinan merupakan kandi-dat kuat sebagai bahan matrik yang digunakan reaktorini. Pengembangan fisika reaktor jenis reaktor GFRini diantaranya adalah efek dari aliran neutron (neu-tron streaming) di sepanjang kanal pendingin heliumdan data nuklir untuk aktinida transuranik (TRU)serta material kandidat untuk bah