Konsep Dasar Reaktor

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, Perhitungan Bahan Bakar dan

Termohidrolika

Tagor Malem Sembiring (PTRKN-BATAN)

Coaching Komputasi Pemodelan Untuk Mendukung Analisis Keselamatan

ReaktorPPIN-BATAN

(1 April – 31 Mei 2013)

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 1

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 2

TUJUAN

Peserta Pelatihan mampu memahamipengertian fisika reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika agar mampu melakukan analisis

pemodelan komputasi fisika reaktor (VSOP)

UMUM :

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 3

Memahami dasar fisika reaktor1

Memahami perhitungan termohidrolika4

Memahami perhitungan bahan bakar3

Memahami perhitungan kritikalitas2

TUJUANKHUSUS :

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 4

MANFAAT

MATERI DASAR

MATERI PENUNJANG

MATERI UTAMA

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 5

I. DASAR FISIKA REAKTOR (1)REAKSI PEMBELAHAN:

Kalor

Neutron

Nuklida hasil belah

Neutron

Proses terjadinya pembelahan atom dan pelepasan energi, nuklida hasil belah dan neutron

energinKrBanU 10

9236

14156

10

23592 3

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 6

Nuklida Fisil : nuklida yang dapat membelah dengan seluruh rentang tenaga neutron, 233U,235U,239PuNuklida dapat belah : seluruh nuklida yang memiliki kebolehjadian membelah. Nuklida fertil: nuklida yang dapat mengalami transmutasi menjadi nuklida fesil (232 Th, 238U)

I. DASAR FISIKA REAKTOR (2)

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 7

I. DASAR FISIKA REAKTOR (3)

• REAKSI PEMBELAHAN : MENGHASILKAN REAKSI BERANTAIBesarnya jumlah neutron di tiap generasi dinyatakan dalam terminologi ”faktor perlipatan” atau “multiplication factor”, sering diberi dengan simbol k.

Faktor perlipatan didefenisikan sebagai:”perbandingan jumlah neutron pada suatu generasi dan jumlah neutron pada generasi sebelumnya” atau:

n

n

NNk

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 8

I. DASAR FISIKA REAKTOR (4)

• REAKSI PEMBELAHAN : MENGHASILKAN PANAS

SELISIH ENERGI IKAT

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 9

I. DASAR FISIKA REAKTOR (5)

• REAKSI PEMBELAHAN : MENGHASILKAN nuklida tidak stabil

Nuklida tidak stabil: pemancar alpha,beta atau gamma

90Th230 88Ra226 +

56Ba137* 56Ba137 +

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 10

I. DASAR FISIKA REAKTOR (6)

• REAKSI PEMBELAHAN : MENGHASILKAN neutron kasipMekanisme neutron kasip (delayed neutron):

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 11

I. DASAR FISIKA REAKTOR (6)

Komponen Dampak KendaliReaksi Berantai Kecelakaan

kritikalitasJumlah bahan bakar dan kendali reaktivitas

Panas Pelelehan bahan bakar

Kecukupan pendingin

Nuklida Tidak Stabil Paparan radiasi PerisaiNeutron Kasip Tak-terkendali Komposisi

bahan bakar

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 12

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(1)

Bertujuan untuk menghitung problem eigenvalue (keff) Diperoleh juga distribusi fluks neutron dan distribusi

pembangkitan panas di teras Dibutuhkan:

Tampang lintang makroskopis seluruh material teras Metode perhitungan yang akurat (transport neutron,

difusi neutron) Penanganan mesh (ruang): finite difference, finite

element, nodal Model geometri (1-, 2- atau 3- dimensi) Syarat batas

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 13

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(2)

Tampang Lintang makroskopis diperoleh dari perhitungan sel

Perhitungan sel memiliki kumpulan data tampang lintang mikroskopis dalam jumlah kelompok energi tertentu, misal WIMS: 69 kelompok dan 172 kelompok

Apa itu tampang lintang mikroskopis dan apa itu tampang lintang makroskopis?

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 14

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(3) Tampang lintang mikroskopis adalah

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 15

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(5) Jenis tampang lintang: jenis reaksi neutron

TotalT

Hamburans

Serapana

Elastisse

Tak Elastisis

Pembelahanf

Tangkapanc

Reaksi(n,2n) (n,3n)n,2nn,3n

Reaksi(n,p) (n,)n,pn,

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 16

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(6) Contoh tampang lintang mikroskopis

Gambar tampang lintang pembelahan U-233, U-235 dan Pu-239

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 17

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(7) Tampang lintang makroskopis adalah

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 18

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(7) PERHITUNGAN SEL (KASUS HTGR)

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 19

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(8)

PERHITUNGAN SEL (KASUS HTGR): PEBBLE BED: TRISO FUEL SPHERE DI

TERAS

PRISMATIC: TRISO FUEL PIN FUEL BLOCK

4 kelompok tenaga neutron

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 20

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(9)

PERHITUNGAN TERAS• Difusi neutron banyak kelompok

• VSOP memakai CITATION: 3D

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 21

II. PERHITUNGAN KRITIKALITAS(10) PERHITUNGAN TERAS

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 22

II. PERHITUNGAN BAHAN BAKAR (1) PERHITUNGAN BAHAN BAKAR DI TERAS ADALAH:

Berapa banyak nuklida fisil berkurang seiring waktu operasi reaktor

Dinyatakan dalam satuan MWD/TH atau GWD/TH

HTGR 90 GWD/TH

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 23

II. PERHITUNGAN BAHAN BAKAR (2)

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 24

II. PERHITUNGAN BAHAN BAKAR (3)

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 25

II. PERHITUNGAN BAHAN BAKAR (4) PERHITUNGAN BAHAN BAKAR DI VSOP TERMASUK:

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 26

III. PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA(1) PERPINDAHAN PANAS DI PEBBLED BED:

Menentukan distribusi temperatur Menentukan distribusi tekanan Penentuan temperatur gas keluar dari teras

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 27

III. PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA(2) PERPINDAHAN PANAS DI PEBBLED BED

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 28

III. PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA(3) PERPINDAHAN PANAS DI VSOP:

Merupakan kopel neutronik-termohidrolika Menyelesaikan persamaan konservasi massa,

momentum dan energi Perpindahan panas: konduksi, konveksi dan radiasi

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 29

III. PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA(5) Konservasi Massa:

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 30

III. PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA(6) Konservasi Momentum:

BATAN

Konsep Dasar Reaktor, perhitungan bahan bakar dan termohidrolika 31

III. PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA(7) Konservasi Energi: