rsBN( 1 3) 978-979-1 9544-9-5

$emirs ar r{asional FisilraAula Pascasafiana UNSRf , 4 tuli 2Ol2

Eneryi,LingL'rrngan, )i, t-ingl.' wnganr ), v Tet<no[ogi Masa Deyt an:Tant anganIdnPe]rut|lq ilvnw risika

' ,'"ikfl Teori, Fi orrlp :' Fisika Material,rka Instrum, {l Pr * rran, Geofisika, Biofisika,ka F.nergi {- kun;, ' tika Nuklir B Medisr i r r i ikan Fis

Editor: Assaidah Erni, dan Supardi

lmffi€ AAfiffiSi' '{ffi.;i ?

\ t7

I_

t:Til,$r ilil I

stMETR!2012

Prosiding

Semin ar Nasional FisikaAufa Pascasarjana UNSR|, 4 Juli 2Ol2

Ener gi, riv q[rungon J an ryt<no[o gi, Mas a Deyt an:TavrtavlgoTt d anPe I r, ahA ilvnw lisika

Editor:AssaidahErniSupardi

Jurusan FisifraFakuftas Matematika dan llmu Pengetahuan AlamUNIVERSITAS SRIWIJAYA20r2

DAFTAR ISI

Kata Pengantar

Daftar Isi

Pemintalan Elektrik (Electospinning) sebagai Salah Satr-r Cara unnrk Membuat Nanoserat(Khairunijal, Ade Yeti Nuryantini, Muhammad Miftahul Munir, dan Mikrajuddin Abdullah) ......

Sensor Berbasis Mkrokantilever: Sensitivitas dan Mekanisme Kinerja(Raoro Nuryadi)

Pengggnaan Teknologi Informasi dan Komunikasi dalam Pembelajaran Fisika(Sardianto Markos Siahaan)

Aplikasi Metode Common Reflecuon Surface (CRS) Srach pada Data Seismik Real 2D(Dan Kumala Sari, Azhar K. Affandi, dan Emi)

Desain Konsepnral Reaktor Cepat Berpendingin Gas Berukr:ran Kecil,Berumur Panjang dan Berbahan Bakar Uranium Alam(MenikAriani, Zah Su'ud, Abdul Waris, Khairunijal, dan Fiber Monado)

Desain Konsep Reaktor Plu:r Jenis Gfr 333 Mwt Berbasis Bahan Bakar Uranium Alam(Fiber Monado, Zaki Su'ud, Abdul Waris, Khairul Basar, dan Menik Ariani) ............

Estimasi Debit Aliran Permukaan DAS Musi (Sumatera Selatan) Berbasis Satelit(Sinta Berliana Sipayrng dan Nani Cholianawati) ...'..........

Identifikasi Mineral Magnetik Pada Permukaan Guano Dari Goa Kelelawar Sumatera Barat(Flamdi, Muhammad Irvan, Emidan Christopher M. Wursters) ...........

Investigasi Nilai Bias Data Global Positioning Satellite Radio Occultation terhadap Data

Radiosonde di Wilayah Ekuator(Tiin Sinatra dan Noersomadi)

Luminositas Bintang Berotasi pada Keadaan Kritis

Model Perhitungan Nilai Kapasitansi Individu Sel Aspergillus Mger BerbasisHasil Percobaan(Musaddiq Musbach. Iman Santoso, Wamid Antabogadan Maulana)

Orbit Relativistik Panikel di Bawah Pengaruh Gaya Sentral Tipe Yukawa(Suhadi, Supardi)

Pabrikasi Film PVDF dengan Roll Hor Press dan Karakterisasinya(Ambran Hartono, Mitra Djamal, Supamo, Ramli, dan Edi Sanjaya)

Pemodelan Dnamika Arus dan Gelombang Laut di Sepanjang Pantai Selatan

Kepulauan Indonesia dan Aplikasinya di Bidang Perikanan

(lskhaq Iskandar dan Pradanto Poerwono) ...............

V

vii

t3

2I

33

38

43

48

53

57

62

67

7T

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Patembang 4 Juli 2012 vii

Pengaruh Konsentrasi Polimer MIP (Molecularly Impnnted Polymer) Atrazinterhadap Jumlah Ikatan yang Terbentuk(ldha Royani, Widayani, Mikrajuddin AMullah, dan KhairunijaD ..............

Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida (TIO) yang Dsintesis MenggunakanMetoda SimpleHeating terhadap Kan&rngan Besi (Fe) dan Tembaga (Cu) di dalam Air Rawa(Fitri Suryani Arsyad, Tuty Emilia Agustina, Novi Yulianti, Firmansyah,Devi Anggraeni,Retno Susanti, dan Mkrajuddin Abdttllah) .............

Pengukuran Keluaran Pesawat Sinar-X untuk Estimasi Dosis Radiasi Pasienpada Pemeriksaan T?rorax, Abdomen dan Shull(Dian Mlvita, Vivi Edriani, Heru hasetio, Nunung Nuraini, Helfi Yuliati, Dyah Dwi Kusumawatidan Suyati)

Prediksi Laju EvaporasiTPresipitasi Global Berdasarkan Model Kiehl-Trenberth

$tryoman Yasa dan Arsali)

hinsip Kerja Rem Di.sc Brake dan Perawatannya(Subhan Diki Setyo Bakti, dan Melya D.Sebayang)

Sifat Magnetik Lapisan Tipis Material Sensor Giant Magnetoresistance Berstruktur SpinValue(Rarnli, Yenni Darvina, Yulkifli, Widyaningrum Indrasari, Ambran Hartono, Edi Sanjaya, RahadiWirawan, Khairuniial dan Mitra Diamal)

Sistem Monitodng Pengukr.ran Ketinggian Air Sungaidengan Sensor ultrasonic SRFo4 dan layanan Pesan Singkat (SMS)(Gunawan Abdillah dan Jazi Eko Istiyanto) ................

Studi Awal Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Daya Keluaran Turbin Angrn Tipe HorizontalBerdiameter 1,6 Meter sebagai Sumber Penyedia Listrik pada Proyek Rumah DC di FMIPA UNJ(Puii S, Sahrviko S, dan Hadi N)

Uji Kelayakan Model Kiehl -Trenberth terhadap Data Suhu Permukaan Global 1980 - 2000@eni Saputra dan Arsali)

Mixing Height Determination Using Neutral Nework(Octavianus C. Satya, Iain Reid and Roben Vincent) .................:..

Efektivitas Pembelajaran Aktif dengan Teknik Kuis Tim pada Mata Pelajaran Fisikadi SMKN I Buhttinggi(Usmeldi)

Implementasi Model Pembelajaran Kooperatif Tipe Stad Berbantuan Simulasi Phetpada Matakuliah Fisika Dasar II(Desy Hanisa Pufti) .........

Pembelajaran Konsep Pemantulan Cahaya dengan Menggunakan Model Pembelajaran BerbasisMasalah terhadap Keterampilan Berpikir Kritis Siswa(Lukman Hahm)

Penerapan Kelompok Kooperatif Berbantuan Multimedia InteraktifuntukMeningkatkan Penalaran Sains dan Penguasaan Konsep Mahasisva(M. Sutamo dan Desy Hanisa R:teri)

78

83

95

r22

t27

r05

110

115

r41

131

r37

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

147

78

Penerapan Lesson Srudy (tS) pada Mata Kuliah Gelombang Melalui Tutor Sebayadan Latihan Soaldi hogram Srudi Pendidikan Fisika FKIP Unsri(Sudirman)

Penerapan Model BlendedE-kaming pada Matakuliah Pendahuluan Fisika ZatPadatQda Sriyanti) ....... ........

Penerapan Model Pembelajaran Berbasis Masalah dengan Metode Eskperimenuntuk Meningkatkan Hasil Belajar Siswa(Dedy Hamdani, Zilvi Endrayani dan Connie)

Pengaruh Metode Inkrriri Terbimbing Berbasis Laboratorium IPA terhadapPeningkatkan Hasil Belajar Siswa SMAN 5 Kota Bengkr:lu(Andik Rrrwanto dan Indra Sakti Lubis)

Upaya Meningkatkan Kemampuan Gum Fisika Melalui PenerapanContexatal Teaching and kaming (CTL) di SMA Negeri 2 Muara Enim(Giyono)

Pengembangan Materi Ajar Termodinamika dengan Model Educational Reconsrructiondi Program Studi Pendidikan Fisika Fah:ltas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sriwijaya(Leni Marlina) ...............

Pengembangan Model Pembelajara n hoblem Soluing Fisika Melalui PembelajaranTopik Optika pada Mahasiswa Pendidikan Fisika

@ko Swistoro Warimun)

Pengembangan Model Perkuliahan Multimedia Interaktif Fisika Modem(Teori Relativitas Khusus) di LPTK(Flamdi Akhsan dan Ketang Wiyono)

Strategi Efektif Pembelajaran Fisika: Ajarkan Konsep(Muhamad Yusup)

Pengaruh Pendekatan Sains-Telcrologi-Masyarakat terhadap Prestasi dan MinatBelajar Sains Siswa(Gyono)

Peran Guru untuk Memanfaatkan Media Pembelajaran dalam Proses Pembelajaran di Sekolah(Suwani)

t53

158

r64

169

173

83

88

95

99

181

122

r27

r05

110

115

141

188

193

zo5

214131

r37

147

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 ix

DESAIN KONSEP REAKTOR PLTN JENIS GFR 333 MWT BERBASISBAHAN BAKAR URANIUM ALAM

Fiber Monador/, Zaki Su'ud', Abdul Warisz, Khairul Basarz'n Menik Arianil'Mahasiswa 53 Prodi Fisika ITB, Dosen Fisika Unsri

' Dosen Prodi Fisika ITB* Email: fiber ms@yahoo.co.id

Abstrak

Telah dikerjakan perhitungan neutronik pada disain konsep reaktor PLTN jenis GFR 333 MWtberbasis bahan bakar uranium alam. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan PIJ dan CITATIONpada kode SRAC. Basis bahan bakar yang digunakan adalah Uranium Alam, dengan pendinginHelium, dan 35316 sebagai cladding serta reflektornya B4C. Teras yang digunakan berupa silinder R-Z denganjejari radial 100 cm dan tinggi aksial 270 cm serta tebal reflektor 100 cm. Dari hasilperhitungan diperoleh faktor multiplikasi effektif k-eff : 1.001 pada tahun kedua burnup dan terusmeningkat hingga 1.012 pada burnup tahun kesepuluh, jadi reaktor tetap dalam keadaan kritis selamasepuluh tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar.

Kata kunci: GFR. uranium alam.

PENDAHULUAN

J\alam ringkasan eksekutif Indonesia Energt Outlook 2009(IEO, KESDM 2009) ada tiga skenarioI-,/pengembangan energi yang meliputi: i. Skenario dasar yaitu skenario prakfuaan energi yangrnerupakan kelanjutan perkembangan historis., 2. Skenario Iklim 1 yaitu skenario prakiraan energidengan intervensi kebijakan konservasi energi dan pengembangan energi terbarukan yangmempertimbangkan pengurangan emisi gas-gas rumah kaca (GRK)., 3. Skenario Iklim 2 yaituskenario prakiraan energi yang mempertimbangkan kebijakan mitigasi perubahan iklim sesuaikomitmen pemerintah untuk menurunkan emisi GRK. Implementasi skenario iklim 2 berupa upaya-upaya konservasi energi dan pengembangan energi terbarukan dengan penggunaan teknologi danenergi yang rendah emisi, antara lain berupa teknologi batubara bersih (clean coal technologt) danpembangkit listrik tenaga nuklir.

Indonesia akan membangun Pernbangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN) yang diharapkan mulaiberoperasi tahun 2016. Rencana ini sesuai dengan amanat IJU Nomor 17 tahun 2007 TentangRencana Pembangunan Jangka Panjang Nasional (RPJNI), yang salah satu paragrafnya menyebutkanbahwa pada 201 6 Indonesia.harus sudah mengoperasikan PLTN.

Perkembangan terakhir menun'iukkan bahwa pada 2030 Indonesia mentargetkan sekitar 31GWe berasal dari sumber energi baru dan terbarukan. Jumlah daya listrik sebesar itu akan sulitdipenuhi oleh sumber energi terbarukan seperti energi surya, panas bumi, biffiel, angin, dan lain-laintanpa melibatkan energi nuklir.

Makalah ini akan menguraikan hasil penelitian berupa disain konsep rancangan reaktorPembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) jenis reaktor cepat berpendingin gas (Gas-Cooled FastReactor, GFR) sangat kecil yang berbasis bahan bakar uranium alam.

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012 33

STUDI PUSTAKA

Reaktor daya nuklir dirancang untuk menghasilkan panas yang kemudian digunakan untuk

menghasilkan energi listrik. Reaktor nuklir menghasilkan banyak energi termal melalui reaksi fisi

berantai. Reaksi fisi ini tidak melepaskan CO2, selain itu juga menggunakan lebih sedikit bahan bakar

bila dibandingkan dengan reaksi pembakaran bahan bakar fosil konvensional. Sebuah reaktor nuklir

dapat memproduksi sekaligus mengontrol proses pelepasan energi yang dihasilkan dari reaksi fisi

berantai yang berlangsung didalam teras reaktor. Pada realtor daya, energi panas yang dilepaskan

selama reaksi fisi inj digunakan untuk menghasilkan uap. Uap ini kemudian dipergunakan untuk

menggerakkan turbin generator sebagai pembangkit energi listrik.Sampai sekarang reaktor daya nuklir yang beroperasi sudah memasuki generasi III+ (tahun

2000 - sekarang), yang dimulai dari generasi I ditahun limapuluhan ( 1950 - 1970), Generasi II(1970-2030), dan generari IV baru akan mular dioperasikan secara komesial pada tahun 2030.

Reaktor cepat berpendingin gas (Gas Cooled Fast Reactor, GFR) merupakan salah satu

kandidat reakior daya nuklir generasi IV yang diproyeksikan akan digunakan mulai tahun 2030[GIF,

2OO9l. GFR mengkombinasikan kehandalan dari sistem spektrum cepat dan sistem temperatur tinggi.

Spektrum cepat mampu menggunakan "umber uranium yang lebih berkelanjutan dan meminimalkan

limbah melalui pembakaran dan siklus berulang bahan bakar. Temperatur tinggi menghasilkan

efisiensi siklus-termat-tinggi dan penggunaan untuk industri dari panas yang dihasilkan, misalnya

untuk memproduksi h idrogen.

METODOLOGI PENELITIAN

Parameter-parameter pokok disa'n reaktor yang digunakan disajikan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Parameter pokok disatn .eaklor yang digunakan

Parameter

Reaktor

Temperatur tinlet/outlet

Core structirretemoefature I llorm

l,er

Periode Retrre

Pada penelitian ini digunakan sofi,"'are SRAC versi 2002(JAERI, 2002) untuk mengerjakanperhitungan neutronik. Blok diagram kode SRAC yang dipakai ditunjukkan pada Gambar 1.

Spesifikasi

333 MWtoolant 490"c/950"c

500-1200"c

densi 50-100 MWVmUranium Alam-Nitrid

einl'ktor Helium/S5316/B4C

laddi65t251r0%

lin 10 Tahun'as Cvlinder R-Z

i aksial 100cm/27Ocmtor l00cmTeras Small-lone life core

l-l::- ::

r : - ! -

ti{ASl

" . - i,;-:,: -!!:" ::

: _L * :

: : -a--

Bahan BakarBahan Perrdin

CladdinslkeileFrasksi V'rl 'rrn

Fuel/Coolon: C

Geometri l erJejari radia i, I'

34 Prosiding Seminar Nasional Fisika )012; Palembang,4 Juli 2012

Fiber Monado. dkk Desain Konsep Reaktor PLTN...

Gambar 1 " Diaeram blok kode SRAC

HASIL YANG DIPEROLEH

Pada bagian ini diuraikan hasil dan pembahasan dari disain konsep reaklor yang telah dibuatdengan berbagai parameter survei yang diberikan.

Gambar 2 adalah grafik perubahan faktor multiplikasi efektif(k-eff), dengan variasi fraksivolume bahan bakar. Survei dilakukan mulai fraksi bahan bakar 600/o hingga 67.5%. Kekritisanreaktor yang optimum diambil pada fraksi bahan bakar(fuel) 650/o,bahan pembungkus(cladding) I0o/odan bahan pendingin(coolant) 25%o, hal ini didukung dengan hasil perhitungan yang mendapatkannilai k-eff sekitar satu,

1.015 1,r,r...r:..::

Gambar.2Gambar 2. Faktor multiplikasi efektif untuk variasi fraksi volume bahan bakar.

Gambar 3. Faktor multiplikasi efektif untuk fraksi bahan bakat 650/o, pendingin 25%o dan cladding l0%o

Bila ditelaah lebih mendalam lagi(lihat Garnbar 3) faktor multiplikasi effektif untuk satusiklus periode burnup. diperoleh k-eff : 1.001 pada tahun kedua burnup dan terus meningkat hingga1.012 pada burnup tahun kesepuluh. Sehingga dapat dikatakan bahwa reaktor masih dapat beroperasiselama sepuluh tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar.

SELESAI

burnuplrrurl

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012 35

Desain Konsep Realctor PLTN.. Fiber Monado. dkk

Perubahan faktor multiplikasi infinitif k-inf selama periode burnup diperlihatkan padaGambar 4. Dari sini nampak bahwa setelah periode burnup tahun keempat puluh diperoleh faktormultiplikasi infinitif yang bernilai lebih dari satu. Nilai k-inf ini tetap bertahan demikian hingga tahunkeseratus periode burnup, sehingga dapat dinyatakan bahwa reaktor yang diciisain dapat terjadi reaksifisi berantai hingga akhir masa operasi.

c

-d

400000

3500(rj

309808

esq0{4

20000015t1m0

100c00

t0000

a20 30 40 50 60 79PEriide Eiwup(tahs)

Gambar.4 Gambar.5Gambar 4. Perubahan faktor multiplikasi infinitif selama periode burnup

Gambar 5. Histori perubahan level burnup

Histori perubahan level burnup ditunjukkan pada Gambar 5. Dari grafik tersebut nampakbahwa level burnup berubah secara perlahan mulai dari awal operasi sampai tahun keempat puluhperiode burnup. Tetapi setelah itu meningkat secara signifikan hingga tahun keseratus periodeburnup. Hal ini seiring dengan akumulasi peningkatan plutonium, P1239.

o 10 :29 :.0 49 50 :60 7! e0 ,90 100 110Ptfiod€ blrdrp{Ehnn,

2.fiir:n

2.8"22

-F

K''.,o

? iF+?? . j

i ' . . - . -i_ -''-' -_----

I t+t t a

o o=.oo illl::o

Gambar. 6 Gambar 7.Gambar 6. Perubahan densitas atomik U238Gambar 7. Perubahan densitas atomik Pu239

Gambar 6 dan 7 adalah grafik perubahan densitas atomik U238 dan Pu239 selama periodeburnup. Bahan fertil U238 berkurang densitasnya seiring dengan berlangsungnya proses burnup.Sedangkan Pu239 yang belum ada diawal oprasi reaktor, bertambah secara signifikan hingga ditahunke enam puluh dua periode burnup dan menurun kembali setelah itu hingga diakhir periode burnup.

q z.uE=rr&

g

* r oe.:r

5 oEl 20

O.0E+00

40 60 Bthilror}{bh0n1

-r- r - - - r - r - l

100 1?0:0 40 80 80 1a9

burnup(rahFl

36 Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

4 110

Sil:ri

I lB0

u dkk

padarktorahuneaksi

periodehrrnup.ditahunmup.

mpakpuluheriode

Fiber Monado. dkk Desain Konsep Reaktor PLTN...

PENUTUPBerdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa telah

berhasil dibuat disain konsep reaktor PLTNjenis reaktor cepat berpendingin gas helium berdaya 333MWt berbasis bahan bakar uranium alam berumur panjang tanpa pengisin ulang bahan bakar selamasepuluh tahun dengan periode burnup seratus tahun. Dalam satu siklus untuk fraksi volume bahanbakar 650A, diperoleh faktor multiplikasi effektif k-eff = 1.001 pada tahun kedua burnup dan terusmeningkat hingga 1.012 pada burnup tahun kesepuluh.

DAFTAR PUSTAKA

1. GIF. (2003): Introduction to Generation fV Nuclear Energy Systems and the Intemational Forum

2. GIF. (2009): GIF R&D Outlook for Generation IV Nuclear Energy Systems.

3. IAEA (2010)'. International Statusand Prospects of Nuclear Power. GOV/INF/2010/12-GC(54)/INF/5.http://www.iaea.ors

4. Su'ud 2(2008): Safety performance comparation of MOX, nitride, and metallic fuel base 25-100 MwePb-Bi cooled long life fast reactors without on-site refuelling. Progress in Nuclear Energy, Vol. 50. p

157-162

5. -(2009):

IndonesiaEnergtOutlook200g.PwatDatadanlnformasidanSumberDayaMineral,Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral.

6. Wei TYC & Weaver KD (200a): Initial Requirements for Gas-Cooled Fast Reactor (GFR) SystemDesign, Performance, and Safety Analysis Models. Gen IV Nuclear Energy System, INEEL/EXT-04-02242 (rev 0)

7 . Dumaz P, et al(2001): Gas-cooled fast reactors - Status of CEA premiminary design studies. NuclearEngineering and Design Yol.237 p.1618-7627.

8. Malo JY, et al(2006): Gas-cooled fast reactors - DHR system, premilinary design and thermal-hidraulic studies. Nuclear Engineering and Technology Vol.38 No.

9. Okumura, K(2002): SMC: The Comprehensive Neutronics Calculation Code System, JAERI, Japan

10. Feriska, HI(201 l): Studi Desain Reaktor Cepat Berpendingin Gas dengan Bahan Bakar (Jranium

Alam Menggunakan Strategi Shffiing Arah Radial. Program Studi Fisika ITB

ProsidingSeminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012 37