Posted by: tsdipura | August 9, 2016

Pake thorium, burnup menurun?

Ketika presentasi makalah Faisal, bimbingan riset Tugas Akhir sarjana dr UGM, berjudul ” Studi awal optimasi burnup HTR-PM 150MWt dengan menggunakan bahan bakar U-Th“, di SENTEN2016 baru lalu, ada pertanyaan dari kolega yang hadir saat itu,

‘kenapa burnup nya menurun dengan meningkatnya fraksi thorium dalam bahan bakar ?’

dimana data yang beliau maksud adalah yang disajikan dalam halaman presentasi berikut

Th-U_burnup_Faisal

Hasil survey parameter untuk bahan bakar dengan pemuatan logam berat 5g/pebble. Data maksimum pembangkitan daya per pebble [kW/pebble] dan level burnup [MWd/kg-HM] sebagai fungsi dari rasio th (sumbu x) dan berbagai pengayaan u-235.

Ok..sy coba jawab sebagai berikut

Pada dasarnya, thorium (th-232) adalah bahan bakar yang tidak dapat mengalami reaksi fisi ketika ‘bertemu’ neutron, isotop-isotop seperti ini disebut isotop fertil. Berbeda dengan isotop lain yang memiliki kecendrungan untuk bereaksi fisi ketika bertemu neutron seperti isotop uranium-233, uranium-235, dan plutonium-239. Kecendrungan untuk melakukan reaksi fisi ini diistilahkan penampang lintang fisi (fission cross section), data untuk beberapa isotop ditunjukkan pada gambar dibawah.

crosssection-fission

Penampang lintang sebagai fungsi dari energi neutron. Pd reaktor seperti Pebble Bed Reactor (PBR) umumnya neutron dalam sistem dalam rentang energi thermal. Terlihat bahwa pada rentang energi itu, U-235 dan Pu-239 memiliki penampang lintang fisi yang besar. Kedua isotop ini disebut isotop fisil. Dalam rentang energi thermal ini, U-238 memiliki penampang lintang fisi nol (atau sangat3 kecil sekali)…dalam rentang thermal U-238 juga merupakan isotop fertil, sebagaimana Th-232.

Sedangkan penampang lintang fisi untuk Th-232 ditunjukkan pada gambar berikut:

Th-232_penlintang

Penampang lintang fisi Th-232 nol (termasuk pada rentang energi thermal) kecuali ketika energi neutron mendekati orde MeV (yang itupun nilainya lebih kecil dibandingkan penampang lintang fisi u-235 atau pu-239 pada gambar sebelumnya). Oleh karena itu, th-232 tidak akan mengalami reaksi fisi, masuk dalam kelompok isotop fertil.

Kembali ke pertanyaan ttg th-232 dan burnup, semakin banyak isotop fertil (dalam hal ini th-232) dalam bahan bakar, maka laju reaksi fisi akan semakin kecil yang ujungnya berakibat pada level burnup yang semakin rendah.

 OK, lebih detail mungkin bisa menjadi bahan diskusi, bukankah meskipun Th-232 itu isotop fertil, tp bs melahirkan isotop fisil yang baik yaitu U-233.

Ya..seperti terlihat pada gambar sebelumnya ttg penampang lintang th-232, isotop ini memiliki penampang lintang reaksi ‘capture’ (atau penangkapan neutron) yang lumayan tinggi. Naah..dengan reaksi penangkapan neutron (isotop th-232 menangkap satu neutron dan melepaskan partikel gamma) disambung dengan reaksi beta, maka th-232 bertransformasi menjadi U-233 sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut

Th-232 - U233

(gambar dari makalah ini)

Memang tidak bisa dipukul rata klo th-232 nya lebih banyak maka laju reaksi fisi akan semakin kecil, bisa jadi pada kondisi dimana teras reaktor memiliki spektrum energi neutron tertentu yang mendukung th-232 mengalami reaksi penangkapan dan menjadi u-233, lalu juga mendukung terjadinya reaksi fisi u-233 ini…bisa jadi penambahan th-232 menambah laju reaksi fisi dan menambah tingkat burnup bahan bakar. Yap..itu bisa terjadi tapi tidak pada teras reaktor yang secara spesifik menjadi objek risetnya Faisal yang dipresentasikan diawal, juga secara umum pada reaktor pebble bed reactor. Sebenernya inilah esensi optimasi yang dilakukan oleh penelitian Faisal diatas, dengan melakukan perubahan pada komposisi bahan bakar optimasi tersebut sedang mencari spektrum neutron yang memberikan  kondisi optimal untuk menghasilkan burnup teras reaktor yang optimal.

Apa ada penelitian sebelumnya yang menunjukkan trend ini?

Hmm..ada ada, diantaranya dari makalah Kang Dwi Irwanto yang memaparkan hasil berikut

Th-U_burnup_Dirwanto

Sumbu-x adalah fraksi uranium, artinya semakin ke kanan uranium makin dominan sebaliknya thorium makin dikit. Sumbu-y burnup dari teras pebble bed reactor yang Beliau bahas.

Terlihat bahwa ada batas-batas minimal fraksi uranium yang diperlukan sehingga nilai burnup tidak nol (maksudnya teras reaktor tersebut tidak kritis)…karena memang sebagai isotop fertil, thorium membutuhkan uranium gak bisa hanya mengandalkan thorium sendiri. Kembali, tidak pernah ada reaktor nuklir didesain dengan bahan bakar full thorium tanpa campuran isotop fisil seperti u-233, u-235, atau pu-239.

Maaf melebar sedikit, makanya jd absurd klo ada orang yang mengkampanyekan dukungan terhadap PLTN berbahan thorium (diistilahkan PLTT, T terakhirnya Thorium bukan Nuklir) tapi anti terhadap PLTN dengan bahan bakar uranium.

Data diatas juga menunjukkan trend bahwa nilai burnup secara umum meningkat dengan semakin sedikitnya thorium dalam bahan bakar, trend yang sama yang dihasilkan oleh risetnya Faisal yang sy presentasikan.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Categories

%d bloggers like this: