PEMODELAN PARTIKEL BAHAN BAKAR BERLAPIS DALAM KISI SC, BCC, DAN FCC UNTUK PERHITUNGAN FAKTOR MULTIPLIKASI INFINIT RGTT MENGGUNAKAN PROGRAM MCNP 5

ABSTRAK
PEMODELAN PARTIKEL BAHAN BAKAR BERLAPIS DALAM KISI SC, BCC, DAN FCC
UNTUK PERHITUNGAN FAKTOR MULTIPLIKASI INFINIT MENGGUNAKAN PROGRAM
MCNP 5. Dalam desain reaktor nuklir berpendingin gas temperatur tinggi (RGTT), pemodelan bahan bakar
berlapis (coated fuel particle) memegang peranan yang cukup penting untuk menentukan dan mengoptimasi
kuantitas fisika seperti kritikalitas, reaktivitas, distribusi spasial daya dan temperatur, panas peluruhan,
deplesi dan fraksi bakar bahan bakar. Sejumlah teknik dan metode pendekatan sel yang dihomogenisasi,
secara ekivalen telah diadopsi dalam perhitungan deterministik. Metode konvensional ini digunakan dalam
analisis neutronik RGTT pada tahun-tahun awal pengembangan RGTT itu sendiri. Hasil-hasil yang cukup
baik memang telah dicapai, tetapi untuk metode konvensional desain unik RGTT dengan partikel bahan
bakar berlapis TRISO memerlukan prediksi yang lebih akurat dari segi karakteristik neutronik. Tantangan
lain adalah terdapat lebih dari 1010 partikel berlapis dalam konfigurasi reaktor tipikal dengan kesulitan
mengidentifikasikan partikel bahan bakar berlapis secara individual dalam matriks grafit. Sebagai alternatif
metode deterministik, metode Monte Carlo kemudian menjadi solusi walaupun secara praktis memiliki
kendala waktu. Dalam makalah ini, partikel bahan bakar berlapis yang terdistribusi secara stokastik dalam
bahan bakar pebble bed dimodelkan ke dalam kisi SC (simple cubic), BCC (body centered cubic), dan FCC
(face centered cubic) untuk memprediksi kritikalitas RGTT. Perhitungan dengan program transport Monte
Carlo MCNP5 dilakukan untuk RGTT berbahan bakar UO2 dengan pengkayaan U235 10% dan packing factor
0,3. Model susunan infinit bahan bakar pebble bed dimanfaatkan dalam perhitungan ini dengan kondisi batas
reflektif. Hasil perhitungan memperlihatkan nilai faktor multiplikasi infinit (k∞) untuk kisi SC dengan
pustaka data nuklir rmccs, endf60c, dan endf66c masing-masing: 1,0107 ± 0,0031; 1,0085 ± 0,0028; dan
1,0097 ± 0,0029. Sedangkan untuk kisi BCC dan FCC dengan pustaka data nuklir yang sama masing-masing
adalah: 1,2026 ± 0,0029; 1,2025 ± 0,0032; 1,1938 ± 0,0038; dan 1,2056 ± 0,0035, 1,2002 ± 0,0027, 1,2046 ±
0,0031. Dari hasil-hasil ini dapat disimpulkan bahwa kisi SC menghasilkan k∞ yang lebih rendah 18,98%,
sedangkan kisi BCC dan kisi FCC menghasilkan nilai k∞ yang hampir sama yaitu 0,25%.
Kata kunci: model kisi, fraksi packing, k∞, RGTT
ABSTRACT
MODELLING OF COATED FUEL PERTICLE IN SC, BCC, AND FCC LATTICE FOR
CALCULATION OF INFINITE MULTIPLICATION FACTOR USING MCNP 5 PROGRAM. In a high
temperature gas-cooled nuclear reactor design (RGTT), modeling of coated fuel particle plays an important
role to determine and optimize physical quantities such as criticality, reactivity, power and temperature
spatial distribution, decay heat, depletion and fuel burn-up. There are some technique and method of
homogenized cell approximation equivalently have been adopted in deterministic calculation. This
conventional method is used in RGTT neutronic analysis in the initial year of its RGTT. The good results
been achieved, but for conventional method, a RGTT unique design with TRISO coated fuel particle needs
more accurate prediction from neutronic characteristic side. A challenge to identify coated fuel particle
individually in graphite matrix. As alternative of deterministic method, Monte Carlo method becomes then a
solution although it practically has time barrier. In this paper, coated fuel particle stochastically distributed
in pebble bed fuel is modeled into SC (simple cubic), BCC (body centered cubic), and FCC (face centered
cubic) lattices to predict RGTT critically. The calculation using Monte Carlo transport code MCNP5 has
been carried for UO2 fueled RGTT with U235 enrichment of 10% and packing fraction of 0.3. Modeling of
infinity array of pebble bed fuel was utilized in this calculation with reflective boundary condition. The
calculation results show infinite multiplication factor value (k∞) for SC lattice with rcmss, endf60C, and
endf66C nuclear data library are 1,0107 ± 0,0031; 1,0085 ± 0,0028; and 1,0097 ± 0,0029, respectively.
While for BCC and FCC lattice with the same nuclear data library are 1,2026 ± 0,0029; 1,2025 ± 0,0032;
1,1938 ± 0,0038; dan 1,2056 ± 0,0035, 1,2002 ± 0,0027, 1,2046 ± 0,0031, respectively. From these results it
Prosiding Seminar Nasional ke-16 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir ISSN : 0854 - 2910
Hal. 230-236
231
can be concluded that SC lattice produces RGTT criticality with lower k∞ is 18.98%, while BCC and FCC
lattice almost the same produce k∞ values is 0.25%.
Keywords: lattice model, packing fraction, k∞, RGTT