Analisis Efek Kecelakaan Water Ingress Terhadap......... (Zuhair)

## ANALISIS EFEK KECELAKAAN WATER INGRESS TERHADAP REAKTIVITAS DOPPLER TERAS RGTT200K
Zuhair, Suwoto Pusat Teknologi dan Keselamatan Reaktor Nuklir – BATAN Kawasan Puspiptek, Gedung No. 80, Serpong, Tangerang 15310 Tel. (021)756-0912, Fax. (021)756-0913, E-mail: zuhairbasjmeleh@yahoo.com Diterima editor: 15 Januari 2015 Direvisi editor: 29 Januari 2015 Disetujui untuk publikasi: 4 Februari 2015

## ABSTRAK
ANALISIS  EFEK  KECELAKAAN WATER  INGRESS TERHADAP  REAKTIVITAS  DOPPLER TERAS  RGTT200K . Dalam high  temperature  reactor ,  koefisien  reaktivitas  temperatur  yang  didesain negatif  menjamin  reaksi  fisi  dalam  teras  tetap  berada  di  bawah  kendali  dan  panas  peluruhan  tidak  akan pernah  melelehkan  bahan  bakar  yang  menyebabkan  terlepasnya  zat  radioaktif  ke  lingkungan.  Namun masuknya  air  ( water ingress )  ke  dalam  teras  reaktor  akibat  pecahnya  tabung  penukar  panas  generator  uap, yang  dikenal  sebagai  salah  satu  kecelakaan  dasar  desain,  dapat  mengintroduksi  reaktivitas  positif  dengan potensi  bahaya  lainnya  seperti  korosi  grafit  dan  kerusakan  material  struktur  reflektor.  Makalah  ini  akan menganalisis  efek  kecelakaan water  ingress terhadap  reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K.  Kapabilitas koefisien reaktivitas Doppler untuk mengkompensasi reaktivitas positif yang timbul selama kecelakaan water ingress akan  diuji  melalui  serangkaian  perhitungan  dengan  program  MCNPX  dan  pustaka  ENDF/B-VII untuk  perubahan  temperatur  bahan  bakar  dari  800K  hingga  1800K.  Tiga  opsi  kernel  bahan  bakar  UO 2 , ThO 2 /UO 2 dan  PuO 2 dengan  tiga  model  kisi  bahan  bakar pebble di  teras  reaktor  diterapkan  untuk  kondisi water ingress dengan  densitas  air  dari  0  hingga  1.000  kg/m 3 .  Hasil  perhitungan  memperlihatkan  koefisien reaktivitas  Doppler  tetap  negatif  untuk  seluruh  opsi  bahan  bakar  yang  dipertimbangkan  bahkan  untuk posibilitas water ingress yang  besar.  Efek water ingress lebih  kuat  pada  model  kisi  dengan  fraksi packing lebih rendah karena lebih banyak volume yang tersedia untuk air yang memasuki teras reaktor. Efek water ingress juga lebih kuat di teras uranium dibandingkan teras thorium dan plutonium sebagai konsekuensi dari fenomena  Doppler  dimana  absorpsi  neutron  di  daerah  resonansi 238 U  lebih  besar  daripada 232 Th  dan 240 Pu. Secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa, koefisien Doppler teras RGTT200K mampu mengkompensasi insersi  reaktivitas  yang  diintroduksi  oleh  kecelakaan water ingress .  Teras  RGTT200K  dengan  bahan  bakar UO 2 , ThO 2 /UO 2 dan PuO 2 dapat mempertahankan fitur keselamatan melekat dengan cara pasif.
Kata kunci: Water ingress , reaktivitas Doppler, RGTT200K

## ABSTRACT
ANALYSIS  OF  THE  EFFECT  OF  WATER  INGRESS  ACCIDENT  ON  DOPPLER  REACTIVITY  OF RGTT200K  CORE .  In high temperature reactor, the negative temperature reactivity coefficient guarantees fission reaction in the core remain under the control and decay heat will not melt the fuel which cause the release of radioactive substances into the environment. But the entry of water (water ingress) into the reactor core  due  to  rupture  of  a  steam  generator  tube  heat  exchanger,  which  is  known  as  one  of  the  design  basis accidents,  can  introduce  positive  reactivity  with  other  potential  hazards  such  as  graphite  corrosion  and damage of the reflector structure material. This paper will investigate the effect of water ingress accident on Doppler  reactivity  coefficient  of  RGTT200K  core.  The  capability  of  the  Doppler  reactivity  coefficient  to compensate positive reactivity incurred during water ingress accident will be examined through a series of calculations with MCNPX code and ENDF/B-VII library for fuel temperature changes from 800K to 1800K. Three options of UO 2 , ThO 2 /UO 2 and PuO 2 fuel kernels with three lattice models of fuel pebble in the reactor core was applied for condition of water ingress with water density from 0 to 1000 kg/m 3 . The results of the calculations show that Doppler reactivity coefficient is negative for the entire fuel options being considered even for a large possibility of water ingress. The effects of water ingress becomes stronger in lattice model with lower packing fraction because more volume available for water entering the reactor core. The effect of water  ingress  is  also  stronger  in  the  uranium  core  compared  to  thorium  and  plutonium  cores  as  a consequence  of  the  Doppler  phenomenon  where  the  neutron  absorption  in  resonance  region  of 238 U  is greater  than 232 Th  and 240 Pu.  It  can  be  concluded  overall  that  Doppler  coefficient  of  RGTT200K  core  has capability to compensate the reactivity insertion introduced by water ingress accident. RGTT200K core with UO 2 , ThO 2 /UO 2 and PuO 2 fuels can maintain the inherently safety features in a passive way.
Keywords: Water ingress, Doppler reactivity, RGTT200K

## PENDAHULUAN
Permintaan  energi  dunia  meningkat  secara  dramatis  dalam  beberapa  dekade  terakhir  ini. Populasi  dunia  dalam  50  tahun  ke  depan  akan  bertambah  dari  6  ke  9  milyar  dan  konsumsi  energi diprediksi  tumbuh  pesat  seiring  dengan  meningkatnya  kebutuhan  kualitas  hidup  yang  lebih  baik. Energi nuklir menjadi faktor kunci dalam memastikan pasokan energi bersih, aman dan berkelanjutan di  masa  mendatang.  Namun  isu  keselamatan  selalu  menjadi  perhatian  utama  dalam  industri  tenaga nuklir. Insiden Fukushima yang mengejutkan dunia dengan dampaknya memperjelas jika energi nuklir akan memainkan peranan utama dalam pemenuhan kebutuhan energi dunia, sifat keselamatan melekat ( inherently safety ) dan ramah lingkungan yang dimiliki reaktor nuklir menjadi syarat mutlak [1].
Reaktor  Generasi  IV  merupakan  seperangkat  desain  reaktor  teoretik  yang  saat  ini  sedang dikembangkan  di  13  negara  dalam  elaborasi  Forum  Internasional  Generasi  IV  ( Generation  IV international forum ,  GIF)  [2]  dengan  tujuan  utama  meningkatkan  keselamatan  nuklir  dan  resistansi proliferasi.  Tujuan  GIF  lainnya  adalah  meminimalkan  limbah  dan  memaksimalkan  pemanfaatan sumber daya alam serta mengurangi biaya konstruksi dan pengoperasian reaktor. Reaktor temperatur tinggi ( high temperature reactor , HTR) menjadi salah satu jenis dari enam desain reaktor Generasi IV yang menggunakan moderator grafit, pendingin helium dan beroperasi pada temperatur sangat tinggi (~1000oC).  Desain  HTR  terdiri  dari  teras  reaktor  yang  dikelilingi  oleh  reflektor  aksial  dan  reflektor radial.  Geometri  teras  HTR  dapat  berupa  blok  prismatik  seperti  reaktor  uji  temperatur  tinggi  ( high temperature test reactor ,  HTTR)  Jepang  [3]  atau pebble bed seperti  HTR-10  Cina  [4].  Kedua  jenis HTR  ini  menggunakan  bahan  bakar  yang  berasal  dari  unsur  grafit  dan  material  fisil  dalam  bentuk partikel TRISO. Kualitas partikel TRISO yang luar biasa dari resistansi dan retensi produk fisi menjadi inovasi fundamental dalam bidang teknologi keselamatan HTR yang intrinsik.
Salah satu karakteristik keselamatan melekat dalam HTR adalah koefisien reaktivitas temperatur yang  negatif  dan  kapasitas  panas  tinggi  dari  struktur  teras  yang  dapat  mencegah  bahan  bakar  dari kenaikan temperatur melebihi 1600oC. Koefisien reaktivitas negatif HTR menjamin reaksi fisi dalam teras tetap berada di bawah kendali dan panas peluruhan tidak akan pernah melelehkan bahan bakar sehingga mencegah terlepasnya zat radioaktif ke lingkungan. Namun masuknya air ( water ingress ) ke dalam teras reaktor akibat pecahnya tabung penukar panas generator uap, yang dikenal sebagai salah satu  kecelakaan  dasar  desain  ( design basic accident ,  DBA),  akan  mengintroduksi  reaktivitas  positif dengan potensi bahaya lainnya seperti korosi grafit dan kerusakan material struktur reflektor.
RGTT200K adalah reaktor temperatur tinggi bertipe pebble bed dengan daya termal 200 MW yang didesain untuk menghasilkan listrik dan aplikasi panas proses berbagai industri seperti produksi hidrogen,  desalinasi  air  laut.  Selain  siklus  langsung,  RGTT200K  mempertimbangkan  siklus  tak langsung dengan turbin uap yang teknologinya sudah berkembang. Akan tetapi penggunaan turbin uap memungkinkan  terjadinya  kecelakaan water  ingress .  Hasil  studi  sebelumnya  mendemonstrasikan RGTT200K dapat didesain dengan koefisien reaktivitas negatif [5] dan analisis water ingress di teras RGTT200K juga telah dilakukan dengan kesimpulan perubahan reaktivitas positif terjadi untuk teras dengan  bahan  bakar pebble mengandung  lebih  dari  10.000  partikel  TRISO  per pebble [6].  Karena bahan bakar pebble RGTT200K mengandung 15.000 partikel TRISO per pebble , maka kemampuan koefisien  reaktivitas  negatif  bahan  bakar,  yang  disebut  reaktivitas  Doppler,  untuk  mengkompensasi reaktivitas positif yang timbul selama kecelakaan water ingress perlu diuji untuk meyakinkan reaktor tetap  memliliki  sifat  keselamatan  melekat.  Makalah  ini  akan  menganalisis  efek  kecelakaan water ingress terhadap  reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K.  Identifikasi  reaktivitas  Doppler  dilakukan melalui serangkaian perhitungan dengan program transport Monte Carlo MCNPX [7] dan pustaka data nuklir energi kontinu ENDF/B-VII [8] pada temperatur bahan bakar dari 800K hingga 1800K. Tiga opsi kernel bahan bakar UO 2 , ThO 2 /UO 2 dan PuO 2 dengan tiga model kisi bahan bakar pebble di teras reaktor  diterapkan  untuk  kondisi water ingress dengan  densitas  air  dari  0  hingga  1000  kg/m 3 .  Hasil analisis diharapkan dapat menunjukkan seberapa besar efek water ingress terhadap reaktivitas Doppler teras RTT200K dengan berbagai opsi bahan bakar.

## DESKRIPSI SINGKAT RGTT200K
RGTT200K  terdiri  dari  teras  silinder  dengan  tinggi  943  cm  dan  diameter  300  cm  yang dikelilingi  oleh  refektor  grafit  radial  dengan  ketebalan  200  cm  dan  reflektor  grafit  aksial  dengan ketebalan  total  750  cm.  Helium  dipilih  sebagai  pendingin  teras  reaktor  karena  memiliki  beberapa keuntungan.  Selain  secara  kimia inert ,  helium  tidak  mudah  terbakar  atau  korosif  yang  berarti  tidak diperlukan  pemeliharaan  untuk  mengatasi  kerusakan  material  jika  melakukan  kontak  dengan  gas. Helium  juga  transparan  sehingga  kerusakan  yang  mungkin  dari  sistem  dapat  dilihat  dengan  lebih mudah. Tampang lintang absorpsi helium yang rendah sangat baik untuk reaksi pembiakan ( breeding ) dan moderasinya yang rendah menghasilkan spektrum yang lebih keras. Spektrum keras bermanfaat untuk breeding dan pemuatan aktinida minor sebagai bahan bakar reaktor. Helium juga memiliki efek reaktivitas  pendingin  yang  kecil,  baik  temperatur  maupun  void  dan  karena  helium  pendingin  non radioaktif, penggunaan siklus langsung sangat dimungkinkan. Parameter teras RGTT200K diberikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Parameter teras RGTT200K. Densitas daya (MW/m 3 ) 3
Daya bahan bakar pebble (kW/ pebble ) 0,56 Tinggi / Diameter teras (m/m) 9,43 / 3 Temperatur inlet teras (oC) 550 Temperatur outlet teras (oC) 950 Pendingin He Tekanan helium (MPa) 5,2 Laju aliran massa (kg/s) 120 Densitas helium (kg/m 3 ) 0,178
RGTT200K mengadopsi desain standard bahan bakar yang dikembangkan oleh Jerman untuk HTR-Modul [9] dan HTR-10 Cina dengan geometri dan dimensi yang serupa dengan reaktor modular pebble  bed ( pebble  bed  modular  reactor ,  PBMR)  [10]  Afrika  Selatan.  Setiap  bahan  bakar pebble (diameter  6  cm)  terdiri  dari  bola  matriks  grafit  berdiameter  5  cm  yang  diisi  oleh  15.000  partikel berlapis TRISO dan shell grafit yang bebas dari bahan bakar dengan ketebalan 0,5 cm. Partikel TRISO sendiri  dibentuk  oleh  bahan  bakar  kernel  berdiameter  0,05  cm  dan  dikelilingi  oleh  lapisan  karbon dengan ketebalan tipikal 0,021 cm yang terdiri dari buffer 0,0095 cm, karbon pirolitik bagian dalam ( inner pyrolitic carbon , IPyC) 0,0040 cm, silikon karbida (SiC) 0,0035 cm dan karbon pirolitik bagian luar ( outer pyrolitic carbon , OPyC) 0,0040 cm. Lapisan buffer berfungsi menampung akumulasi gas fisi  yang  terbentuk  dari  proses  fisi  di  dalam  bahan  bakar  kernel  sedangkan  karbon  pirolitik  bagian dalam dan luar serta silikon karbida berfungsi sebagai lapisan penahan yang tidak dapat ditembus dan sangat efektif untuk mencegah produk fisi menyebar keluar dari partikel bahan bakar pada temperatur tinggi.  Partikel  TRISO  dapat  mempertahankan  semua  produk  fisi  hampir  sepenuhnya  sepanjang temperatur  bahan  bakar  tidak  melebihi  1600oC.  Dalam  kasus  kecelakaan  terjadinya  kehilangan pendingin aktif, laju probabilitas pelepasan produk fisi kurang dari 1 × 10 -5 selama beberapa ratus jam pada  temperatur  1600oC.  Diagram  skematik  partikel  TRISO  dan  bahan  bakar pebble diperlihatkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Diagram skematik partikel TRISO dan bahan bakar pebble [11] .
Tabel 2. Parameter desain partikel TRISO dan bahan bakar pebble .
Partikel berlapis TRISO Bahan bakar pebble Komposisi kernel UO 2 ,ThO 2 /UO 2 , PuO 2 Massa logam berat (g/ pebble ) 9,2 Diameter kernel, 1 x 10 -6 (cm) 500 Pengkayaan isotop fisil (%) 8,2/7,48/53,85 Ketebalan lapisan coating 1 x 10 -6 (cm) 95/40/35/40 Jumlah partikel TRISO per pebble 15.000 Urutan lapisan coating Buffer /IPyC/SiC/OPyC Volume pemuatan partikel TRISO (%) 5,4
Dalam  RGTT200K,  bahan  bakar pebble dimuatkan  ke  dalam  teras  dan  dikeluarkan  dari  teras secara kontinu selama operasi reaktor. Berbagai daur bahan bakar dapat diakomodasi tanpa modifikasi desain teras yang signifikan, karena itu dalam analisis ini tiga opsi bahan bakar kernel UO 2 , ThO 2 /UO 2 dan  PuO 2 diterapkan  untuk  mendapatkan  komparasi  kelakuan  reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K berbahan  bakar  uranium,  thorium  dan  plutonium.  Kernel  UO 2 dan  ThO 2 /UO 2 memiliki  pengkayaan 235 U dan 233 U masing-masing 8,2 % dan 7,48 %. Kernel PuO 2 terdiri dari beberapa isotop plutonium, yakni 238 Pu/ 239 Pu/ 240 Pu/ 241 Pu/ 242 Pu  dengan  kandungan  spesifik  0,0259/  0,5385/  0,2366/  0,1313/ 0,0677.  Bahan  bakar pebble dan  partikel  berlapis  TRISO  dengan  kernel  UO 2 ,  ThO 2 /UO 2 dan  PuO 2 memiliki spesifikasi dan geometri yang sama. Parameter desainnya diberikan dalam Tabel 2.

## METODOLOGI
Untuk  memahami  efek  kecelakaan water  ingress yang  disebabkan  oleh  pecahnya  tabung penukar  panas  generator  uap,  sejumlah  air  dengan  kuantitas  tertentu  disimulasikan  masuk  ke  dalam teras reaktor. Situasi water ingress akan mempengaruhi reaktivitas teras karena air sebagai moderator neutron  yang  baik  dapat  mengubah  spektrum  neutron.  Untuk  menganalisis  meningkatnya  moderasi karena water ingress ,  perhitungan  reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K  dilakukan  untuk  perubahan temperatur dari 800 K ke 1800 K pada kondisi water ingress dengan densitas air dari 0 hingga 1000 kg/m 3 .
Dalam analisis ini, reaktivitas moderator dan reflektor tidak ikut dihitung karena kontribusinya tidak begitu signifikan. Koefisien reaktivitas Doppler memiliki efek yang jauh lebih besar dan bahkan secara  umum  dianggap  lebih  penting  daripada  koefisien  temperatur  moderator  dan  reflektor  karena dalam  hal  kejadian  insersi  reaktivitas  positif  yang  besar,  temperatur  moderator  dan  reflektor  tidak dapat  mengubah  kenaikan  reaktivitas  dalam  waktu  yang  cepat,  sedangkan  koefisien  reaktivitas Doppler segera beraksi secara agresif dengan menambahkan koefisien negatif untuk mengkompensasi situasi agar tetap terkendali.
Reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K  ( D F α )  yang  didefinisikan  sebagai  rasio  perubahan reaktivitas ( Δ ρ ) dengan perubahan temperatur bahan bakar ( Δ T ) diperoleh dari nilai faktor multiplikasi reaktor ( keff ) menggunakan formula,
2 1 1 2 1 1 2 T eff T eff T eff T eff D F k k T T k k T × × − − = Δ Δ = ρ α (1) dimana 1 T eff k dan 2 T eff k masing-masing adalah faktor multiplikasi reaktor dalam kecelakaan water ingress pada temperatur 1 T dan 2 T untuk densitas air dari 0 hingga 1000 kg/m 3 .
Perhitungan faktor multiplikasi reaktor ( keff ) dikerjakan dengan program transport Monte Carlo MCNPX setelah pemodelan teras RGTT200K dilakukan. Dalam memodelkan RGTT200K, MCNPX menangani  problema  stokastisiti  ganda:  dispersi  stokastik  partikel  TRISO  dalam  matriks  grafit  dari setiap bahan bakar pebble dan distribusi stokastik dari ribuan bahan bakar pebble dalam teras reaktor. Proses pemodelan terdiri dari dua tahap, yaitu pemodelan bahan bakar pebble dan pemodelan teras.

## Pemodelan bahan bakar pebble
Pada  tahap  awal,  yang  disebut  pemodelan  heterogenitas  pertama,  bahan  bakar pebble dimodelkan. Pemodelan dimulai dari partikel TRISO dengan kisi kubik sederhana ( simple cubic , SC). Partikel  TRISO  dalam  matriks  grafit  didefinisikan  MCNPX  sebagai  sebuah  “UNIVERSE”  yang diinsersikan  ke  dalam  kisi  SC  dengan  kartu  “FILL”. Pitch kisi  SC  ditetapkan  0,16343  cm  untuk mendapatkan fraksi packing TRISO 9,3443 %. Kombinasi kartu “LATTICE” dan “FILL” kemudian digunakan  untuk  menyusun  15.000  partikel  TRISO  dalam  bahan  bakar pebble .  Gambar  2 memperlihatkan  model  MCNPX  untuk  partikel  TRISO  dan  bahan  bakar pebble sedangkan  densitas atomnya dirangkum  dalam Tabel 3.
Gambar 2. Model MCNPX untuk partikel TRISO dan bahan bakar pebble.
Tabel 3. Densitas atom bahan bakar kernel dan lapisan coating.
Nuklida Densitas (g/cm 3 ) Densitas atom ( × 10 24 atom/cm 3 ) Nuklida Densitas (g/cm 3 ) Densitas atom ( × 10 24 atom/cm 3 ) Kernel UO 2 Kernel ThO 2 /UO 2 238 U 10,4 2,12877 × 10 -2 232 Th 10,4 2,19473 × 10 -2 235 U 1,92585 × 10 -3 233 U 1,76668 × 10 -3 16 O 4,64272 × 10 -2 16 O 4,74279 × 10 -2 10 B 1,14694 × 10 -7 10 B 1,14694 × 10 -7 11 B 4,64570 × 10 -7 11 B 4,64570 × 10 -7 Kernel PuO 2
Buffer 238 Pu 10,4
6,01178 × 10 -4 12 C 1,05 5,26449 × 10 -2 239 Pu 1,24470 × 10 -2
IPyC
Nuklida Densitas (g/cm 3 ) Densitas atom ( × 10 24 atom/cm 3 ) Nuklida Densitas (g/cm 3 ) Densitas atom ( × 10 24 atom/cm 3 ) 240 Pu
5,44599 × 10 -3 12 C 1,90 9,52621 × 10 -2 241 Pu 3,00965 × 10 -3 SiC
242 Pu
1,54539 × 10 -3 Si-nat
3,19
4,77240 × 10 -2 16 O 4,60983 × 10 -2 12 C 4,77240 × 10 -2 10 B 1,14694 × 10 -7 OPyC
11 B 4,64570 × 10 -7 12 C
1,90 9,52621 × 10 -2

## Pemodelan teras
Pada  tahap  berikutnya,  yang  disebut  pemodelan  heterogenitas  kedua,  teras  RGTT200K dimodelkan. Lokasi bahan bakar pebble ditentukan dengan tiga model kisi, yaitu face centered cubic (FCC), body centered cubic (BCC) dan SC dengan fraksi packing maksimal masing-masing 74 %, 68 % dan 52 %. Fitur “LIKE n BUT” dan kartu “TRCL” dimanfaatkan untuk transformasi spasial bahan bakar pebble khususnya  untuk  kisi  FCC  dan  BCC.  Bahan  bakar pebble bersama  helium  di  antara pebble didefinisikan MCNPX sebagai sebuah “UNIVERSE” yang diinsersikan ke dalam kisi dengan kartu “FILL”. Pitch kisi ditetapkan sesuai dengan fraksi packing pebble yang dipilih seperti diberikan dalam  Tabel  4.  Serupa  dengan  pemodelan  bahan  bakar pebble ,  kombinasi  kartu  “LATTICE”  dan “FILL” kemudian digunakan untuk menyusun 359.548 bahan bakar pebble dalam teras reaktor.
Tabel 4. Fraksi packing pebble dan pitch kisi.
Kisi Fraksi packing (%) Pitch kisi (cm) SC 52 6 BCC 68 6,928203 FC 74 8,485281 BCC 61 (tipikal) 7,185259
Pemodelan  struktur  teras  lainnya,  seperti  reflektor  dan  lain-lain  merupakan  bagian  termudah dalam pemodelan teras dengan fitur kisi MCNPX. Pemodelan konus di bagian bawah teras yang hanya ditempati oleh moderator pebble memerlukan penanganan yang serupa dengan bahan bakar pebble di dalam teras. Fraksi packing tipikal dari kisi BCC digunakan untuk memodelkan moderator pebble di dalam konus. Gambar 3 memperlihatkan model MCNPX untuk teras RGTT200K.

## HASIL PERHITUNGAN DAN DISKUSI
Efek kecelakaan water ingress terhadap koefisien reaktivitas Doppler teras uranium RGTT200K dilukiskan dalam Gambar 4 untuk tiga model kisi. Kurva ini mengilustrasikan masuknya air ke dalam teras  menghasilkan  koefisien  reaktivitas  Doppler  yang  berkurang  untuk  semua  model  kisi  yang dipertimbangkan.  Penurunan  koefisien  Doppler  tidak  lagi  fantastis  di  atas  500  kg/m3  karena  terlalu banyak  neutron  yang  ditangkap  oleh  air.  Dalam  hal  ini  sifat  air  berubah  fungsi  dari  termalisasi spektrum  menjadi  racun  neutron  karena  absorpsinya  yang  tinggi.  Jika  Gambar  4  diamati  lebih  jauh, efek water ingress nampak  lebih  kuat  pada  model  kisi  dengan  fraksi packing lebih  rendah.  Hal  ini karena  dengan  faktor packing yang  lebih  rendah  lebih  banyak  volume  yang  tersedia  untuk  air  yang memasuki teras reaktor. Koefisien Doppler berkurang 5,132 × 10 -5 Δ k/k K -1 ; 4,288 × 10 -5 Δ k/k K -1 dan 3,173 × 10 -5 Δ k/k K -1 masing-masing untuk kisi SC, BCC dan FCC pada kondisi water ingress dengan densitas air paling besar yang ekivalen dengan massa air ~26.000 kg. Menurut Yanhua [12], nilai ini tidak  mungkin  terjadi  karena  jumlah  air  maksimum  yang  bisa  memasuki  teras  dalam  kondisi water ingress tidak lebih dari 4.000 kg, namun dalam analisis ini perhitungan dilakukan hingga kondisi yang paling ekstrim.
UO 2 Densitas Air (kg/m 3 ) 0 200 400 600 800 1000 Re ak tivitas Dopp ler (x 10 -5 Δκ / κ . κ − 1 ) -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 BCC 68% SC 52% FCC 74%
Gambar 4. Efek water ingress terhadap reaktivitas Doppler teras uranium RGTT200K.
Efek  kecelakaan water  ingress terhadap  koefisien  reaktivitas  Doppler  teras  thorium  dan plutonium RGTT200K dilukiskan dalam Gambar 5 dan 6 yang memperlihatkan kelakuan tidak banyak berubah. Penurunan koefisien Doppler tidak lagi tajam di atas densitas 500 kg/m 3 , namun efek water ingress tetap nampak lebih kuat pada model kisi dengan fraksi packing lebih rendah sebagai akibat dari fraksi volume pendingin yang lebih besar yang dimasuki air. Kondisi water ingress dengan densitas air paling besar menghasilkan koefisien Doppler teras thorium berkurang 2,401 × 10 -5 Δ k/k K -1 ; 2,106 × 10 -5 Δ k/k K -1 dan 8,530 × 10 -6 Δ k/k K -1 sedangkan koefisien Doppler teras plutonium berkurang 1,581 × 10 -5 Δ k/k K -1 ; 1,496 × 10 -5 Δ k/k K -1 dan 1,279 × 10 -5 Δ k/k K -1 masing-masing untuk kisi SC, BCC dan FCC.
ThO 2 /UO 2 Densitas Air (kg/m 3 ) 0 200 400 600 800 1000 Re ak tivitas Dopp ler (x 10 -5 Δκ / κ . κ − 1 ) -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 BCC 68% SC 52% FCC 74%
Gambar 5. Efek water ingress terhadap reaktivitas Doppler teras thorium RGTT200K.
PuO 2 Densitas Air (kg/m 3 ) 0 200 400 600 800 1000 Re ak tivitas Dopp ler (x 10 -5 Δκ / κ . κ − 1 ) -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 BCC 68% SC 52% FCC 74%
Gambar 6. Efek water ingress terhadap reaktivitas Doppler teras plutonium RGTT200K.
Komparasi  koefisien  reaktivitas  Doppler  teras  uranium,  thorium  dan  plutonium  RGTT200K sebagai efek kecelakaan water ingress dilukiskan dalam Gambar 7 untuk model kisi BCC tipikal. Kisi BCC  dengan  fraksi packing tipikal  61  %  acapkali  dipilih  untuk  memodelkan  distribusi  bahan  bakar pebble di  teras  reaktor pebble bed .  Gambar  ini  mengilustrasikan  ketika  temperatur  meningkat, koefisien  reaktivitas  Doppler  tetap  negatif  untuk  seluruh  opsi  bahan  bakar  yang  diterapkan  bahkan untuk  posibilitas water ingress yang  besar.  Absorpsi  neutron  yang  tinggi  dari  air  menjadi  penyebab mengapa koefisien reaktivitas Doppler selalu negatif. Dari Gambar 7 dapat diamati pula efek Doppler uranium nampak lebih dominan dibandingkan efek Doppler thorium dan plutonium dimana koefisien Doppler teras thorium dan plutonium masing-masing berkurang 1,458 × 10 -5 Δ k/k K -1 dan 1,894 × 10 -5 Δ k/k  K -1 .  Nilai-nilai  ini  lebih  kecil  daripada  4,665 × 10 -5 Δ k/k  K -1 ketika  bahan  bakar  RGTT200K berganti dari UO 2 menjadi ThO 2 /UO 2 dan PuO 2 . Konsekuensi dari fenomena Doppler dimana absorpsi neutron  di  daerah  resonansi 238 U  lebih  besar  daripada 232 Th  dan 240 Pu  menjadi  alasan  mengapa  efek water ingress lebih kuat di teras uranium daripada teras thorium dan plutonium.
Densitas Air (kg/m 3 ) 0 200 400 600 800 1000 Re ak tivitas Dopp ler (x 10 -5 Δκ / κ . κ − 1 ) -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 -6.0 -5.5 -5.0 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 UO2 ThO 2 /UO2 PuO2
Gambar 7. Efek water ingress terhadap reaktivitas Doppler teras uranium, thorium dan plutonium RGTT200K.
Secara keseluruhan dapat dikatakan bahwa, kenaikan reaktivitas karena efek water ingress dapat dikompensasi  oleh  koefisien  reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K.  Jika  penurunan  koefisien reaktivitas Doppler dari 800 K ke 1800 K tidak cukup besar untuk mengkompensasi insersi reaktivitas dalam  kondisi water  ingress ,  ini  berarti  kenaikan  reaktivitas  tidak  dapat  diimbangi  oleh  sifat keselamatan  melekat  yang  dimiliki  reaktor  dan  karenanya  bergantung  pada  mekanisme  keselamatan aktif  lainnya  seperti  batang  kendali.  Dalam  HTR  yang  aman,  koefisien  reaktivitas  temperatur  dari setiap  masuknya  air  harus  bernilai  negatif.  Jika  kondisi  ini  tidak  tercapai,  komposisi  bahan  bakar pebble seperti  pemuatan  logam  berat (heavy metal) dan  pengkayaan  bahan  bakar  harus  diubah  agar dapat  menghasilkan  respons  reaktivitas  negatif  yang  diperlukan  untuk  mengantisipasi  kecelakaan water ingress .
Namun  demikian,  walaupun  koefisien  reaktivitas  Doppler  dapat  mengkompensasi  reaktivitas positif yang diakibatkan kecelakaan water ingress , potensi bahaya lainnya seperti uap air yang bersama grafit  panas  bereaksi  menjadi  gas  hidrogen  tidak  dapat  diabaikan  selain  korosi  grafit.  Insiden kecelakaan water  ingress di  Arbeitsgemeinschaft  Versuchsreaktor  (AVR)[13]  tahun  1978  yang ternyata  tidak  menyebabkan  ekskursi  reaktivitas,  tidak  menyurutkan  prioritas  yang  harus  diberikan kepada solusi problema keselamatan yang berkaitan dengan operasi dan kecelakaan dasar desain water ingress . Memanfaatkan lapisan tipis SiC pada permukaan bahan bakar pebble merupakan salah satu konsep untuk mengurangi dampak akibat kecelakaan water ingress yang banyak mendapat perhatian fisikawan reaktor temperatur tinggi.

## KESIMPULAN
Analisis  efek  kecelakaan water  ingress terhadap  reaktivitas  Doppler  teras  RGTT200K  telah dilakukan  dengan  memanfaatkan  program  transport  Monte  Carlo  MCNPX  dan  pustaka  data  nuklir energi kontinu ENDF/B-VII untuk perubahan temperatur bahan bakar dari 800K hingga 1800K. Tiga opsi kernel bahan bakar UO 2 , ThO 2 /UO 2 dan PuO 2 dengan tiga model kisi bahan bakar pebble di teras reaktor diterapkan untuk kondisi water ingress dengan densitas air dari 0 hingga 1000 kg/m 3 .
Koefisien  reaktivitas  Doppler  tetap  negatif  untuk  seluruh  opsi  bahan  bakar  yang dipertimbangkan  dalam  teras  RGTT200K  bahkan  untuk  posibilitas water  ingress yang  besar.  Efek water  ingress lebih  kuat  pada  model  kisi  dengan  fraksi packing lebih  rendah  karena  lebih  banyak volume  yang  tersedia  untuk  air  yang  memasuki  teras  reaktor.  Efek water ingress juga  lebih  kuat  di teras uranium dibandingkan teras thorium dan plutonium sebagai konsekuensi dari fenomena Doppler dimana absorpsi neutron di daerah resonansi 238 U lebih besar daripada 232 Th dan 240 Pu.
Dari  analisis  dapat  disimpulkan  bahwa,  koefisien  Doppler  teras  RGTT200K  mampu mengkompensasi  insersi  reaktivitas  yang  diintroduksi  oleh  kecelakaan water  ingress .  Teras RGTT200K dengan bahan bakar UO 2 , ThO 2 /UO 2 dan PuO 2 dapat mempertahankan fitur keselamatan melekat ( inherently safety ).

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan  terimakasih  kami  sampaikan  kepada  Ir.  Tagor  M.  Sembiring  dan  Dr.  Geni  Rina Sunaryo, M.Sc. yang memberikan inspirasi dan motivasi dalam riset ini. Diskusi dan koreksi dari Prof. Surian Pinem, M.Sc. dan Ir. Iman Kuntoro, APU serta rekan-rekan di Bidang Fisika dan Teknologi Reaktor sangat kami hargai.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Andreas  van  Wijk,  “Computational  Modeling  of  the  Flow  Field  in  a  Molten  Salt  Reactor Core”, Bachelor Thesis, Delft University of Technology, June 22, 2008.
2. John  E.  Kelly,  “Generation  IV  International  Forum:  A  Decade  of  Progress  through International  Cooperation”,  Progress  in  Nuclear  Energy,  Volume  77,  pages  240-246, November 2014.
3. Kazuhiko Kunitomi, “R&D on High-Temperature Gas-Cooled Reactor technology Utilizing Japan’s HTTR”, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 51, No. 11-12, 2014.
4. Chen Yang, Chao Fang, Jianzhu Cao, “The Design and Thermohydraulics Study of the HTR- 10 High Temperature Helium Experimental Loop”, Progress in Nuclear Energy, Volume 77, Pages 329–335, November 2014.
5. Zuhair,  Suwoto,  ”Analisis  Perhitungan  Koefisien  Reaktivitas  Bahan  Bakar  dan  Moderator Teras  RGTT200K”,  Prosiding  Seminar  Nasional  Sains  dan  Teknologi  Nuklir,  Bandung,  4 Juli 2013.
6. Zuhair,  Suwoto,  Sumijanto,  “Analisis  Reaktivitas  Teras  RGTT200K  dalam  Skenario Kecelakaan Water  Ingress ”,  Prosiding  ke  Seminar  Nasional  Ke-19  Teknologi  dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir, Yogyakarta, 24 September 2013.
7. M.L. Fensin, J.S. Hendricks, S. Anghaie, “The Enhancements and Testing for the MCNPX 2.6.0  Depletion  Capability”,  Journal  of  Nuclear  Technology,  Volume  170,  pages  68-79, April 2010.
8. M. Herman, “Development of ENDF/B-VII and Its Covariance Component”, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 59, No. 2, pages 1034-1039, August 2011.
9. Gerhard  Strydom,  Hans  D.  Gougar,  “Preliminary  Reactor  Physics  Assessment  of  the  HTR Module  with  14%  Enriched  UCO  Fuel”,  Nuclear  Engineering  and  Design,  Volume  256, pages 304-321, March 2013.
10. Trevor  Dudley, et  al .,  “The  Reactor  Core  Neutronic  Model  for  the  Pebble  Bed  Modular Reactor”, Journal of Nuclear Engineering and Design, 238, pages 3002-3012, 2008.
11. S.K.  Gintner,  “Thorium-based  Fuel  Cycles:  Saving  Uranium  in  a  200  MWth  Pebble  Bed High Temperature Reactor”, North West University, Master of Engineering Thesis, October 27, 2010.
12. Z. Yanhua, S. Lei, W. Yan, “Water-ingress Analysis for the 200MWe Pebble-bed Modular High Temperature Gas-cooled Reactor”, Nuclear Engineering and Design 240, pages 3095- 3107, 2010.
13. Rainer Moormann, “Fission Product Transport and Source Terms in HTRs: Experience from AVR  Pebble  Bed  Reactor”,  Journal  of  Science  and  Technology  of  Nuclear  Installations, Volume 2008, Article ID 597491, 2008.