## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print):
2614-7467
Efek Penambahan Protaktinium-231 (Pa-231) pada Nilai Faktor Multiplikasi Efektif Reaktor PWR Berbahan Bakar ThN-U233N
Effect of Protactinium-231 (Pa-231) Addition on Effective Multiplication Factor Value of ThN-U233N Fueled PWR Reactor
Meirita Dwi Afriani 1 , Ratna Dewi Syarifah 1* , Fajri Prasetya 1 , Wenny Maulina 1
1 Jurusan Fisika, Universitas Jember, Jember, Indonesia
*Email: rdsyarifah.fmipa@unej.ac.id

## ABSTRAK
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  persentase  penambahan  protaktinium-231  yang  optimum  pada  reaktor  tipe  PWR berbahan  bakar  ThN-U233N.  Pada  ThN-U233N,  digunakan  uranium-233  sebagai  material  fisilnya.  Pa-231  sebagai burnable poisson ditambahkan ke dalam bahan bakar ThN-U233N untuk menurunkan nilai k eff . Pada penelitian ini dilakukan benchmarking nilai k eff kode OpenMC dan SRAC, konfigurasi teras homogen dan heterogen, serta penambahan Pa-231 dalam bahan bakar ThN-U233N.  Analisis  neutronik  dilakukan  menggunakan  kode  OpenMC.  Pada  konfigurasi  teras  homogen,  persentase pengayaan U-233 divariasikan sebesar 1%-15%. Sedangkan, konfigurasi teras heterogen menggunakan 3 variasi ring geometri dan  bahan  bakar.  Hasil benchmarking nilai k eff kode OpenMC dan SRAC menunjukkan error maksimum  1,906%.  Konfigurasi teras homogen menghasilkan nilai optimum pada pengayaan U-233 sebesar 3%. Sedangkan, nilai optimum konfigurasi teras heterogen tercapai pada ring geometri F1 = F2 = F3 = 3 ring dengan pengayaan U-233 pada F1 = 0,5%, F2 = 3%, F3 = 5,5% serta penambahan Pa-231 sebesar 1,5%. Perhitungan optimasi ini menghasilkan excess reactivity maksimum sebesar 8,37%.
Kata Kunci: OpenMC; Protaktinium-231; PWR; ThN-U233N

## ABSTRACT
This study aims to determine the optimum percentage of addition of protactinium-231 in a ThN-U233N fueled PWR reactor.In ThN-U233N, uranium-233 is used as the fissile material. Pa-231 as burnable poisson is added to ThN-U233N fuel to reduce the k eff value. In this research conducted benchmarking k eff values of OpenMC and SRAC codes, homogeneous and heterogeneous core configurations, and the addition of Pa-231 in ThN-U233N fuel. Neutronic analysis was performed using the OpenMC code. In  the  homogeneous  core  configuration,  the  enrichment  percentage  of  U-233  is  varied  by  1%-15%.  Meanwhile,  the heterogeneous core configuration uses 3 variations of ring geometry and fuel. The results of the benchmarking of the OpenMC and SRAC code k eff values show a maximum error of 1,906%. The homogeneous core configuration produces the optimum value for U-233 enrichment of 3%. Meanwhile, the optimum value of the heterogeneous core configuration is achieved in ring geometry F1 = F2 = F3 = 3 rings with enrichment of U-233 at F1 = 0,5%, F2 = 3%, F3 = 5,5% and addition of Pa-231 of 1,5%. The optimum calculation results has an excess reactivity value 8,37%.
Keyword: OpenMC; Protactinium-231; PWR; ThN-U233N

## PENDAHULUAN
Pertambahan  jumlah  penduduk  serta pertumbuhan ekonomi  menyebabkan kebutuhan akan energi listrik semakin mengalami peningkatan  (Suhaemi,  2016).  Oleh  karena  itu,
diperlukan  ketersediaan  energi  listrik  yang memadai  (Koloay  et  al.,  2018).  Saat  ini, pemenuhan  energi  listrik  di  Indonesia  masih mengandalkan sumber energi dari batubara, gas alam,  dan  minyak  bumi.  Cadangan  sumber energi tersebut semakin lama akan habis seiring

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
dengan  penggunaannya  yang  terus  meningkat (Gunoto  &  Sofyan,  2020).  Sumber  energi terbarukan seperti air, angin, dan matahari belum dapat  memenuhi kebutuhan energi listrik Indonesia  dari  segi  kapasitasnya.  Sedangkan, pada  tahun  2025  diperkirakan  kebutuhan  energi listrik Indonesia akan meningkat menjadi tiga kali lipat daripada kebutuhan listrik saat ini (Sari et al., 2022).
Energi  nuklir  yang  ramah  lingkungan  dan berintensitas  tinggi  dapat  dijadikan  sebagai alternatif dalam mengantisipasi makin menipisnya  ketersediaan  batubara,  gas  alam, dan minyak bumi untuk bahan bakar pembangkit listrik (Suhaemi, 2016). Pada tahun 2011, tenaga nuklir menyediakan 10% listrik dunia. Pada tahun 2007, IAEA ( International Atomic Energy Agency ) melaporkan  terdapat  439  reaktor  tenaga  nuklir yang  telah  beroperasi  di  31  negara  (Syarifah  & Suud, 2015).
Reaktor  air  bertekanan  atau pressurized water  reactor (PWR)  merupakan  reaktor  nuklir termal yang saat ini paling banyak dimanfaatkan sebagai pembangkit  listrik  tenaga nuklir (PLTN). PWR  memanfaatkan  air  ringan  (H 2 O)  untuk digunakan  sebagai  moderator  dan  pendingin (Subkhi et al., 2015). PWR awalnya dikembangkan oleh Westinghouse Bettis Atomic Power  Laboratory sebagai  penggerak  kapal selam (Syarifah, Sari, et al., 2022). Westinghouse Nuclear  Power  Division -lah  yang  kemudian mengawali pembuatan PWR komersial (Subkhi et al., 2015). PWR telah banyak digunakan sebagai pembangkit  listrik  di  beberapa  negara  seperti Amerika Serikat,  Prancis,  China, Korea Selatan, serta Jepang (Rajagukguk et al., 2021).
Reaksi fisi merupakan reaksi pembelahan inti  atom  akibat  bertumbukan  dengan  neutron (Athiqoh  et  al.,  2014).  Reaksi  fisi  menghasilkan beberapa  inti  atom  baru  yang  memiliki  massa lebih  kecil,  dua  sampai  tiga  neutron,  dan  energi sekitar 200 MeV (Irfan et al., 2020). Pada PWR, reaksi  fisi  berlangsung  dalam  reaktor  dimana
tekanannya  dijaga  pada  kondisi  tinggi  (Dibyo, 2007).
PWR  mempunyai  dua  sistem  pendingin, yaitu  sistem  pendingin  primer  dan  pendingin sekunder. Sistem pendingin primer memiliki fase cair dan tekanan tinggi. Sistem pendingin primer berfungsi  sebagai  media  untuk  mentransfer energi kalor dari reaktor dan menjaga produk fisi supaya  tetap  berada  di  dalam  sistem  ini. Sedangkan, sistem pendingin sekunder memiliki fase pendidihan pada bagian pembangkit uapnya yang  menghasilkan  aliran  uap  untuk  diteruskan menuju  turbin  guna  diubah  menjadi  energi mekanik.  Generator  turbin  kemudian  mengubah energi  mekanik  menjadi  energi  listrik  (Dibyo, 2007).
PWR yang sudah dikomersialkan sebagian besar  menggunakan  uranium  sebagai  bahan bakar  utamanya.  Sedangkan,  sumber  daya thorium  jumlahnya  lebih  besar  dibandingkan uranium (Syarifah et al., 2022). Selain itu, thorium juga  lebih  aman  digunakan  dibanding  uranium karena  tidak  menghasilkan  Pu-240  yang  dapat digunakan  sebagai  bahan  baku  senjata  nuklir (Ngadenin et al., 2014).
Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka pada penelitian ini akan diteliti reaktor tipe pressurized water reactor (PWR) berbahan bakar ThN-U233N. Pada ThN-U233N digunakan thorium-232  (Th-232)  yang  merupakan  material fertil  yang  tidak  dapat  berfisi.  Penambahan uranium-233  sebagai  campuran  bahan  bakar memungkinkan  terjadinya  reaksi  fisi  karena tersusun  dari  U-233  yang  merupakan  material fisil. Protaktinium-231 (Pa-231) sebagai burnable poisson ditambahkan  ke  dalam  bahan  bakar ThN-U233N.  Pa-231  disebut  sebagai  pemancar radiasi alfa dan dihasilkan dari proses peluruhan U-235.  Pa-231  merupakan  isotop  yang  paling stabil pada reaksi peluruhan dengan waktu paruh sekitar  32760  tahun  jika  dibandingkan  dengan isotop  protaktinium  lainnya,  sehingga  cocok digunakan  sebagai  material burnable  posion .

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
Burnable  poisson memiliki  tampang  lintang serapan  tinggi  menyebabkan  neutron  dapat diserap  lebih  cepat.  Jumlah  neutron  yang semakin  berkurang  mengakibatkan  terjadinya reaksi  fisi  semakin  menurun,  sehingga  dapat menurunkan nilai k eff (Ardianingrum, 2022).
Pada  penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  variasi  penambahan  Pa-231  yang paling  optimum  pada  reaktor  PWR  berbahan bakar  ThN-U233N.  Penelitian  ini  dilakukan menggunakan  program  OpenMC  dengan data library ENDF/B.VIII.0. OpenMC merupakan kode simulasi transportasi partikel Monte Carlo (Putri et al.,  2022).  Metode  Monte  Carlo  mensimulasikan setiap peristiwa probabilistik tunggal yang terjadi di  dalam  suatu  proses  secara  berurutan  (Shafii, 2013). OpenMC telah difokuskan untuk perhitungan  kekritisan  yang  diterapkan  pada simulasi reaktor nuklir (Romano & Forget, 2013). OpenMC bersifat
open
source
yang memungkinkan setiap pengguna untuk menyalin, memodifikasi,  bahkan  mendistribusikan  ulang kode tanpa biaya (Romano et al., 2014).

## METODE PENELITIAN
Desain  reaktor  dan  bahan  bakar  yang digunakan  pada  penelitian  ini  seperti  yang ditunjukkan  dalam  Tabel  1,  Gambar  1,  dan Gambar 2.
Tabel 1. Spesifikasi Desain Reaktor Parameter Spesifikasi Daya 300 MWth Periode refueling 5 tahun Bahan bakar ThN-U233N Geometri pin bahan bakar Heksagonal Persentase U-233 1% - 15% Persentase Pa-231 1% - 5% Fraksi volume Bahan bakar ( fuel ) 60% Gap 0,5% Selongsong ( cladding ) 10% Pendingin ( coolant ) 29,5% Jumlah pin dalam 1 assembly 127 Jumlah assembly 217 Diameter teras aktif 300 cm Tinggi teras aktif 100 cm
(a) (b)
Gambar  1.  Pin  Bahan  Bakar  (a)  Ukuran  pin heksagonal bahan bakar, dan (b) Konfigurasi ring geometri pin heksagonal bahan bakar
Gambar 2. Desain Teras Reaktor

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
Gambar 3. Prosedur Penelitian Setelah
permasalahan dirumuskan, kemudian  melakukan  simulasi  desain  reaktor nuklir menggunakan program OpenMC. Prosedur penelitian  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3 menjelaskan  mengenai  urutan  langkah-langkah dalam penelitian ini.

## Penentuan jumlah partikel
Penentuan jumlah partikel dilakukan dengan  mensimulasikan  reaktor  PWR  berbahan bakar ThN-U233N menggunakan kode OpenMC dengan  variasi  partikel  dari  1.000  -  55.000 partikel. Pada penentuan jumlah partikel ditentukan  grafik  stabil  nilai k eff yang  kemudian digunakan sebagai parameter untuk pengambilan data pada penelitian ini.

## Benchmarking nilai faktor multiplikasi efektif
(k eff ) kode OpenMC dan SRAC Benchmarking pada penelitian ini dilakukan dengan membandingkan nilai k eff yang dihasilkan dari proses burn-up bahan bakar selama 5 tahun dari  kode  OpenMC  dan  SRAC  untuk  spesifikasi desain  reaktor  dan  bahan  bakar  yang  sama. OpenMC  dan  SRAC  memiliki  perbedaan  dalam metode  perhitungannya.  SRAC  menggunakan metode perhitungan deterministic
dan
programnya bersifat non-opensource (berlisensi). Sedangkan untuk OpenMC menggunakan perhitungan stokastik dan memiliki program yang bersifat opensource , sehingga lebih mudah untuk dimodifikasi  serta  dapat  diakses  secara  gratis. Dengan  menggunakan  perhitungan  stokastik, OpenMC  memiliki  keunggulan  yaitu user dapat memvariasikan  jumlah  partikel  yang  akan digunakan.  Sedangkan,  SRAC tidak  bisa divariasikan  dan  jumlah  partikelnya  sudah ditentukan.  Jumlah  partikel  berpengaruh  pada tingkat  kekritisan  reaktor  yang  digunakan. Semakin  banyak  partikel  yang  digunakan, maka hasil kekritisan semakin akurat. Persen error dari benchmarking dapat  dihitung  menggunakan persamaan (1). 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟(%) = [𝑘𝑂𝑝𝑒𝑛𝑀𝐶−𝑘𝑆𝑅𝐴𝐶] 𝑘𝑆𝑅𝐴𝐶 × 100% ................ (1) Konfigurasi teras homogen Konfigurasi teras homogen hanya menggunakan  satu  variasi  bahan  bakar  dalam teras  reaktor  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar  4.  Pada  penelitian  ini,  konfigurasi  teras homogen  dilakukan  dengan  mensimulasikan reaktor  tipe  PWR  berbahan  bakar  ThN-U233N dengan  variasi  persentase  pengayaan  U-233 sebesar 1% - 15%.
Gambar 4. Desain Konfigurasi Teras Homogen

## Konfigurasi teras heterogen
Pada konfigurasi teras heterogen digunakan  beberapa  variasi  ring  geometri  dan bahan bakar dalam teras reaktor. Pada penelitian ini,  konfigurasi  teras  heterogen  menggunakan  3 variasi  bahan  bakar  dan  ring  geometri  seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
(a) F1 = F2 = F3 = 3 ring
(b) F1 = 4 ring, F2 = 3 ring, dan F3 = 2 ring
(c) F1 = 5 ring, F2 = 2 ring, dan F3 = 2 ring
Gambar 5. Desain Konfigurasi Teras Heterogen
Penambahan Pa-231 dalam bahan bakar ThN-

## U233N
Protaktinium-231 (Pa-231) sebagai
burnable  poisson ditambahkan  ke  dalam  bahan bakar  ThN-U233N  untuk  menurunkan  nilai k eff . Penambahan Pa-231 pada penelitian ini divariasikan sebesar 1% - 5%. Analisis data Analisis data
dilakukan
dengan menganalisis  nilai  faktor  multiplikasi  efektif  ( k eff ) dari  proses benchmarking kode  OpenMC  dan SRAC, konfigurasi teras homogen dan heterogen,  serta  penambahan  Pa-231  dalam bahan  bakar  ThN-U233N.  Parameter  data ditentukan  berdasarkan  rentang  nilai k eff dan excess  reactivity seperti  yang  ditunjukkan  pada persamaan (2) dan (3).
∆𝑘 𝑒𝑓𝑓 =   𝑘 𝑒𝑓𝑓 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟 − 𝑘 𝑒𝑓𝑓 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙 ............. (2)
𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑦  = [𝑘𝑒𝑓𝑓−1] 𝑘𝑒𝑓𝑓 ×  100% ............. (3)
Reaktor  dapat  berada  dalam  3  kondisi, yaitu  kondisi  kritis,  superkritis,  dan  subkritis.
Kondisi  kritis  ( k eff =  1)  terjadi  ketika  populasi neutron  pada  generasi  saat  ini  dan  generasi sebelumnya  adalah  sama  dan  reaktor  dalam keadaan stabil. Kondisi superkritis ( k eff > 1) terjadi jika  populasi  neutron  terus  meningkat  terhadap waktu  sehingga  reaktor  kemungkinan  dapat meledak.  Kondisi  subkritis  ( k eff <  1)  dicapai  jika jumlah  neutron  semakin  berkurang  terhadap waktu,  sehingga  reaktor  dapat  segera  padam. Desain  optimum  tercapai  ketika  nilai k eff yang didapatkan  dari  hasil  penelitian  mendekati  1 (Athiqoh et al., 2014).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Penentuan jumlah partikel
Gambar 6 menunjukkan variasi penentuan jumlah  partikel  sebesar  1.000  -  55.000  partikel pada  simulasi pressurized  water  reactor (PWR) berbahan bakar ThN-U233N menggunakan kode OpenMC. Berdasarkan Gambar 6, pada rentang 50.000  partikel  hasil  yang  didapat  sudah konvergen.  Oleh  karena  itu,  jumlah  partikel  ini yang akan digunakan pada
simulasi menggunakan OpenMC dalam penelitian ini.
Gambar  6.  Grafik  Hasil  Penentuan  Jumlah Partikel

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
Benchmarking  nilai  k eff kode  OpenMC  dan

## SRAC
Faktor  multiplikasi  efektif  ( k eff )  merupakan perbandingan  jumlah  neutron  yang  dihasilkan dari  pembelahan  pada  generasi  saat  ini  dengan jumlah  neutron  yang  diserap  dan  mengalami kebocoran  pada  generasi  sebelumnya  (Athiqoh et  al.,  2014).  Hasil benchmarking nilai k eff kode OpenMC  dan  SRAC  seperti  yang  ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 7 yang menunjukkan error maksimum  sebesar  1,906%.  Metode benchmarking tidak ada batasan nilai, melainkan hanya  membandingkan  hasil  perhitungan  antar kedua  program  simulasi  yaitu  OpenMC  dan SRAC.
Tabel  2.  Hasil Benchmarking Nilai k eff Kode
OpenMC dan SRAC Waktu burn-up (tahun) k eff OpenMC k eff SRAC Error (%) 0 1,50506 1,47691 1,906 1 1,47465 1,45738 1,185 2 1,45242 1,44228 0,703 3 1,43102 1,42849 0,177 4 1,41066 1,41561 0,349 5 1,39183 1,40338 0,823
Gambar  7.  Grafik  Hasil Benchmarking Nilai k eff Kode OpenMC dan SRAC
Konfigurasi teras homogen
Setelah proses benchmarking nilai k eff kode OpenMC  dan  SRAC  selesai  dilakukan,  maka dilanjutkan  dengan  konfigurasi  teras  homogen. Gambar 8 menunjukkan grafik nilai k eff berdasarkan  variasi  persentase  pengayaan  U- 233  sebesar  1%  -  15%  pada  bahan  bakar  ThN- U233N menggunakan konfigurasi teras homogen.  Berdasarkan  Gambar  8,  persentase pengayaan  U-233  yang  optimum  berada  pada nilai 3% dengan nilai k eff paling mendekati 1 yang berarti reaktor dalam kondisi stabil. Oleh karena itu,  persentase  pengayaan  U-233  sebesar  3% digunakan  sebagai  acuan  untuk  perhitungan konfigurasi teras heterogen.
Gambar 8. Grafik Hasil Konfigurasi Teras Homogen

## Konfigurasi teras heterogen
Perhitungan  konfigurasi  teras  heterogen mengacu pada perhitungan teras homogen yaitu menggunakan  persentase  pengayaan  U-233 sebesar 3% sebagai rata-rata bahan bakar. Pada penelitian  ini,  konfigurasi  teras  heterogen menggunakan 3 variasi bahan bakar yang terdiri atas fuel 1 (F1), fuel 2 (F2), dan fuel 3 (F3) yang ditunjukkan  pada  Tabel  3  dan  variasi  ring geometri seperti pada Gambar 5.
Tabel  3.  Variasi  Persentase  Pengayaan  U-233 pada Konfigurasi Teras Heterogen

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print):
2614-7467
Kasus ke- Pengayaan U-233 (%) Rata- rata F1 F2 F3 1 0,5% 3% 5,5% 3% 2 1% 3% 5% 3% 3 1,5% 3% 4,5% 3% 4 2% 3% 4% 3% 5 2,5% 3% 3,5% 3% Grafik nilai k eff hasil perhitungan konfigurasi teras heterogen pada desain 1 ( F1 = F2 = F3 = 3 ring), desain 2 ( F1 = 4 ring, F2 = 3 ring, F3 = 2 ring), dan desain 3 ( F1 = 5 ring, F2 = 2 ring, F3 = 2 ring) secara berurutan ditunjukkan pada Gambar 9, Gambar 10, serta Gambar 11.
Gambar  9.  Grafik  Hasil  Konfigurasi  Teras Heterogen Desain 1 (F1 = F2 = F3 = 3 Ring)
Gambar  10.  Grafik  Hasil  Konfigurasi  Teras Heterogen Desain 2 (F1 = 4 Ring, F2 = 3 Ring, F3 = 2 Ring)
Gambar  11.  Grafik  Hasil  Konfigurasi  Teras Heterogen Desain 3 (F1 = 5 Ring, F2 = 2 Ring, F3 = 2 Ring)
Desain optimum konfigurasi teras heterogen dicapai pada desain 1 yaitu F1 = F2 = F3 = 3 ring dengan pengayaan U-233 pada F1 = 0,5%, F2 = 3%, dan F3 = 5,5%. Hasil nilai k eff pada desain 1 kasus  1  ini  masih  relatif  tinggi  sehingga diperlukan penambahan burnable poisson untuk menurunkan nilai k eff .

## Penambahan protaktinium-231 (Pa-231)
Burnable poisson protaktinium-231 (Pa-231) ditambahkan ke dalam bahan bakar ThN-U233N untuk  menurunkan  nilai k eff .  Gambar  12 menunjukkan variasi penambahan Pa-231
sebesar  1%  -  5%,  sedangkan  variasi  sebesar 1,1% - 1,9% ditunjukkan pada Gambar 13.

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
Gambar  12.  Grafik  Hasil  Penambahan  Pa-231 1% - 5% pada ThN-U233N
Gambar  13.  Grafik  Hasil  Penambahan  Pa-231
1,1% - 1,9% pada ThN-U233N Penambahan Pa-231 sebesar 1,5%
menghasilkan  nilai  paling  optimum  dengan  nilai k eff paling mendekati 1 yang mampu menurunkan maksimum nilai k eff dari 1,27611 menjadi 1,09130 dan  menghasilkan excess  reactivity maksimum 8,37% seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14. Semakin kecil nilai excess reactivity, maka tingkat kekritisan  reaktor  juga  lebih  aman  dan  stabil (tidak superkritis). Nilai excess reactivity tidak ada batasan,  yang  terpenting  reaktor  harus  dalam kondisi steady  state (stabil)  dan  harapannya
desain  reaktor  yang  aman  memiliki  nilai excess reactivity sekecil mungkin agar tidak superkritis.

## Gambar 14. Hasil Optimasi pada ThN-U233N
Hasil  optimasi  menunjukan  bahwa  material Pa-231  memiliki  karakteristik  dapat  menurunkan nilai  reaktivitas  lebih  reaktor  hingga  akhir pembakaran karena mempunyai nilai penampang lintang  penyerapan  ( cross  section  absorbtion ) yang  tinggi.  Pa-231  menangkap  dan  menyerap neutron  sehingga  akan  menurunkan  nilai  k-eff hingga lebih stabil (mendekati nilai 1).

## KESIMPULAN
Desain optimum reaktor tipe pressurized water reactor (PWR) berbahan bakar ThN-U233N tercapai pada ring geometri F1 = F2 = F3 = 3 ring dengan pengayaan U-233 pada F1 = 0,5%, F2 = 3%,  dan  F3  =  5,5%.  Hasil  perhitungan menunjukan  bahwa  desain  yang  paling  stabil yang  ditinjau  secara  neutronik  yaitu  pada penambahan  protaktinium-231  (Pa-231)  dengan persentase  1,5%.  Nilai k eff yang  dihasilkan sebesar 1,09130 dan menghasilkan  nilai excess reactivity maksimum sebesar 8,37%. Oleh karena itu,  desain  tersebut  dapat  digunakan  sebagai acuan  dalam  pembangunan  PLTN  dengan  tipe reaktor PWR di masa depan.

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467

## DAFTAR PUSTAKA
Ardianingrum,  A.  (2022).  Perbandingan  Nilai Faktor Multiplikasi dan Densitas Daya pada PWR  Berbahan  Bakar  Th(U-233)N,  Th(U- 233)C,  dan  Th(U-233)O 2 Menggunakan Kode SRAC-COREBN 2D. Skripsi . Universitas Jember.
Athiqoh, F., Budi, W. S., Anam, C., & Tjiptono, T. W. (2014). Distribusi Fluks Neutron sebagai Fungsi Burn-Up Bahan Bakar pada Reaktor Kartini. Youngster  Physics  Journal , 3 (2),
107 –112.
Dibyo,  S.  (2007).  Studi  Karakteristik  Pressurizer pada PWR. Prosiding PPI  - PDIPTN ,  179 – 185.
Gunoto,  P.,  &  Sofyan,  S.  (2020).  Perancangan
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya  100  Wp untuk Penerangan Lampu di Ruang Selasar Fakultas Teknik Universitas Riau Kepulauan. Sigma  Teknika , 3 (2),  96 –106. https://doi.org/10.33373/sigma.v3i2.2754 Irfan,  M.,  Bura,  R.  O.,  &  Wahyudi,  D.  (2020). Konsep  Teknologi  Reaktor  Nuklir  sebagai Sistem  Propulsi  Kapal  Perang  Logistik Landing  Platform  Dock. Teknologi  Daya
Gerak , 3 (1), 1 –24.
http://jurnalprodi.idu.ac.id/index.php/TDK/ar ticle/view/533
Koloay,  A.  C.,  Tumaliang,  H.,  &  Pakiding,  M. (2018).  Perencanaan  dan  Pemenuhan Kebutuhan  Energi  Listrik  di  Kota  Bitung. Jurnal  Teknik  Elektro  dan  Komputer , 7 (3), 285 –294.
Ngadenin, Syaeful, H.,  Widana, K.  S.,  & Nurdin, M. (2014). Eksplorium Potensi Thorium dan Uranium  di  Kabupaten  Bangka  Barat Potency  of  Thorium  and  Uranium . 35 (2),
69 –84.
Putri,  C.  D.,  Monado,  F.,  &  Ariani,  M.  (2022). Analisis Neutronik Kekritisan Teras Reaktor Nuscale  Berbahan  Bakar  UO 2 dengan Menggunakan  Software  OpenMC. JoP , 8 (1), 43 –50.
Rajagukguk,  S.  P.,  Bakhri,  S.,  &  Surbakti,  T. (2021). Perhitungan Inventori Nuklida pada Pin  Bahan  Bahan  Reaktor  PWR. Sigma Epsilon , 25 (2), 92 –102.
Romano, P. K., & Forget, B. (2013). The OpenMC Monte  Carlo  Particle  Transport  Code.
Annals of Nuclear Energi , 51 , 274 –281.
Romano,  P.  K.,  Horelik,  N.  E.,  Herman,  B.  R., Nelson,  A.  G.,  Forget,  B.,  &  Smith,  K. (2014). OpenMC:  A  State-of-the-Art  Monte Carlo Code for Research and Development . 06016. https://doi.org/10.1051/snamc/201406016 Sari,  A.  K.,  Syarifah,  R.  D.,  &  Arkundato,  A. (2022).  Preliminary  study  of  300  MWth pressurized  water  reactor  with  carbide  fuel with  addition  neptunium  237  using  SRAC- COREBN code.
AIP Conference Proceedings .
Shafii, M. A. (2013). Beberapa Metode Penyelesaian Persamaan Transport Neutron  dalam  Reaktor  Nuklir. Jurnal  Ilmu
Dasar , 14 (2), 59 –65. Subkhi, M. N., Su’ud, Z., Waris, A., & Permana,
S.  (2015).  Studi  Desain  Reaktor  Air Bertekanan (PWR) Berukuran Kecil
Berumur Panjang Berbahan Bakar Thorium. Jurnal ISTEK , 9 (1), 32 –49.
Suhaemi,  T.  (2016).  Pembangunan  Pembangkit Listrik  Tenaga  Nuklir  (PLTN)  Menopang
Kebutuhan Eenergi Listrik Nasional. Seminar Nasional TEKNOKA_FT UHAMKA , 1 , 162 –170.
https://journal.uhamka.ac.id/index.php/tekn oka/article/view/809
Syarifah,  R.  D.,  Aula,  M.  H.,  Ardianingrum,  A., Janah,  L.  N.,  &  Maulina,  W.  (2022). Comparison of Thorium Nitride and Uranium Nitride  Fuel  on  Small  Modular  Pressurized Water Reactor  in Neutronic Analysis Using SRAC  Code. Eastern-European  Journal  of Enterprise  Technologies , 2 (8 –116),  21–28. https://doi.org/10.15587/1729- 4061.2022.255849
Syarifah,  R.  D.,  Sari,  A.  K.,  Arkundato,  A., Irwanto, D., & Su’ud, Z. (2022). Neutronics Analysis  of  UN-PuN  Fuel  for  300  MW Pressurized  Water  Reactor  Using  SRAC- COREBN  Code. Eureka:  Physics  and Engineering , 6 (43).
Syarifah, R. D., & Suud, Z. (2015). The prospect of  uranium  nitride  (UN)  and  mixed  nitride fuel (UN-PuN) for pressurized water reactor. AIP  Conference  Proceedings , 1677 ,  1 –5.

## JIFP
(Jurnal Ilmu Fisika dan Pembelajarannya) http://jurnal.radenfatah.ac.id/index.php/jifp/index Vol. VII, No. II, DESEMBER 2023, 23 - 32
ISSN (print): 2614-7467
https://doi.org/10.1063/1.4930788