## ANALISIS TRANSIEN PADA PASSIVE COMPACT MOLTEN SALT REACTOR (PCMSR)
M. Makrus Imron, Andang Widi Harto, dan Sihana Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta 55281
Diterima editor 22 Maret 2010 Disetujui untuk dipublikasi 27 Mei 2010

## ABSTRAK
Penggunaan bahan  bakar  cair  berupa  garam  LiF-BeF 2 -ThF 4 -UF 4 pada Passive  Compact  Molten Salt  Reactor (PCMSR)  meyebabkan  pengendalian  daya  pada  PCMSR  dapat  dilakukan  dengan mengendalikan  laju  aliran  bahan  bakar  dan  pendingin.  Sedangkan  dari  sistem  keselamatan, penggunaan  bahan  bakar  cair  menjadikan  PCMSR  memiliki  karakter  keselamatan  melekat ( inherent safety ) yang baik. Pada penelitian ini telah dilakukan analisis transien PCMSR pada tiga kondisi, yaitu: ketika terjadi perubahan laju aliran bahan bakar, ketika terjadi perubahan laju aliran pendingin dan ketika terdapat kegagalan pada sistem pelepasan panas ( loss of heat sink ). Penelitian dilakukan  dengan  memodelkan  reaktor pada  kondisi tunak  menggunakan paket  program. Standart Reactor  Analysis  Code (SRAC).  Selanjutnya  dari  keluaran  paket  program  SRAC  diperoleh  data- data  yang  meliputi  fluks  netron,konstanta  grup,  kontanta  peluran  prekusor  netron,  fraksi  netron kasip  untuk  perhitungan  transien. Penelitian  ini  menunjukkan  bahwa penurunan  laju  aliran  bahan bakar  sebesar  50 %  dari  laju  bahan  bakar  sebelumnya,  menyebabkan  daya  pada  PCMSR  turun menjadi  78 %  dari  daya  sebelumnya.  Dan penurunan  laju  aliran  pendingin sebesar 50 % dari  laju pendingin  sebelumnya,  menyebabkan  daya  pada  PCMSR  turun  menjadi  63 %  dari  daya sebelumnya. Sedangkan pada saat terjadi loss of heat sink daya PCMSR menunjukkan penurunan.
Kata Kunci: PCMSR, transien, daya, laju aliran.

## ABSTRACT
The use of liquid fuels in the form of molten salts LiF-BeF 2 -ThF 4 -UF 4 in Passive Compact Molten Salt Reactor (PCMSR) makes power control at PCMSR can be done by controlling the flow rate of fuel and coolant. In addition, from safety systems aspect, the use of liquid fuels makes PCMSR has good inherent safety characteristics. In this study transient analysis has been carried out on three conditions  of  PCMSR,  namely when  the  fuel  flow  rate  is  changing,  when  the  coolant  flow  rate  is changing  and  when  there  is  loss  of  heat  sink  condition.  This  research  is  conducted  with  reactor modeling  at  steady  state  condition  using  Standard Reactor  Analysis  Code  (SRAC).  Next  from SRAC's  output,  neutron  flux,  neutron  group  constant,  delayed  neutron  constant,  delayed  neutron fraction  are obtained for transient calculation. This study showed that the decreasing of fuel flow rate by 50 % from the previous rate of fuel, causing power on PCMSR decreased to 78 % from the previous  power.  And  the  decreasing  of coolant  flow  rate  by  50 % from  the  previous  rate  of  fuel, causing power on PCMSR decreased to 63 % from the previous power. Meanwhile, in the event of loss of heat sink showed a decrease of PCMSR's power.
Keywords: PCMSR, transient, power, flow rate.

## PENDAHULUAN
Pada akhir tahun 2002 Generation IV International Forum (GIF) yang beranggotakan 10  negara  telah  menetapakan  6  reaktor  nuklir  generasi  ke-4.  Satu  diantara  enam  reaktor nuklir yang ditetapkan  oleh GIF adalah Molten Salt Reactor (MSR) [1]. MSR terlihat lebih unik  dibandingkan  dengan  5  reaktor  generasi  ke-4  lainnya,karena    menggunakan  bahan bakar cair berupa leburan garam.
Diantara  reaktor  berbahan  bakar  cair  yang  telah  dikembangkan  adalah Passive Compact  Molten  Salt  Reactor (PCMSR).  Salah  satu  pengembangan  yang  dilakukan  pada PCMSR  adalah  penggunaan  alat  penukar  kalor  antara  yang  terintegrasi  dengan  teras ( compact  heat  exchanger )  yang  terbuat  dari  bahan  grafit  [2].  Tujuan  penggunaan compact heat  exchanger untuk  mereduksi  inventori  bahan  bakar  sekaligus  sebagai  zona  yang dioptimalkan  untuk  pembiakan.  Penempatan  alat  penukar  kalor  antara  yang  terintegrasi dengan teras dapat mengurangi kandungan bahan bakar dalam teras hingga mencapai 60 %, dan mengurangi ukuran alat pendingin hingga 20 % bahkan lebih. Teknologi compact heat exchanger telah dikembangkan untuk kebutuhan penambangan minyak lepas pantai [3]. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perubahan laju aliran bahan bakar  dan  pendingin  terhadap  perubahan  daya  reaktor  serta  perubahan  daya  reaktor  ketika terjadi loss of heat sink .

## METODOLOGI
Seperti  terlihat  pada  Gambar  1,  teras  PCMSR  tersusun  dari  blok  grafit  berbentuk heksagonal,  kecuali  pada  zona  alat  penukar  kalor.  Perangkat  bahan  bakar  pada  zona  teras berupa blok grafit  yang berlubang pada bagian  tengahnya untuk saluran  bahan  bakar. Pada zona teras ini reaksi fisi dioptimalkan agar didapatkan faktor multiplikasi efektif di atas satu.
Perangkat  bahan  bakar  pada  zona blanket memiliki  bentuk  dan  ukuran  yang  sama dengan  perangkat  bahan  bahan  bakar  pada  zona  teras,  hanya  saja  memiliki  radius  saluran bahan bakar lebih besar agar produksi material fisil pada zona ini besar, atau dengan kata lain memiliki rasio konversi di atas satu.
Sedangkan  perangkat  untuk  reflektor  hanya  berupa  blok  grafit  utuh  yang  memiliki ukuran  sama  dengan  perangkat  bahan  bakar  pada  zona  teras. Zona  alat  penukar  kalor tersusun dari blok grafit berbentuk balok, yang memiliki saluran untuk pendingin dan bahan bakar.
Gambar 1. Perangkat PCMSR. (a) Perangakat alat penukar kalor. (b) Perangkat bahan pada zona teras. (c)  Perangkat bahan pada zona blanket . (d) Perangkat Reflektor
Zona  alat  penukar  kalor  juga  dioptimasikan  untuk  produksi  material  fisil  sehingga diharapkan PCMSR memiliki rasio konversi di atas satu.
Selanjutnya  perangkat  bahan  bakar,  reflektor  dan  alat  penukar  kalor  disusun sedemikian  rupa  untuk  membentuk  beberapa  zona,  yaitu  zona  teras,  zona blanket ,  zona reflektor  dan  zona  alat  penukar  kalor  seperti  terlihat  pada  Gambar  2.  Bahan  bakar  leburan garam masuk melalui bagian bawah teras, selanjutnya melewati zona blanket bagian bawah, kemudian  melewati  zona  teras  dan  mengalami  reaksi  fisi  sehingga  menerima  kalor, kemudian  melewati  zona blanket bagian  atas  dan  selanjutnya  keluar  melalui  pipa  yang disalurkan ke alat penukar kalor. Dari arah yang berlawanan dengan bahah bakar, pendingin mengalir  pada  saluran    pendingin  yang  kemudian  mengambil  sebagian  kalor  dari  bahan bakar  sehingga  suhu  pendingin  naik.  Selanjutnya  pendingin  menuju  alat  penukar  kalor berikutnya untuk melepaskan kalor pada gas helium.
Tabel 1. Parameter-parameter PCMSR Parameter Nilai Daya termal 1000 MWth Efisiensi 50 % Bahan bakar: Komposisi fresh fuel LiF-BeF 2 -ThF 4 LiF 37,5 % mol BeF 12,5 % mol 2 ThF 50 % mol 4 Volume di dalam reaktor 6,01 m 3 Laju aliran 7000 kg/s Suhu masuk/keluar 1323 K/1423 K Pendingin: Komposisi LiF-BeF 2 LiF 75 % mol BeF 25 % mol 2 Volume di dalam reaktor 4.14 m 3 Laju aliran 77000 kg/s Suhu masuk/keluar 1223 K/1277 K
Gambar 2. Susunan dan pembagian zona pada PCMSR. (a) Tampang lintang arah radial. (b) Tampang lintang arah radial pada zona teras. (c) Tampang lintang arah radial pada zona blanket .

## TEORI

## Pemodelan Netronik PCMSR Pada Kondisi Transien
Pemodelan  netronik  pada  reaktor  PCMSR  dapat  dtuliskan  dengan  menggunakan persamaan difusi seperti terlihat pada persamaan (1):
¦ ¦ ¦ ¦ o o 6 6 ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § 6 6 w w I i i D i D D g g G g g f g f g p g g g g g g g G g g g g g a g g g C B D t 1 , , , ' 1 ' ' , ' , ' , ' 1 1 ' ' 1 ' ' , 2 1 1 O F I 9 Q F E I I I X (1)
Semua besaran  persamaan ( 1) menggunakan notasi standar.
Dengan  mengabaikan  difusi  pada  prekusor  netron  kasip,  persamaan  netron  kasip dapat dituliskan sebagai berikut
g g f g f G g g i i D i D eff i D C t C I 9 6 Q E O - w ¦ , , 1 , , , ,
(2)
dimana Ȝ eff adalah  tetapan  peluruhan  prekusor  netron  grup i .  Dalam  perhitungan  PCMSR besarnya tetapan peluruhan menjadi lebih besar karena adanya efek aliran bakar dan ektraksi produk fisi yang nilainya
i D i D E F F R F R i D eff A m , , , , , , , O K U O x (3) dengan F R m , x adalah laju lairan massa ekstraksi bahan bakar, F R A , tampang lintang saluran  aliran  bahan  bakar, F U densitas  bahan  bakar  dan
i D E , , K efisiensi  ekstraksi  bahan bakar.
PCMSR  merupakan  reaktor  yang  beroperasi  pada  spektrum  netron  termal,  dimana netron  dilahirkan  pada  spektrum  energi  cepat  selanjutnya  dimoderasi  dalam  waktu  yang sangat  singkat  menjadi  netron  termal  yang  selanjutnya  diserap  bahan  bakar.  Hal  ini menyebabkan  fluks  netron  pada  spektrum  netron  cepat  mendekati  kondisi  tunak  ( steady state ). Pendekatan seperti ini dikenal dengan flux linkage [4].
Pemodelan  netronik  PCMSR  pada  penelitian  ini  menggunakan  tiga  grup  energi netron dan menggunakan pendekatan flux linkage , sehingga netron  grup 1 dan  2 tidak lagi gayut  terhadap  waktu.  Sehingga  besarnya  fluks  netron  untuk  masing-masing  grup diperlihatkan oleh persamaan (5).
Dimana ȡ adalah  reaktivitas  (dengan  notasi  berbeda  untuk  membedakan  dengan densitas) yang nilainya didefiniskan sebagai
eff eff k k 1 U (4)

## Pemodelan Transfer Energi pada PCMSR
Reaksi fisi yang dialami nuklida bahan bakar akan menghasilkan energi berupa kalor yang  selanjutnya  ditransfer  ke  pendingin  pada compact  heat  exchanger .  Sebagian  besar energi  fisi  tersimpan  dalam  bahan  bakar,  hanya  5 %  -7.5 %  yang  tersimpan  pada  struktur grafit [5]. Transfer kalor ke pendingin dapat melalui konduksi, konveksi dan radiasi. Namun pada  penelitian  ini,  perpindahan  panas  melalui  konduksi  dan  radiasi  diabaikan  karena memiliki pengaruh sangat kecil.
Pada PCMSR selain bahan bakar bereaksi fisi di daerah teras dan blanket , reaksi fisi juga terjadi pada daerah penukar kalor. Sehingga pemodelan transfer energi dilakukan pada dua daerah, yaitu daerah teras dan blanket serta daerah alat penukar kalor [4]. Persamaan  energi bahan  bakar pada zona teras dan  blanket dapat dituliskan  sebagai berikut [4]:
) ( '' ' ) ( ) ( ) ( ) ( , , , , , , , z q z T z T A N S U z T C z A N m t z T C rav F rav M rav F F F F FM rav F F P F F rav F F P F F w w w U w - x (5)
dengan - adalah fraksi volume
N banyaknya saluran, U koefisien transfer panas, S perimeter tiap saluran dan z posisi aksial dihitung dari bagian bawah reaktor. Indeks F menunjukkan bahan bakar, M moderator, rav rata-rata arah radial. Sedangkan notasi yang lain menggunakan notasi standar.
Dan persamaan energi moderator pada zona teras dan blanket dapat dituliskan sebagai berikut [4]:
) ( ' ' ' ) ( ) ( ) ( 1 , , , , , z q z T z T A N S U t z T C rav M rav M rav F F F F FM rav M M P M F w U w - (6)
Selanjutnya persamaan (6) dan (7) diintegrasikan ke arah aksial sepanjang saluran L (panjang arah aksial) kemudian dijumlahkan.
Pada  alat  penukar  kalor,  bahan  bakar mengalir  pada  arah  aksial  dari  atas  ke  bawah sedang  pendingin  mengalir  pada  arah  aksial  dari  bawah  ke  atas.  Karena  reaksi  fisi  juga terjadi  pada  alat  penukar  kalor,  maka  selain  terjadi perpindahan  kalor  dari  bahan  bakar  ke pendingin, pada alat penukar kalor juga terjadi pembangkitan panas.
3 , 3 , 3 6 1 , , 3 3 2 3 2 2 2 2 2 , 2 1 2 3 2 2 2 2 2 , 2 1 2 , 2 , 2 1 , 1 , 1 3 1 2 1 2 1 2 1 , 6 1 , , 3 1 , 1 , 1 1 1 1 1 1 1 1 1 f f i i D i D p a a f f f f a i i D i D f f P C P P dt d l L B L B L B C 9 Q O I E I I I 9 Q 9 Q E O I 9 Q E I 6 ¦ ¸ ¹ · ¨ © § ¸ ¸ ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ ¨ ¨ © § 6 ¸ ¹ · ¨ © § 6 6 ¸¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¹ · ¨¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ ¨ ¨ © § 6 ¸ ¹ · ¨ © § 6 6 6 6 6 6 ¸ ¹ · ¨ © § 6 ¦ 6 o o o o o o (7a) (7b) (7c)
Persamaan energi bahan bakar pada zona alat penukar kalor dapat dituliskan dengan menggunakan persamaan (8) [4], dimana indeks H menunjukkan bahan bakar pada zona alat penukar kalor dan indeks G struktur grafit pada daerah alat penukar kalor.
) ( '' ' ) ( ) ( ) ( ) ( , , , , , , , z q z T z T A N S U z T C z A N m t z T C rav H rav G rav H H H H HG rav H H P H H rav H H P H H w w w U w - x (8)
Persamaan  energi  struktur  grafit  pada  zona  alat  penukar  kalor  dapat  dituliskan menggunakan persamaan (9) [4].
) ( ' ' ' ) ( ) ( ) ( 1 , , , , , z q z T z T A N S U t z T C
rav G rav G rav F F F F FG rav G G P G C H w U w - - (9)
Persamaan  energi  pendingin  pada  zona  alat  penukar  kalor  dapat  dituliskan  sebagai berikut menggunakan persamaan (10).
) ( ' ' ' ) ( ) ( ) ( ) ( , , , , , , , z q z T z T A N S U z T C z A N m t z T C rav C rav G rav C F F F GC rav C C P C C rav C C P C C w w w w x U - (10) Dimana indeks C menunjukkan pendingin.
Selanjutnya  persamaan  (8),  (9) dan  (10) diintegrasikan  ke  arah  aksial  sepanjang saluran L . Jika diasumsikan suhu rata-rata bahan bakar pada teras dan blanket sama dengan suhu rata-rata bahan bakar pada alat penukar kalor, maka didapatkan persamaan diferensial untuk  menentukan  suhu  bahan  bakar  dan  pendingin.  Persamaan  11  digunakan  untuk menentukan suhu bahan bakar [4]:
rav C rav F C GC C C H H NC TOT rav F T T L S U A N A N Q T dt d L , , , :
(11)
Dimana  nilai ȍ ditunjukan  oleh  persamaan  (12),  dan  nilai Q TOT-NC
Sedangkan persamaan (14) digunakan untuk menentukan suhu pendingin [4], ditunjukkan  oleh persamaan ( 13) [4]:
¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § w w w w ¸¸ ¹ · ¨¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § w w w w : F M M p M M p M rav F M p M C H H H F F F F F F p F F p F rav F F p F H H H F F F T C T C T C A N A N T C T C T C A N A N U U U - - - U U U - - , , , , , , , , 1 1
(12)
rav G rav H H H rav M rav F F F NC TOT q q A N q q A N Q , , , , ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' (13) NC rav C rav F H GC out rav C out C p in rav C in C p C rav C C C C p C C p C rav C C p C C C C Q T T L S U T C T C m T dt d L T C T C T C A N ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § w w w w x , , , , , , , , , , , , , , , 2 U U U - (14)
dengan nilai Q NC adalah [4]:
L q A N Q rav C C C NC , ' ' ' (15)

## Koefisien Transfer Panas
Perhitungan  koefisien  transfer  panas  pada  PCMSR  menggunakan  korelasi  khusus untuk  leburan  garam  yang  diperoleh  dari  penelitian  yang  dialakukan  oleh  Cox  yang didasarkan  pada  data  eksperimen  yang  dihasilkan  ORNL  menggunakan  leburan  garam MSBR [6].
¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § surf bulk Nu P P 33 . 0 3 2 Pr 125 Re 089 . 0 (16)
Dimana ȝ bulk adalah viskositas leburan garam pada suhu rata-rata leburan garam ( bulk temperature )  sedangkan ȝ surf merupakan  viskositas  leburan  garam  pada  permukaan  grafit. Sebagai pendekatan pada penelitian ini, nilai ȝ bulk / ȝ surf dianggap sama dengan 1.

## Persamaan Reaktivitas Pada PCMSR
Selama  kondisi  transien  PCMSR,  akan  timbul  banyak  perubahan  parameter  pada reaktor, salah satunya adalah perubahan suhu material reaktor. Perubahan suhu pada PCMSR memberikan  pengaruh  yang  besar  terhadap  perubahan  tampang  lintang  maksroskopis
material sebagai akibat adanya efek dopler.  Perubahan tampang lintang makroskopis dapat memberikan efek reaktivitas positif atau negatif pada reaktor.
Pada  beberapa  penelitian  sebelumnya  [6-8]  menunjukkan  bahwa  campuran  bahan bakar  flibe  dan  pendingin  flibe  memiliki  koefisien  reaktivitas  suhu  negatif.  Sehingga kenaikan suhu bahan bakar atau pendingin akan menyebabkan daya reaktor turun.
Pada penelitian  ini diasumsikan  suhu bahan  bakar pada zona teras dan  blanket serta suhu  bahan  bakar  pada  zona  alat  penukar  kalor  adalah  sama,  demikian  juga  suhu  struktur grafit. Sehingga besarnya reaktivitas yang diberikan akibat perubahan suhu ditunjukkan pada persamaan (17).

## TATAKERJA
Penelitian  diawali  dengan  memodifikasi  masukan  SRAC  untuk  PCMSR  pada komposisi bahan bakar setimbang yang telah dibuat oleh Zuyyina [9]. Selanjutnya data-data meliputi  fluks  netron,  konstanta  grup,  kontansta  peluruhan  prekusor  netron,  fraksi  netron kasip dan  lain-lain  diambil dari keluaran  yang dihasilkan  oleh  paket program SRAC untuk digunakan menghitung parameter-parameter PCMSR pada kondisi transien.

## Implementasi ke Kode Program
Semua  persamaan  diferensial  simultan  pada  penelitian  ini  diselesaikan  dengan metode Adaptive Runge-Kutta. Untuk melakukan semua perhitungan penulis memodifikasi kode yang telah ditulis oleh Jaan Kiusalaas[10].
[ - - [ - - [D - - D - [ D - - H H H H F F F F rav M M TM H H H F F F rav C C TC C H H rav F F TF H H H F F F T A N A N dt T T A N A N dt T T A N dt T T A N A N dt dP ¸¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¸ ¹ · ¨¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ © § 1 1 ) ( 1 1 ) ( ) ( , , ,
(17)

## Perhitungan Fluks Netron
Perhitungan  fluks  netron  terdiri  satu  persamaan  diferensial  yaitu  pada  perhitungan fluks  netron  grup  ke-3  (persamaan  7c)  dan  dua  persamaan  aljabar  biasa  pada  pada perhitungan fluks netron grup ke-1 dan ke-2 (persamaan 7a dan 7b). Persamaan differensial diselesaikan  dengan  menggunakan  metode Adaptive  Runge-Kutta dengan nilai  awal  fluks netron pada kondisi setimbang yang diperoleh dari ouput SRAC.

## Perhitungan Konsentrasi Prekusor Netron Kasip
Persamaan  netron  kasip  untuk  enam  grup  netron  kasip  terdiri  dari  enam  persamaan diferensial. Nilai awal C D,i,0 dihitung dengan menghilangkan suku transien pada persamaan (2).

## Perhitungan Suhu Rata-rata Bahan Bakar dan Pendingin
Suhu  rata-rata  bahan  bakar  dihitung  menggunakan  persamaan  (11) dan  pendingin dihitung  menggunakan  persamaan  (14) dengan  syarat  awal  diperoleh  dari  input  SRAC.
Persamaan-persamaan  tersebut  diselesaikan  menggunakan  metode Adaptive  Runge-Kutta . Khusus untuk perhitungan suhu pendingin, penulis mengabaikan suku Q NC pada persamaan (14) dengan asumsi fraksi energi termal yang dihasilkan pada pendingin sangat kecil.

## Perhitungan Daya Reaktor
Perhitungan  daya  reaktor  PCMSR  ( Q TOT-NC )  dilakukan  dengan  mengambil  data besarnya densitas daya untuk masing-masing zona dibagi besarnya fluks pada zona tersebut dari  keluaran  SRAC.  Selanjutnya  daya  pada  kondisi  transien  dihitung dengan  mengalikan data tersebut dengan besarnya fluks pada kondisi transien.

## Perhitungan Reaktivitas Suhu
Perhitungan  reaktivitas  dilakukan  dengan  memanfaatkan  nilai  yang  dihasilkan  dari perhitungan  suhu bahan bakar. Syarat awal untuk perhitungan reaktivitas sama dengan nol. Karena pada kondisi tunak, hampir tidak ada reaktivitas yang diberikan pada reaktor.
Pada penelitian  ini, hanya diperhitungkan reaktivitas  yang berasal dari bahan  bakar. Hal ini dilakukan  karena reaktivitas  suhu bahan  bakar memiliki nilai yang besar dibanding pada  pendingin.  Selain  itu,  pada  penelitian  sebelumnya  [9]  diketahui  bahwa  koefisien reaktivitas suhu grafit pad PCMSR memiliki nilai sedikit positif, sehingga dapat diasumsikan koefisien  reaktivitas  suhu  pendingin  yang  nilainya  sedikit  negatif  dapat  mengkompensasi reaktivitas suhu grafit yang memiliki nilai sedikit positif.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  ini  akan  mempelajari  pengaruh  laju  aliran  bahan  bakar  dan  laju  aliran pendingin  terhadap  daya  reaktor,  sehingga  diharapakan  pengendalian  daya  pada  PCMSR dapat  dilakukan  dengan  mengatur  laju  aliran  bahan  bakar.  Penelitian  ini  juga  akan mempelajari  kondisi  reaktor  ketika  turbin  tidak  bekerja  secara  normal  yang  menyebabkan transfer kalor pada alat penukar kalor terganggu sehingga suhu masukan  pada teras reaktor sama dengan suhu keluarannya.
Sehingga  pada  penelitian  ini  aka  dilakukan  analisis  transien  PCMSR  pada  tiga kondisi, yaitu:
1. Ketika terjadi perubahan laju aliran bahan bakar,
2. Ketika terjadi perubahan laju aliran pendingin, dan
3. Ketika  terdapat  kegagalan  pada  sistem  pelepasan  panas  ( loss  of  heat  sink )  akibat gangguan pada turbin.

## Pengaruh Laju Aliran Bahan Bakar Terhadap Daya Reaktor
PCMSR  beroperasi  normal  pada  daya  1000  MWth  dengan  laju  aliran  bahan  bakar sebesar  7000  kg/s.  Selanjutnya  akan  disimulasikan  pemberian  input  undak  ( step  input ) berupa perubahan laju aliran bahan bakar. Laju aliran bahan bakar diturunkan menjadi 50% dari laju aliran bahan bakar sebelumnya pada detik ke-100 kemudian dikembalikan pada laju aliran  bahan  bakar  sebelumnya  pada  detik  ke-800.  Gambar  3  menunjukkan  suhu  rata-rata bahan  bakar,  suhu  rata-rata  pendingin,  dan  daya  PCMSR  akibat  pemberian  input  undak berupa perubahan laju aliran bahan bakar.
Penurunan laju aliran bahan bakar menyebabkan  kenaikan suhu bahan bakar karena berkurangnya  bahan  bakar  pada  teras  sedangkan  kalor  yang  diberikan  sebelumnya  relatif lebih  besar.  Sedangkan  penurunan  suhu  pendingin  disebabkan  kalor  yang  diberikan berkurang sedangkan laju aliran pendingin tetap.
Pada Gambar 3c terdapat adanya overshoot yang seharusnya tidak terjadi. Hal ini bisa jadi disebabkan karena perhitungan numerik yang digunakan tidak mampu menangani secara baik perhitungan yang dihadapi [11].
Kenaikan  suhu bahan bakar dapat memberikan  umpan  balik reaktivitas negatif pada PCMSR karena PCMSR memiliki koefisien  reaktivitas  suhu yang  bernilai negatif. Adanya umpan balik reaktivitas negatif akan mengakibatkan daya reaktor turun. Prinsip inilah yang mendasari  pengendalian  daya  pada  PCMSR  menggunakan  laju  aliran  bahan  bakar  dan menunjukkan  bahwa  PCMSR  memiliki  karakteristik  sistem  keselamatan  melekat  ( inherent safety )
Suhu  rata-rata  maksimum  bahan  bakar  ketika  laju  bahan  bakar  diturunkan  adalah sekitar 1409 K, nilai ini tidak melebihi titik pendidihan  bahan  bakar yaitu  sebesar 1673  K. Selain itu, suhu rata-rata bahan bakar dan pendingin cenderung kembali normal katika terjadi perubahan daya pada PCMSR.
Penurunan laju bahan bakar juga menyebabkan daya pada PCMSR turun menjadi 78 % dari daya  sebelumnya.  Selanjunya ketika laju aliran  bahan bakar kembali normal, maka daya  pada  PCMSR  juga  kembali  pada  daya  semula.  Ini  menunjukkan  bahwa  daya  pada PCMSR dapat dikendalikan dengan mengendalikan laju aliran bahan bakar.
Perlu diperhatikan bahwa pada penelitian ini daya normal pada Gambar 3 tidak persis sebesar  1000  MWth,  yaitu  sebesar  960  MWth.  Hal  ini  disebabkan  karena  perbedaan besarnya daya antara perhitungan netronik dengan perhitungan termohidrolik.
(a)
84 (b) (c)
(d)
Gambar 3. Perubahan parameter PCMSR terhadap perubahan laju aliran bahan bakar. (a) Grafik laju aliran bahan bakar. (b) Grafik suhu rata-rata bahan bakar terhadap waktu. (c) Grafik suhu rata-rata pendingin terhadap waktu. (d) Grafik daya reaktor terhadap waktu terhadap waktu

## Pengaruh Laju Aliran Pendingin Terhadap Daya Reaktor
Pada  keadaan  normal,  laju  aliran  pendingin  pada  PCMSR  sebesar  7700  kg/s. Selanjutnya  akan  disimulasikan  pemberian  input  undak  berupa  perubahan  laju  aliran pendingin.  Laju  aliran  pendingin  diturunkan  menjadi  50 %  dari  laju  aliran  pendingin sebelumnya  pada  detik  ke-100  kemudian  dikembalikan  pada  laju  aliran  pendingin sebelumnya  pada  detik  ke-800.  Gambar  4  menunjukkan  suhu  rata-rata  bahan  bakar,  suhu rata-rata pendingin, dan daya PCMSR akibat pemberian input undak berupa perubahan laju aliran pendingin.
Penurunan  laju  aliran  pendingin  pada  PCMSR  dapat  menyebabkan  kenaikan  suhu rata-rata  bahan  bakar  dan  pendingin.  Kenaikan  suhu  bahan  bakar  disebabkan  jumlah  kalor yang  ditransfer  ke  pendingin  berkurang  sebagai  akibat  berkurangnya  volume  pendingin. Sedangkan kenaikan suhu pendingin disebabkan volume pendingin berkurang.
Kenaikan suhu bahan bakar selanjutnya memberikan umpan balik reaktivitas negatif yang menyebabkan penurunan daya PCMSR. Selain itu, umpan balik reaktivitas negatif juga menyebabkan penurunan suhu rata-rata bahan bakar dan pendingin sehingga suhu rata-rata bahan bakar dan pendingin kembali normal.
Suhu  rata-rata  maksimum  bahan  bakar  dan  pendingin  berturut-turut  adalah  sekitar 1435 K dan 1268 K. Suhu sebesar ini tidak melebihi batas titik pendidihan bahan bakar dan pendingin.  Suhu  titik  pendidihan  untuk  pendingin  adalah  sebesar  1703  K.  Penurunan  laju pendingin sebesar 50 % dari laju bahan bakar sebelumnya, menyebabkan daya pada PCMSR turun menjadi 63 % dari daya sebelumnya. Selanjunya ketika laju aliran bahan bakar kembali normal,  maka  daya  pada  PCMSR  juga  kembali  pada  daya  semula.  Hal  ini  menunjukkan bahwa pengendalian daya pada PCMSR dapat dilakukan dengan mengendalikan  laju aliran bahan bakar dan laju aliran pendingin.
Selain itu, dapat diketahui bahwa perubahan laju aliran pendingin dapat menyebabkan perubahan daya yang lebih besar dibandingkan perubahan laju aliran bahan bakar.
86 (b) (c) (d)
Gambar 4. Perubahan parameter PCMSR terhadap perubahan laju aliran pendingin. (a)
Grafik laju aliran pendingin. (b) Grafik suhu rata-rata bahan bakar
Pengaruh  Kegagalan  Sistem  Pelepasan  Panas  ( loss  of  heat  sink )  Terhadap  Daya Reaktor
Kegagalan  sistem  pelepasan  panas  dapat  terjadi  ketika  turbin  tidak  bekerja  secara normal  yang  menyebabkan  transfer  kalor  pada  alat  penukar  kalor  terganggu.  Hal  ini menyebabkan  suhu  masukan  bahan  bakar  pada  teras  sama  dengan  suhu  keluaranya.  Pada penelitian  akan  disimulasikan  reaktor  diberikkan  masukan  undak  berupa  kenaikan  suhu masukan bahan  pada  teras  naik  menjadi  1273  K  atau  sama  dengan  suhu  keluaran  bahan bakar  dari  teras.  Gambar  5  menunjukkan  suhu  rata-rata  bahan  bakar,  suhu  rata-rata pendingin, reaktivitas dan daya PCMSR jika terjadi kegagalan sistem pelepasan panas.
Dari  sisi  keselamatan,  diharapkan  ketika  terjadi  kegagalan  sistem  pelepasan  panas maka daya reaktor akan turun sehingga suhu bahan bakar dan pendingin tidak naik melebihi batas yang diizinkan.
Dari  Gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  ketika  suhu  masukan  bahan  bakar  naik menyebabkan  suhu  rata-rata  bahan  bakar  dan  pendingin  juga  naik.  Kenaikan  suhu  bahan bakar  akan  memberikan  umpan  balik  reaktivitas  negatif  pada  reaktor  sehingga  daya  akan turun, penurunan  daya akan  mengakibatkan  suhu rata-rata bahan bakar dan pendingin juga akan turun.
Dari Gambar 5 juga dapat diketahui bahwa respon  PCMSR terhadap kenaikan  suhu masukan  bahan  bakar  sangat  cepat,  dan  mencapai  puncaknya  pada  detik  ke-20  dengan reaktivitas  sebesar  -0.000128 ǻ k/k sebelum  kembali  normal  pada  detik  ke-900.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  PCMSR  memiliki  karakteristik  yang  baik  ketika  terjadi  kegagalan sistem pelepasan panas.
(a)
88 (b) (c) (d)
Gambar 5. Perubahan parameter PCMSR ketika terjaadi loss of heat sink. (a) Grafik suhu rata-rata bahan bakar terhadap waktu. (b) Grafik suhu rata-rata pendingin terhadap waktu.
(c) Besarnya reaktivitas yang diberikan (d) Grafik daya reaktor terhadap waktu

## KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah :
1. Pengendalian  daya  pada  PCMSR  dapat  dilakukan  dengan  mengendalikan  laju  aliran bahan  bakar  dan  pendingin.  Dengan  demikian,  batang  kendali  pada  PCMSR  hanya digunakan ketika reaktor akan di shut down .
2. Penurunan  laju  aliran  bahan  bakar  sebesar 50 %  dari  laju  aliran  sebelumnya, menyebabkan daya pada PCMSR turun menjadi 78 % dari daya sebelumnya.
3. Sedangkan penurunan laju aliran pendingin sebesar 50 % dari laju aliran  sebelumnya, menyebabkan  daya  pada  PCMSR  turun  menjadi  63 %  dari  daya  sebelumnya.  Hal  ini menunjukkan pengendalian daya dalam rentang yang besar lebih efisien jika dilakukan dengan mengendalikan laju aliran pendingin.
4. Suhu  rata-rata  bahan  bakar  dan  pendingin  ketika  terjadi  manuver  daya  tidak  melebihi batas  yang  diizinkan,  meskipun  tidak  memiliki  margin  yang  terlalu  besar.  Namun demikian, PCMSR memiliki respon  yang cukup cepat pada kondisi transien, sehingga kondisi dimana suhu rata-rata bahan bakar dan  pendingin pada nilai maksimum hanya berlangsung pada waktu yang singkat [12].
5. Pada  kondisi  kegagalan  sistem  pelepasan  panas  ( loss  of  heat  sink ),  PCMSR  memiliki karakter  keselamatan  melekat  yang  baik.  Hal  ini  ditunjukan  dengan  penurunan  daya reaktor pada kondisi tersebut. Suhu rata-rata bahan  bakar dan pendingin  ketika terjadi kondisi  ini  juga  tidak  melebihi  batas  yang  diizinkan,  selain  itu  PCMSR  juga memberikan respon yang cepat ketika terjadi kegagalan sistem pelepasan panas.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Department  of  Energy  (DOE)  Amerika  Serikat. A  Tecnology  Roadmap  for
Generation  IV  Nuclear  energy  System.  U.S.  DOE  Nuclear  Energy  Advisory
Committee dan the Generation IV International Forum. September 2002.
2. Andang  Widi  Harto. Desain  reaktor  maju  bersuhu  tinggi  tipe  PCMSR  dengan sifat keselamatan melekat. Prosiding seminar PLTN. Jakarta; 6 Nopember 2007.
3. Charles  W.  Forsberg,  Per  F.  Peterson  dan  HaiHua  Zhao. An advanced  Molten
Salt  Reactor  using  high-temperature  reactor  technology; 2004. International congress on advances in nuclear power plants. Pittsburgh; 13-17 Juni 2004.
4. Andang  Widi  Harto. Perhitungan  PCMSR termal-nuklir.  Jurusan  Teknik  Fisika Universitas Gadjah Mada; Yogyakarta ;2009.
5. Gert  Jan  Auwerda. Computational  Modeling  of  a  Molten  Salt  Reactor.  Skripsi. TU Delft, Delft; 2007.
6. Dalin Zhang, Suizheng Qiu, Guanghui Su. Development of safety analysis code for Molten Salt Reactor. Nuclear engineering and design, 239:2778-2785; 2009.
7. D.L. Zhang, S.Z. Qiu, G.H. Su, C.L. Liu, dan L.B. Lian. Analysis on the neutron kinetics for a molten salt reactor. Progress in nuclear energy, 51:624-636; 2009.
8. Nobuhide  Suzuki  dan  Yoichiro  Shimazu. Preliminary  safety  analysis  on depressurization  accident  without  scram of  a  Molten  Salt  Reactor.  Journal  of
Nuclear Science and Technology, 43:720-730; 2006.
9. Zuyyina Bimar'atash Sholikhah. Optimasi geometri teras reaktor nuklir modular tipe passive compact Molten Salt Reactor (PCMSR). Skripsi, Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta; 2010.
10. Jaan  Kiusalaas. Numerical  methods  in  engineering  with  phython.  Cambridge University Press. New York; 2005.
11. Andang Widi Harto. Komunikasi Pribadi; 8 Juli 2010.
12. Andang Widi Harto. Komunikasi Pribadi; 1 Februari 2010.