INVESTIGASI KARAKTERISTIK TERMOHIDROLIKA TERAS REAKTOR DAYA KECIL DENGAN PENDINGINAN SIRKULASI ALAM MENGGUNAKAN RELAP5

Abstract

ABSTRAK

INVESTIGASI KARAKTERISTIK TERMOHIDROLIKA TERAS REAKTOR DAYA KECIL DENGAN PENDINGINAN SIRKULASI ALAM MENGGUNAKAN RELAP5. Reaktor modular daya-kecil (small modular reactor, SMR) memiliki prospek tinggi untuk dibangun di Indonesia. Keluaran dayanya yang relatif kecil dan disainnya yang kompak serta dapat dikonstruksi secara modular memberikan keunggulan fleksibilitas pembangunan yang lebih baik dibanding reaktor konvensional berdaya besar. Disain sistem reaktor kategori ini sangat bervariasi, salah satu diantaranya adalah jenis reaktor air tekan (pressurized water reactor, PWR) yang menerapkan sirkulasi alamiah pada sistem pendingin primernya. Selain itu reaktor ini juga memiliki teras (core) lebih pendek dibanding PWR konvensional. Dari kedua perbedaan tersebut maka terdapat kemungkinan perbedaan pola perpindahan panas yang dapat berimplikasi terhadap keselamatan secara keseluruhan. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan investigasi terhadap karakteristik termohidrolika teras reaktor tersebut khususnya karakteristik temperatur fluida dan bahan bakar serta laju alir fluidanya. Tujuannya adalah untuk mengetahui perbedaan marjin keselamatan temperatur teras reaktor bila dibanding dengan PWR konvensional. Investigasi dilakukan dengan menggunakan program RELAP5, dimana secara parsial teras reaktor dimodelkan menggunakan model-model generik yang ada pada program dan dilakukan beberapa perhitungan kondisi tunak. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa saat beroperasi pada daya nominalnya, reaktor modular ini memiliki margin temperatur pendidihan sebesar 2K lebih baik dibanding reaktor konvensional. Selain itu, keunggulan marjin keselamatan reaktor modular daya-kecil ini juga ditunjukkan dari naiknya laju alir mengikuti kenaikan dayanya yang berarti memiliki sifat keselamatan yang melekat (inherent safety).

Kata kunci: reaktor modular daya-kecil, PWR, sirkulasi alam, RELAP5, termohidrolika

ABSTRACT

INVESTIGATION ON CORE THERMAL HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF SMALL MODULAR REACTOR WITH NATURAL CIRCULATION COOLING USING RELAP5. Small modular reactor (SMR ) is very prospective to be deployed in Indonesia. Its low output power, compact design and capability to be constructed modularly provide better deployment flexibility compared to a large conventional reactor. There are various designs of SMRs, one of them implements natural circulation for its primary cooling system or in other words the reactor uses no primary pumps. Besides, the dimension of fuel element is shorter than the one used by large reactor. These two aspects may produce different heat transfer behavior, which could lead to a safety implication.  For that reason, this research investigates thermal hydraulic characteristics of the core of SMR with naturally circulating coolant, especially on the fuel and coolant temperatures and mass flow rate. The purpose is to identify the thermal safety margin difference of the reactor compared with conventional PWR.  The investigation was performed using RELAP5 in which the core was partially represented by means of generic models of the program and continued with steady state calculations. The result shows that during nominal power operation, the reactor has better of 2K  degree for boiling temperature margin than the large conventional PWR. In addition, the excellence of SMR safety margin was shown by the increase of primary coolant flow rate following the increase of power, which means that the reactor has a distinctive inherent safety.

Keywords: small modular reaktor, PWR, natural circulation, RELAP5, thermal-hydraulic