Muhammad Farid Khandaq, mahasiswa Teknik Nuklir Angkatan 2014 saat itu yang sekarang menjadi alumni, dibimbing oleh Dr. Andang Widi Harto dan Dr. Alexander Agung berhasil melakukan desain konseptual reaktor luar angkasa Indonesia. Penelitian tersebut didiseminasikan dalam Jurnal Internasional bereputasi Progress in Nuclear Energy pada tahun 2020, dengan judul artikel Conceptual Core Design Study for Indonesian Space Reactor (ISR).
Pengembangan ilmu angkasa adalah hal yang penting dilakukan demi masa depan umat manusia. Badan antariksa Amerika Serikat, NASA, berencana mengirimkan kembali 5-10 astronot ke luar angkasa dalam beberapa tahun ke depan. Tidak hanya bermanfaat dalam kaitannya dengan perkembangan ilmu pengetahuan, penjelajahan luar angkasa juga menarik untuk dilakukan untuk mencari pertambangan mineral yang diperlukan di bumi.
Reaktor luar angkasa atau space reactor mempunyai karakteristik yang unik, yaitu mempunyai densitas daya yang besar, harga terjangkau dan kemampuan adaptasi di lingkungan ekstrim. Reaktor ini bermanfaat sebagai sumber energi di luar angkasa ketika tidak ada sumber energi lain yang bisa digunakan. Penting untuk diperhatikan bahwa penggunaan material radioaktif di luar angkasa ini tetap menjadi pertimbangan pengawasan PBB.
Artikel tersebut mendeskripsikan desain ISR dalam cakupan fase desain konseptual. Dalam penelitian tersebut, untuk menanggulagi isu perjanjian non-proliferasi nuklir untuk persyaratan reaktor luar angkasa, reaktor ini didesain dengan menggunakan highly enriched uranium (HEU) atau uranium berpengayaan tinggi, namun dengan tingkat pengayaan yang lebih rendah dari desain yang sudah ada. Bahan bakar uranium nitrat (UN) dengan nitrogen alam digunakan sebagai bahan bakar untuk mengurangi biaya pembuatan reaktor. Kemudian, ISR ini didesain dengan geometri dalam bentuk silinder berlubang atau anulus, dan aliran pendingin di dalam kanal anulus dari setiap pin bahan bakar. Desain pin bahan bakar seperti ini memungkinkan laju aliran pendingin untuk bervariasi di tiap pin bahan bakar, sehingga distribusi suhu reaktor dalam arah radial bisa terdistribusi secara merata.
Gambar 1 menunjukkan skema sederhana dari proses instalasi reaktor. Sebanyak 61 pin bahan bakar disusun menjadi blok heksagonal setebal 0.1 cm. Bagian yang kosong diantara susunan pin bahan bakar dan blok teras reaktor diisi dengan material Mo-30Re. Insulasi berlapis setebal 0.25 cm ditempatkan di luar permukaan dari blok teras reaktor untuk mengurangi transfer panas dari teras reaktor ke reflektor radial. Temperatur yang tinggi pada reflektor radial tentu harus dihindari karena akan mengganggu performa drum pengendali reaktivitas reaktor.
Gambar 1. Susunan perangkat bakar dari ISR
Gambar 2 mengilustrasikan detail geometri dari tampang lintang ISR. Massa total bahan bakar dalam ISR diestimasikan sejumlah 155.65 kg. Ditambah dengan blok teras, reflektor, drum pengontrol reaktivitas dan material lain, total massa reaktor ISR diestimasikan seberat 447.12 kg.
Desain yang sudah dibuat dalam Gambar 1 dan Gambar 2 diuji melalui perhitungan dan simulasi reaktor menggunakan beberapa perangkat lunak standar analisis reaktor. Dalam eksperimen tersebut, variasi pengayaan uranium dilakukan serta rasio dimensi reaktor juga diuji. Selain itu, pengaruh ketebalan reflektor dan desain drum pengontrol juga dipelajari. Setelah itu, varias tersebut akan diuji berdasar aspek analisis neutronik dalam reaktor serta beberapa scenario kecelakaan juga disimulasikan.
Gambar 2. Tampang lintang dari ISR
Hasil dari analisis desain tersebut didapat bahwa pada kondisi dingin, ISR mempunyai reaktivitas berlebih sebesar 4023 pcm. Dalam kondisi operasi ISR mempunya reaktivitas berlebih dan margin shutdown sebesar 3276 pcm dan -5584 pcm. Penggunaan rhenium dan campuran material Mo-30Re bermanfaat ketika terjadi kecelakaan yang menyebabkan reaktor terendam dalam air. Nilai reaktivitas ketika reaktor dimatikan dan terendam dalam air adalah -2589 pcm ketika menggunakan material tersebut dan 1175 pcm ketika tidak menggunakannya.
Nilai koefisien reaktivitas suhu dan void pada ISR keduanya negatif. Artinya, pada reaktor mempunyai fitur keselamatan melekat dan tidak rentan pada kecelakaan reaktivitas. Dari simulasi operasi reaktor selama 10 tahun, ISR masih memiliki reaktivitas berlebih pada tahun 10. Hal ini berarti reaktor ini akan bertahan lebih dari 10 tahun tanpa perlu pengisian bahan bakar nuklir.
Dalam simulasi kecelakaan seperti terendamnya reaktor dalam air dingin (air tawar atau air laut), ISR memiliki performa yang bagus untuk mempertahankan kondisi aman dan selamat. Dari analisis yang sudah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan bahwa desain konseptual reaktor ISR ini sudah memenuhi persyaratan desain yang ditentukan.
Untuk pertanyaan atau penjajakan kolaborasi penelitian, bisa berkorepondensi lansung dengan:
Dr. Ir. Alexander Agung, S.T., M.Sc.
Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada
Email: aagung@ugm.ac.id
Referensi
-
Farid Khandaq, Andang Widi Harto, Alexander Agung, “Conceptual core Design Study for Indonesian Space Reactor (ISR)”, Progress in Nuclear Energy, vol. 118, no. 103109, pp. 1-10, 2020. DOI: 10.1016/j.pnucene.2019.103109.
