Pengisian bahan bakar online

Skema reaktor CANDU, PHWR. Desain PHWR ini adalah sejumlah bundel bahan bakar dalam banyak tabung kecil dan dipasang horisontal mendatar bertumpuk seperti gelondong, sedangkan pada reaktor lain bundel bahan bakar dipasang tegak vertikal disatukan dalam satu buah kolam reaktor panas dan tekanan tinggi. Desain PHWR ini memudahkan penggantian bahan bakar secara online.
Skema RBMK.
Skema reaktor AGR.

Dalam teknologi tenaga nuklir, pengisian bahan bakar online adalah teknik untuk mengubah bahan bakar reaktor nuklir saat reaktor kritis, mengisi bahan bakar reaktor sambil menghasilkan daya. Hal ini memungkinkan reaktor untuk terus menghasilkan listrik selama pengisian bahan bakar rutin, dan oleh karena itu meningkatkan ketersediaan dan keuntungan pembangkit.[1][2][3]

Sebagian besar reaktor perlu dimatikan untuk pengisian bahan bakar, sampai bejana reaktor dapat dibuka. Dalam hal ini pengisian bahan bakar dilakukan pada interval 12, 18 atau 24 bulan, ketika seperempat hingga sepertiga dari rakitan bahan bakar diganti dengan yang baru. Jenis CANDU, PHWR, IPHWR dan RBMK memiliki tabung tekanan (bukan bejana tekan yang menutupi inti reaktor) dan dapat diisi ulang di bawah beban dengan melepaskan tabung tekanan individu. AGR juga dirancang untuk pengisian bahan bakar on-load. Jika grafit atau air berat digunakan sebagai moderator, adalah mungkin untuk menjalankan reaktor daya di atas uranium alami, bukan uranium yang diperkaya. Uranium alami memiliki komposisi unsur yang sama seperti ketika ditambang (0,7% U-235, lebih dari 99,2% U-238), uranium yang diperkaya memiliki proporsi isotop fisil (U-235) yang ditingkatkan dengan proses yang disebut pengayaan, biasanya menjadi 3,5-5,0%. Dalam hal ini moderator dapat berupa air biasa, dan reaktor semacam itu secara kolektif disebut reaktor air ringan. Karena air ringan menyerap neutron serta memperlambatnya, maka kurang efisien sebagai moderator daripada air berat atau grafit. Beberapa desain reaktor kecil yang baru memerlukan bahan bakar uranium yang diperkaya dengan uji tinggi, diperkaya hingga mendekati 20% U-235.Selama operasi, beberapa U-238 diubah menjadi plutonium, dan Pu-239 akhirnya menyediakan sekitar sepertiga energi dari bahan bakar.

Pengisian bahan bakar online memungkinkan reaktor nuklir untuk terus menghasilkan listrik selama periode pengisian bahan bakar rutin, dan oleh karena itu meningkatkan ketersediaan dan oleh karena itu meningkatkan ekonomi. Selain itu, ini memungkinkan lebih banyak fleksibilitas dalam jadwal pengisian bahan bakar reaktor, pertukaran sejumlah kecil elemen bahan bakar pada suatu waktu daripada program pengisian bahan bakar offline intensitas tinggi.[4][5][6]

Kemampuan untuk mengisi bahan bakar reaktor sambil menghasilkan daya memiliki manfaat terbesar di mana pengisian bahan bakar diperlukan pada frekuensi tinggi, misalnya selama produksi plutonium yang cocok untuk senjata nuklir di mana bahan bakar dengan pembakaran rendah diperlukan dari periode iradiasi pendek dalam reaktor. Sebaliknya, seringnya penataan ulang bahan bakar di dalam teras dapat menyeimbangkan beban termal dan memungkinkan pembakaran bahan bakar yang lebih tinggi, sehingga mengurangi kebutuhan bahan bakar, dan selanjutnya jumlah limbah nuklir tingkat tinggi untuk dibuang.

Meskipun pengisian bahan bakar online umumnya diinginkan, hal itu membutuhkan kompromi desain yang berarti sering kali tidak ekonomis. Ini termasuk kompleksitas tambahan untuk peralatan pengisian bahan bakar, dan persyaratan untuk ini untuk memberi tekanan selama pengisian bahan bakar gas dan reaktor berpendingin air. Peralatan pengisian bahan bakar online untuk reaktor Magnox terbukti kurang dapat diandalkan dibandingkan sistem reaktor, dan secara retrospektif penggunaannya dianggap sebagai kesalahan. Reaktor garam cair dan reaktor pebble-bed juga memerlukan peralatan penanganan dan pemrosesan online untuk menggantikan bahan bakar selama operasi.

Reaktor dengan kemampuan pengisian bahan bakar online hingga saat ini biasanya telah didinginkan dengan natrium cair, didinginkan dengan gas, atau didinginkan oleh air dalam saluran bertekanan. Reaktor berpendingin air yang menggunakan bejana bertekanan, misalnya reaktor PWR dan BWR dan turunan Generasi III mereka, tidak cocok untuk pengisian bahan bakar online karena pendingin diturunkan tekanannya untuk memungkinkan pembongkaran bejana tekan dan oleh karena itu memerlukan penghentian reaktor besar-besaran. Ini biasanya dilakukan setiap 18-24 bulan.

Desain pembangkit listrik tenaga nuklir terkenal di masa lalu dan sekarang yang telah menggabungkan kemampuan untuk mengisi bahan bakar secara online meliputi:

  • Reaktor CANDU : Reaktor bahan bakar uranium alam berpendingin air berat bertekanan dan dimoderasi, desain Kanada. Dioperasikan tahun 1947–sekarang.
  • Reaktor Magnox : Reaktor bahan bakar uranium alami berpendingin CO2, dimoderasi grafit, desain Inggris. Dioperasikan 1954–2015.
  • Reaktor RBMK : Reaktor bahan bakar uranium berpendingin air mendidih, dimoderasi grafit, dan diperkaya desain Rusia. Dioperasikan tahun 1954–sekarang.
  • Reaktor UNGG : reaktor bahan bakar uranium alam berpendingin CO2, dimoderasi grafit, desain Prancis. Dioperasikan 1966 - 1994.
  • BN-350 ; Reaktor BN-600 & BN-800 : Reaktor pembiakan cepat berpendingin natrium desain Rusia. Dioperasikan 1973–sekarang.
  • AGR (Advanced gas-cooled) reaktor: reaktor bahan bakar uranium berpendingin CO2, dimoderasi grafit, diperkaya desain Inggris. Dioperasikan 1976–sekarang.

Ada sejumlah desain reaktor yang direncanakan yang mencakup ketentuan untuk pengisian bahan bakar online, termasuk reaktor Generasi IV pebble-bed dan garam cair.

Referensi

  1. ^ "Nuclear power plant outage optimisation strategy" (PDF). IAEA. Diakses tanggal 4 July 2015. 
  2. ^ "Plutonium". www.world-nuclear.org. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-08-18. Diakses tanggal 2015-07-04. 
  3. ^ "Nuclear Fuel Cycle Overview". www.world-nuclear.org. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2016-01-30. Diakses tanggal 2015-07-04. 
  4. ^ Robert Hawley - former CEO of Nuclear Electric and British Energy (2006). "Nuclear Power in the UK - Past, Present & Future". World Nuclear Association Annual Symosium. Diarsipkan dari versi asli tanggal 14 December 2008. 
  5. ^ Kadak, Andrew (2005). "A future for nuclear energy: pebble bed reactors" (PDF). MIT. Diakses tanggal 4 July 2015. 
  6. ^ "Nuclear Reactors | Nuclear Power Plant | Nuclear Reactor Technology". www.world-nuclear.org. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2016-02-01. Diakses tanggal 2015-07-04.