Simulator Interaktif Reaktor Nuklear Air Bertekanan (PWR)

Pressurized-Water Nuclear Reactor (PWR) Simulator

Dibangunkan oleh: Ir. MD Nursyazwi dan Teacher Greanna

Aplikasi visualisasi profesional ini membolehkan anda mengawal teras reaktor nuklear PWR dua litar. Eksperimen dengan Rod Kawalan, Kepekatan Boron, dan amati kesan Maklum Balas Suhu terhadap Kuasa Termal dan Tekanan Primer.

1. Panduan Menggunakan Simulator Kawalan PWR

Teras PWR beroperasi secara stabil menggunakan tekanan tinggi untuk mengelakkan pendidihan air dalam litar primer. Kawalan dikekalkan melalui dua mekanisme:

1. Kawalan Rod: Laraskan peratusan penarikan Rod Kawalan (Neutron Absorber) untuk membuat perubahan kuasa Jangka Pendek (saat-ke-minit).
2. Kawalan Boron: Laraskan Kepekatan Boron (ppm) dalam pendingin untuk kawalan Jangka Panjang (hari-ke-bulan). Boron tinggi = kuasa rendah.
3. Maklum Balas Suhu: Pantau bagaimana kenaikan suhu dalam litar primer (disebabkan oleh kuasa tinggi) mewujudkan Maklum Balas Suhu Negatif semulajadi yang menstabilkan reaktor.

Amaran: Simulasikan perubahan Rod Kawalan secara perlahan untuk mengelakkan peningkatan kuasa yang tidak terkawal (Power Excursion).

2. Kawalan Teras Reaktor (Input Parameter)

Rod Kawalan Ditarik (0% - 100%): 50% % Penarikan Rod (Top-Entry): Rendah = Kuasa Rendah. Tinggi = Kuasa Tinggi.

Kepekatan Boron (0 ppm - 2000 ppm): 1000 ppm Boron Tinggi = Penyerapan Neutron Tinggi = Kuasa Rendah (Kawalan Jangka Panjang).

3. Visualisasi Operasi Teras Reaktor PWR (Dua Litar)

Animasi ini memperincikan pergerakan Rod Kawalan, Aliran Litar Primer (Panas), dan penjanaan Stim Sekunder di dalam Steam Generator. Warna dan tekanan menunjukkan tahap kuasa reaktor.

Sedia. Laraskan kawalan di atas untuk menggerakkan reaktor.

4. Data Telemetri Reaktor & Analisis Kuasa

Status: Menunggu arahan kawalan pertama...

5. Carta Status Kritikal: Fluks Neutron dan Kuasa Termal

Carta bar ini menunjukkan hubungan langsung antara Kuasa Termal (MWt) yang dijana dan Fluks Neutron (kadar pembelahan) di dalam teras, berbanding dengan had operasi reaktor.

Graf status kritikal akan dipaparkan selepas simulasi berjaya dijalankan.

6. Prinsip Fizik Teras: Maklum Balas Suhu Negatif (NTC)

Reaktor Air Bertekanan (PWR) menggunakan air ringan sebagai bendalir pendingin dan moderator neutron. Dengan tekanan tinggi (sekitar 150 bar), air di litar primer dicegah daripada mendidih, membolehkan operasi pada suhu tinggi tanpa stim.

Maklum Balas Suhu Negatif (NTC): Ciri keselamatan intrinsik PWR. Apabila kuasa termal meningkat, suhu pendingin primer (moderator) turut meningkat. Air yang lebih panas menjadi kurang tumpat. Air yang kurang tumpat kurang cekap dalam melambatkan neutron (moderator), menyebabkan neutron kurang tersedia untuk pembelahan. Ini secara automatik mengurangkan reaktiviti (ρ) dan menurunkan kuasa, menstabilkan teras tanpa campur tangan operator. NTC adalah kunci kepada kestabilan termal.

Komponen/Ciri	Penerangan dan Fungsi dalam Kawalan PWR
Litar Primer	Litar tertutup yang membawa air bertekanan tinggi dari reaktor ke Steam Generator. Ia adalah radioaktif, tetapi terkandung sepenuhnya.
Steam Generator	Penukar Haba Kritikal di mana air panas dari litar primer memanaskan air di Litar Sekunder, menghasilkan stim bersih yang akan memacu turbin. Ini mewujudkan batas keselamatan.
Pressurizer	Mengawal tekanan di Litar Primer. Tekanan yang tepat mencegah pendidihan air primer yang boleh menyebabkan kehilangan pendinginan yang serius (LOCA). Ia menggunakan pemanas dan semburan air.
Kawalan Boron (Chemical Shim)	Asid borik (Boron-10) dilarutkan dalam pendingin primer untuk kawalan reaktiviti jangka panjang. Boron adalah "racun larut" yang mengimbangi kelebihan bahan api.

7. Dinamik Reaktor: Peranan Neutron Tertunda dan Reaktiviti

Simulator ini berdasarkan model ringkas bagi Kinetik Reaktor Titik. Walau bagaimanapun, keupayaan kita mengawal reaktor adalah bergantung kepada konsep Neutron Tertunda (Delayed Neutrons).

A. Peranan Neutron Tertunda (Delayed Neutrons)

Hanya kira-kira 0.65% daripada semua neutron yang dihasilkan dalam pembelahan adalah neutron tertunda. Neutron ini dikeluarkan beberapa saat selepas kejadian pembelahan. Walaupun peratusannya kecil, ia adalah PENTING kerana ia melambatkan tindak balas rantai. Tanpa neutron tertunda, reaktor hanya akan dikawal oleh neutron segera (prompt neutrons), di mana masanya adalah dalam mikrosaat, menjadikannya mustahil untuk dikawal oleh manusia atau sistem kawalan mekanikal.

Operasi PWR yang Selamat: Reaktor PWR sentiasa dikendalikan dalam kawasan sub-kritis segera (prompt sub-critical), di mana ia hanya menjadi kritis (stabil) melalui sumbangan perlahan daripada neutron tertunda. Inilah yang membolehkan Rod Kawalan mempunyai masa untuk bertindak balas.

B. Unit Reaktiviti (ρ atau pcm)

Reaktiviti (ρ) diukur dalam unit per cent mille (pcm), di mana 1ρ = 1000 pcm. Unit ini mewakili perubahan pecahan dalam Faktor Pendaraban Neutron (k_eff).

Persamaan Reaktiviti Total:
ρ_total = ρ_rod + ρ_boron + ρ_temp

* ρ Positif: Kuasa meningkat secara eksponen (Power Excursion). * ρ Negatif: Kuasa menurun (Decay). * ρ = 0: Keadaan Kritikal (Kuasa Stabil).

C. Persamaan Kinetik Reaktor (Perubahan Kuasa)

Kadar perubahan Kuasa Termal (P) adalah berkadar terus dengan Reaktiviti Total (ρ_total) dan Kuasa semasa. Kuasa baharu (P_baru) bagi setiap langkah simulasi adalah seperti berikut:

Kalkulasi Kuasa Baru:
P_baru = P_semasa + (ρ_total × Faktor Skala) × P_semasa

Ini menuntut kawalan Rod dan Boron yang sangat perlahan dan tepat, kerana reaktor akan memecut secara eksponen walaupun dengan reaktiviti yang sangat kecil (ρ positif).

8. Had Kritikal: DNB, LOCA dan Keseimbangan Termal-Hidraulik

Fizik reaktor bukan sahaja mengenai neutron, tetapi juga mengenai keupayaan untuk membuang haba (thermal-hydraulics). Reaktor PWR mempunyai dua had operasi kritikal:

A. Departure from Nucleate Boiling (DNB)

DNB merujuk kepada titik di mana pemindahan haba daripada permukaan rod bahan api kepada air pendingin terganggu. Pendidihan (boiling) secara terkawal adalah normal, tetapi jika kadar penjanaan haba terlalu tinggi atau aliran air terlalu rendah, gelembung wap akan bergabung dan membentuk lapisan wap stabil (vapor blanket) di permukaan rod.

Kesan DNB: Lapisan wap ini bertindak sebagai penebat haba yang buruk, menyebabkan suhu permukaan rod bahan api meningkat secara mendadak. Jika suhu ini mencapai titik lebur, kegagalan bahan api akan berlaku. Inilah sebabnya tekanan Pressurizer mesti sentiasa tinggi (155 Bar) untuk menaikkan titik didih air dan mengelakkan DNB.

B. Loss of Coolant Accident (LOCA)

LOCA adalah senario kemalangan kritikal di mana litar primer pecah (seperti yang disimulasikan secara tidak langsung oleh tekanan yang sangat rendah dalam simulator ini). Tekanan litar primer jatuh secara drastik, menyebabkan air pendingin sedia ada berkilat menjadi stim (flash to steam), dan pendinginan teras hilang.

Mitigasi: Dalam PWR sebenar, Sistem Pendingin Teras Kecemasan (ECCS) akan menyuntik air (diboronate) yang bertekanan tinggi terus ke dalam teras untuk membanjiri rod bahan api dan membuang haba pereputan yang tinggal.

9. Sistem Keselamatan Wajib PWR (SCRAM & ECCS)

Keselamatan reaktor adalah keutamaan tertinggi. Litar sekunder memastikan Litar Primer kekal tertutup, mengandungi bahan radioaktif.

Sistem Keselamatan	Tujuan dan Mekanisme
SCRAM (Safety Control Rod Axe Man)	Prosedur penutupan kecemasan. Rod Kawalan dimasukkan sepenuhnya ke dalam teras dari atas dalam masa kurang dari 5 saat, menghentikan tindak balas berantai dengan segera.
Emergency Core Cooling System (ECCS)	Sistem pam untuk menyuntik air sejuk (sering kali diboronate) terus ke dalam teras jika berlaku kehilangan pendingin (LOCA) atau tekanan jatuh terlalu rendah.
Litar Tertutup Primer	Pemisahan fizikal antara Litar Primer (radioaktif) dan Litar Sekunder (non-radioaktif) melalui Steam Generator, memastikan wap yang memacu turbin adalah bersih.

10. Rujukan Akademik & Sumber Bacaan Tambahan

• Lamarsh, J. R., & Baratta, A. J. (2018). Introduction to Nuclear Engineering (4th ed.). Pearson.
• Todreas, N. E., & Kazimi, M. S. (2012). Nuclear Systems Volume I: Thermal Hydraulic Fundamentals. CRC Press.
• International Atomic Energy Agency (IAEA)

11. Pautan Sumber STEM & Pendidikan (Rotator IFrame Responsif)

IFrame di bawah memutar pautan pendidikan secara automatik (10 saat/pautan) hanya apabila seksyen ini kelihatan. Sila gunakan butang di bawah untuk mengawal putaran secara manual.

Memuatkan Pautan Pertama...

⚠ Isu Sekuriti Laman: Jika kandungan IFrame kekal kosong, ini bermakna laman web tersebut telah menyekat pemaparan dalam bingkai pihak ketiga (X-Frame-Options: SAMEORIGIN). Sila gunakan pautan langsung di bawah.

Pautan Langsung: Klik Di Sini