Simulator Interaktif Reaktor Nuklear Modular (SMR)

Simulator Interaktif Reaktor Modular Kecil (SMR): Keselamatan Pasif

Dibangunkan oleh: Ir. MD Nursyazwi dan Teacher Greanna (Edisi STEM Lanjutan SMR)

Aplikasi visualisasi profesional ini membolehkan anda mengawal dinamik teras reaktor SMR berasaskan PWR (Air Bertekanan). Eksperimen dengan Rod Kawalan Atas dan Aliran Penyejuk Primer untuk memahami dan mengawal Kuasa Termal serta ciri keselamatan teras terpenting: Maklum Balas Suhu Negatif (NTC), yang menjamin 'Walk-Away Safety'.

1. Panduan Penggunaan Kawalan & Prinsip Fizik Teras SMR

Teras SMR ini beroperasi dengan air bertekanan tinggi pada suhu sekitar 315°C (bukan mendidih). Konsep utama untuk kestabilan adalah Maklum Balas Suhu Negatif (NTC).

1. Kawalan Rod (Atas): Laraskan peratusan penarikan Rod Kawalan (Penyerap Neutron) dari ATAS teras. Rod mengawal keupayaan jangka pendek dan pengagihan fluks. Rod SMR moden menggunakan mekanisme graviti untuk jatuhan kecemasan (SCRAM).
2. Kawalan Aliran Primer: Laraskan kadar Aliran Air melalui pam utama. Aliran tinggi meningkatkan kadar penyingkiran haba dari teras. Ini mengurangkan suhu bahan api, yang kemudian secara tidak langsung menaikkan reaktiviti dan membenarkan Kuasa stabil pada tahap yang lebih tinggi.
3. Maklum Balas Suhu: Perhatikan bagaimana Kuasa Termal meningkat, menyebabkan kenaikan suhu teras. Peningkatan suhu ini secara automatik mengurangkan reaktiviti melalui Efek Doppler, lalu menstabilkan reaktor. Ini adalah sifat intrinsik 'Walk-Away Safety'.

Amaran Operasi: Kawalan Rod dan Aliran adalah sensitif. Walaupun SMR direka untuk stabil secara intrinsik, perubahan input yang pantas akan menunjukkan tindak balas fizikal reaktor secara masa nyata.

2. Panel Kawalan Teras Reaktor SMR & Input Eksperimen

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

Aliran Penyejuk Primer (Primary Coolant Flow) (0% - 100%): 50% Aliran Tinggi = Penyejukan Lebih Baik = Suhu Teras Rendah = Kuasa Stabil Lebih Tinggi.

3. Visualisasi Dinamik Teras Reaktor SMR & Aliran Penyejuk

Animasi ini memperincikan pergerakan Rod Kawalan dan Aliran Penyejuk Primer. Perhatikan bagaimana Suhu Teras (diwakili oleh warna air) meningkat dengan kuasa, mencetuskan mekanisme maklum balas keselamatan SMR yang unik.

Sedia. Sila klik "Mula Simulasi" untuk memulakan eksperimen kawalan.

4. Data Telemetri Reaktor & Analisis Reaktiviti Masa Nyata

Pantau data Kuasa Termal, Suhu Teras, dan komponen reaktiviti yang berbeza (Rod dan Suhu) untuk memahami imbangan kuasa dalam reaktor SMR.

Menunggu arahan kawalan pertama...

5. Carta Status Kritikal: Perbandingan Kuasa Termal (MWt)

Carta bar ini menunjukkan Kuasa Termal (MWt) dan Fluks Neutron yang dijana di dalam teras berbanding Had Operasi Maksimum SMR (300 MWt). Ini membantu dalam menilai margin keselamatan operasi.

Graf status kritikal akan dipaparkan selepas simulasi berjaya dijalankan.

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

SMR berasaskan PWR menggunakan air ringan bertekanan sebagai penyejuk dan moderator. Ciri keselamatan fizikal paling penting ialah Maklum Balas Suhu Negatif (NTC). SMR direka untuk mempunyai koefisien NTC yang lebih kuat berbanding reaktor kuasa besar, menjamin kestabilan intrinsik.

Mekanisme NTC: Apabila Kuasa Termal meningkat, suhu bahan api dan penyejuk juga meningkat. Peningkatan suhu ini secara automatik mengurangkan reaktiviti, yang kemudiannya menurunkan kuasa kembali ke titik yang stabil.

1. Efek Doppler (Paling Dominan): Kenaikan suhu bahan api meningkatkan serapan neutron cepat oleh Uranium-238 (U-238). Serapan ini 'mencuri' neutron yang sepatutnya menyebabkan pembelahan, lalu serta-merta mengurangkan Reaktiviti ($\rho$). Ini adalah tindak balas fizikal paling pantas.
2. Kepadatan Penyejuk: Kenaikan suhu menyebabkan air penyejuk mengembang dan menjadi kurang padat. Moderator yang kurang padat bermakna moderasi neutron kurang cekap. Kesannya adalah pengurangan Reaktiviti yang lebih perlahan, seterusnya membantu menstabilkan Kuasa.

NTC adalah asas kepada Keselamatan Intrinsik SMR, membolehkan reaktor menstabilkan dirinya tanpa campur tangan operator, sistem elektrik, atau pam aktif — ini adalah definisi 'Walk-Away Safety'.

Perbandingan Ciri-Ciri Kejuruteraan Utama SMR

Ciri Kejuruteraan SMR	Penerangan dan Fungsi Rekabentuk Unik
Modulariti & Skala Kecil	SMR dibina di kilang dan diangkut. Kuasa kecil (di bawah 300 MWt) membolehkan zon perancangan kecemasan yang lebih kecil (Emergency Planning Zones), mengurangkan risiko awam.
Reka Bentuk Terintegrasi	Kebanyakan SMR moden menggabungkan reaktor, penukar haba, dan pam penyejuk utama dalam satu Kapal Reaktor Bertekanan (RPV). Ini menghapuskan paip besar yang berpotensi pecah (Large Break LOCA), meningkatkan keselamatan secara pasif.
Rod Kawalan (Top-Entry)	Rod dimasukkan dari atas RPV, menggunakan graviti sebagai mekanisme fail-safe. Apabila kuasa magnet dihilangkan (SCRAM), rod jatuh dengan pantas, mematikan tindak balas.

6.5. Dinamik Nuklear & Kawalan Tenaga: Peranan Suhu Teras

Dalam SMR jenis PWR, reaktiviti dikawal oleh imbangan antara kawalan luaran (Rod dan Aliran) dan maklum balas intrinsik (Suhu Bahan Api/Penyejuk). Kawalan SMR adalah sangat Responsif Suhu.

A. Reaktiviti Suhu ($\rho_{temp}$): Dominan dalam Kestabilan

Perubahan Kuasa yang disebabkan oleh perubahan suhu ($\Delta T$) ditentukan oleh koefisien suhu bahan api yang sangat negatif (Efek Doppler). Ini adalah mekanisme kawalan sendiri teras:

Reaktiviti Suhu adalah berkadar terus dengan Perubahan Suhu dan Koefisien Suhu Negatif.
(dengan Perubahan Suhu = Suhu Teras Semasa - Suhu Rujukan Operasi)

Apabila Suhu Teras ($T_{Core}$) Tinggi, ia menghasilkan reaktiviti negatif yang kuat (Kuasa turun) — secara semula jadi mencegah pemanasan berlebihan.

B. Kawalan Tenaga melalui Aliran Penyejuk

Operator mengawal Kuasa Termal stabil melalui Aliran Penyejuk. Perubahan bersih dalam Kuasa Termal bergantung pada perbezaan antara Kuasa Nuklear Dijana dan Haba Dikeluarkan oleh Penyejuk Primer:

Kadar Perubahan Kuasa $\propto$ Reaktiviti Bersih $\times$ Kuasa Semasa.
Haba Keluar adalah berkadar terus dengan Kadar Aliran $\times$ Perbezaan Suhu Penyejuk.

Tindakan Kawalan: Aliran yang lebih tinggi meningkatkan kecekapan penyingkiran haba. Ini menyebabkan suhu teras jatuh, memberikan reaktiviti positif (mengikut persamaan NTC), dan membenarkan Kuasa meningkat ke tahap yang stabil yang lebih tinggi untuk operasi yang efisien.

6.7. Inovasi Rekabentuk SMR Moden: Konveksi & Bahan Api Tahan Kemalangan

Reka bentuk SMR moden (seperti rekabentuk NuScale) mengutamakan reka bentuk terintegrasi sepenuhnya (reactor, heat exchanger, dan pump dalam satu kapal) untuk keselamatan maksimum dan kecekapan terma.

A. Konveksi Semula Jadi (Natural Convection)

Dengan meletakkan penukar haba di atas teras, SMR memanfaatkan konveksi semula jadi. Dalam keadaan kecemasan, air terus beredar kerana perbezaan suhu dan ketumpatan (air panas naik), memastikan penyingkiran haba pereputan (decay heat) tanpa memerlukan pam besar atau kuasa luaran. Ini adalah ciri keselamatan pasif yang paling penting.

B. Bahan Api Tahan Kemalangan (Accident Tolerant Fuel - ATF)

Inisiatif terkini melibatkan penggunaan ATF. Bahan api ini (dengan salutan silikon karbida atau reka bentuk oksida uranium yang dipertingkatkan) kurang reaktif terhadap stim dan suhu tinggi. Penggunaan ATF meningkatkan margin keselamatan secara drastik, menjadikan peristiwa lebur teras (core meltdown) sebagai senario yang hampir mustahil dalam SMR Generasi Baru.

7. Perbandingan Sistem Keselamatan Nuklear Pasif SMR (Mustahak)

SMR terutamanya menekankan Keselamatan Pasif — sistem yang tidak memerlukan tindakan operator, logik elektrik, atau kuasa luaran untuk berfungsi. Ini adalah kunci kepada lesen dan penerimaan awam SMR.

Perbezaan Utama Sistem Keselamatan Pasif SMR vs. Reaktor Konvensional

Sistem Keselamatan SMR	Tujuan dan Mekanisme Pasif
SCRAM (Graviti)	Prosedur penutupan kecemasan. Rod Kawalan (Top-Entry) dijatuhkan ke dalam teras melalui graviti semata-mata apabila kuasa ke magnet pegangan terputus. Tindak balas fizikal, bukan elektrik.
Sistem Penyejukan Teras Pasif (PCS)	Menggunakan tangki air graviti atau penukar haba kolam untuk mengeluarkan haba pereputan secara konvektif, memastikan teras sejuk dalam keadaan kehilangan kuasa penuh (Station Blackout).
Containment Padat & Di Bawah Tanah	Struktur kurungan yang lebih kecil dan padat. Banyak SMR diletakkan sebahagian atau sepenuhnya di bawah tanah, memberikan perlindungan fizikal tambahan dan ketahanan semula jadi.
Autonomi Modul	Setiap SMR adalah unit tersendiri. Kegagalan satu modul tidak menjejaskan operasi modul bersebelahan dalam loji multi-modul. Ini meningkatkan keandalan grid keseluruhan.

8. Rujukan Akademik & Sumber Tambahan Berkaitan SMR

• Ingersoll, D. (2018). Small Modular Reactors: Current Status and Future Trends. Syarikat Tenaga Atom.
• World Nuclear Association. Small Modular Reactors (SMRs).
• DOE Office of Nuclear Energy. What are Small Modular Reactors?

9. Sumber Pendidikan STEM, Nuklear & Latihan Lanjutan (Rotator)

Gunakan rotator di bawah untuk meneroka pelbagai pautan pendidikan, STEM dan sumber Kejuruteraan Nuklear yang dipilih khas. Bingkai video/dokumen ini adalah responsif mudah alih dan akan berhenti berputar secara automatik apabila anda menatal keluar dari seksyen ini.

Memuatkan Pautan Sumber Pendidikan Nuklear...

⚠ Isu Sekuriti Laman (IFrame Blocked): Jika bingkai kekal kosong, ini bermakna laman web tersebut telah menyekat pemaparan. Sila gunakan pautan langsung di bawah.

Pautan Langsung: KLIK SINI UNTUK MELAWAT LAMAN WEB