MSR adalah desain reaktor nuklir yang menggunakan moderator grafit dan bahan bakar sekaligus pendingin berupa senyawa garam dalam bentuk cair. Berbeda dengan reaktor nuklir konvensional yang menggunakan bahan bakar padat. MSR sebenarnya konsep lama, diajukan oleh Oak Ridge National Laboratory pada tahun 1960-an. Namun, risetnya terhenti karena politik Perang Dingin Amerika Serikat pada tahun 1976, dan baru mencuat lagi pada awal abad 21.



MSR umumnya menggunakan garam fluorida sebagai pelarut, walau versi lain dengan spektrum netron cepat ada yang menggunakan garam klorida. Bahan bakar dalam bentuk senyawa garam, seperti UF4 dan ThF4, dicampur dalam garam pelarut, misalnya LiF dan BeF2. Karena menggunakan garam cair, MSR beroperasi pada suhu tinggi, antara 700-1100 C. Efeknya, MSR memiliki efisiensi termal tinggi, antara 44-56%. MSR sendiri fleksibel bahan bakar, bisa menggunakan uranium, thorium maupun plutonium. Yang menarik, MSR memiliki kemampuan pembiakan/breeding. Artinya, bahan bakar dapat diproduksi sendiri dalam reaktor dengan jumlah lebih banyak daripada yang dikonsumsinya.

Saat ini, ada beberapa perusahaan yang mendesain MSR, seperti Flibe Energy, Martingale Inc., Terrestrial Energy, Transatomic Power, Moltex Energy dan Seaborg Technologies. Selain itu, Cina dan Uni Eropa pun serius dalam mengembangkan MSR. Cina melakukan riset TMSR yang dilakukan di SINAP, sementara negara-negara seperti Prancis, Swiss, Belanda, Jerman, Swedia, dan Inggris terlibat dalam proyek SAMOFAR.

Dari sekian banyak pihak yang terlibat dalam pengembangan MSR, baru Martingale Inc. dan Terrestrial Energy yang sudah benar-benar serius dalam melisensi desainnya. Martingale Inc. merencanakan untuk membangun MSR mereka, ThorCon, di Indonesia pada awal dekade 2020. Sementara, Terrestrial Energy mengajukan lisensi di Amerika Serikat, untuk bisa mulai beroperasi juga pada awal 2020-an.

Pssttt... Indonesia juga punya desain MSR sendiri. Tapi jangan terlalu berharap bahwa pemerintah akan peduli.

VHTR adalah reaktor GenIV yang menggunakan moderator grafit dan pendingin gas, umumnya gas helium. Seperti MSR, VHTR bukan desain yang benar-benar baru. Komersialisasinya tertunda karena teknologi Light Water Reactorpada generasi II dan III sudah lebih dulu matang di pasaran.

Bahan bakar VHTR menggunakan bentuk tri-isotropic (TRISO). Partikel uranium dalam bentuk UO2 berukuran 0,9 mm dibungkus dalam tiga lapisan karbida, yang berfungsi sebagai moderator netron sekaligus pengungkung produk fisi. Ada dua opsi fabrikasi bahan bakar TRISO dalam VHTR, yaitu dimasukkan entah dalam blok prismatik ataupun bola-bola grafit (pebble bed). Satu pebble bed seukuran bola golf dapat berisi ribuan partikel TRISO. Dalam VHTR yang menggunakan pebble bed, satu unit reaktor membutuhkan hingga ratusan ribu pebble.



Sesuai namanya, VHTR beroperasi dengan suhu tinggi, mencapai 900-1000 C. Efeknya, VHTR mampu meraih efisiensi termal jauh lebih tinggi dari LWR (hingga 50% bahkan lebih) dan bisa digunakan untuk memproduksi hidrogen melalui radiolisis suhu tinggi. VHTR fleksibel dalam menggunakan bahan bakar, dapat menggunakan uranium, plutonium maupun thorium. Hanya saja, struktur bahan bakar VHTR sangat sulit untuk dilakukan reprosesing, sehingga kemungkinan besar VHTR tidak mampu breeding, tetapi sebatas high conversion.

Beberapa prototip VHTR dengan suhu operasi lebih rendah telah beroperasi, misalnya HTR-10 di Tsinghua University, Cina, dan HTTR di Jepang. Tahun 1970-an, Jerman pernah mengoperasikan HTR berbahan bakar thorium selama 10 tahun. Saat ini, Cina sedang membangun 6 unit VHTR komersial untuk tahap awal. Reaktor Daya Eksperimental yang diajukan BATAN untuk dibangun juga menggunakan teknologi VHTR. Diperkirakan, medio 2020-an VHTR sudah bisa dikomersialkan.

Pssttt... (lagi) insinyur Indonesia juga mendesain varian VHTR sendiri. Tapi lagi-lagi jangan harap akan ada perhatian serius dari negara.

SCWR secara struktur mirip dengan reaktor generasi II dan III, yakni LWR dan CANDU. SCWR menggunakan bahan bakar padat (biasanya dalam bentuk oksida) dan pendingin air, baik air berat maupun air ringan. Namun, bejana SCWR memiliki tekanan jauh lebih tinggi dari PWR, yakni 247 atm, dengan suhu operasi mencapai 550 C. Ini di atas titik kritis termodinamik air pada suhu 374 C dan tekanan 217 atm. Artinya, pendingin SCWR berada pada kondisi superkritis.

Apa maksudnya? Pada kondisi superkritis, air memiliki dua fasa, yakni cair dan gas sekaligus. Artinya, air berada dalam kondisi air dan uap air dalam waktu bersamaan serta memiliki sifat keduanya sekaligus. Dampaknya, siklus uap SCWR menggunakan siklus uap langsung. Air superkritis dialirkan langsung ke turbin tanpa harus melalui steam generator dan menghasilkan efisiensi termal lebih tinggi dari LWR dan Pressurised Heavy Water Reactor(PHWR).


Opsi bahan bakar SCWR fleksibel antara uranium dan plutonium, serta bisa digunakan dalam spektrum netron cepat maupun termal. Jepang, Kanada dan Eropa merancang desain SCWR dan kemungkinan prototipnya akan dibangun medio 2020-an.

SFR adalah desain reaktor maju yang paling banyak mendapat dukungan riset di berbagai negara. SFR menggunakan bahan bakar padat (dalam bentuk oksida atau metal) dan pendingin berupa logam natrium cair. Karena didesain untuk beroperasi pada spektrum netron cepat, SFR tidak menggunakan moderator. Konsekuensinya, bahan bakar fisil yang diperlukan agar mampu mencapai kekritisan lebih banyak. Mengingat, tampang lintang fisi di spektrum netron cepat jauh lebih kecil ketimbang di spektrum termal. SFR difokuskan untuk menggunakan bahan bakar uranium dan plutonium, walau ada juga yang mengajukan untuk menggunakan thorium (misalnya India).


Penggunaan natrium cair pada suhu operasi 510 C meniscayakan SFR beroperasi dengan tekanan atmosfer, sehingga tidak butuh bejana bertekanan tinggi seperti LWR. Kombinasi spektrum netron cepat dan siklus uranium meniscayakan SFR memiliki kemampuan pembiakan.

Dua unit SFR, yakni BN-600 dan BN-800, telah beroperasi dengan sukses di Rusia. Sementara satu unit prototip SFR di India hampir selesai dibangun. Cina memesan dua unit SFR pada Rusia. Travelling Wave Reactor(TWR), salah satu varian SFR yang didesain oleh TerraPower, diproyeksikan untuk dibangun prototipnya di Cina pada tahun 2020.

LFR mirip dengan SFR, yaitu sama-sama beroperasi dengan spektrum netron cepat. Bedanya, LFR menggunakan pendingin timbal atau timbal-bismuth cair alih-alih natrium cair. Karena menggunakan timbal, secara teoretis LFR bisa beroperasi dengan suhu lebih tinggi dari SFR, yakni mencapai 800 C. Efeknya, LFR berpotensi untuk digunakan memproduksi hidrogen. Hanya saja, masalah korosi pada suhu tinggi masih menjadi ganjalan. Sementara, suhu operasi konservatif 550 C sudah bisa dicapai.

LFR bisa menggunakan uranium maupun thorium untuk bahan bakar, serta memiliki kemampuan pembiakan. Karena timbal cair tidak mendidih pada suhu tinggi, operasi LFR pun pada tekanan rendah, hampir tekanan atmosfer. Hanya saja, harga timbal lebih mahal daripada natrium.


Riset LFR telah dilakukan di Amerika Serikat, Jepang, Rusia dan Eropa. Rusia sendiri relatif unggul dalam riset LFR, dengan pengalaman lebih dahulu tentang LFR untuk propulsi kapal selam militer. Rencana operasional LFR adalah mulai 2025 untuk LFR dengan suhu operasi lebih rendah dan 2040 untuk LFR suhu tinggi.

Karena sama-sama menggunakan pendingin logam cair, SFR dan LFR dapat dimasukkan dalam kategori lebih umum yaitu Liquid Metal Fast Breeder Reactor (LMFBR).

Terakhir adalah GFR. Prinsip GFR hampir mirip dengan VHTR, menggunakan bahan bakar padat dan pendingin gas. Hanya saja, bahan bakarnya dalam bentuk keramik, sementara moderatornya dihilangkan. Jadi, GFR beroperasi dengan spektrum netron cepat.

Suhu operasi GFR mampu mencapai 850 C, sehingga layak digunakan untuk produksi hidrogen. GFR mampu membiakkan bahan bakar. Karena menggunakan spektrum cepat, GFR lebih optimal menggunakan siklus uranium-plutonium.


Dibandingkan lima desain lainnya, GFR adalah satu-satunya desain reaktor GenIV yang belum pernah dibangun prototipnya. Diperkirakan, prototip GFR baru akan beroperasi lewat dari tahun 2022. Walau begitu, Euratom berencana membangun prototip GFR pada tahun 2018. Prancis, Euratom, Jepang dan Swiss bekerjasama dalam riset GFR.