DESAIN TERAS AL TERNATIF RSG-GAS U/Ce. - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File...
Transcript of DESAIN TERAS AL TERNATIF RSG-GAS U/Ce. - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File...
Pros/ding Scm;}1{/rllllsJ! l)encluioJ1 PJTRU1,'//11)/ ~O()./
DESAIN TERAS AL TERNATIF RSG-GASBERBAHAN BAKAR SILISIDA 4,8 G U/Ce.
Lily Suparlina dan Tagor Malem SembiringPusat Pengembangan Tcknologi Rcaktor Riset-Batan
ABSTRAKDESAIN TERAS AL TERNA TIF RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISIDA 4,8 G U/Ce.
Dengan telah digunakannya bahan bakar silisida 2,96 g/ce di teras RSG-GAS dan telahdilakukannya penelitian mengenai penggunaan bahan bakar silisida 4,8 glec, maka perludilanjutkan studi mengenai kemungkinan penggunaan bahan bakar silisida dengan teras yanglebih sederhana. Pada penelitian ini, dilakukan perhitungan desain teras alternatif RSG-GASberbahan bakar silisida dengan kerapatan 4,8 g Ulec. Teras terdiri dari 20 buah bahan bakar, 8buah elemen kendali dan 8 buah posisi iradiasi yang terletak di teras aktif bagian luar. Terasaktif dikelilingi elemen berilium reflektor. Fraksi bakar dibentuk melalui 4 teras transisi silisida4.8 g U/cc dengan menggunakan paket program Batan-2DIFF. Fraksi bakar buang maksimumyang dicapai adalah 70,4 % dan reaktivitas lebih yang dihasilkan sebesar 11.29 cukup untukdioperasikan dengan panjang siklus 46,66 hari pada daya nominal 30 MW atau setara dengan1400 MWD. Fluks maksimum teI1inggi pada posisi E-4 sebesar 3,14 x 1011 n/cm2,
kata kllllci: sifisida,fraksi bakar, teras
ABSTRACT
ALTERNATIVE DESIGN OF RSG-GAS SILISCIDE 4,8 G U/CC Having operationexperience with the the usage of silicide 2.96 g Ulce in the RSG-GAS core and previolls studyof highest density silicide core, a further study on the possibility of 4,8 g Ulcc density silicideapplication for simple cores should be continued. In this research, the alternative core design ofsiliseide 4.8 g Ulcc RSG-GAS calculation has been carried out. The core contains 20 fuels, 8control elements and 8 irradiation positions outside the core. It is surrounded by berryliumreflector elements. Burnup fraction was formed through 4 silicide 4,8 g U/cc transition coresusing 2 dimension code Batan-2DIFF. The achieved maximum charged burnup is 70,4 % andthe excess reactivity of 11,29 is enough to be operated for 46,6 days at nominal full power of30 MW or 1400 MWd cycle length.
Keywo/'ds : silicide, bll/'ll11pfractioll, core
PENDAHULUAN
Bahan bakar silisida (U3SirAl) merupakan bahan bakar yang banyak digunakan
dalam operasi reaktor riset jenis MTR saat ini. Oensitas uranium maksimum bahan
bakar silisida yang telah dikualifikasikan adalah sebesar 4.8 g U/ee. [1] Keunggulan
bahan bakar jenis ini dibanding dengan bahan bakar oksida (U30s-AI) adalah :
memiliki densitas uranium dalam meat yang relatiftinggi
memiliki kompabilitas dengan aluminium dan pendingin
memiliki konduktivitas yang relatifbaik
memiliki batas blister yang baik (515°C)
238
ISS~ OSS1-SC7S f)CSlIIl1 Teras .-II'"·nldl~rUL)'G
LiI" SlIparllllil
- watak sIre/ling yang stabil selall1a iradiasi
- ll1emiliki ketahanan yang tinggi terhadap gas hasil belah
Saat ini reaktor RSG-GAS menggunakan bahan bakar silisida pengganti oksida
dengan densitas uranium sebesar 2,96 g U/ee. Penelitian sebelumnya [2] menyimpulkan
bahwa penggunaan bahan bakar silisida dengan densitas 4,8 g U/ee dapat diterapkan
pada RSG-GAS dengan konfigurasi teras 40 bahan bakar, 8 elemen kendali ditambah 2
batang kendali pengaman. (BKP) AgInCd, pad a posisi B-3 dan G-IO. Dengan
konfigurasi teras terse but, reaktor dapat dioperasikan dengan panjang siklus 1400
MWd.
Untuk mendapatkan konfigurasi teras yang optimum, maka dilakukan penelitian
lanjutan mengenai pembentukan teras silisida 4,8 g U/ee sebagai teras alernatif dari
teras yang digunakan pada saat ini. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan
konfigurasi teras RSG-GAS berbahan bakar silisida 4,8 g U/ee yang optimum dengan
pengurangan bahan bakar dan peletakan posisi iradiasi di teras aktif bagian luar.
Perhitungan dilakukan dalall1 2 (dua) tahap, pel1ama pcrhitungan seluntuk menggenerasi
tam pang lintang material teras dcngan Il1cnggunakan program WIMSO/4 [4] dan kedua
adalah perhitungan teras dengan metode difusi 2 dimensi Batan-2DIFF [5]. Kajian yang
dilakukan dalam perhitungan teras ini hanya ditinjau dari aspek neutroniknya saja.
Program konversi teras RSG-GAS harus menghasilkan desain teras silisida setimbang
yang optimal. Pad a penelitian ini, penearian teras penuh dilakukan melalui teras transisi
I - 4, dimulai dengan seluruh teras berisi bahan bakar segar dengan panjang siklus operasi
adalah 1400 MWd.
METODE PERHITUNGAN
Batasan Kesclamatan
Sebelum melakukan perhitungan teras RSG-GAS, maka terlebih dahulu perlu
dipilih batasan desain dan batasan keselamatan yang digunakan dalam perhitungan
teras. Batasan desain yang dipilih adalah seluruh konfigurasi teras dan elemen
penyusun teras tidak berubah, baik posisi dan jumlahnya. Batasan keselamatan yang
digunakan adalah:
Batasan reaktivitas lebih pada awal siklus dingin bebas xenon 10 % t.k/k
Marjin rcaktivitas padam minimum (stuck rod condition) adalah 0,5 %t.k/k.
Faktor puneak daya (FPO) radial maksimum adalah 1,4.
239
l>rosldll1g Se1l11110r Ilos1l 1'/!/ll'llIwlIl>JIH,R/(111111/ :00./
Reaktivitas lebih EOC dengan xenon 2 % c'k/k
ISSC; (lS5~-527S
Perl1itllllgWl Set
Sebelum dilakukan perhitungan teras, maka terlebih dahulu disiapkan konstanta
kelompok difusi dengan paket program WIMS-D4 [6]. Paket program ini menyiapkan
konstanta kelompok dalam 4 kelompok tenaga neutron. Konstanta kelompok yang
disiapkan merllpakan fungsi kondisi reaktor (panas. dingin, xenon setimbang dan tanpa
xenon). Hal ini dibuat agar dapat dilakukan perhitungan kesetimbangan reaktivitas teras
RSG-GAS.
Perhitungan Teras
Perhitllngan teras dilakllkan dengan paket program manajemen teras Batan
2DIFF [5]. Metode yang digunakan dalam paket program ini adalah metode difllsi
neutron banyak kelompok dengan geometri dua dimensi.
Dalam perhitllngan. teras RSG-GAS dimodelkan dalam geometri X-Yo Gambar
1-4 menunjllkkan konfigurasi teras yang digunakan dalam perhitllngan teras. Teras
transisi 1 terdiri dari 14 bahan bakar dan 8 elemen kendali , teras transisi 2 terdiri dari
16 bahan bakar dan 8 elemen kendali, teras 3 terdiri dari 18 bahan baker dan 8 elemen
kendali dan Teras 4 terdiri dari 20 bahan baker dan 8 elemen kendali.
Parameter nelltronik yang dihitung adalah :
I-Iarga reaktivitas lebih teras pad a saat awal sikllls (BOC) dingin be bas xenon
Harga reaktivitas lebih teras pad a akhir siklus (EOC) kondisi panas dengan
xenon
Margin padam pada awal sikills sa at BOC
Fraksi bakar bllang maksimllm
PPF radial maksimum
I-Iarga fluks neutron pada posisi iradiasi
240
I~~N OSS·I-S27S
BERYLl.IUM BLOCK REFLECTOR
GambaI' ]. Konfiguras Iteras]
BERYLLIUM BLOCK REFLECTOR
Gambar 3. Konfigurasi teras 3
Keterangan :
/)csa;IIf('WJ .lIle,.,,,,,,r RSGl.ily Suparlil1u
BERYLLIUM BLOCK REFLECTOR
GambaI' 2. Konfigurasi teras 2.
BERYLLIUM BI.OCK REFLECTOR
Gambar 4. Konfigurasi teras 4
W~~ Fuel Element[QJRabbit ~RE. with Be-Plug/ /':
~
Control Element~R.E. with Source
[Q]
Dummy ElementDReflector Element( RE)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan neutronik teras silisida 4,8 g U/ee dengan konfigurasi teras 1 s.d 4
ditunjukkan pad a Tabel 1 . Daya yang digunakan pada perhitungan teras adalah 30 MW
dan dioperasikan selama 46,6 hari atau setara dengan jumlah pembangkitan panas
sebesar 1400 MWd. Nilai fluks neutron yang tinggi disebabkan oleh adanya berilium di
sekitar teras aktif.
241
!>rosll!lng Sel1lIJWI' !!oslll\'l1l'1lff(lJl I>2TRRhilwlIl()(U
Tabel 1. Parameter Neutronik Teras Silisida 4,8 g U/ee
ISSN ()o~~-~l7X
FluksPanjang
pexpexPPF radial
neutronTeras
Siklus'1BOC '2EOC'3{Jpsr'4 (%)maksimum's
termal(MWD)
(%)(%)(n/cm2)
I
1 140012,836.784,361,084,29I
2
140013,416,670,711,233,71
I
3 140011,484,184,041,333,65
4
140011,313,901.921,303,14
Kctcrangan: * I = Dengan operasi penuh 15 MWth; *2 = rcakti\'itas lebih awal siklus tanpa xenon *3 =
rcakti\itas lebih akhir siklus dengan xenon, *4 = marjin reakti\'itas padam kondisi one stuck
tod. *5 PPF rad maksimum
:::::II~ 1110 ,-..I:"" i100/\ \
-.....- •.......
!. ,,011> t--..-- -....---..... _
1400
Gambar 5. Neraea Reaktivitas Teras Silisida 4,8 g Ulee
Pad a teras transisi I, 4 buah posisi iradiasi berada di tengah teras, hal ini untuk
mengimbangi reaktivitas teras yang tinggi akibat insersi 14 bahan bakar dan 8 elemen
kendali segar dalam teras. Pada teras transisi 2 dan 3, dua buah posisi iradiasi dipindah
ke teras luar, diganti dengan bahan bakar. Pada teras 4, posisi iradiasi seluruhnya berada
diteras aktif bagian luar. Pemindahan posisi iradiasi dilakukan untuk memudahkan
penempatan bila akan digunakan untuk pemasukan target. Dari penelitian sebelumnya 2)
yang menyimpulkan bahwa teras silisida dengan BKP dapat beroperasi dengan panjang
siklus 1400 MWd, maka panjang siklus terse but diterapkan pula pad a teras transisi. Dari
Gambar 5 terlihat parameter neutronik yang penting sebagai fungsi panjang siklus,
242
ISSN 085·1-5278[)C5C1J11 Teras .lIh'nl!.1f~II()·Grll.\' ,')'upar/llw
yakni reaktivitas lebih teras awal siklus (kondisi dingin bebas xenon), reaktivitas lebih
teras akhir siklus (kondisi panas dan xenon setimbang), dan fraksi bakar buang
Illaksilllum elemen bakar dan elemen kendali. Reaktivitas lebih teras akhir siklus
dibatasi nilai reaktivitas lebih yang cukup untuk pengaturan daya reaktor untuk
Illengkompensasi pemasukan target iradiasi dan pembangkitan xenon. Reaktivitas lebih
awal siklus sekitar ] ] - ] 2 % yang dihasilkan cukup untuk dioperasikan dengan panjang
siklus ]400 MWd. Nilai fraksi bakar buang maksimum sebesar 70 % akan dicapai
dalam 4 siklus. Dengan demikian teras silisida dapat dibagi dalam 4 kelas fraksi bakar.
KESIMPULAN .
Sila konfigurasi teras silisida 4,8 g U/cc dengan jumlah bahan bakar 20 dan 8
elemen kendali sidah mencapai teras setimbang, maka dapat diusulkan untuk menjadi
bahan pertimbangan penggunaan bahan bakar silisida di teras RSG-GAS. Dalam kajian
sementarra, dari segi neutronik parameter keselamatan yang dihitung dapat dipenuhi.
Reaktivitas lebih yang tersedia cukup untuk dioperasikan dengan panjang siklus ]400 ,\,
MWd. Pemindahan posisi iradiasi ke teras luar dapat memudahkan operator dalam
penanganan pemasukan target.
DAFT AR PUST AKA
I. A. LANGUILLE, J.P. DURAND DAN A. GAY, "New High Density MTR
Fuel The CEA-CERCA-COGEMA Development Program", Transaction of The
2nd Topical Meeting on RRFM Sruges, Selgia 1998.
2. LILY SUPARLlNA, DKK., "Manajemen Teras RSG-GAS Serbahan Sakal'
Silisida 4,5 dan 4,8 g U/cc ", Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol
4. Edisi Khusus 4, Agustus 2003.
3. IMAN KUNTORO DAN T AGOR MALEM SEMBIRING., "Kemampuan
Satang Kendali Serbahan Penyerap S4C Pada Teras Silisida RSG-GAS", Jurna1
Teknologi Reaktor Nuklir Tri dasa Mega, Volume 3, NomoI' 2, Juni 2001.
4. ASKEW, l.R. et 01., A General Description Of The Code WIMS, Journal Sr.
Nucl. Energy Soc. 5 (]966).
5. LlEM P.H., "Development Of An In-Core Fuel Management Code For
Searching The Equilibrium Core In 2-D Reactor Geometry (Batan-EQUIL-2D)",
Atom Indonesia 23, 2 (1997).
243
I'roslclmg Seminal' Ilwilll'L'/lt'l1rhm I'lTRRTahlln ::no../
DISKUSI
1. Penanya: Kusno
Pe11anyaan :
a. Kenapa harga stuck rod mempunyai 0,5%, bagaimana perhitungannya
b. Dengan jumlah bahan baker 8 batang kendali dan 20 bahan baker standard
bagaimana bias ditinjau dari laju alir dikanal pendingin bahan bakar
Jawaban:
a. Nilai stuck rod 0,5 adalah harga batasan keselamatan bahwa reaktivitas dalam
kondisi stuck rod adalah 0.5%
b. Penelitian di atas baru ditinjau dari segi neutronik, untuk menentukan laju
alirnya, penelitian akan dilanjutkan bekerja sama dengan kelompok
termohidroul ik
2. Pcnanya: Endiah PH
Pertanyaan :
a. Mengapa dipilih 20 BB dan 8BK
b. Sampai dimana hasil dipcrhitungan yang telah dilakukan
Jawaban :
a. Dipilih 20 BB dan 8BK untuk mcmpcrmudah pembagian fraksi bakar ke dalam
4 kelas. Bila melebihi jumlah tersebut, tanpa BKP batasan keselamatan antara
lain margin padam tidak terpenuhi
b. Perh itungan yang d i lakukan adalah parameter neutron i dengan teori di fusi 2
dimensi. Selanj utnya akan d ilanj utkan dengan perh itungan parameter neutron
dengan teori difusi 3 dimensi
244