Proseding Pertemuan dan Presentasi IlmiahPPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 37Buku I

ANALISIS KESELAMA T AN TERASPEMASUKAN TARGET lRADIASI

DENGAN ADANY A

Amil Mardha, Lily Suparlina, Endiah PH, Tukiran S.Penelili Bidang Fisika Reaktor PRSG- Balan.

ABSTRAKANALISIS KESELAMATAN TERAS DENGAN ADANYA PEMASUKAN TARGET lRADIASI. Tujuandilakukannya analisis ini adalah untuk menjamin keselamatan teras reaktor akibat pemasukan targetiradiasi saat reaktor beroperasi sehingga iradiasi dapat dilakukan dengan aman. Pemasukan target iradiasikE dalam teras pada kondisi reaktor beroperasi 5 MW (reduced power) diperkirakan akan menyebQbkanperubahan reaktivitas teras secara tiba-tiba. Untuk mengendalikannya diperlukan pergerakan batangkendali yang ceFalo Dalam perhitungan. pemasukan target iradiasi diasumsikan dengan istilah stepreactivity insertion. penyisipan reaktivitas secara bertahap. Harga penyisipan reaktivitas yang dipilihadalah 0,1 % L1k/k dan 0.25 % LIkIk. Perhitungan dilakukan dengan mempergunakan program EUREKA-2RR. Program ini digunakan untuk memperoleh nilai batas keselamatan pengoperasian reaktor danmenganalisis kecelakaan teras karena penyisipan reaktivitas dan transien laju alir pendingin. Hasilperhitungan menunjukan bahwa nilai batas keselamatan terhadap ketidakrtabilan (S) masing-masingsebesar 6.1 (0,1 % L1k/k). 21 (0.25 % L1kIk) sedangkan nilai minimum DNBR masing-masing adalahsebesar 5.0 (0.1 % L1k/k), 2.0 (0.25 % LIk/k). Harga ini masih jauh dari harga disain batas keselamatanRSG-GAS yaitu S = 2.67 dan DNBR = 1.25. Saat penyisipan reaktivitas. daya reaktor naik. batang kendalibergerak turun selama 84 detik (0.1 % L1kIk) dan 220 detik (0,25 % L1k1k) untuk mencapai daya stcibil5MW. Berarti batang kendali tersebut mempunyai kecepatan sebesar 0.001190 % perdetik dan 0,001136 %perdetik. sedangkan menurut SAR, kecepatan linear reaktivitas batang kendali pengatur RSG-GAS yaitu0,001300 % perdetik. Hal ini menunjukan bahwa batang kendali masih dapat bergerak cepat mengontroltransien reaktivitas yang terjadi di teras reaktor.

ABSTRACTSAFETY ANALYSIS REACTOR CORE DUE TO IRRADIATION TARGET INSERTION The aim ofsafety analysis is to make sure that reactor operation safety of the RSG-GAS core is :safe due to insertion ofirradiation target at the certain power. Insertion of irradiation target in the core at power of 5 MW (reducedpower) is concerned that there is core reactivity change suddenly. Therefore it is needed control rodmovement faster for controlling. This simulation, insertion of irradiation target is assumed with step

reactivity inSertion. The reactivity insertion that choose 0, I % L1kIk and 0,25 % L1kIk The simulation usingEUREKA-2RR code is done for achieving reactor operation safety margin and able to analyze the coreaccident due to insertion of irradiation target and also transient of coolant flow rate. The result of

simulation shows that safety margin values toward stability for 0,1 % LJklk and 0,25 % L1kIk are 6;1 and 21,

respectively, and minimum values of DNBRfor 0,1 % LIkIk and 0,25 % L1kIk are 5,0 and 2,0 respectively.These values are far from design safety margin of the RSG-GAS, namely S=2.67 andDNBR=I.25. As

reactivity insertion, the reactor power increase, control rod is going downforO,1 % LJklk and 0,25 % LJk/k atpower level of 5 MW is 84 second and 220 second respectively. This means the control rod rates are0.001190 % persecond and 0.001 136 % persecond, meanwhile according SAR, the linear of regulating rodrates about 0.001300 % persecond These results show that the control rod is able to move faster to control

reactivity transient to be stable in the core.

yang ditempatkan pacta posisi fasilitas iradiasi. Pactawaktu pemasukan dan pengeluaran suatti targetiradiasi pacta teras RSG-GAS, kemungkinan S\lattikecelakaan dapat terjadi yaitti seperti terlepasnyatarget iradiasi di teras. Peristiv.:a tersebut menyebab-kan perubahan reaktivitas teras secara tiba-tiba,sehingga kondisi transien reaktor dapat terjadi.Selama keadaan ini beberapa aspek yang dapat

PENDAHULUAN

S alah satu penggunaan Reaktor Serba Guna G.A.Siwabessy (RSG-GAS) adalah untuk mem-

produksi radioisotop. Untuk pelaksanaan produksitersebut, diperlukan target iradiasi, yaitu FPM(Fission Product Molybdenum). Target FPM di-letakan di dalam teras dengan menggunakan stringer

Proseding Pertemuan dan Presentasi IlmiahPPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999138 Buku I

Berdasarkan model perhitungan daD input data yangdisusun, paket EUREKA-2RR dapat menganalisisteras pada kondisi tunak daD transien karenakecelakaan reaktivitas, adanya blokade sub kanalelemen bakar maupun transien oleh penurunan lajualir pendinginan.

Program ini, dalam proses perhitunganuntuk mengevalusi transien yang disebabkan olehsisipan reaktivitas, hanya diwakilkan oleh beberapadaerah teras reaktor sebagai analisis modelnya.Dimana tiap daerah akan berbeda daya, kecepatanaliran masa pendingin daD parameter hidrolika.EUREKA-2RR dapat digunakan untuk geolrietribahan bakar tipe plat yang model konduksipanasnya didasarkaIi pada persamaan konduksipanas gayut waktu, I-D.

timbul berkaitan dengan keselamatan sepertiterbangkitnya sejumlah pan~ pada target iradiasibaik yang berasal daTi panas fisi maupun pem-belahan. Begitu pula pada elemen bakar akan terjadiakumulasi energi panas yang mungkin tidaksebanding dengan pembuangannya, sehingga dapatmembahayakan integritas elemen bakar maupuntarget. Oleh karena itu untuk mendapatkan jaminanterhadap keselamatan teras reaktor, perlu dilakukananalisis keselamatan selama reaktor transien.

Dengan majunya alat hitung daD tersedianyaberbagai paket program komputer, maka untukmenganalisis keselamatan reaktor biasanya dilaku-kan simulasi dengan teknik komputasi. Pada pene-.litian ini, paket program EUREKA-2RR digunakanuntuk menganalisis keselamatan teras karenapemasukan target iradiasi ke teras pada kondisitransient. Pemasukan target iradiasi dilakukan padakondisi reaktor beroperasi pada daya turun 5 MW(reduced power) daTi 25 MW. Batasan nilaireaktivitas saat pemasukan/penarikan target padakondisi reaktor beroperasi (transien) yaitu lebihkecil daTi 0,3 % Ak/k(I,4). Harga batas tersebutdiambil agar reaktor dapat tetap beroperasi denganaman selama iradiasi. Untuk itu dalam perhitungannilai reaktivitas yang dipilih adalah 0,1 % Ak/k daD0,25 % Ak/k.

Perhitungan menggunakan data pada terassilisida, konfigurasi teras penuh (TWC) dengandaya 25 MW termal. Dari hasil perhitungandiperoleh nilai-nilai parameter yang digunakansebagai batasan keselamatan reaktor adalah nilaibarns minimum titik didih DNBR daD harga bataskeselamatan terhadap ketidakstabilan (8). Penelitianini selain bertujuan untuk menganalisis nilai bataskeselamatan reaktor juga memperoleh berapa besarkenaikan daya maksimal yang terjadi daD berapalama batang kendali dapat mengkompensasiperubahan reaktivitas.

v

pendingin litamarCllUIII~111 U\"1114

Gambar 1. Diskripsi bagian model teras.

MODEL ANALISIS TERAS RSG-GASDISKRIPSI SINGKAT EUREKA-2RR

Dalam pemodelan perhitungan, diskripsimodel teras seperti pada Gambar I, dipergunakanuntuk menentukan titik kanaVnomor-nomor segmenaksial seperti yang disajikan pada Gambar 2. Modelperhitungan ditujukan untuk lingkup teras reaktorsaja. Pada bagian atas daD bawah teras ditandaisebagai Plenum atas daD bawah. Daerah teras dibagimenjadi lima kanal (channel), yaitu kanal-l (satusub-kanal plat yang diukur suhunya), kanal-2,kanal-3 daD kanal-4 merupakan bagian elemenbakar sedangkan kanal-S adalah kumpulan elemenkendali. Setiap kelompok kanal didistribusikan oleh10 segmen aksial daD terdiri atas node, heat slab daD

Eureka-2RR adalah suatu paket programyang dikembangkan di JAERI Jepang, digunakanuntuk menganalisis transien kecelakaan karenapenyisipan reaktivitas (step insertion reactivity)maupun transien laju alir pendinginan air ringanteras bertekanan rendah. Dalam perhitungandilakukan pemodelan reaktor yang terbagi menjadi3 (Gambar-1) yaitu:

1. Daerah teras (core) ; elemen iradiasi, posisiiradiasi (CIP,IP dll) tidak dianalisis.

2. Plenum atas (bagian atas)

3. Plenum bawah (bagian bawah)

ISSN 0216 -3128Amil Mardha, dkk.

Proseding Pertemuan dan Presentasi ItmiahPPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999 Buku I 139

junction. Heat slab adalah material sumber panasdalam panjang aktif elemen bakar (600 mm). Pelak-sanaan perhitungan dengan Eureka-2RR dilakukansetelah dimasukan data input netroniklkinetikseperti nilai faktor puncak radial (F J, waktugenerasi netron, delay netron clan faktor puncakaxial (FJ.(2)

SI

I (S6) Mode ::!ing;n Icon,'wi a1am-I VUJ ~.~~ ""';~.."... .u..,~. ; Kana) No.1 Klnal No] Kanal No.S

I Kanll No2 KanalNo4

...!-'omornode

20 '9

Nomor junclion

)1

31

(56) Mode pcndingin konveksi paksas,

Gambar 2. Analisis model perhitungan teras.

HASI.L DAN PEMBAHASAN

Keadaan reaktor akan menjadi transien denganmemasukan sam pel iradiasi atau target iradiasi keteras. Perubahan yang terjadi pada reaktor karenapenyisipan reaktivitas sebesar 0,1 % Ak/k dan 0,25% ~k/k yaitu dapat meningkatkan daya reaktorsebesar 2,3 MW dan 18 MW dari kondisi reaktorberoperasi daya 5 MW (reduced power). 8ehinggadaya maksimum yang tercapai yaitu 7,3 MW dan 23MW, seperti ditunjukan pada Gambar 3 dan Gambar7. Pada gambar tersebut ditunjukan pula pergerakanbatang kendali untuk mengkompensasikan lajuperubahan reaktivitas yang terjadi. Untuk meng-antisipasi peloncatan daya secara tiba':tiba, makakemampuan batang kendali sangat berperan untukmengkompensasinya. Dari Gambar 3 dan 7 dapatdilihat waktu yang diperlukan. batang kendali untukmenyetabilkan daya ke posisi 5 MW yaitu selama84 detik untuk penyisipan reaktivitas 0,1 % Ak/ksedangkan untuk 0,25 % Ak/k diperlukan waktuselama 220 detik. Jadi kecepatan batang kendali~dalah 0,001136 % perdetik dan 0,001190 %perdetik. Harga ini masih berada dibawah kecepatanlinear reaktivitas batang kendali pengatur yaitu0,001300 % perdetik(3,4), artinya hila terjadi transienreaktivitas dengan masuknya target sebesar 0,25 %Ak/k, kecepatan gerak batang kendali dapat

mengantisipasinya.

Parameter pembatas keselamatan yangdiamati di dalam analisis ini adalah nilai batasterhadap ketidakstabilan (8) dan nilai minimumDNBR. Nilai batas terhadap ketidakstabilan (8)yang diperoleh 22 dan 6,1, ini masih di bawah 8yang diijinkan untuk operasi pada daya lebih TWCyang ditunjukan di dalam 8AR-RSG yaitu tidakboleh lebih kecil dari 2,67(4). Untuk nilai batasminimum DNBR yaitu 5,0 (0,1 % Ak/k) dan' 2,0(0,25 % Ak/k). Harga ini masih jauh dari hargadisain batas keselama"tan RSG-GA8 yaitu 1,25.(4)

Dengan kenaikan daya yang terjadimenyebabkan terdapatnya clemen bakar terpanasyang berada di teras (kanal panas, hot channel).Dengan kanal panas yang diperoleh sebesar 52DCdan 67 DC dan fluks panas yang dibangkitkan

5 2 5 2sebesar 3,8 x 10 kcal/h.m dan 15 x 10 kcal/h.m,menyebakan suhu kelongsong clemen bakar sebesar

77 DC dan 130 DC.

Hasil perhitungan pemasukan reaktivitasdengan adanya target iradiasi (penyisipan reak-tivitas) dengan program EUREKA-2RR disajikanpada Tabel 1, sedangkan basil selengkapnya disaji-kan pada Gambar 3 sampai Gambar 10.

Batasan nilai reaktivitas saat pemasukan/penarikan target pada kondisi reaktor beroperasi(transien) yaitu lebih kecil dari 0,3 % L\k/k(1.4).Untuk itu dalam perhitungan nilai reaktivitas sisipanyang dipilih adalah 0,1 % L\k/k clan 0,25 % L\k/k.Harga batas tersebut diambil agar reaktor dapattetap beroperasi dengan aman selama iradiasi.

~

Tabell. Hasil perhitungan EUREKA-2RR penyisipan reaktivitas.

Fluks Panas2

(kcal/h.m )MinSSuhu Maks Ke-

longsong E.B ~C)Min

DNBRDaya Maks

(MW)Reaktivitas(% Ak/k)

3,8 x 10'

15:x: 105

22

6,1

77

130

5,0

2,07,323

01,

0,25

Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miahPPNY-BAT.AN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999140 Buku I

g"'"0;.~

jf..

.0

~~1-i~

Gambar 3. Kurva daya transien dan batang kendali karena penyisipan reaktivitas 0,1 % AKlK

30100

2580

20

(] 60~~e..Co

~ 40

15 ~~s

10

205

0 J , ! 0

0 2b 40 60 eo 100 'IZq 140

W8kt\A (dd}

Gambar 4. Kurva suhu elemen bakar karena penyisipan reaktivitas 0,1 % L1K/K.

ISSN 0216 -3128Amil Mardha, dkk.

.e

~

~z

Proseding Pertemuan dan Presentasi IlmiahPPNY-BATAN, Yogyakarta 14- 15 Ju/i 1999 Buku I

1.0"".. I ..."... I .-"1-D.SO I f',skIivit4. silipa.l1 I

Laju perubahan daya0.5

==c

C.1S~~~~

I]:l:

~B:E-§~

0.00.00

-0.5-0.25

ReakUyitu.sipan alch bat~ ketx\ali

~O.50"-"-'" "" ,., !..,.1.."-1.0

0 20 40 '0 80 100 120 140

Waktu (dctik)

Gambar 5. Kurva perubahan reaktivitas selama penyisipan reaktivitas 0,1 % L1K/K.

1:~D

'!

Gambar 8. Kurva suhu elemen bakar karena penyisipan reaktivitas 0,25 % AKlK.

ISSN 0216 -3128Ami} Mardha, dkk.

ProsedingPertemuan dan Presentasi IlmiahPPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I 143

1.0 8.0

G.O0.6

4.0m>-

l.G .g

j11.0 .!

[-2.0 :§

'i4.0

Eons',s.-.~

~..~ ---

-0.6

-G.O

-].0

::~~~~::~!:::.:::: ~ ba1aft8 k:eMall

...,-.,..-"..-,... ,...1 /.'...'.'.8,0

0 50 100 150 100 150 300 350' 406

Waktu (decik)

Gambar 9. Kurva perubahan reaktivitas selamapenyisipan reaktivitas 0,25 % L1KIK.

....-~gs

~

Gambar 10. Kurva transien DNBR, S, Flub Panas selama penyisipan reaktivitas 0,25% AKlK.

Amil Mardha, dkk.ISSN 0216 -3128

0.2

.0.1

Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miahPPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999144 Buku I

KESIMPULANTANYAJAWABDari basil clan pembabasan di atas, maka

dapat disimpulkan bahwa :

I. Untuk keselamatan reaktor daTi jatuhnya targetiradiasi pada saat dilakukan pemasukan daDpengeluaran maka daya reaktor harus diturunkanhingga mencapai 5 MW.

Y. Sardjono

-Oari SSAR RSG-GAS, berapa margin reaktivitas(%) pada saat terjadi kecelakaan reaktivitas(pemasukan reaktivitas tiba-tiba) (A TWS).

~ Kelanjutan point diatas, bahwa kasus perhitungan

saudara kira-kira seberapa jauh (%) dari hasil.point di atas.

2. Dari basil perhitungan menunjukan bahwa bilatarget iradiasi sebesar 0, I % ilk/k dan 0,25%Llk/k jatuh ke dalam teras, batang kendali dapat

mengimbangi/mengantisipasi dengan kemampu-an kecepatan perubahan posisi batang kendalisebesar 0,001136 % perdetik dan 0,001190 %perdetik, nilai ini masih berada di bawah ke-cepatan linear reaktivitas batan~ kendali peng-atur yaitu 0,001300 % perdetik.(3

DAFT AR PUST AKA

.SRI KUNCORO, AS NA TIO L, KUN SO,GA TOT P, "Optinlasi Pemuatan Target IsotopIr-192 daD FPM Diteras RSG-GAS Dari SegiNetronik", Prosiding Seminar Teknologi daDKeselamatan PL TN Serta Fasilitas Nuklir,Serpong, 9-10 Februari 1993, PRSG-PPTKR,BAT AN.

Endiah PH

-Margin/batasan nilai reaktivitas saat pemasuk-an/penarikan target pada kondisi reaktorberoperasi transien adalah 0,3 % Llk/k. Marginini telah mencakup kondisi pemasukan reaktivitassecara tiba-tiba.

-Kami mengambil2 (dua) kasus yaitu:

.Kasus dengan pemasukan satu target iradiasiFPM (Fission Product Molybdenum) denganreaktivitas target sebesar 0,1 % Aklk.

.Kasus dengan asumsi seluruh target iradiasiterjatuh sebesar 0,25 % L1k/k, tetaPi masih dibawah batas maksimum pemasukan target. .

2. M. KAMINAGA, "EUREKA-2RR : A ComputerCode for the Reactivity Accident Analyses inResearch Reactor, Jaeri Memo 08-208.

A.R. Antariksawan .

-Dari hasil perhitungan saudara, apakah dapatdiprediksi apabila reaktor dioperasikan padadaya>5MW?

-Apakah kenaikan daya, temperatur dan para-.meter lain sebanding dengan besarnya daya ?

3. AS NA TIO L, KURNIA P, " Optimasi Pemuatan99Target Isotop Mo , FPM RSG-GAS", Hasil-

Hasil Penelitian 1994-1995, ISSN 0854-5278,PRSG-BATAN, Oktober 1995.

4. Batan, Safety Analisis Report MPR-30, Rev 7Multipurpose Research Reactor, September1987M.

Endiah PH

-Pada pemasukan target iradiasi !anpa men "shutdown" reaktor, dapat aman dilakukan pada daya5 MW (hasil perhitungan neutronik). Kami telahmensimulasi dengan daya yang lebih tinggi danhasilnya kenaikan daya serta parameter lainnyasebanding dengan besarnya daya.

-Puncak daya dan batas keselamdtan akibatjatuhnya target bergantung pada daya awal danbesarnya reaktivitas yang dimasukan.

Amil Mardha, dkk. ISSN 0216- 3128