DESAIN TERAS AL TERNATIF RSG-GAS U/Ce. - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File...

7
Pros/ding Scm;}1{/rllllsJ! l)encluioJ1 PJTRU 1,'//11)/ ~O()./ DESAIN TERAS AL TERNATIF RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISIDA 4,8 G U/Ce. Lily Suparlina dan Tagor Malem Sembiring Pusat Pengembangan Tcknologi Rcaktor Riset-Batan ABSTRAK DESAIN 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 telah dilakukannya penelitian mengenai penggunaan bahan bakar silisida 4,8 glec, maka perlu dilanjutkan studi mengenai kemungkinan penggunaan bahan bakar silisida dengan teras yang lebih sederhana. Pada penelitian ini, dilakukan perhitungan desain teras alternatif RSG-GAS berbahan bakar silisida dengan kerapatan 4,8 g Ulec. Teras terdiri dari 20 buah bahan bakar, 8 buah elemen kendali dan 8 buah posisi iradiasi yang terletak di teras aktif bagian luar. Teras aktif dikelilingi elemen berilium reflektor. Fraksi bakar dibentuk melalui 4 teras transisi silisida 4.8 g U/cc dengan menggunakan paket program Batan-2DIFF. Fraksi bakar buang maksimum yang dicapai adalah 70,4 % dan reaktivitas lebih yang dihasilkan sebesar 11.29 cukup untuk dioperasikan dengan panjang siklus 46,66 hari pada daya nominal 30 MW atau setara dengan 1400 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 operation experience with the the usage of silicide 2.96 g Ulce in the RSG-GAS core and previolls study of highest density silicide core, a further study on the possibility of 4,8 g Ulcc density silicide application for simple cores should be continued. In this research, the alternative core design of siliseide 4.8 g Ulcc RSG-GAS calculation has been carried out. The core contains 20 fuels, 8 control elements and 8 irradiation positions outside the core. It is surrounded by berrylium reflector elements. Burnup fraction was formed through 4 silicide 4,8 g U/cc transition cores using 2 dimension code Batan-2DIFF. The achieved maximum charged burnup is 70,4 % and the excess reactivity of 11,29 is enough to be operated for 46,6 days at nominal full power of 30 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

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