Kuliah-07 in-core Fuel Management

7/25/2019 Kuliah-07 in-core Fuel Management

1/36

Physics Study Program

Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Institut Teknologi Bandung

FI-3242

Manajemen Bahan BakarNuklir

Kuliah-07

In-core fuel management

PHYSI S


2/36

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung

PHYSI S

Pengantar : Teras Reaktor


3/36


PHYSI S

Advanced BWR Fuel Designs

full length

part length

1/3 part

length

full length

2/3 part

length

AREVA ATRIUM-10 Westinghouse SVEA-96 (ABB)


4/36


PHYSI S

AREVA ATRIUM-10

Bottom Assembly (0% void) Top Assembly (40% void)


5/36


PHYSI S

Pengantar

Istilah fuel management !ukan definisi "ang unik# iamemiliki arti "ang !er!eda untuk orang "ang

!er!eda# namun demikian !e!era$a aktivitas

!erikut secara definitif meru$akan !agiann"a%

&% 'u$lai material dan servis "ang di$erlukan $ada

se(umlah langkah dalam siklus BB) *contoh:

uranium# conversion# enrichment# fa!rication#

trans$ort# dis$osal# storage+

,% Pengem!angan# revie-# dan evaluasi "ang

!erhu!ungan dengan kontrak su$lai dan servismaterial

.% 'tudi tentang !ia"a !ahan !akar


6/36


PHYSI S

Pengantar%%%

/% 'tudi ttg% $ers"aratan dan desain !ahan !akar"g di$erlukan dalam siklus BB)

0% Pertim!angan o$erasional "g dihu!ungkandengan $erformansi BB) dlm teras

1% 'e(arah da"a dalam teras *se(arah o$erasi BBdlm teras+

2% Pola $engisian !ahan !akar dlm teras *corerefueling $attern+

3% Aktivitas refueling4% Pen"im$anan dan $em!uangan BB) sisa


7/36


PHYSI S

Pengantar%%%

Aktivitas ,#.# dan 4 meru$akankelom$ok out of core fuel

management

'isan"a meru$akan !agian dari in5core fuel management%


8/36


PHYSI S

Tu(uan

Tu(uan utama $engelolaan BB *fuel management+adalah untuk meminimumkan !ia"a BB "ang

$ada gilirann"a adalah meminimumkan !ia"a

$roduksi listrik tan$a mengganggu kendala

o$erasi dan $ertim!angan keselamatan

Ada dua kendala "ang harus dihada$i:

&% 6endala o$erasional *o$erational constraints+

,% 6endala keamanan *safet" constraints+


9/36


PHYSI S

6endala o$erasional

Refueling harus di(ad-alkan untuk$eriode "g se$an(ang mungkin

Reaktivitas BB harus cuku$ untuk

memenuhi target !urnu$ Teras harus memiliki kontrol reaktivitas

"g cuku$

Pengurangan fluks netron ce$at $ada$ressure vessel *untuk PWR+


10/36


PHYSI S

6endala 6eselamatan

6endala keselamatan din"atakan dalamnilai5nilai $arameter tertentu "angtidak !oleh dilanggar:

Peak5to5average $o-er ratio 'uhu maksimum dalam teras Deviation from nucleate !oiling ratio

*D)BR+ Reaktivitas teras 6oefisien reaktivitas dari tem$eratur


11/36


PHYSI S

Burnu$# Availa!ilit"# and 7a$acit" factors

Burnu$ *B8+ dari !ahan !akar selama $eriode -aktu T

"ang din"atakan dengan 9WD9T8 di!erikan oleh:

7a$acit" factor *7F+ didefinisikan se!agai:

[ ]

MTU

daysTxCFxtMWP

MTU

MWDBU

)()(0=

TP

dttP

CF

T

0

0

)(=

Po = Daya reaktor

MTU = massa uranium dalam teras, dalam ton

Pt! = daya termal "ada #aktu t, selama "eriode T


12/36


PHYSI S

Burnu$; Dalam definisi di atas# T !iasan"a diam!il & tahun%

'e!elum tahun 3


13/36


PHYSI S

Burnu$# Availa!ilit"# and 7a$acit" factors;

>ks$erimen menun(ukkan !ah-a final !urnu$ secara

esensial se!anding dengan $enga"aan a-al dari BB


14/36


PHYSI S

Availa!ilit" factors *AF+

Availa!ilit" factor *AF+ didefinisikan se!agai:

?elas AF @ 7F% 6arena refueling !erlangsung $aling sedikit / minggu#

nilai AF maksimum untuk annual fuel c"cle adalah AF/3

mg0, mg


15/36


PHYSI S

>ffective Full Po-er Da"s *>FPD+

)()(0

daysCFxTdttCFEFPD

T

==

$ffecti%e Full Po#er Days $FPD! didefinisikan se&agai'

(alau"un $FPD memeiliki dimensi #aktu, ia terkait

langsung dengan energi yg dihasilkan dalam #aktu T)

$nergi = $FPD * Po M(D!

Dalam kasus ideal dengan +F --., $FPD dalam

setahun adalah /01) 2enyataannya +P &erkisar 3-.

sehingga $FPD dalam setahun adalah 4/--


16/36


PHYSI S

Reaktivitas teras reaktor

Reaktivitas didefinisikan se!agai:

Total reaktivitas teras adalah:

( )

k

k 1=

Tfpfueltotal =

Dimana'

fuel= reakti%itas material fisi dalam teras 5!

f" = reakti%itas "roduk fisi dalam teras 6!

T= reakti%itas 6! karena "engaruh tem"eratur Do""ler!


17/36


PHYSI S

Reaktivitas teras reaktor ; 'etelah reator mulai !ero$erasi dengan fresh fuel kom$onen

reaktivitas negatif karena FP dan efek tem$eratur akan menca$aikesetim!angan# karena FP akan memca$ai nilai saturasi dalam

!e!era$a hari dan efek suhu akan muncul $enuh $ada da"a &


18/36


PHYSI S

Reaktivitas teras reaktor ; 8ntuk mengo$erasikan reaktor selama $eride tertentu# dise!ut

fuel c"cle# se(umlah nilai reaktivitas $ositif di$erlukan untukmenaikkan da"a%

'ekali da"a "g diinginkan telah dica$ai# reaktor harus kritis

reaktivitas total < 8ntuk menda$atkan


19/36


PHYSI S

Persamaan Burnu$Peru!ahan kom$osisi !ahan !akar din"atakan dengan

$ersamaan !erikut:

Dimana:

ni densitas nuklida ke5i

fluks neutron dalam reaktor *cm,%s+

i teta$an $eluruhan nuklida ke5i

i5( teta$an $eluruhan nuklida ke5I men(adi (

a#i $enam$ang lintang reaksi a!sor$si dari nuklida ke5I

si sum!er nuklida ke5i

ij

j

ijj

j

ijiiiaii snnnr

dt

dn+++++= )( ,


20/36




'kenario Pengisian 8lang BahanBakar Reaktor *Refueling+


21/36


PHYSI S

9ulti5!atch 7ore Coading

Teras reaktor terdiri dari fuel assem!liesdengan tingkat $enga"aan a-al "ang !er!eda%

'aat refueling han"a se!agian dari !ahan !akar

"ang dikeluarkan dan diganti dengan !ahan

!akar !aru *fresh unirradiated fuel+

!atch adalah (umlah FA *minimal satu+ "ang

masuk atau keluar teras secara !ersama5sama

dalam satu gru$% 'uatu !atch terdiri dari!ahan !akan dengan ti$e dan tingkat $enga"aan

"ang sama%


22/36


PHYSI S

ne5 and T-o5Batch 7ore

=

)(

)(1)(

1

)1(

111

tBU

tBUt

Untuk teras &atch, reakti%itas se&agai fungsi #aktu adalah

se&agai &erikut'

Nncore,batch-Nin thebatcheachor

t!at timen,c"cleduringcore,batch-Naninbatchofburnup)()(

=tBU nN

Tduratione#ualofc"cles-Nforcorehe t

inbeenhasbatchafter thecore,batch-Naninbatchaofburnupfinal)( =TBUN

c"cleoflengththeT=


23/36


PHYSI S

Peru!ahan reaktivitas ne5Batch 7ore


24/36


PHYSI S

T-o5Batch 7ore ;

2

)(

)(1

)(

)(1

)(1

)2(2

1

)1(2

12

+

=

tBU

tBU

tBU

tBU

t

8ntuk T-o5!atch core

Pada saat $engisian ulang !ahan !akar #

Di$eroleh !urnu$ akhir : Dari $ers% reaktivitas untuk ,5!atch core di$eroleh

reaktivit" s-ing *set t< $ada B7+ :

( ) 02

=T

2

)(

)(1

)(

)2/(1

01

2

1

2

1

+

= TBU

TBU

TBU

TBU

( ) ( ) ( )TBUTBU 12 3$=

( ) ( ) 12 320 =


25/36


PHYSI S

N-Batch Core

Tin(au )5!atch core "ang diisi oleh )5!atches "ang

sama dengan masing, !urnu$ akhir#

'etelah n5c"cle# !urnu$ dari suatu !atch dalam )5!atch

core adalah:

( ) ( )TBUN

NTBUN 1

1

2

+=

( )TBUN

( ) ( ) ( ) NnNTnBUTBU Nn

N ,1,/ ==


26/36


PHYSI S

N-Batch core Reaktivitas total dari teras reaktor:

Di$eroleh !urnu$ akhir :

)ilai BUN(T) vs N :

( )

( )

N

TBU

tBU

T

n

N

N

=)(

)(1

1

1

( ) ( )TBUN

NTBUN 1

12+=


27/36


PHYSI S

Three Batch 7ore

8ntuk three !atch core


28/36


PHYSI S

Four5Batch 7ore

Peru!ahan !urnu$ untuk /5!atch core


29/36


PHYSI S

Jumlah Batch PWR an BWR

8ntuk PWR saat ini menggunakan .5!atch core

8ntuk BWR saat ini menggunakan /5!atch core


30/36




Fuel Coading Patterns


31/36


PHYSI S

&% ut5In Coading

ut5In refueling scheme


32/36


PHYSI S

,% 'catter Coading

'catter *checker!oard+ refueling scheme


33/36


PHYSI S

, .% Co-5Ceakage 7ore Coading

Fast FluE distri!ution


34/36


PHYSI S

,%.% Co-5Ceakage 7ore Coading ;

Co-5leakage core refueling scheme


35/36


PHYSI S

/% as Tur!ine59odular Gelium Reactor *T5

9GR+ Fuel Coading A cross5section of the T59GR annular core


36/36


PHYSI S

Referensi

R% % 7ochran and )% Tsoulfanidis# The

)uclear Fuel 7"cle: Anal"sis and

9anagement# A)'# &444

W% 9arshall# )uclear Po-er Technolog"

Hol% , Fuel 7"cle# 7larendon Press

Eford# &43.

P%D% Wilson# The )uclear Fuel 7"cle:

From re to Waste# Eford# ,

Kuliah-07 in-core Fuel Management

Documents

Transcript of Kuliah-07 in-core Fuel Management