Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

RANCANC BANCUN KONTEINERSPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI

Antonio G*, Bambang H**, Sugondo*, Haryono SW*

ISSN 0854 - 5561

ABSTRAK

RANCANG BANGUN KONTEINER SPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI. Konteiner

yang didisain terdiri dari dua jenis masing-masing untuk menyimpan spesimen sisa ujipasca iradiasi berupa potongan pelat dan logam uranium dari Mo-target di IPSB3.

Penampang konteiner berukuran 80 x 76 mm, sama dengan ukuran penampang elemen

bakar nuklir RSG-GAS, serta panjang 715 mm, sehingga dapat dimasukan ke basket dari

MTR-fuel shipping cask. Material dari konteiner dipilih dari SS-321 sama dengan material

dari rak konteiner di kolam IPSB3. Disain dari konteiner yang telah dibuat sudah

memperhitungkan kriteria-kriteria utama sesuai LAK KH-I PSB3.

ABSTRACT

THE TECHNICAL REPORT OF CONTAINER DESIGN FOR THE REST OF PIE

SPECIMENS. Two types of container are design to store cutting plates and uranium foil

of Mo-target, the rest of PIE specimens, into ISSF pool. The cross section of containers

are 80 x 76 mm, similar to the cross section of MTR-fuel and the length is 715 mm, and

can be inserted into basket of MTR-fuel shipping cask. SS-321 will be used as container

material, the same to fuel rack material in ISSF pool. The design is made to fulfill the

main criteria of ISSF Safety Analysis Report.

PENDAHULUAN

Instalasi Penyimpan Sementara Bahan

Bakar Bekas (IPSB3) atau Interim Storage for

Spent Fuel (ISSF) sebagai fasilitas penyimpansementara, didalam air, elemen bakar nuklir

bekas dari RSG-GAS sebelum diekspor

ketempat lain. Proses ekspor menggunakan

transportation cask atau shipping cask melalui

transportasi darat. IPSB3 juga dapatdigunakan untuk menyimpan material radioaktif

lainnya dari gedung di sekitarnya.Pemindahan dari material radioaktif ke IPSB3

dilakukan didalam air melalui Kanal Hubung

(KH-IPSB3) yang terhubung ke RSG-GAS,

Fasilitas Radioisotop dan Fasilitas Uji PascaIradiasi atau Intalasi Radiometalurgi (IRM).

Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi

baik berupa bundel maupun potonganpelatelemen bakar nuklir dan logam uranium

(uranium foil) dari Mo-target masih berada

didalam hot cell, yang telah mengakibatkan

rusaknya beberapa peralatan di dalam hot cell.

242

Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi yang

berupa bundel e1emen bakar nuklir, RI-SIE2

(19 pelat) dan RI-E01 (18 pelat) dapat

disimpan di IPSB3, tanpa menggunakan

konteiner karena dikategorikan elemen bakar

nuklir yang tidak cacad. Untuk potongan­potongan pelat dan logam uranium, harus

menggunakan konteiner karena dapat

mengkontaminasi kolam IPSB3. Agar konteiner

tersebut dapat dibuat, maka diperlukan suatu

disain konteiner yang memenuhi kriteria

penyimpanan didalam air, dari bahan bakar

nuklir bekas dengan katagori akti'/itas tinggi.

Untuk itu diperlukan suatu dokumen rancang

bangun yang memenuhi aspek keselamatan

yang berlaku di BATAN.

METODOLOGI

Rancang bangun ini mengacu ke

persyaratan/kriteria yang ada pada dokumen

Laporan Analisis Keselamatan dari IPSB3 dan

untuk data-data dari spesimen sisa uji pasca

ISSN 0854 - 5561

iradiasi dari dokumen MBA, serta perhitungan­

perhitungan kritikalitas, decay heat dan

lainnya, diambil dari makalah dan dokumen

lainnya. Dengan demikian hasil rancangan

yang diperoleh diharapkan sesuai dengan

persyaratan penyimpanan di IPSB3.

Disamping itu, pad a rancangan ini juga

mempertimbangkan langkah strategis ke

depan, dimana pada proses ekspor dari

spesimen sisa uji pasca iradiasi Inl,

diasumsikan menggunakan transportation cask

atau shipping cask untuk elemen bakar reaktor

riset. Sehingga penampang potong dan

panjang konteiner yang didisain sama dengan

elemen bakar RSG-GAS. Dimana panjangnya

sama dengan panjang elemen bakar RSG­

GAS tanpa nozzle.

PEMBAHASAN

Dengan mengacu pada LaporanAnalisis Keselamatan dari IPSB3, maka

didapat beberapa persyaratan/kriteria sebagaiberikut;

Kriteria Penyimpanan

Dari persyaratan penyimpanan bahan

radioaktif di IPSB3[1j telah diperoleh beberapa

informasi yang dapat dijadikan kriteria utama

perancangan konteiner tersebut, yaitu;

o Material radioaktif yang telah diiradiasi di

reaktor, yang akan disimpan di IPSB3,

sudah mengalami pendinginan selama 100

hari dan tidak mengkontaminasi kolamIPSB3

o Mampu menjaga subkritikalitas dari

material radioaktif yang disimpan

o Mampu memindahkan panas sisa dari

material radioaktif yang disimpano Mampu mengungkung zat-zat radioaktifKriteria Tambahan

Disamping kriteria utama maka perlu

juga kriteria lainnya agar lebih strategis dan

ekonomis dalam pelaksanaannya.

o Dapat di re-ekspor dengan menggunakan

shipping cask untuk elemen bakar reaktorriset

243

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

o Dapat ditangani dengan peralatan

(handling tools) yang sudah ada balk' di hot

cell maupun di IPSB3.

Data Spesimen Sisa Uji Pasca Iradiasi Yang

Akan Disimpan [21

Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi

yang masih berada didalam hot cell IRM

berupa bundel elemen bakar nuklir sebanyak

dua bundel (RI-SIE2 dan RI-E01), 17

potongan pelat elemen bakar nuklir dan 23

buah uranium foil yang sebagian besar masih

lengket ke inner atau outer dari Mo-target.Kedua bundel elemen bakar nuklir bukan

termasuk elemen bakar nuklir cacad, sehingga

penyimpanannya di IPSB3 tanpa mengguna­

kan konteiner. Untuk penyimpanan potongan

pelat elemen bakar nuklir dan uranium foil dari

Mo-target di IPSB3 harus menggunakan

konteiner agar tidak mengkontaminasi kolam

IPSB3. Kedua jenis sisa spesimen uji pasca

iradiasi tersebut sudah mengalami pendinginanlebih dari 100 hari, dimana RI-SIE2 waktu

pendinginannya per tanggal 29 Februari 2004,

selama 3823 hari, dan RI-E01 pertanggal 29

Februari selama 3835 hari. Potongan­

potongan pelat elemen bakar nuklir tersebut

berasal dari RI-SIE2, dari dua pel at sebanyak

5 potong, dan RI-E01, dari tiga pelat sebanyak

12 potong (Iihat Lampiran-1).

Logam Uranium Mo-target Sisa Uji

Pasca Iradiasi yang akan disimpan di IPSB3

merupakan hasil pembongkaran target dari

tanggal 11 Juli 1995 sampai dengan 17 Maret

1999, sebanyak 30 buah target. Dilanjutkan

kembali tahun 2005 sebanyak 4 target dengan

kondisi semua foil terlepas dan telah dikirim ke

Fasilitas Radio Isotop. Jumlah Logam Uranium

Mo-target yang akan disimpan sebanyak 23

buah dengan kcndisi sebagian besar masih

tetap lengket pada inner target. Dimensi target

yaitu, berdiameter sekitar 29 mm dan panjang125 mm, serta ukuran foil dari logam

uraniumnya 88 x 75 mm dengan tebal sekitar

0,125 mm. Dari kondisi Mo-target pada Tabel­

2, Lampiran-2, dapat dikatagorikan dalam tiga

kondisi, yaitu foil terlepas dari disimpan di 102,

foil lengket ke inner tube serta foil masih

lengket ke inner dan outer tube. Untuk

/

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

identifikasi (No. Target, Tabel-1) dari Mo-target

yang masih ada di hot cel/1 02, sebagian besarcukup sulit untuk dilihat secara jelas atau

sebagian sudah hilang selama proses

pembongkaran.

Decay Heat [2]

Decay heat 2 pelat dari RI-SIE2,

sebanyak 5 potong per 29 Februari 2004,

sebesar 0,29 watt. Untuk 3 pelat dari RI-E01

sebanyak 12 potong diprediksi dariperbandingan decay heat dari bundel RI-E01,

2,74 watt (18 pelat), sebesar 0,45 watt.

Direncanakan 17 potong pelat tersebut

dimasukan kedalam satu konteiner, sehingga

total decay heat sebesar 0,74 watt. Decay heat

dari uranium foil dengan total uranium 121,383

gram diprediksi dengan perbandingan berat

uranium dari RI-E01, 1090,6 gram dengan

decay heat L,74 watt. Decay heat dari uraniumfoil sebesar 0,30 watt. Direncanakan uranium

foil yang akan disimpan menggunakan 4

konteiner, sehingga prediksi decay heat per

konteiner sebesar 0,075 watt.

Subkritikalitas [4J

Dari perhitungan yang telah dilakukan,

diasumsikan bahwa, elemen bakar nuklir yang

tersimpan dalam tabung pad a rak kolam KH­

IPSB3 adalah elemen bakar nuklir segar. Dari

perhitungan didapat harga faktor perlipatan

efektif Kelt = 0,6367 dan harga yang

dipersyaratkan, Kelt < 0,95. Apabila dalam

perhitungan tersebut diterapkan elemen bakar

nuklir bekas dengan burn-up = 56 %, maka

akan diperoleh harga faktor perlipatan efektifKelt lebih kecil dari 0,6367, karena elemen

bakar nuklir bekas mempunyai fraksi bakar

yang besar.

Transportation Cask

IPSB3 merupakan fasilitas penyimpan

sementara, maka perlu dipertimbangkan

dikemudian hari bahwa konteiner yang didisain

harus dapat diangkut dengan transportation

cask yang sesuai dengan IPSB3. Re-ekspof

bahan bakar nuklir bekas dari RSG-GAS yang

telah dilakukan melalui IPSB3 dengan

244

ISSN 0854 - 5561

menggunakan transportation cask buatan NAC

International (Nuclear Assurance Corporation).Dari pengalaman tersebut, dimensi utama dari

konteiner yang didisain sama dengan elemen

bakar nuklir RSG-GAS, yaitu penampang 76 x

80 mm dengan panjang sekitar 700 mm,

berikut handle tetapi tanpa end fitting.Material Konteiner

Perhitungan yang sudah dilakukan,

seperti perhitungan kritikalitas, dengan paket

program MONK6B, tabung yang digunakan

untuk menyimpan elemen bakar nuklir di kc!am

IPSB3 terbuat dari stainless steel tipe 321 [1].

Jika stainless steel digunakan Kelt = 0,6910,

dan apabila bukan stainless steel Kelt =

0,8655 [2J. Stainless steel juga berfungsi

sebagai penyerap neutron d§m berguna untukmempertahankan harga Keff < 0,95 [2)

Stainless steel tipe 321 dipilih sebagai material

konteiner sama dengan material rak konteinertersebut di kolam IPSB3.

Diskripsi Rancangan

Konteiner yang dirancang yaitu;

o Konteiner Logam Uranium Mo-targeto Konteiner Pelat Elemen Bakar Nuklir

Konteiner yang dirancang tersebut, terdiri dari

tiga bagian utama, yaitu wadah penampung

(container body), tutup dan handle. Ukuran

penampang potong~n melintang dari keduakonteiner 80 x 76 mm, sesuai dengan

penampang MTR-fuel. Handle berdiameter 13

mm, juga disesuaikan dengan handle MTR­

fuel, sehingga tidak menambah handling tool di

IPSB3 dan hot cell. Konteiner menggunakan

tutup non-permanen yang menggunakan 8

buah baut M-5 Penyimpanan 3isa Mo-target di

Konteiner Mo-target dilakukan dengan

menumpuk beberapa sisa Mo-target didalam

konteinernya. Penyimpanan sisa pelat elemen

bakar nuklir dilakukan dengan menyisipkannya

ke celah-celah di dalam konteinernya.

KESIMPULAN

Konteiner yang didisain terdiri dari dua

jenis konteiner. masing-masing untuk

spesimen sisa uji pasca iradiasi berupa pelat

dan logam uranium. Penampang konteiner

ISSN 0854 - 5561

berukuran 80 x 76 mm, sama dengan ukuran

penampang elemen bakar nuklir RSG-GAS,

serta panjang 715 mm, sehingga dapat

dimasukan ke basket dari MTR-fuel shipping

cask. Material dari konteiner dipilih dari SS-321

sama dengan material dari rak konteiner di

kolam IPSB3. Disain dari konteiner yang

telah dibuat sudah memperhitungkan kriteria­kriteria utama sesuai LAK KH-IPSB3 dan

kriteria tambahan, sehingga selanjutnya dapat

dituangkan kedalam bentuk dokumen rancang

bangun untuk disahkan menjadi dokumen yang

sah dengan melampirkan gambar rancangan,

perhitungan dan data-data materia! radioaktif

yang akan disimpan serta informasi lainnya

yang dianggap perlu.

DAFTAR PUSTAKA

1. BIDANG OPERASI REAKTOR PUSBANG

TEKNOLOGI REAKTOR RISET _ BATAN,Laporan Analisis Keselamatan Kanal

Hubung Dan Instalasi Penyimpanan

Sementara Bahan Bakar Bekas (LAK KH­

IPSB3), No. Ident.: TRR.OR.16.04.43.02,Rev.: 1,2002

245

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

2. LAMPIRAN APPENDIX A, Spent Nuclear

Fuel Acceptance Criteria, Februari ?0043. DOKUMEN MBA, RI-F, Radiometallurgy

Instalation, 5 November 2003

4. ROKHMADI, TA. BUDIONO, ZUHAIR,

AGOES SOEJOEDI, Perhitungan

Kritikalitas ISFSF, Prosiding SeminarHasilPenelitian PRSG Tahun 1996/1997,1997

5. AEA ENGINEERING, Transfer Channel

and ISSF, Preliminary Design Package,Volume 1, December 1992

6. HASBULLAH NASUTION, AGUS

SUNARTO, Implentasi Akunting Bahan

Nuklir Terhadap LEU-Foil Target, SeminarSPPBN, 14-15 Oktober 1999.

7. EUGENE F.MEGYESY, Pressure Vessel

Handbook, Pr~ssure Vessel Publishing,Inc., 1995.

8. S. TIMOSHENKO, Strength of Materials,

Part I, Elementary Theory and Problems,

Third Edition, Robert E. Krieger PublishingCompany, 1976.

/.'

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Lampiran-1Tabel-1: Data Material RadioAktif di Hot Cel/1 03[3J

ISSN 0854 - 5561

39 RI-SIE2 IBundle, U3Si2 I1015.092I] ]2.232 18. ]470

40

BSi45 ]CPS23.5942.6080.]914

4]

TSi45 2CPS] 7.365].9]90.1451

44

BSi36/TSi36 2CPS53.4275.9080.4290

TOTAL

5 94.38610.4350.7655

....................• :;H:····· ..·• I:. »>

?.... ....••

42BEAI 2CPO18.8 ]62.0540.] 553

I43TEAl 2CPO24.6412.6890.2030

,45BEA6 2CPO18.8] 62.054I0.] 553I

46TEA6 2CPO

I24.641 I2.689 0.2030

47

TEA] ] 2CPO23.4752.5620.1937

48

BEAI] 2CPO21.9522.395I

0.1810

I

ITOTAL

12 132.34114.4431.0913

Note:

CPO: Culling plate, oxydeCPS:

Culling plate, U3Si2The biggest size of the clllling plate is 725 x SO.5 /l1I1l

246

ISSN 0854 - 5561

Lampiran-2

Tabel-2: Kondisi Mo-target di Hot Cefl 102[6]

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

No. No. TargetBerat U (g)l'anggalKeteranganditerima di IRM1.

1'-1 14.25411/7/1995Inner dan outer tube lengket2.

1'-2 4.731/12/1995Foillengket dengan inner tube3.

1'-3 4.519/2/1996Inner dan outer tube terpisC1.h4.

1'-4 5.2427/3/1996Foillengket dengan inner tube5.

1'-5 7.3421/8/1996Foillengket dengan inner tube6.

1'-6 7.2621/8/1996Inner dan outer tube lengket7.

1'-7 6.9721/8/1996Foillepas8.

1'-8 7.7221/8/1996Foillengket dengan inner tube9.

Tandem-AI4.35830/4/1997Foillengket dengan inner tube10.

Tandem-C54.53430/4/1997Foillengket dengan inner tube11.

Tandem-C64.52130/4/1997Foil ;cngket dengan inner tube12.

Tandem-074.64430/4/1997Inner dan outer tube lengket13.

Tandem-OS4.67630/4/1997Foillellgket dengan inner tube14.

Tandem-3A8.23512/8/1998Foillengket dengan inner tube15.

Tandem-3B8.71512/8/1998Inner dan outer tube lengket16.

Tandem 8.34.85419/8/1998Foillengket dengan inner tube17.

Tandem B.44,07219/8/1998Foillengket dengan inner lube18.

IB 7.70910/3/1999Foillepas disimpan di 10219.

4A 16.36310/3/1999Foil terlepas berkeping-keping20.

4B 14.92910/3/1999Foillengket dengan inner lube21.

2A 14,68815/3/1999Foil terlepas disimpan di 10222.

2B 16.44215/3/1999Foil terlepas disimpan di 1027"

38 7.01217/3/1999Foil terlepas disimpan di 102--' .Total U (g)

121,383

Catatan:

1. Total/oil lengket inner lube = 13 buah2. Total inner lengket dengan ouler lube = 4 buah3. Total/oil disimpan di hol cellI 02 = 6 buah

4. Tahun 2005, f~lsilitas IRM menerima kembali lY!o-largel, dengan kondisi semua./hilterlepas dan dikirim ke Fasilitas Radio lsotop.

247

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Lampiran- 3

Gambar Rancangan Konteiner Pelat

Qj)

~~~~~I~~~=IS ,~ ~~~..~~~~~~.1.:. I

~l

ISSN 0854 - 5561

: c=~_w~~~4T

T- fJi~ 1! : I

r~~\ '

(j)

.~t-Il:".-;:-,...----,-:-;., ,_ .. , .. - - , ..-_._-~-.._-"--"-~~-,

1::0 .-.-----'

248

ISSN 0854 - 5561

Lampiran-4

Gambar Rancangan Konteiner Target

, - [ ()--C====jr--i, I

- +- ---~:_-- - +I i

~======='--- I,---~ -~ --~

----~fG;

249

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

----,

cc-~_~ 11d __ --)/ I!

,=-:-~ijo-~-~~~-. i

~-~---:~----~~". I

--~~!-~

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Lampiran-5

Perhitungan

I" Perkiraan Berat Konteiner

ISSN 0854 - 5561

Berdasarkan gambar disain yang diperoleh maka volume bisa didapat, dan berat jenis

material yang digunakan 7,8 kg/dm3, maka didapat berat konteiner sebesar 16 kg

Berat Isi dan wadah potongan yang keeil : ±2 kg

Perkiraan berat total + isi : ± 18 kg

Untuk perhitungan berat diambil sebesar 20 kg

Tegangan tarik dari bahan yang digunakan SS-321, sebesar 586 Mpa

1 kg/em2 = 98060 pa 586 Mpa = 5975 kg/em2

,W

t____ . _I

I -, ---~----f~------

I ,__

W(IO kg)

Luas penampang paling kritis terhadap gaya geser dari beban yaitu;

1. penampang pelat samping penahan handle

11.penampang potong dari handle yang berdiameter 1,3 em

O - - Id 0 60 IX l1al62] I b"1 k "I d " "kT" = .)) S . u,,' . , tegangan geser e 11 eel an tegangan tan'

Tegal1!..!.antarik yanl.!.teriadi terhadap penampang kritis-I

P:s :(8-1.3) x 0.5] x h10~"- 101"- 'kl 2::: -'.-') x Tw Tw = -,,-,)= -' g cn1Tw = 0,55 sid 0,60 0w

u" = 3 10.55 = 5,45 kgl cn/ «< 1530 kg/em2

Tegangan tarik yang teljadi terhadap penampang kritis-II10::; rr/4 X 1,32 x T"

Tw = 10/1,33 = 7,5 kgl cm2

Uw = 7,5 10,55 = 13,6 kgl em2 «< 1530 kg/em2

250

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

2. Perhitungan Ketebalan Minimal [7, hal. IS]

Oiasumsikan bahwa konteiner bebentuk silindris, maka tebal dinding konteiner

adalah:

PRt=---SE - 0,6P

P = design pressure (maximum allowable working pressure) = 1,10 x operating

pressure (kedalaman air 6,5 meter) = 1,10 x 0,65 kg/em2 = 0,715 kg/cm2

R = inside radius = 7,6 em

S = stress value of material = 85000 psi = 5786 kg/em2

E .. t 'fji . 060 [7 hal.l72]=.JOln ejjlClency =, ,

C.A = corrosion allowable, 1 mm

0,715.7,6 ()t = ------- em5786.0,6 - 0,6.0,715

5,434t = ----(el71)

3471- 0,429

t = 0,00156(cl71) = 0,0156(171171)

Dengan C.A 1 mm maka ketebalan minimal = 1,0156 mm «< 3 mm

3. Berat Oalam Air

Gaya apllng sllatll benda didalam suatu eairan sebanding dengan berat calran yang

dipindahkan.

Volume konteiner didalam air:::: 4.2 dm3

Day::! apllng = 4.2 dm3 x densitas air 1 kg/ dm3 = 4,2 kg

Volume bahan konteiner = 1.25 dm3

I3nat kUIJtciner = 1,25 dn/ x 7.8 (kg/dm3) = 9,75 kg

BercH isi ± / ko- b

Bemt total kontciner = 9,4 kg + 2 kg = 11,75 kg

Berat kanteiner didalam air = 11,75 kg - 4,2 kg = 7,55 kg (tenggeIam)

L51