Studi Aplikasi MCNP untuk Analisa KritikalitasRevisi terakhir : Rabu, 8 April 2008

Catatan : Semua perhitungan MCNP dengan VISED(Visual Editor) dijalankan pada PC

Pentium(R) 4 3.2 GHz RAM 448 MB 3.2 GHz di Bidang Komputasi PPIN-BATAN.

Referensi : Criticality Calculations with MCNPTM : A Primer ( LA-12827-M).

1. Struktur Berulang Sederhana

Aspek yang dipelajari adalah1. penggunaan fitur universe (u) dan fill untuk menyederhanakn definisi suatu geometri yang terdiri dari beberapa sel.2. pengunaan fitur like m but untuk membangun sebuah sel sebagai duplikasi dari sel yang telah ada. 3. penggunaan fitur trcl terkait fitur like m but, trcl memberikan transformasi dari sel yang telah ada tadi khususnya pergeseran koordinat.

Visualisasi dari geometri menggunakan VISED dapat dilihat pada gmb.1 berikut

gmb.1 Visualisasi Geometri

Input untuk mcnp adalah sebagai berikut

c Created on: Wednesday, April 09, 2008 at 07:52 1 1 0.099605 -1 22 -23 u=1 $fuel 2 0 -1 23 u=1 $void 3 2 -2.7 1 :-22 u=1 $aluminium 4 0 -2 21 -24 fill=1 5 0 -2 21 -24 trcl=( 17 0 0 ) fill=1 99 0 -3 :24 :-4 :5 :-6 :7 6 3 -1 3 -24 4 -5 6 -7 #4 #5

1 cz 6.35 2 cz 6.5 21 pz -0.15

1 dari 15 halaman

22 pz 0 23 pz 70.2 24 pz 80 3 pz -20.15 4 px -16.5 5 px 43.5 6 py -26.5 7 py 26.5

mode nkcode 1000 1.000000 15 115ksrc 0.000000 0.000000 35.000000 17.000000 0.000000 35.000000m1 1001.60c 0.06221 $Usolut 8016.60c 0.033621 9019.60c 0.0025161 92235.60c 0.001176 92238.60c 8.2051e-005 m2 13027.60c 1 $Alumm3 1001.60c 2 $Water 8016.60c 1 imp:n 1 4r 0 1 $ 1, 6mt1 lwtr mt3 lwtr

Hasil yang diperoleh dengan

the final estimated combined collision/absorption/track-length keff = 1.01402 with an estimated standard deviation of 0.00303 the estimated 68, 95, & 99 percent keff confidence intervals are 1.01098 to 1.01705, 1.00797 to 1.02006, and 1.00600 to 1.02203 the final combined (col/abs/tl) prompt removal lifetime = 8.8768E-05 seconds with an estimated standard deviation of 2.9893E-07

sedangkan hasil referensi pada SPARC 1 di Univ. New Mexico adalah nilai k-eff 1.0110 dengan standar deviasi 0.0025.

2. Kisi sederhana segi empat

a. Aspek yang dipelajari : penggunaan fitur lat untuk membuat kisi bujursangkat

modeling geometri

2 dari 15 halaman

gmb.2. Visualisasi Geometri kisi sedehana Input pada mcnp

c Created on: Wednesday, April 09, 2008 at 09:42c fuel 1 1 0.09927 2 -3 -21 u=1c void 2 0 3 -4 -21 u=1c container 3 2 0.08636 -22 #1 #2 u=1c bundel tabung 4 0 31 -32 33 -34 fill=1 u=2 lat=1c window 5 0 41 -42 43 -44 1 -46 fill=2c rest of th world 6 0 -41 :42 :-43 :44 :-1 :46 c void dalam bundel 7 0 22 u=1

1 pz -1 2 pz 0 3 pz 39.24 4 pz 101.7 5 pz 102.7 21 cz 12.49 22 cz 12.79 31 px -17.79 32 px 17.79 33 py -17.79 34 py 17.79 41 px -17.789 42 px 88.949 43 py -17.789 44 py 53.369 46 pz 102.7

mode nkcode 1000 1.000000 15 115ksrc 0.000000 0.000000 19.620000 35.580000 0.000000 19.620000 71.160000 0.000000 19.620000

3 dari 15 halaman

0.000000 35.580000 19.620000 35.580000 35.580000 19.620000 71.160000 35.580000 19.620000m1 1001.60c 0.06007 $fuel 8016.60c 0.03654 7014.60c 0.0023699 94239.60c 0.00027682 94240.60c 1.2214e-005 94241.60c 8.339e-007 94242.60c 4.58e-008 m2 26000.55c 0.06331 $container 24000.50c 0.01654 28000.50c 0.00651 imp:n 1 4r 0 1 $ 1, 7

Hasil perhitungan

the final estimated combined collision/absorption/track-length keff = 0.98981 with an estimated standard deviation of 0.00311 the estimated 68, 95, & 99 percent keff confidence intervals are 0.98670 to 0.99292, 0.98362 to 0.99600, and 0.98160 to 0.99802 the final combined (col/abs/tl) prompt removal lifetime = 8.4062E-06 seconds with an estimated standard deviation of 6.7181E-08run terminated when 115 kcode cycles were done.computer time = 0.87 minutesmcnp version 5beta 08-xx-02

Hasil diatas tanpa menambahkan lwtr pada material pertama, setelah ditambahkan hasil yang diperoleh sbb :

the final estimated combined collision/absorption/track-length keff = 0.98217 with an estimated standard deviation of 0.00287 the estimated 68, 95, & 99 percent keff confidence intervals are 0.97930 to 0.98505, 0.97645 to 0.98790, and 0.97458 to 0.98976 the final combined (col/abs/tl) prompt removal lifetime = 7.6671E-06 seconds with an estimated standard deviation of 6.0650E-08

run terminated when 115 kcode cycles were done. computer time = 0.61 minutes mcnp version 5beta 08-xx-02

Kedua hasil diatas agak jauh dibandingkan dengan output pada referensi yaitu k-eff 1.0031 dengan standar deviasi 0.0027.

Perbedaan ini kemungkinan disebabkan karena tidak adanya library lwtr yang sesuai, sebagaimana terlihat pada report run program sbb :

inp = inpn outp = ch51b starting mcnp execution warning. universe map (print table 128) disabled. comment. 1 surfaces were deleted for being the same as others. comment. total fission nubar data are being used.imcn is done warning. 94239.60c lacks delayed neutron cross sections. warning. 94240.60c lacks delayed neutron cross sections. warning. 94241.60c lacks delayed neutron cross sections. warning. 94242.60c lacks delayed neutron cross sections.xact is done

Langkah pemodelan

4 dari 15 halaman

Untuk melakukan pemodelan diatas langkah yang dilakukan adalah sbb:1. memodelkan detail dari kisi pada kasus ini kisi dibangun oleh tabung berisi bahan

baker dan juga ruang kosong (void)- pertama dengan mendefinisikan bidang-bidang pembentuk detail tabung ini sbb:

1 pz -1 2 pz 0 3 pz 39.24 4 pz 101.7 5 pz 102.7 21 cz 12.49 22 cz 12.79

- dengan bidang-bidang ini kita bangun sel-sel tabung yang terdiri dari bahan bakar (fuel), ruang kosong (void) dan kontainer berupa aluminium. Semua sel inilah yang menyusun universe u=1. sbb: c fuel 1 1 0.09927 2 -3 -21 u=1c void 2 0 3 -4 -21 u=1c container 3 2 0.08636 -22 #1 #2 u=1c void dalam bundel 7 0 22 u=1

- definisikan satu kisi yang berisi universe 1. Yang kita lakukan adalah dengan mendefinisikan sebuah jendela (window) dan mengisinya dengan universe u=1, sbb: c bundel tabung 4 0 31 -32 33 -34 fill=1 u=2 lat=1

dimana definisi dari jendela nya adalah : 31 px -17.79 32 px 17.79 33 py -17.79 34 py 17.79

Jendela beserta isinya (yaitu u=1) ini lalu langsung kita definisikan sebagai universe u=2.

Sampai tahap sini maka kita telah memodelkan sebuah kisi yang terdiri dari sebuah tabung beserta ruang yang melingkupinya sehingga kisi berbentuk kotak.

Kemudian tahap terakhir adalah untuk mendefinisikan seluruh geometri yang pada prinsipnya adalah pengulangan dari kisi yang telah kita bangun.

- pertama kita definisikan bidang yang akan membatasi ruang kita sbb: 41 px -17.789 42 px 88.949 43 py -17.789 44 py 53.369 46 pz 102.7

karena bentuk umumnya adalah balok maka bidang yang perlu kita definisikan berjumlah 6 bidang, pada pendefinisian diatas hanya diberikan 5 bidang karena sisanya (batas arah z minimum) diberikan oleh bidang 1 (pz -0.1).

- lalu kita definisikan total geometri yaitu mengisi ruang dengan universe u=2, sbb:c window

5 dari 15 halaman

5 0 41 -42 43 -44 1 -46 fill=2

b. Aspek yang dipelajari : Merubah material dari komponen tertentuLattice yang telah dimodelkan sebelumnya dapat dirubah materialnya, dipelajari juga index lattice. Kemampuan ini sangat bermanfaat dalam memodelkan sebuah teras reaktor yang terdiri dari banyak material beragam.

Modeling geometri :

Perubahan pada definisi lattice dapat dilihat pada input berikut, penambahan dari input sebelumnya ditandai dengan warna berbeda :

c Created on: Wednesday, April 09, 2008 at 09:42c fuel 1 1 0.09927 2 -3 -21 u=1c void 2 0 3 -4 -21 u=1c container 3 2 0.08636 -22 #1 #2 u=1c bundel tabung 4 0 -32 31 -34 33 u=2 lat=1 $ROW 1 fill=0:2 0:1 0:0 1 1 3 $ROW 1 3 1 1 $ROW 2 c window 5 0 41 -42 43 -44 1 -46 fill=2c rest of th world 6 0 -41 :42 :-43 :44 :-1 :46 c void dalam bundel 7 0 22 u=1c komponen universe 3 11 3 -1.6 2 -3 -21 u=3

6 dari 15 halaman

12 0 3 -4 -21 u=3 13 2 0.08636 -22 #1 #2 u=3 14 0 22 u=3

1 pz -1 2 pz 0 3 pz 39.24 4 pz 101.7 5 pz 102.7 21 cz 12.49 22 cz 12.79 31 px -17.79 32 px 17.79 33 py -17.79 34 py 17.79 41 px -17.789 42 px 88.949 43 py -17.789 44 py 53.369 46 pz 102.7

mode nkcode 1000 1.000000 15 115ksrc 0.000000 0.000000 19.620000 35.580000 0.000000 19.620000 71.160000 0.000000 19.620000 0.000000 35.580000 19.620000 35.580000 35.580000 19.620000 71.160000 35.580000 19.620000m1 1001.60c 0.06007 $fuel 8016.60c 0.03654 7014.60c 0.0023699 94239.60c 0.00027682 94240.60c 1.2214e-005 94241.60c 8.339e-007 94242.60c 4.58e-008 m2 26000.55c 0.06331 $container 24000.50c 0.01654 28000.50c 0.00651 m3 6012.50c 1 $graphitimp:n 1 4r 0 1 4r $ 1, 14mt3 grph mt1 lwtr

Perlu menjadi catatan adalah bagaimana mendefinisikan sel berikut

c bundel tabung 4 0 -32 31 -34 33 u=2 lat=1 $ROW 1 fill=0:2 0:1 0:0 1 1 3 $ROW 1 3 1 1 $ROW 2

dimana urutan permukaan yang digunakan (yaitu -32 31 -34 33) harus dimulai dari yang bernilai besar. Apabila diberikan input terbalik ( 31 -32 33 -34) maka akan terjadi error.

Hasil

the final estimated combined collision/absorption/track-length keff = 0.95740 with an estimated standard deviation of 0.00326 the estimated 68, 95, & 99 percent keff confidence intervals are 0.95414 to 0.96067, 0.95091 to 0.96390, and 0.94879 to 0.96602 the final combined (col/abs/tl) prompt removal lifetime = 8.0024E-06 seconds with an estimated standard deviation of 7.6107E-08

run terminated when 115 kcode cycles were done.

7 dari 15 halaman

computer time = 1.77 minutesmcnp version 5beta 08-xx-02

c. Aspek yang dipelajari : Sebagai variasi dari kemampuan merubah material diatas, dapat pula didefinisikan kisi kosong. Ini dapat dilakukan dengan merubah input sbb:

c bundel tabung

4 0 -32 31 -34 33 u=2 lat=1 $ROW 1 fill=0:2 0:1 0:0 1 1 3 $ROW 1

3 1 2 $ROW 2

dengan mengisikan universe yang sama dengan universe cell tersebut (dalam hal ini u=2) maka kita telah medefinisikan lattice (kisi) kosong. Hal ini pun sangat bermanfaat dalam pemodelan teras reactor dimana terdapat kisi yang kosong.

d. Aspek yang dipelajari : Merubah ukuran dari lattice tertentu.

Modeling geometri

Dari model diatas terlihat bahwa terdapat dua kisi dengan tabung yang ukurannya berbeda. Hal ini dapat dimodelkan dengan input berikut :

merubah anggota universe u=3 sbb :c komponen universe 3

11 3 -1.6 2 -3 -51 u=3 12 0 3 -4 -51 u=3

13 2 0.08636 -52 #11 #12 u=3 14 0 52 u=3 sel-sel yang membangun u=3 harus didefinisikan ulang (tidak dapat menggunaka fitur like m but). Pada definisi sel diatas kita menambahkan permukaan baru yaitu surface 51 dan 52 yang didefinisikan sbb

51 cz 7 52 cz 7.5

8 dari 15 halaman

3. Langkah Detail Pengembangan Geometri Kisi

Untuk memantapkan pembentukan geoemeri kisi, pada bagian ini akan dipaparkan lebih detail langkah-langkahnya.

Studi Aplikasi MCNP untuk Analisa Kritikalitas

a. Pengembangan geometri - satu lattice

c Created on: Wednesday, April 16, 2008 at 14:51c bahan bakar 1 1 0.0966 -1 4 -5 u=1c void 2 0 -1 5 -6 u=1c aluminium container 3 2 -2.7 -2 #1 #2 u=1c air diluar tabung 6 3 -2.7 2 u=1c lattice 4 0 -21 22 -23 24 -6 3 fill=1c external 99 0 21 :-22 :23 :-24 :6 :-3

1 cz 6.2 2 cz 6.5 3 pz -0.3 4 pz 0 5 pz 20 6 pz 40 21 px 10 22 px -10 23 py 10 24 py -10

m1 92235.60c 1 $Uraniumm2 13027.60c 1 $Al

9 dari 15 halaman

m3 1001.60c 2 $WAter 8016.60c 1

Langkah – langkah :1. Definisikan surface-surface untuk membangun satu bundle :

c Created on: Thursday, April 17, 2008 at 11:21c bahan bakar 1 1 0.0966 2 -3 -5 c void dalam tabung 2 0 3 -5 c aluminium 3 2 -2.7 -6 #1 #2 4 3 -1 6 $Air dalam bundle

1 pz -1 2 pz 0 3 pz 15 4 pz 20 5 cz 7 6 cz 8 21 px 10 22 px -10 23 py 10 24 py -10

m1 92235.60c 1 $fuelm2 13027.60c 1 $aluminiumm3 1001.60c 2 $water 8016.60c 1

10 dari 15 halaman

2. Definisikan universe untuk satu bundle tersebut Input yang kita tambahkan adalah

c bundle 5 0 -21 22 -23 24 -4 1 fill=1

Batas luar geometri masih terdapat kekurangan yang terlihat dengan garis merah putus-putus. Untuk memperbaikinya perlu ditambahkan sel luar sbb:

c external 99 0 21 :-22 :23 :-24 :4 :-1

sehingga geometrinya sbb :

11 dari 15 halaman

3. mendefinisikan ruang luar dimana bundle akan ditempatkan berulang-ulang (menjadi kisi berulang).

Dengan menambahkan input sbb :

c bundle 5 0 -21 22 -23 24 fill=1 u=2 lat=1c core 6 0 -31 32 -33 34 -4 1 fill=2c external 99 0 31 :-32 :33 :-34 :4 :-1

Perhatikan bahwa batas arah z ketika kita mendefinisikan lattice tidak kita perlukan.

4. Geometri Kisi Heksagonal

12 dari 15 halaman

input :c Created on: Tuesday, April 22, 2008 at 14:18c Fuel 1 1 0.0098983 2 -3 -5 u=1c Void internal 2 0 3 -5 u=1c Container Aluminium 3 2 -2.7 -6 #1 #2 u=1c water 4 3 -1 6 u=1c hexlattice 5 0 -11 12 -7 9 -8 10 fill=1

1 pz -1 2 pz 0 3 pz 23.4 4 pz 40 5 cz 7.6 6 cz 7.675 7 p 1 1.73025 0 23.1 8 p -1 1.7303 0 23.1 9 p 1 1.7303 0 -23.1 10 p -1 1.7303 0 -23.1 11 px 11.55 12 px -11.55

m1 1001.60c 0.061063 $Fuel 8016.60c 0.033487 9019.60c 0.0029554 92235.60c 0.0013784 92238.60c 9.93e-005 m2 13027.60c 1 $ALuminiumm3 1001.60c 2 $Water 8016.60c 1

1. Mendefinisikan teras

13 dari 15 halaman

Input :

c Created on: Tuesday, April 22, 2008 at 14:18c Fuel 1 1 0.0098983 2 -3 -5 u=1c Void internal 2 0 3 -5 u=1c Container Aluminium 3 2 -2.7 -6 #1 #2 u=1c water 4 3 -1 6 u=1c hexlattice 5 0 -11 12 -7 9 -8 10 fill=1 u=2 lat=2c teras 6 0 1 -4 -13 fill=2c water reflector 7 3 -1 1 -4 13 -14 c external 99 0 -1 :4 :14

1 pz -1 2 pz 0 3 pz 23.4 4 pz 40 5 cz 7.6 6 cz 7.675 7 p 1 1.73025 0 23.1 8 p -1 1.7303 0 23.1 9 p 1 1.7303 0 -23.1 10 p -1 1.7303 0 -23.1 11 px 11.55 12 px -11.55 14 cz 52 13 cz 32

m1 1001.60c 0.061063 $Fuel 8016.60c 0.033487 9019.60c 0.0029554 92235.60c 0.0013784 92238.60c 9.93e-005 m2 13027.60c 1 $ALuminiumm3 1001.60c 2 $Water

14 dari 15 halaman

8016.60c 1

inp = inpn outp = hex2a starting mcnp execution warning. universe map (print table 128) disabled. comment. total fission nubar data are being used. warning. 2 materials had unnormalized fractions. print table 40.imcn is done warning. 92235.60c lacks delayed neutron cross sections. warning. 92238.60c lacks delayed neutron cross sections. comment. 1 cross sections modified by free gas thermal treatment.

xact is done

15 dari 15 halaman