ANALISIS NEUTRONIK TERAS SILISIDA DENGAN KERAPATAN 5,2 g U/cc REAKTOR RSG-GAS Lily Suparlina *)

Transkripsi

1 ANALISIS NEUTRONIK TERAS SILISIDA DENGAN KERAPATAN 5,2 g U/cc REAKTOR RSG-GAS Lily Suparlina *) ABSTRAK ANALISIS NEUTRONIK TERAS SILISIDA DENGAN KERAPATAN 5,2 g U/cc REAKTOR RSG-GAS. Perhitungan kritikalitas teras silisida kerapatan 5,2 g U/cc reaktor RSG-GAS telah dilakukan. Konfigurasi teras yang digunakan adalah teras yang terdiri dari 24 elemen bahan bakar standar dan 8 elemen kendali serta 8 buah posisi iradiasi. Tampang lintang makroskopik sel elemen bahan bakar hasil perhitungan paket program WIMS/D4-B5 digunakan sebagai masukan perhitungan teras setimbang yang dilakukan dengan paket program Batan-EQUIL-2D. Data fraksi bakar elemen bahan bakar dalam teras sebagai salah satu keluaran paket program Batan-EQUIL-2D digunakan dalam perhitungan kritikalitas teras silisida 5,2 g U/cc dengan paket program Batan-2DIFF. Perhitungan teras dilakukan untuk panjang siklus operasi 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 dan 1500 MWD dengan pola pergantian elemen bahan bakar 6/2. Hasil analisis menunjukkan bahwa panjang siklus terbaik adalah 1200 MWD, karena parameter neutronik teras yang dihasilkan memenuhi kriteria keselamatan dan -2-1 memberikan nilai fluks rerata tertinggi di CIP sebesar 1,81 x 1014 n cm det pada daya 15 MW. ABSTRACT NEUTRONIC ANALYSIS OF THE SILICIDE FUEL WITH 5.2 g U/cc DENSITY FOR RSG-GAS CORE. The 5.2 g U/cc silicide RSG-GAS core criticality calculation has been carried out. The core configuration being used consists of 24 standard fuel elements, 8 control fuel elements and 8 irradiation positions. The fuel cell macroscopic cross section is calculated with WIMS/D4-B5 code and it is used in equilibrium core calculation using Batan-EQUIL-2D code. The in core burn-up fraction data as the output of Batan-EQUIL-2D were used for core criticality calculation using Batan-2DIFF computer code. The core calculation were performed for 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 dan 1500 MWD cycle lengths at 30 MW power level with fuels reshuffling pattern 6/2. and 3.58 x n cm -2 sec -1 respectively. The analysis result showed that the best cycle length is 1200 MWD, because the provided neutronic parameters met the safety criteria and the maximum thermal neutron flux at CIP of 1.81 x n cm -2 sec -1 is available for 15 MW power level. Kata kunci : teras silisida, reaktivitas,, marjin padam, fluks neutron *) Peneliti BFTR-PTRKN BATAN 137

2 JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vol. 8, No. 3, Oktober, 2006 : Hal PENDAHULUAN Reaktor RSG-GAS adalah reaktor penelitian yang sejak bulan September 2002 menggunakan elemen bahan bakar silisida (U 3 Si 2 -Al) dengan densitas uranium sebesar 2,96 g U/cc dengan panjang siklus operasi sekitar 615 MWD. Perubahan penggunaan elemen bahan bakar silisida dengan kerapatan yang lebih tinggi di dalam teras akan mengakibatkan terjadinya perubahan parameter neutronik teras seperti penambahan reaktivitas lebih awal siklus dan penurunan marjin reaktivitas padam. Perubahan ini disebabkan karena kandungan uranium dalam tiap pelat elemen bahan bakar mengalami kenaikan dari 250 gram menjadi 300 dan 400 gram. Beberapa penelitian mengenai kemungkinan penggunaan elemen bahan bakar silisida dengan muatan yang lebih tinggi yaitu 3,55 g U/cc dan 4,8 g U/cc di teras RSG-GAS telah dilakukan. Elemen bahan bakar uranium silisida dipilih karena dapat dipabrikasi sampai dengan kerapatan uranium sebesar 5,2 gu/cc [1]. Peningkatan kerapatan elemen bahan bakar silisida 3,55 gu/cc dengan konfigurasi teras yang sama dapat menaikkan panjang siklus sebesar 7 (tujuh) hari daya penuh (210 MWD) [2], sehingga manfaat dari penggunaan reaktor dapat ditingkatkan dengan biaya yang lebih murah [3]. Jika elemen bahan bakar silisida kerapatan 4,8 gu/cc digunakan di teras RSG-GAS, maka perlu dilakukan perubahan pada konfigurasi teras, yaitu dengan menambah 2 (dua) buah batang kendali pengaman (BKP) [4]. Penambahan ini dilakukan akibat adanya penurunan marjin padam minimum. Jika tidak, maka beberapa parameter operasi akan tidak memenuhi syarat keselamatan operasi. Namun akan ada beberapa kendala dalam cara penambahan BKP diantaranya biaya pembuatan BKP yang mahal dan biaya perawatan yang lebih besar. Untuk antisipasi hal tersebut, maka pada penelitian lanjutan, telah dilakukan penelitian mengenai pembentukan konfigurasi teras setimbang silisida kerapatan 4,8 g U/cc dengan jumlah elemen bahan bakar optimum. yang berbeda dari jumlah bahan bakar pada teras setimbang RSG-GAS saat ini [5]. Teras setimbang tersebut terdiri dari 24 elemen bahan bakar standar, 8 elemen kendali dan 8 buah posisi iradiasi. Elemen berilium sebanyak 12 buah yang ada pada konfigurasi teras RSG-GAS saat ini dikeluarkan sehingga kisi yang tadinya berisi elemen berillium menjadi berisi air. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa meskipun jumlah elemen bahan bakar relatif sedikit, akan tetapi waktu siklus operasinya menjadi 1000 MWD, lebih besar 67% dibanding teras silisida saat ini (615 MWD), memiliki fluks neutron termal rerata maksimum di CIP sebesar 3,69 x neutron/(cm 2 det.), pada daya nominal 30 MW. Berdasarkan hasil penelitian lanjutan di atas, dimana penggunaan konfigurasi teras dengan jumlah bahan bakar optimum tersebut lebih efisien dibanding teras berbatang kendali pengaman, maka penelitian dilanjutkan untuk bahan bakar silisida dengan kerapatan yang lebih tinggi, yaitu 5,2 g U/cc. Kajian dilakukan dengan melakukan perhitungan kritikalitas teras silisida 5,2 g U/cc untuk mengetahui besaran parameter neutronik seperti reaktivitas awal dan akhir siklus, dan marjin padam reaktor, kesetimbangan reaktivitas teras, fluks neutron, pembangkitan panas radial serta pemilihan panjang siklus operasi yang paling optimum. Perhitungan parameter neutronik dilakukan dengan menggunakan paket program difusi 2 dimensi Batan-2DIFF, dengan menggunakan pustaka yang berisi harga tampang 138

3 lintang sel elemen bahan bakar hasil perhitungan WIMS/D4-B5. Sedangkan perhitungan distribusi fraksi bakar dalam teras dilakukan dengan paket program Batan- EQUIL-2D. METODE PERHITUNGAN Teori Kekritisan Di dalam teras reaktor terjadi reaksi berantai yang mengakibatkan dihasilkannya/hilangnya neutron dalam jumlah tertentu. Secara umum perubahan neutron akibat reaksi berantai dapat dirumuskan dengan apa yang disebut dengan faktor perlipatan (k). Harga faktor perlipatan tersebut dapat digunakan sebagai parameter suatu teras reaktor apakah dalam keadaan subkritis, kritis atau superkritis. Untuk teras reaktor dengan batasan yang tak berhingga perubahan jumlah neutron akibat reaksi berantai ditunjukkan dengan faktor perlipatan tak terhingga (k ). Harga faktor perlipatan tak terhingga secara umum dapat ditunjukkan dengan rumus sebagai berikut [2]. k = ηt f p ε (1) disini, k =faktor perlipatan tak terhingga, η T =rasio regenerasi neutron, f=faktor guna neutron thermal, p=keboleh jadian bebas resonansi, ε=faktor fisi neutron cepat. Sedangkan untuk teras reaktor yang mempunyai batasan-batasan tertentu, nilai kekritisan ditunjukkan dengan faktor perlipatan effektive(k eff ) seperti ditunjukkan dengan rumus dibawah ini. k = k P P (2) eff T f dengan P T dan P F adalah ketidak bocoran neutron thermal (%) dan ketidak bocoran neutron cepat (%). Sedangkan P T P F adalah suatu besaran yang menunjukkan ketidak bocoran neutron keluar teras reaktor yang biasanya kurang dari 100%. Agar suatu teras dapat dikatakan kritis maka syarat yang harus dipenuhi adalah jika harga faktor perlipatan effektive tersebut harus sama dengan satu (k eff =1). Batasan Keselamatan Sebelum melakukan perhitungan teras RSG-GAS, maka terlebih dahulu perlu dipilih batasan desain dan batasan keselamatan yang digunakan dalam perhitungan teras. Batasan keselamatan yang digunakan adalah: Marjin reaktivitas padam minimum (stuck rod condition) adalah 0,5 % k/k. Faktor puncak daya (FPD) radial maksimum adalah 1,4. Tersedianya reaktivitas lebih yang cukup untuk satu siklus Tersedianya reaktivitas lebih akhir siklus untuk eksperimen Perhitungan Sel Sebelum dilakukan perhitungan teras, maka terlebih dahulu disiapkan konstanta kelompok difusi dengan paket program WIMS/D4-B5 [6]. Paket program ini menyiapkan konstanta kelompok difusi neutron dalam 4 kelompok tenaga neutron dengan menggunakan pustaka ENDF-6. Syarat batas yang digunakan adalah 10 MeV; 0,821 MeV; 5,52 kev dan 0,625 ev. Disamping sebagai fungsi tenaga neutron, konstanta kelompok difusi yang dibangkitkan dinyatakan dalam fungsi jenis elemen bahan bakar, 139

4 JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vol. 8, No. 3, Oktober, 2006 : Hal berat uranium, fungsi kondisi reaktor (panas, dingin, xenon setimbang, tanpa xenon dan tanpa samarium) dan massa 235 U (5,2 g/cc). Hal ini dibuat agar dapat dilakukan perhitungan kesetimbangan reaktivitas teras RSG-GAS. Perhitungan Kritikalitas dan Reaktivitas Teras Dalam perhitungan neutronik, teras setimbang dimodelkan dalam geometri 2 dimensi X-Y, 4 kelompok energi neutron dengan progran difusi neutron 2 dimensi Batan-EQUIL-2D [4]. Salah satu masukan yang terpenting dalam program Batan- EQUIL-2D ialah pola pergeseran elemen bahan bakar dimana 24 buah elemen bakar dan 12 elemen kendali dikelompokkan ke dalam 4 kelas fraksi bakar dengan fraksi bakar rerata 0, 11, 22 dan 33 %, masing-masing untuk kelas fraksi bakar 1, 2, 3 dan 4. Konfigurasi teras dan pembagian kelas fraksi bakar ditunjukkan pada Gambar 1. Akibatnya pada awal siklus ada 6 buah elemen bakar dan 2 elemen kendali dimuatkan sesuai dengan jumlah elemen bakar bekas dengan fraksi bakar maksimum yang dikeluarkan dari teras. Pola pergeseran elemen bahan bakar dan elemen kendali dalam teras ditunjukkan dalam Tabel 1. Gambar 1. Konfigurasi teras setimbang silisida 5,2 g U/cc dan pembagian kelas fraksi bakar 140

5 Tabel 1. Strategi pergeseran elemen bahan bakar dan elemen kendali teras setimbang silisida 5,2 g U/cc Posisi Posisi Posisi Dari ke Dari ke Dari ke G-9 Keluar F-4 F-6 C-7 G-9 G-8 G-7 E-9 G-6 C-6 Keluar G-7 B-9 E-8 E-5 C-5 D-4 G-6 Keluar E-5 Keluar C-4 B-8 G-5 G-4 E-4 B-5 B-9 F-7 G-4 D-8 D-9 C-9 B-8 C-7 F-9 F-4 D-8 Keluar B-7 Keluar F-8 E-9 D-5 B-4 B-6 G-5 F-7 Keluar D-4 B-7 B-5 D-5 F-6 C-6 C-9 E-8 B-4 Keluar F-5 F-8 C-8 C Dalam penelitian ini, perhitungan teras dilakukan dengan variasi panjang siklus operasi 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 dan 1500 MWD dengan menggunakan nilai buckling 1,8984E-03. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan parameter neutronik sebagai fungsi dari waktu operasi. Parameter neutronik yang dihitung adalah : Harga reaktivitas lebih teras pada saat awal siklus (BOC) dingin bebas xenon Harga reaktivitas lebih teras pada akhir siklus (EOC) kondisi panas dengan xenon Harga reaktivitas awal siklus kondisi dingin dengan xenon Harga reaktivitas awal siklus kondisi panas xenon setimbang Harga reaktivitas awal siklus panas xenon setimbang Margin padam pada awal siklus saat BOC Fraksi bakar buang maksimum PPF radial maksimum Harga fluks neutron pada posisi iradiasi HASIL DAN PEMBAHASAN Pencarian Teras Setimbang Pencarian teras setimbang silisida 5,2 g U/cc dengan massa 439 g uranium dilakukan dengan menggunakan paket program Batan-EQUIL-2D [7] dimulai dengan semua elemen bahan bakar standar dan elemen kendali dalam kondisi segar. Dari hasil perhitungan tersebut didapat harga distribusi fraksi bakar dalam teras setimbang, dimana kerapatan nuklida merupakan fungsi energi dan posisi yaitu energi (daya) yang dibangkitkan dalam satu siklus operasi sebagai fungsi waktu (hari). Teras setimbang terdiri dari 24 elemen bahan bakar standar dan 8 elemen kendali, 8 posisi iradiasi dimana 4 posisi berada di teras bagian luar dan 4 buah terletak di tengah teras yang biasa disebut Central Irradiation Position (CIP). Dua belas buah elemen berilium reflektor yang terletak di bawah dan di atas teras aktif dimaksudkan untuk mendapatkan kesetimbangan reaktivitas teras. Dari pencarian teras setimbang tersebut di dapat distribusi fraksi bahan bakar dalam teras yang ditunjukkan pada Gambar

6 JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vol. 8, No. 3, Oktober, 2006 : Hal Keterangan : Baris atas Baris bawah : data fraksi bakar awal siklus : data fraksi bakar akhir siklus Gambar 2. Data distribusi fraksi bakar elemen bahan bakar silisida 5,2 g U/cc Data distribusi fraksi bakar yang ditunjukkan pada Gambar 2, digunakan dalam perhitungan teras dengan paket program Batan-2DIFF untuk mendapatkan harga parameter neutronik teras. Data reaktivitas lebih awal siklus kondisi dingin bebas xenon dan samarium, reaktivitas teras akhir siklus kondisi panas dengan xenon setimbang dan reaktivitas padam kondisi stuck rod serta fraksi bakar buang maksimum ditunjukkan pada Tabel 2. Pada Gambar 2 fraksi bakar elemen bahan bakar dibagi ke dalam 4 kelas. Dalam setiap kisi elemen bahan bakar ada dua harga fraksi bakar. Baris atas menunjukkan fraksi bakar awal siklus dan baris bawah menunjukkan fraksi bakar akhir siklus. Setiap awal siklus, posisi elemen bahan bakar bergeser sesuai pola pergeseran elemen bahan bakar 6/2 yang ditunjukkan pada Tabel 1, dimana pada akhir siklus 6 buah elemen bahan bakar dan 2 buah elemen kendali dengan fraksi bakar terbesar dikeluarkan dan elemen bahan bakar segar ditambahkan ke dalam teras. Pemilihan Panjang Siklus Operasi Untuk mendapatkan harga parameter neutronik yang sesuai batasan keselamatan, maka perlu dilakukan pemilihan panjang siklus operasi. Hasil perhitungan parameter neutronik sebagai fungsi panjang siklus operasi reaktor ditunjukkan pada Tabel

7 Tabel 2. Parameter teras silisida 5,2 g U/cc RSG-GAS sebagai fungsi panjang siklus operasi reaktor Panjang siklus (MWD) Reaktivitas lebih awal siklus (% k/k) Reaktivitas lebih akhir siklus (% k/k) Marjin padam minimum (% k/k) Fraksi bakar buang maksimum (% k/k) ,46 4,25-0,36 35, ,10 3,53-0,80 39, ,73 2,77-1,25 43, ,35 1,98-1,72 46, ,96 1,15-2,20 50, ,55 0,27-2,70 54, ,12-0,65-3,23 57,40 Dari ke tujuh buah panjang siklus seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2, maka terlihat bahwa daerah panjang siklus operasi yang memungkinkan untuk teras silisida 5,2 g U/cc ialah antara MWD. Harga reaktivitas lebih teras awal siklus dingin bebas xenon antara 11,10-9,6 % k/k, sehingga teras tersebut mempunyai persediaan reaktivitas yang cukup untuk satu siklus operasi. Reaktivitas lebih akhir siklus kondisi panas xenon setimbang antara 3,53 1,15 % k/k, yang berarti pada akhir siklus ada cadangan reaktivitas eksperimen minimal sekitar 1 % k/k. Reaktivitas padam kondisi stuck rod antara (-0,81) - (-20) % k/k, yang berarti reaktor masih dapat dipadamkan meski satu batang kendali gagal masuk, karena batasan minimal marjin padam adalah 0,5 % k/k. Dari harga parameter neutronik tersebut, dapat dipilih salah satu panjang siklus yang paling baik untuk dihitung neraca reaktivitasnya. Pemilihan tersebut berdasarkan pertimbangan seperti : Tersedianya reaktivitas lebih awal siklus yang cukup agar reaktor dapat beroperasi untuk satu siklus. Besarnya reaktivitas akhir siklus yang cukup, mengingat ada keumungkinan reaktor digunakan untuk keperluan eksperimen di fasiltas iradiasi. Besarnya reaktivitas padam kondisi stuck rod, dimana reaktor dapat dipadamkan bila diperlukan meski satu batang kendali gagal masuk. Fraksi bakar juga mempengaruhi faktor ekonomis dari pengguaan elemen bahan bakar dalam teras. Jika dipilih panjang siklus 1000 MWD, reaktivitas lebih awal dan akhir siklus mencukupi, namun selisih harga marjin padam dari batas minimum masih kurang. Jika dipilih panjang siklus 1100 MWD, reaktivitas awal dan akhir siklus serta marjin padam minimum mencukupi, namun fraksi bakar elemen bahan bakar dirasa kurang, sehingga pembakaran masih harus ditambah. Jika yang dipilih panjang siklus 1300 MWD, reaktivitas lebih awal dan akhir siklus mencukupi, namun reaktivitas akhir siklus sangat kecil, sehingga dikhawatirkan reaktivitas untuk eksperimen tidak mencukupi. Dilihat dari Tabel 2, panjang siklus yang paling memungkinkan adalah 1200 MWD karena reaktivitas awal dan akhir silus mencukupi, begitu pula marjin padam minimum serta fraksi bakar buangnya cukup, namun perlu diperhatikan bahwa pada akhir siklus reaktivitas yang tersedia untuk eksperimen kurang dari 2 % k/k sehingga, pada akhir siklus hanya bisa dilakukan eksperimen yang menggunakan reaktivitas sekitar 1,5 % k/k. Tabel 3 menunjukkan neraca reaktivitas untuk teras silisida 5,2 g U/cc dengan 143

8 JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vol. 8, No. 3, Oktober, 2006 : Hal panjang siklus 1200 MWD dan dioperasikan pada daya 15 MW. Pada tabel tersebut terlihat bahwa fraksi bakar buang maksimum kurang dari 50 persen. Tabel 3. Neraca reaktivitas teras silisida 5,2 g U/cc PARAMETER Silisida 5,2 g U/cc Panjang siklus operasi reaktor (MWD) 1200 Fraksi bakar rerata BOC (%) 15,39 Fraksi bakar rerata EOC (%) 26,27 Fraksi bakar buang maksimum (%) 46,96 Faktor Puncak daya radial maksimum 1,23 Neraca reaktivitas (% k/k) Reaktivitas teras lebih BOC dingin bebas xenon 10,35 Reaktivitas lebih teras EOC panas xenon setimbang 1,98 Margin reaktivitas padam -1,72 Kondisi dingin ke panas 0,45 Xenon setimbang 3,57 Perubahan fraksi bakar satu siklus 10,88 Eksperimen, partial xenon override, dll 1,5 Nilai batang kendali total 16,94 Besarnya harga fluks neutron di teras pada posisi iradiasi disajikan pada Tabel 4. Dari Tabel 4 terlihat bahwa daerah yang mempunyai fluks termal tinggi ada di posisi teras bagian tengah yaitu D6, D7, E7 dan E8, sedangkan harga fluks termal di teras bagian luar lebih kecil. Itulah sebabnya mengapa bahan bakar dengan fraksi bakar tinggi diletakkan di teras bagian tengah, selain untuk mengimbangi reaktivitas teras juga untuk menjaga agar fluks neutron tetap tinggi. Tabel 4. Harga fluks neutron di posisi iradiasi teras RSG-GAS silisida 5,2 g U/cc Posisi di Teras Fluks Neutron x n.cm -2.det -1 Kel. Energi D3 D6 D7 D10 E3 E6 E7 E10 Cepat 0,2172 0,4586 0,4708 0,2395 0,2244 0,4632 0,4824 0,2372 Epitermal ,0381 1,0642 0,6254 0,5977 1,0508 1,0890 0,6259 Termal 1,1023 1,7614 1,7855 1,1477 1,0894 1,7878 1,8108 1,

9 Tabel 5. Perbandingan parameter neutronik teras setimbang silisida kerapatan 5,2 g U/cc, 4.8 g U/cc dan 2,96 g U/cc pada daya 15 MW PARAMETER Silisida 5,2 g Silisida 4,8 g Silisida 2,96 g U/cc U/cc [3] U/cc Panjang siklus operasi (MWD) Jumlah elemen bahan bakar standar Jumlah elemen bahan bakar kendali Massa uranium dalam teras awal siklus (gr) Fraksi bakar rerata BOC (%) 15,39 14,44 23,71 Fraksi bakar rerata EOC (%) 26,27 24,71 30,17 Fraksi bakar buang maksimum (%) 46,96 43,26 55,62 Faktor Puncak daya radial maksimum 1,23 1,23 1,27 Neraca reaktivitas (% k/k) Reaktivitas teras lebih BOC dingin bebas xenon 10,35 9,92 8,78 Reaktivitas lebih teras EOC panas xenon setimbang 1,98 1,85 1,54 Margin reaktivitas padam -1,72-2,07 1,12 Kondisi dingin ke panas 0,45 0,45 0,46 Xenon setimbang 3,57 3,60 3,51 Perubahan fraksi bakar satu siklus 10,88 10,25 6,46 Eksperimen, partial xenon override, dll 1,5 2,0 2,0 Nilai batang kendali total 16,94 16,08 16,41 Fluks neutron (x n cm -2.s -1 ) CIP Fluks neutron termal rerata tertinggi 1,81 1,75 1,30 Dari Tabel 5 terlihat, untuk mendapatkan nilai fraksi bakar maksimum yang saling mendekati, diperlukan panjang siklus yang berbeda. Dengan muatan uranium yang lebih tinggi, maka akan menyebabkan nilai reaktivitas lebih awal dan akhir siklus juga lebih tinggi. Dibanding dengan teras silisida 4,8 g U/cc yang mempunyai harga reaktivitas akhir siklus dengan xenon setimbang sebesar 1,85 % k/k dan teras silisida 2,96 sebesar 1,54 % k/k, maka teras silisida 5,2 g U/cc masih mempunyai nilai reaktivitas akhir teras yang lebih besar yaitu 1,98 %. Harga ini masih dapat dianggap memenuhi syarat dikarenakan panjang siklus operasi yang lebih panjang dibanding teras RSG-GAS saat ini yang menggunakan elemen bahan bakar silisida 2,96 g U/cc. Namun akan ada pengurangan reaktivitas untuk keperluan ekspeimen sebesar 0,5 % di akhir siklus. Dengan harga marjin padam 1,72 % k/k di awal siklus, maka reaktor masih aman, meskipun dibanding dengan teras silsida 4,8 g U/cc yang mempunyai marjin padam lebih besar -2,07 % k/k, tetapi jika melihat marjin padam teras silisida 2,96 g U/cc yang lebih kecil yaitu 1,12 % k/k, maka marjin padam teras silsida 5,2 g U/cc mempunyai harga yang lebih baik. Harga marjin padam akan bertambah seiring dengan panjang operasi, dimana semakin panjang waktu operasi, maka reaktivitas lebih teras akan berkurang dan reaktivitas padam akan bertambah. Besarnya perubahan reaktivitas dari kondisi panas ke dingin, reaktivitas xenon setimbang, reaktivitas batang kendali total dan fluks neutron termal yang dihasilkan untuk ketiga jenis teras hampir sama. Efisiensi penggunaan elemen bahan bakar silisida 5,2 g U/cc dibandingkan dengan teras silisida 2,96 g U/cc yang digunakan saat ini ditunjukkan pada Tabel

10 JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI DASA MEGA, Vol. 8, No. 3, Oktober, 2006 : Hal Tabel 6. Efisiensi teras silisida 5,2 g U/cc RSG-GAS PARAMETER Teras Silisida Perbandingan (%) Kerapatan 2,96 5,2 1,76 Pola Pemuatan 5/1 6/2 Panjang siklus operasi reaktor 40, (MWD/hari) Waktu padam (asumsi) Total waktu 75, ,53 Jumlah siklus operasi/tahun 4, ,65 Waktu padam per tahun 170,1 110,95 0,65 Konsumsi pelat elemen bahan (40x21)+(8x15) (24x21)+(8x15) 0,65 bakar dalam satu siklus operasi =960 =624 Konsumsi elemen bahan bakar / 59,3EB+11,86BK 37,02EB+12,34BK= 0,68 tahun (pelat/tahun) =1.423,2 962,52 Energi yang dihasilkan/siklus ,17 Energi yang dihasilkan/tahun 2988, ,27 Dari Tabel 6 terlihat bahwa dengan penggunaan jumlah elemen bahan bakar silisida 5,2 g U/cc yang lebih sedikit dibanding dengan silisida 2,96 g U//cc dapat menghasilkan energi per tahun yang lebih besar 27 %. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa penggunaan elemen bahan bakar silisida 5,2 g U/cc lebih efisien dibanding dengan penggunaan elemen bahan bakar silisida 2,96 g U/cc di tinjau dari jumlah siklus operasi, konsumsi perangkat elemen bahan bakar per siklus dan per tahun, besarnya fluks yang dihasilkan. KESIMPULAN Bahan bakar silisida dengan kerapatan 5,2 g U/cc dapat digunakan di reaktor RSG- GAS dengan menggunakan konfigurasi teras yang terdiri dari 24 elemen bahan bakar standar, 8 elemen kendali dan 8 posisi iradiasi dengan pola pergantian elemen bahan bakar 6/2 dengan 4 kelas fraksi bakar, karena : Menghasilkan reaktivitas lebih awal siklus, akhir siklus serta marjin padam minimum yang cukup bila dioperasikan dengan panjang siklus 1200 MWD. Dengan level daya operasi 15 MW dapat memberikan harga fluks yang lebih tinggi dibanding teras silisida 4,8 g U/cc maupun teras silisida 2,96 g U/cc pada daya yang sama. Ditinjau dari jumlah siklus operasi, konsumsi perangkat elemen bahan bakar per siklus dan per tahun serta besarnya fluks yang dihasilkan, penggunaan elemen bahan bakar silisida 5,2 g U/cc lebih efisien dibanding dengan penggunaan elemen bahan bakar silisida 2,96 g U/cc saat ini. Ditinjau dari segi neutronik, seluruh parameter neutronik teras silisida 5,2 g U/cc berada dalam batas keselamatan. 146

11 DAFTAR PUSTAKA 1. LANGUILLE, J.P. DURAND AND A. GAY, New High Density MTR Fuel The CEA-CERCA-COGEMA Development Program, Transaction of The 2 nd Topical Meeting on RRFM Bruges, Belgia LIEM P.H, dkk., Fuel Management Strategy For The New Equilibrium Silicide Core Design Of RSG GAS (MPR-30), Journal of Nuclear Engineering and Design 180 (1998). 3. ARBIE. B, Oxide to Silicide Fuel Conversion Study for Multipurpose Reactor G.A. Siwabessy, Ph.D Thesis, University of Gajah Mada, Yogyakarta LILY SUPARLINA DAN TAGOR MALEM SEMBIRING., Manajemen Teras RSG-GAS Berbahan Bakar Silisida 4,5 dan 4,8 g U/cc Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Volume IV, Edisi Khusus 4, Agustus LILY SUPARLINA, Penentuan Konfigurasi Teras RSG-GAS dengan Jumlah Elemen Bakar Silisida 4,8 g U/cc Optimum, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir Tri Dasa Mega Volume 7, Nomor 2, Juni ASKEW J.R. et al., A General Description Of The Code WIMS, Journal Br. Nucl. Energy Soc. 5 (1966). 7. LIEM 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) 147