STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN di KOREA SELATAN

Transkripsi

1 ISSN STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN di KOREA SELATAN Suwardi ABSTRAK STATUS PENGEMBANGAN INFRA-KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN DI KOREA SELATAN. Bahan bakar U02 untuk PWR di dalam Negara Korea diizinkan dibakar sampai pad a bakaran 60 MWd/Kg-U rerata batang. dan direncanakan peningkatan bakaran lebih lebih tinggi. Dalam rangka meneliti perilaku batang bahan bakar pada bakaran tinggi di bawah kondisi-kondisi mantap dan transien, INFRA (Analisis Batang bahan-bakar terintegrasi, sedang dikembangkan Kaeri. Model kinerja bahan bakar untuk meneliti perilaku kelongsong dan pelet pad a bakaran tinggi itu adalah baru saja dikembangkan, dan modul analisa elemen hingga ditambahkan untuk analisa mekanik. Untuk mempelajari perilaku bahan bakar bakaran yang tinggi sepanjang RIA dan kondisi-kondisi LOCA transien, beberapa uji dalam sel panas direncanakan seperti pengujian post-irradiation (PASTEL) untuk bahan bakar bakaran tinggi, test pendinginan logam dari pelet bakaran tinggi dengan daerah bingkai, dan uji oksidasi temperatur tinggi dan uji mekanis menyangkut kelongsong yang diradiasi di bawah kondisi LOCA dengan penggunaan spesimen bahan bakar bakaran tinggi. PENDAHULUAN Dalam rangka meningkaukan ekonomi siklus bahan bakar dan mengurangi kwantitas bahan-bakar bekas, bakaran bahan bakar telah ditingkatkan secara terus-menerus dengan peningkatan sifat ketahanan korosi kelongsong. Pada pertengahan 1990, Bahan bakar U02 bakaran mencapai 60 MWD/KG-U rerata tangkai. Di dalam Negara Korea, material batang bahan-bakar maju (advanced) dan komponen-komponen seperti paduan logam zirconium mengedepan (advanced), suatu pelet baru, pengatur jarak panggangan (spacer grid), dan ujung atas/bawah, sedang dikembangkan untuk peningkatan bakaran bahan bakar dan juga kode analisis kinerja bahan bakar, INFRA, sedang dikembangkan untuk meneliti perilaku bakaran yang tinggi batang bahan-bakar di bawah posisi mantap dan transien, sampai kepada bakaran yang lebih tinggi dari 70 MWd/Kg-U rerata tangkai.[1]. Karena ramalan perilaku kelongsong dan pelet pada bakaran tinggi, beberapa model kelongsong dan pelet telah dikembangkan. Bahan bakar domestik telah diradiasi di dalam PWR sampai kepada bakaran yang lebih tinggi dari 55 MWD/KG-U rerata tangkai, dan peningkatan bakaran lebih lanjut juga telah direncanakan. Oleh karena itu, Negara Korea adalah di dalam situasi yang sama sebagaimana negara-negara yang lain di dalam isu keselamatan bahan bakar bakaran tinggi. Tabel 1 menunjukan status bakaran bahan bakar yang sedang diradiasi di dalam PWR. Uji Keselamatan bahan bakar di dalam sel panes direncanakan dengan penggunaan perakitan bahan bakar bakaran tinggi yang telah diradiasi di dalam YGN-1. Puncak bakaran batang bahan-bakar adalah sekitar 55.4 MWD/KG-U - rerata tangkai. Direncanakan pengujian di dalam sel panes seperti pengujian post-irradiation (PASTEL) untuk bahan bakar bakaran tinggi,uji pending inan logam dari pelet bakaran tinggi dengan daerah bingkai, dan test oksidasi temperatur tinggi dan mekanis untuk kelongsong yang diradiasi di bawah kondisi LOCA dengan penggunaan bahan bakar spesimen bakaran tinggi. PENGEMBANGAN BATANG KODE KINERJA BAHAN-BAKAR, INFRA Ketika bakaran bahan bakar meningkat di luar 60 MWD/KG-U, isu yang 56

2 baru untuk bahan bakar perilaku sudah muncul. Dalam rangka meramalkan perilaku dari bahan bakar bakaran tinggi, batang kode kinerja bahan bakar, INFRA sedang dikembangkan [1]. Beberapa model adalah dikembangkan baru saja untuk meramalkan ~ahan bakar perilaku bakaran yang tinggi. Khususnya, adalah penting untuk meramalkan perilaku didalam pelet daerah microstructure melingkar pad a bakaran tinggi. Keterhantaran termal di dalam daerah bingkai, mekanisme formasi microstructure bingkai, dan distribusi radial lokal dari bakaran adalah parameter penting di dalam penggambaran kesimpulan perilaku pelet pad a bakaran tinggi. Disamping itu perilaku creep-out dalam kaitan dengan bakaran yang lebih tinggi : pelepasan gas pembelahan, peningkatan korosi dan pertumbuhan memanjang, dan pengurangan duktilitas kelongsong adalah di antara parameter yang penting di dalam perilaku kelongsong pada bakaran tinggi. Spektrum energi netron dan besaran divariasi pad a posisi radial di dalam pelet bahan-bakar U02, kemudian laju densitas lokal pembelahan berubah dan diperlukan untuk meramalkan gejala itu untuk meneliti efek bingkai bahan bakar bakaran yang tinggi. Oleh karena itu, RAPID (Radial Power and Burnup Prediction by following fissile Isotope Distribution in the Pellet) Ramalan Daya Radial dan Bakaran dengan Distribusi Isotop fisil (cenderung membelah) di dalam Pelet dikembangkan untuk meramalkan daya lokal, bakaran, dan distribusi isotop belah sebagai fungsi dari posisi radial, bakaran pelet dan pengayaan awal U-235 [2]. Gambar 1 menunjukan perbandingan tentang ramalan RAPID dan Frapcon-3 dengan data yang eksperimen itu. Model RAPID meramalkan data terukur secara lebih baik. Ketika bakaran U02 meningkat, generasi gelembung gas pembelahan meningkat secara berangsur-angsur oleh pembelahan yang terkumpulkan dan oleh karena itu, bengkak oleh gelembung gas pembelahan menjadi takterabaikan. Dalam rangka menaksir bengkak disebabkan oleh gelembung gas pembelahan, dikembangkanlah model bengkak oleh gas [3]. Keterhantaran termal dari U02 diradiasi adalah suatu parameter penting di dalam bahan bakar perilaku yang berkenaan dengan panas seperti temperatur bahan bakar dan pelepasan gas pembelahan. Di dalam kode INFRA, model keterhantaran termal dikembangkan berdasarkan atas data difusivitas termal dari pengukuran Bahan bakar U02 telah diradiasi selama proses pendinginan[4]. efek dari hasil belah-inti Karena itu mempertimbangkan padat dan hasil belahinti berupa gas secara terpisah, hal itu dapat digunakan untuk menaksir keterhantaran termal U02 daerah microstructure bingkai di mana nuklida hasil belah-yang bersifat gas bergabung ke dalam gelembung gas pembelahan. Mekanisme formasi microstructure bingkai dipelajari untuk menunjukkan bahwa formasi microstructure bingkai itu tergantung tidak hanya bakaran lokal tetapi konsentrasi gas pembelahan di dalam matriks U02 [5]. Pad a konsentrasi kritis dari gas pembelahan, gelembung gas pembelahan adalah distabilkan dan diintikan, mengikuti dengan sub-division butir untuk membentuk microstructure bingkai itu. Oleh karenanya hal itu menunjukkan ketika temperatur meningkat, formasi microstructure melingkari tertunda dalam kaitan dengan pelepasan gas pembelahan dan kemudian pada temperatur tinggi daerah pelet bagian dalam, bingkai microstructure tidak akan dibentuk sama sekali bahkan pada bakaran lebih tinggi. Dalam rangka meramalkan perilaku Zircaloy-4 kelongsong pad a bakaran tinggi, dikembangkan model perilaku kelongsong Zircaloy-4 pad a bakaran tinggi di dalam area seperti creep-out dan korosi.. Pada bakaran tinggi, tekanan dalam batang bahan-bakar dapat melebihi tekanan eksternal oleh pelepasan gas pembelahan, yang mana bisa mengakibatkan pada bagian kelongsong itu menonjol keluar. Dalam rangka meneliti peristiwa ini, adalah diperlukan untuk menaksir menilai creep-out kelongsong itu 57

3 dengan tepat. Perbandingan menyangkut ramalan creep-out kelongsong dari kode analisis kinerja bahan bakar yang didasarkan atas data uji creep-down kelongsong itu dengan Halden menunjukkan bahwa kode under-estimate laju creep-out kelongsong itu. Oleh karena itu, berdasarkan atas model krip yang ada, model baru creep-out kelongsong diperoleh dengan mengubah ketergantungan dari laju krip atas perubahan fluks neutron cepat dan tekanan [6]. Gambar 2 menunjukan perbandingan hasil kalkulasi INFRA dan ramalan Frapcon-3 dengan data terukur. Model korosi kelongsong Zircaloy-4 telah dikembangkan melalui analisa dari mekanisme korosi dan model korosi lain. Parameter yang mempengaruhi korosi kelongsong bahan bakar menjadi material dan karakteristik pabrikasi menyangkut kelongsong, kimiawi air pending in, formasi hydride di dalam kelongsong, dan perubahan terus menerus neutron cepat. Model yang diperoleh dengan mempertimbangkan efek dari tiap parameter pada korosi Zircaloy. Model Yang diperoleh dievaluasi oleh kedua-duanya hal yaitu analisa kepekaan dari parameter dan kemungkinan meramalkan gejala seperti itu dari seperti misalnya distribusi korosi di sekitar axis, efek kimiawi dan akselerasi korosi air pada bakaran tinggi [ 7]. Untuk analisa mekanik pelet bahanbakar dan kelongsong yang akurat selama posisi mantap transien dan modul analisa elemen-hingga dikembangkan [8] dan menambahkannya ke kode INFRA. Kode itu menerima data yang perlu seperti sifat dan temperatur material dari kode INFRA dan mengkalkulasi ketegangan dan regangan lokal tangkai bahan bakar. RISET KESELAMATAN BAHAN BAKAR BAKARAN TINGGI Setelah hasil simulasi uji RIA di dalam CABRI Perancis disajikan pada 1994, KAERI melakukan analisa dan evaluasi keselamatan untuk perilaku Bahan bakar U02 domestik [9], di mana jika analisis 3-dimensional transien pada teras selama RIA dilakukan untuk kali pertama sebagai pekerjaan pelopor dan ukuran-ukuran/kriteria kegagalan bahan bakar dan menggunakan peningkatan entalpi bahan bakar selama RIA sebagai ganti ental pi total bahan bakar telah diusulkan untuk kali pertama, mempertimbangkan mekanisme kegagalan bahan bakar pada PCMI. KAERI juga melakukan analisa keselamatan untuk pembangkit daya nuklir domestik bahan bakar di dalam kerjasama dengan organisasi nuklir lain seperti KINS (Korea Institute of Nuclear Safety- Institut Keselamatan Nuklir Negara Korea) dan KEPCO [10]. KAERI telah dan terus mengembangkan teknologi bahan bakar maju untuk PWR sebagai proyek nuklir nasional sejak Dalam rangka bersiap-siap menghadapi pengembangan dan komersialisasi dari bahan bakar bakaran tinggi, sifat bahan bakar bakaran tinggi dan data test terkait telah dianalisis. Perilaku bahan bakar di bawah kondisi RIA dan isu keselamatan untuk bahan bakar bakaran tinggi telah dianalisa. Ditemukan bahwa test lebih lanjut akan diperlukan dalam area tersebut sebagaimana kegagalan bahan bakar dan dispersi di bawah kondisi RIA, korosi kelongsong pada temperatur tinggi, kelainan bentuk mekanis di bawah LOCA. Bahan bakar domestik telah diradiasi sampai kepada bakaran rata-rata tangkai yang lebih tinggi daripada 55 MWD/KG-U. Rencana untuk riset keselamatan dibentuk setelah analisa isu keselamatan bahan bakar dan pemakaian bahan bakar serta rencana pengembangan domestik [11]. Sasaran riset keselamatan bahan bakar adalah ditetapkan sebagai berikut: - Reevaluation Ukuran-Ukuran/kriteria Keselamatan untuk PWR Bahan bakar Bakaran Tinggi -Test Keselamatan, Verifikasi dan pembangunan Database untuk Bahan bakar Domestik Bakaran Tinggi -pengembangan Teknologi Analisa Keselamatan untuk Bahan bakar Bakaran Tinggi 58

4 KESIMPULAN Kode kinerja bahan bakar INFRA sedang dan telah dikembangkan KAERI dalam rangka meramalkan perilaku bahan bakar bakaran yang tinggi di bawah posisi kondisikondisi mantap dan transien. Model untuk ~nalisis kinerja bahan bakar baru saja mulai dikembangkan yaitu untuk menaksir perilaku bahan bakar bakaran tinggi: untuk pelet, model bengkak oleh gas, model keterhantaran termal, model mekanisme formasi bingkai melingkar, serta program RAPID untuk meramalkan bakaran dan daya lokal, dan untuk kelongsong, model creep-out, model sifat mekanis, dan model korosi, dan modul analisa elemenhingga untuk analisa mekanik batang bahanbakar sepanjang kondisi transien. Bahan bakar domestik Korea Selatan telah diradiasi di dalam PWR sampai kepada suatu bakaran rerata tangkai 55 MWd/Kg-U. Oleh karena itu, Negara Korea adalah di dalam situasi yang sama sebagai negara-negara yang lain di dalam hal keselamatan bahan bakar bakaran tinggi. Suatu rencana riset keselamatan telah dibentuk. Simulasi uji untuk RIA dan LOCA akan dilakukan dengan penggunaan spesimen bahan bakar dan ukuran-ukuran/kriteria keselamatan bahan bakar bakaran tinggi akan dievaluasi kembali dan perkakas analisa untuk masalah yang terkait dengan transien akan dikembangkan. ACUAN [1] LEE, C.B. et ai., "Development of U02 Fuel Rod Performance Analysis Code, INFRA", Proceedings of KNS 2001 Fall Meeting, 2001 [2] LEE, C.B.,, et ai., "RAPID model to predict radial burnup distribution in LWR U02 fuel", J. of Nuclear Mater., vol.282, p.196, [3] KIM, D.H. et ai., "Fission Gas Swelling Model of high burnup Fuel", Proceedings of KNS Fall Meeting, [4] LEE, C.B. et ai., "Development of Irradiated U02 Thermal Conductivity Model", IAEA Technical Committee Meeting on Nuclear Fuel Behavior Modelling at High Burnup and its Experimental Support, Windermere, UK, [5] LEE, C.B., and Y.H. JUNG, "An Attempt to Explain High Burnup Structure Formation Mechanism in U02 Fuel", J. of Nuclear Mater., vo1.279, p.207, [6] BANG, J.G. et ai., "Development of LWR Zircaloy-4 Cladding Creep-out Model", Proceedings of KNS 1998 Fall Meeting, [7] BANG, J.G. et ai., "Development of LWR Fuel Zircaloy-4 Cladding Corrosion Model", Proceedings of KNS 1999 Fall Meeting, [8] KWON, Y.D. et ai., "Development of Finite Element Module Technology", KAERI/CM 399/99, KAERI, [9] LEE, C.B. et ai., "Analysis of the Fuel Rod Behavior Under the Rod Ejection Accident in the Pressurized Water Reactor", OECD/NEA Specialists Meeting on Transient Behavior of High Burnup Fuel, Cadarache, France, [10] LEE, C.B. et ai., "Analysis of Fuel Behavior During Rod Ejection Accident in the Korea Standard PWR", 1997 Int. Top. Mtg. on LWR Fuel Performance, Portland, [11] LEE, C.Bet ai., "Analysis of High Burnup Fuel Safety Issues", KAERIITR-1693/2000, KAERI, [12] J.G. BANG, C.B. LEE, D.H. KIM, Y.M. KIM, Y.S. YANG, Y.H. JUNG STATUS OF HIGH BURNUP FUEL SAFETY RESEARCH IN THE REPUBLIC OF KOREA, Korea Atomic Energy Research Institute, Yuseong, Daejeon, Republic of Korea 59

5 HasH Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 LAMPIRAN. Tabel-1: Stataus tingka bakar bahan bakar PLTN di Korea Tipe Reaktor kw/ft IRerata Masuk Daya MWD/MTU Keluar Bakaran Teras Diijinkan Pendingin Tingkat Panas Kanal Temperatur Faktor 000 Siklus Teras c m..c C) C!) C» 40 3D Measured Data --INFRA --- Frapcon-:l o {} I 20 I Irradiation Time, days Gambar-1: Perbandingan distribusi radial [dari] nuklida Pu dan bakaran. GAMBAR-2: Perbandingan Ramalan NFRA dengan Data Hasil pengukuran. 60