DESAIN TERAS AL TERNA TIF RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISIDA 4,8 G U/Ce.

Transkripsi

1 Pros/ding Scm;}1{/rllllsJ! l)encluioj1 PJTRU 1,'//11)/ ~O()./ DESAIN TERAS AL TERNATIF RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISIDA 4,8 G U/Ce. Lily Suparlina dan Tagor Malem Sembiring Pusat Pengembangan Tcknologi Rcaktor Riset-Batan ABSTRAK DESAIN TERAS AL TERNA TIF RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISIDA 4,8 G U/Ce. Dengan telah digunakannya bahan bakar silisida 2,96 g/ce di teras RSG-GAS dan telah dilakukannya penelitian mengenai penggunaan bahan bakar silisida 4,8 glec, maka perlu dilanjutkan studi mengenai kemungkinan penggunaan bahan bakar silisida dengan teras yang lebih sederhana. Pada penelitian ini, dilakukan perhitungan desain teras alternatif RSG-GAS berbahan bakar silisida dengan kerapatan 4,8 g Ulec. Teras terdiri dari 20 buah bahan bakar, 8 buah elemen kendali dan 8 buah posisi iradiasi yang terletak di teras aktif bagian luar. Teras aktif dikelilingi elemen berilium reflektor. Fraksi bakar dibentuk melalui 4 teras transisi silisida 4.8 g U/cc dengan menggunakan paket program Batan-2DIFF. Fraksi bakar buang maksimum yang dicapai adalah 70,4 % dan reaktivitas lebih yang dihasilkan sebesar cukup untuk dioperasikan dengan panjang siklus 46,66 hari pada daya nominal 30 MW atau setara dengan 1400 MWD. Fluks maksimum tei1inggi pada posisi E-4 sebesar 3,14 x 1011 n/cm2, kata kllllci: sifisida,fraksi bakar, teras ABSTRACT ALTERNATIVE DESIGN OF RSG-GAS SILISCIDE 4,8 G U/CC Having operation experience with the the usage of silicide 2.96 g Ulce in the RSG-GAS core and previolls study of highest density silicide core, a further study on the possibility of 4,8 g Ulcc density silicide application for simple cores should be continued. In this research, the alternative core design of siliseide 4.8 g Ulcc RSG-GAS calculation has been carried out. The core contains 20 fuels, 8 control elements and 8 irradiation positions outside the core. It is surrounded by berrylium reflector elements. Burnup fraction was formed through 4 silicide 4,8 g U/cc transition cores using 2 dimension code Batan-2DIFF. The achieved maximum charged burnup is 70,4 % and the excess reactivity of 11,29 is enough to be operated for 46,6 days at nominal full power of 30 MW or 1400 MWd cycle length. Keywo/'ds : silicide, bll/'ll11pfractioll, core PENDAHULUAN Bahan bakar silisida (U3SirAl) merupakan bahan bakar yang banyak digunakan dalam operasi reaktor riset jenis MTR saat ini. Oensitas uranium maksimum bahan bakar silisida yang telah dikualifikasikan adalah sebesar 4.8 g U/ee. [1] Keunggulan bahan bakar jenis ini dibanding dengan bahan bakar oksida (U30s-AI) adalah : memiliki densitas uranium dalam meat yang relatiftinggi memiliki kompabilitas dengan aluminium dan pendingin memiliki konduktivitas yang relatifbaik memiliki batas blister yang baik (515 C) 238

2 ISS~ OSS1-SC7S f)csliil1 Teras.-II'" nldl~rul)'g LiI" SlIparllllil - watak sire/ling yang stabil selall1a iradiasi - ll1emiliki ketahanan yang tinggi terhadap gas hasil belah Saat ini reaktor RSG-GAS menggunakan bahan bakar silisida pengganti oksida dengan densitas uranium sebesar 2,96 g U/ee. Penelitian sebelumnya [2] menyimpulkan bahwa penggunaan bahan bakar silisida dengan densitas 4,8 g U/ee dapat diterapkan pada RSG-GAS dengan konfigurasi teras 40 bahan bakar, 8 elemen kendali ditambah 2 batang kendali pengaman. (BKP) AgInCd, pad a posisi B-3 dan G-IO. Dengan konfigurasi teras terse but, reaktor dapat dioperasikan dengan panjang siklus 1400 MWd. Untuk mendapatkan konfigurasi teras yang optimum, maka dilakukan penelitian lanjutan mengenai pembentukan teras silisida 4,8 g U/ee sebagai teras alernatif dari teras yang digunakan pada saat ini. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan konfigurasi teras RSG-GAS berbahan bakar silisida 4,8 g U/ee yang optimum dengan pengurangan bahan bakar dan peletakan posisi iradiasi di teras aktif bagian luar. Perhitungan dilakukan dalall1 2 (dua) tahap, pel1ama pcrhitungan seluntuk menggenerasi tam pang lintang material teras dcngan Il1cnggunakan program WIMSO/4 [4] dan kedua adalah perhitungan teras dengan metode difusi 2 dimensi Batan-2DIFF [5]. Kajian yang dilakukan dalam perhitungan teras ini hanya ditinjau dari aspek neutroniknya saja. Program konversi teras RSG-GAS harus menghasilkan desain teras silisida setimbang yang optimal. Pad a penelitian ini, penearian teras penuh dilakukan melalui teras transisi I - 4, dimulai dengan seluruh teras berisi bahan bakar segar dengan panjang siklus operasi adalah 1400 MWd. METODE PERHITUNGAN Batasan Kesclamatan Sebelum melakukan perhitungan teras RSG-GAS, maka terlebih dahulu perlu dipilih batasan desain dan batasan keselamatan yang digunakan dalam perhitungan teras. Batasan desain yang dipilih adalah seluruh konfigurasi teras dan elemen penyusun teras tidak berubah, baik posisi dan jumlahnya. Batasan keselamatan yang digunakan adalah: Batasan reaktivitas lebih pada awal siklus dingin bebas xenon 10 % t.k/k Marjin rcaktivitas padam minimum (stuck rod condition) adalah 0,5 %t.k/k. Faktor puneak daya (FPO) radial maksimum adalah 1,4. 239

3 l>rosldll1g Se1l11110r Ilos1l 1'/!/ll'llIwlIl>JIH,R /(111111/ :00./ ISSC; (ls5~-527s Reaktivitas lebih EOC dengan xenon 2 % c'k/k Perl1itllllgWl Set Sebelum dilakukan perhitungan teras, maka terlebih dahulu disiapkan konstanta kelompok difusi dengan paket program WIMS-D4 [6]. Paket program ini menyiapkan konstanta kelompok dalam 4 kelompok tenaga neutron. Konstanta kelompok yang disiapkan merllpakan fungsi kondisi reaktor (panas. dingin, xenon setimbang dan tanpa xenon). Hal ini dibuat agar dapat dilakukan perhitungan kesetimbangan reaktivitas teras RSG-GAS. Perhitungan Teras Perhitllngan teras dilakllkan dengan paket program manajemen teras Batan 2DIFF [5]. Metode yang digunakan dalam paket program ini adalah metode difllsi neutron banyak kelompok dengan geometri dua dimensi. Dalam perhitllngan. teras RSG-GAS dimodelkan dalam geometri X-Yo Gambar 1-4 menunjllkkan konfigurasi teras yang digunakan dalam perhitllngan teras. Teras transisi 1 terdiri dari 14 bahan bakar dan 8 elemen kendali, teras transisi 2 terdiri dari 16 bahan bakar dan 8 elemen kendali, teras 3 terdiri dari 18 bahan baker dan 8 elemen kendali dan Teras 4 terdiri dari 20 bahan baker dan 8 elemen kendali. Parameter nelltronik yang dihitung adalah : I-Iarga reaktivitas lebih teras pad a saat awal sikllls (BOC) dingin be bas xenon Harga reaktivitas lebih teras pad a akhir siklus (EOC) kondisi panas dengan xenon Margin padam pada awal sikills sa at BOC Fraksi bakar bllang maksimllm PPF radial maksimum I-Iarga fluks neutron pada posisi iradiasi 240

4 I~~N OSS I-S27S /)csa;iif('wj.lile,.,,,,,,r RSGl.ily Suparlil1u BERYLl.IUM BLOCK REFLECTOR BERYLLIUM BLOCK REFLECTOR GambaI' ]. Konfiguras Iteras] GambaI' 2. Konfigurasi teras 2. BERYLLIUM BLOCK REFLECTOR BERYLLIUM BI.OCK REFLECTOR Gambar 3. Konfigurasi teras 3 Gambar 4. Konfigurasi teras 4 Keterangan : Reflector Rabbit [QJ W~~ Fuel RE. Control Element Element Be-Plug Element ( RE) R.E. Dummy with Source ~ ~ ElementD HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan neutronik teras silisida 4,8 g U/ee dengan konfigurasi teras 1 s.d 4 ditunjukkan pad a Tabel 1. Daya yang digunakan pada perhitungan teras adalah 30 MW dan dioperasikan selama 46,6 hari atau setara dengan jumlah pembangkitan panas sebesar 1400 MWd. Nilai fluks neutron yang tinggi disebabkan oleh adanya berilium di sekitar teras aktif. 241

5 !>rosll!lng Sel1lIJWI'!!oslll\'l1l'1lff(lJl I>2TRR hilwlil()(u ISSN ()o~~-~l7x Tabel 1. Parameter Neutronik Teras Silisida 4,8 g U/ee 3 1 {Jpsr'4 pex (%)(%) 4,361,08 0,71,23, ,041,33,65 6,67 3, ,303, EOC'3 4,18 13,41 11,31 12,83 11,48 Siklus'1 BOC pex (%) 4,29 neutron '2termal maksimum's PPF radial 2 (n/cm2) Fluks Kctcrangan: * I = Dengan operasi penuh 15 MWth; *2 = rcakti\'itas lebih awal siklus tanpa xenon *3 = rcakti\itas lebih akhir siklus dengan xenon, *4 = marjin reakti\'itas padam kondisi one stuck tod. *5 PPF rad maksimum I~ 1110 ::::: I I:"" 100/\ \,-.. i !.,,011> t _ 1400 Gambar 5. Neraea Reaktivitas Teras Silisida 4,8 g Ulee Pad a teras transisi I, 4 buah posisi iradiasi berada di tengah teras, hal ini untuk mengimbangi reaktivitas teras yang tinggi akibat insersi 14 bahan bakar dan 8 elemen kendali segar dalam teras. Pada teras transisi 2 dan 3, dua buah posisi iradiasi dipindah ke teras luar, diganti dengan bahan bakar. Pada teras 4, posisi iradiasi seluruhnya berada diteras aktif bagian luar. Pemindahan posisi iradiasi dilakukan untuk memudahkan penempatan bila akan digunakan untuk pemasukan target. Dari penelitian sebelumnya 2) yang menyimpulkan bahwa teras silisida dengan BKP dapat beroperasi dengan panjang siklus 1400 MWd, maka panjang siklus terse but diterapkan pula pad a teras transisi. Dari Gambar 5 terlihat parameter neutronik yang penting sebagai fungsi panjang siklus, 242

6 ISSN [)C5C1J11 Teras.lIh'nl!.1f~II() Grll.\',')'upar/llw yakni reaktivitas lebih teras awal siklus (kondisi dingin bebas xenon), reaktivitas lebih teras akhir siklus (kondisi panas dan xenon setimbang), dan fraksi bakar buang Illaksilllum elemen bakar dan elemen kendali. Reaktivitas lebih teras akhir siklus dibatasi nilai reaktivitas lebih yang cukup untuk pengaturan daya reaktor untuk Illengkompensasi pemasukan target iradiasi dan pembangkitan xenon. Reaktivitas lebih awal siklus sekitar ] ] - ] 2 % yang dihasilkan cukup untuk dioperasikan dengan panjang siklus ]400 MWd. Nilai fraksi bakar buang maksimum sebesar 70 % akan dicapai dalam 4 siklus. Dengan demikian teras silisida dapat dibagi dalam 4 kelas fraksi bakar. KESIMPULAN. Sila konfigurasi teras silisida 4,8 g U/cc dengan jumlah bahan bakar 20 dan 8 elemen kendali sidah mencapai teras setimbang, maka dapat diusulkan untuk menjadi bahan pertimbangan penggunaan bahan bakar silisida di teras RSG-GAS. Dalam kajian sementarra, dari segi neutronik parameter keselamatan yang dihitung dapat dipenuhi. Reaktivitas lebih yang tersedia cukup untuk dioperasikan dengan panjang siklus ] 400,\, MWd. Pemindahan posisi iradiasi ke teras luar dapat memudahkan operator dalam penanganan pemasukan target. DAFT AR PUST AKA I. A. LANGUILLE, J.P. DURAND DAN A. GAY, "New High Density MTR Fuel The CEA-CERCA-COGEMA Development Program", Transaction of The 2nd Topical Meeting on RRFM Sruges, Selgia LILY SUPARLlNA, DKK., "Manajemen Teras RSG-GAS Serbahan Sakal' Silisida 4,5 dan 4,8 g U/cc ", Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol 4. Edisi Khusus 4, Agustus IMAN KUNTORO DAN T AGOR MALEM SEMBIRING., "Kemampuan Satang Kendali Serbahan Penyerap S4C Pada Teras Silisida RSG-GAS", Jurna1 Teknologi Reaktor Nuklir Tri dasa Mega, Volume 3, NomoI' 2, Juni ASKEW, l.r. et 01., A General Description Of The Code WIMS, Journal Sr. Nucl. Energy Soc. 5 (]966). 5. LlEM 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). 243

7 I'roslclmg Seminal' Ilwilll'L'/lt'l1rhm I'lTRR Tahlln ::no../ DISKUSI 1. Penanya: Kusno Pe11anyaan : a. Kenapa harga stuck rod mempunyai 0,5%, bagaimana perhitungannya b. Dengan jumlah bahan baker 8 batang kendali dan 20 bahan baker standard bagaimana bias ditinjau dari laju alir dikanal pendingin bahan bakar Jawaban: a. Nilai stuck rod 0,5 adalah harga batasan keselamatan bahwa reaktivitas dalam kondisi stuck rod adalah 0.5% b. Penelitian di atas baru ditinjau dari segi neutronik, untuk menentukan laju alirnya, penelitian akan dilanjutkan bekerja sama dengan kelompok termohidroul ik 2. Pcnanya: Endiah PH Pertanyaan : a. Mengapa dipilih 20 BB dan 8BK b. Sampai dimana hasil dipcrhitungan yang telah dilakukan Jawaban : a. Dipilih 20 BB dan 8BK untuk mcmpcrmudah pembagian fraksi bakar ke dalam 4 kelas. Bila melebihi jumlah tersebut, tanpa BKP batasan keselamatan antara lain margin padam tidak terpenuhi b. Perh itungan yang d i lakukan adalah parameter neutron i dengan teori di fusi 2 dimensi. Selanj utnya akan d ilanj utkan dengan perh itungan parameter neutron dengan teori difusi 3 dimensi 244