A W AL PENENTU AN REAKTIVIT AS PEMULSA REAKTOR KARTINI

Transkripsi

1 Proseding Peremuan dan Presenasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakara Ju/i 1999 Buku I 221 AN ALISIS KENDALl A W AL PENENTU AN REAKTIVIT AS PEMULSA REAKTOR KARTINI BATANG Widaro, T.W. Tjipono, Syarip PPNY -BATAN ABSTRAK ANALISIS AWAL PENENTUAN REAKTIVITAS BATANG KENDALl PEMULSA REAKTOR KARTINI. Telah dilakukan analisis penenuan besarnya reakivias baang kendali unuk pemulsaan daya reakor Karini, dari operasi normal pada daya 100 kw menjadi 20 MW dalam waku sesaa dengan ujuan unuk mendapakan fluks neuron yang sanga inggi sekiar orde 1014 nlcm2 deik. Analisis dilakukan berdasar alas lama waku penyisipan baang kendali dan kineika neuron serempak dari hasil flsi bahan bakar U235. Dari hasil perhiungan dengan kecepaan baang kendali pemulsa yang sanga inggi, dalam waku = 5 milideik unuk mencapai daya 20 MW. diperoleh harga reakivias p = (223 :i: 2,1) 10,.4 % yang merupakan harga reaivias ekivalen dari baang kendali pemulsa. ABSTRACT PRELIMINARY ANALYSIS OF PULSE CONTROL ROD REACTIVITY OF KARTINI REACTOR. Analysis o deermine pulse conrol rod reaciviy for pulsing of Karini reacor power on normal operaion from 100kW o 20 MW has been done. Purpose of he pulsi~g is o find. neuron flux around 1014 n/cm2 sec in he shor ime (millisecond). The analisys based on duraion of conrol rod inserion ime and promp neuron kineic of U235 fuel fission produc. Furhermore,. wih very fas velociy inserion of conrol rod, for = 5 mollisecond o reach 20 MW power level he reaciviy equivalen of he pulse conrol rod is p =.(223 x 2,1) 10-4 %. PENDAHULUAN S eiap reakor seperi halnya dengan sisem pembangki enaga lainnya memerlukan sisem kendali unuk mengaur operasi daya reakor dengan aman. Reakor hams dapa dioperasikan, dinaikkan aau diurunkan sera dihenikan dayanya. Dalam keadaan darura, operasi reakor hams dapa dihenikan dengan cepa unuk menghindarkan kecelakaan yang mungkin erjadi. Daya reakor (P) sebanding dengan fluks neuron (~ aaupun kerapaan neuron, maka pengauran daya reakor dapa ercapai dengan ara mengaur fakor perlipaan efekif (ke). Bila fakor perlipaan efekif lebih besar dari harga 1 (sau) maka reakor super kriis (daya reakor naik), dan unuk fakor perlipaan efekif sama dengan 1 (sau) daya reakor eap idak berubah, yang biasa disebu reakor kriis, sedang hila fakor perlipaan efekif kurang dari 1 (sau) reakor sub kriis, daya reakor akan urun. Unuk keperluan operasi daya reakor diperlukan sejumlah bahan bakar :'ang lebih dari massa kriisnya. Dengan sejumlah bahan bakar di dalam eras ersebu, pengauran fakor perlipaan efekif aau reakivias dapa dilakukan dengan ara merubah anara keseimbangan kecepaan produksi dengan kecepaan hilangnya neuron dalam reakor. Beberapa ara yang biasa dilakukan unuk mengaur reakivias reakor adalah dengan penambahan aau pemindahan bahan bakar, adanya moderaor dad reflekor aau penyisipan bahan-bahan penyerap kua erhadap neuron. Penyisipan bahan penyerap kua neuron merupakan cara yang biasa dilakukan unuk pengendalian reakor ermal. Unuk maksud ini biasanya digunakan bahan boron aau cadmium yang mempunyai ampang linang absorbsi sanga besar erhadap neuron ermal, dalam benuk lempengan aau baang unuk kendali daya reakor dad disebu baang kendali reakor. Penyisipan (gerakan naik/urun) baang kendali dalam eras reakor berfungsi unuk mengaur daya pada saa reakor sedang dioperasikan, baik pada saa daya reakor naik (sarup) menuju daya erenu maupun daya urun (shu down). Kecepaan perubahan daya reakor dipengaruhi oleh kecepaan penyisipan reakivias yang dilakukan dengan kecepaan penyisispan baang kendali. Penyisipan baang kendali dengan kecepaan yang sanga inggi memberikan perubahan daya sesaa dalam benuk pulsa. Selanjunya dilakukan analisis penenuan reakivias baang kendali dengan ujuan unuk pemulsaan reakor Karini dari operasi daya normal 0, I MW menjadi 20 MW. Analisis dilakukan berdasar aas kecepaan penyisipan baang kendali pemulsa sera kineika reakor neuron serempak dari basil fisi bahan bakar U23S.

2 V, 222 Bukul Proseding Peremuan don Presenasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakara /4- /5 Juli /999 DASAR TEORI Pada saa reakor sedang mengalami opersai, erjadi reaksi fisi (pembelahan) ini bahan bakar U23S, dan lahir neuron baru. Dengan berlangsungnya pr<;>ses reaksi ini, populasi neuron dapa berubah dengan fakor efekif ke. Jadi fakor ke merupakan perbandingan anara jumlah neuron seelah erjadi reaksi pembelahan dengan jumlah neuron sebelumnya ; akhirnya erjadi serapan aau proses reaksi fisi berikunya. Unuk.suau re,akor ermal, umur neuron dapa dianggap erdiri dari dua bagian yaiu waku selama menjalani perlamba;an dari enaga pembelahan sampai menjadi enaga ermal (l's) dad waku selama neuron berdifusi sebagai neuron ermal hingga mengalami angkapan (serapan) erhadap ini bahan bakar U23S unuk proses pembelahanberikunya.: Seluruh waku yangdiperlukan unuk perlambaan dari enaga pembelahan sampai dengan enaga ermal dapa diulis menuru persamaan : Bila rapa neuron pada awal suau generasi adalah n, maka seelah erjadi reaksi pembelahan bahan bakar (0235) berikunya rapa neuron menjadi ke.n. Kecepaan perambahan rapa neuron akiba reaksi fisi iap sawall waku () dapa diulis : dan.4!1 d. k -n-n = = l n(k -1) l (I) (2) Apabilapada saa: awal = 0 rapa neuron n == no, clan n adalah rapa neuron seelah deik, maka basil inegral dari persamaan (2) menjadi : Unuk n no 44.' n,?= no e --r (3) = jumlah rapa neuron seelah mengalami reaksi fisi selama deik. = jumlah rapa neuron awal Me = fakor perlipaan efekif i = umur neuron = lama waku penyisipanreakivias Terliha bahwa rapa neuron berubah secara exponensial erhadap w'aku. Harga if Me sering juga dinamakan periode reakor (1), yaiu waku yang diperlukan supaya rapa neuron berubah dengan kelipaan bilangan e, sehingga persamaan (3) dapa diulis : n = no et (4) Omur neuron f adalah waku mulai sejak neuron dilahirkan dari reaksi pembelahan kemudian mengalami proses perlambaan (moderasi) dan difusi hingga menjadi neuron ermal yang pada Widaro, dkk f = 2 Is.;v, unuk; As = panjang jajak raa-raa (cm) V = kecepaan neuron ermal raa-raa (cm/de) { = fakor leargi (5) Seelah neuron mencapai enaga enilal, maka lamanya neuron mengalami difusi sebagai neuron ermal sainpai erjadi serapan dapa dienukan dari banyaknya neuron ermal yang aca dalam reakor dibagi dengan kecepaan produksi dari neuron ermal, dan dapa diulis : '. =--L- (6) La unuk La = ampang linang serapan makroskopis Dengan demikian umur neuron seluruhnya, sejak awal kelahiran sampai dengan mengalami serapan (angkapan) dapa diulis : =.+ / (1) Bila diperhaikan dari persamaan (3), maka rapa neuron selama deik menjadi n, yang dienukan juga oleh besarnya fakor kelipaan efekif ke. Didefmisikan bahwa besaran reakivias (P) adalah P =.~=. k e 6.ke ke (8) Sehingga besaran reakivias p merupakan indikasi keadaan reakor dalam keadaan super kriis, kriis aau sub kriis. Rapa neuron sebanding dengan fluks neuron f (n/cm2 de) aaupun daya yang diimbulkan, sehingga dati persamaan (3) dapa diulis harga ekivalen fluks neuron: ISSN

3 Proseding Peremuan don Presenasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakara Juli 1999 Buku I 223 4k./ /J/ = /JOe~ aau benuk persamaan ekivalen daya ~=~e~ I 0.ik.' (9) (10) Bila ke > 1, maka harga reakivias p >0 berari reakor super kriis. Pada keadaan ini clara reakor naik. Unuk ke = 1 maka p = 0 berari reakor kriis. Pada keadaan ini clara reakor dalam keadaan konsan. Sedang unuk ke < 1 maka p < 0 berari reakor sub kriis, sehingga pada keadaan ini clara reakor urun. Unuk menenukan harga reakivias p akiba dari penyisipan baang kendali, perlu dienukan harga fakor perlipaan efekif Me = (ke- 1) yang disubsiusikan pada persamaan (8). TATA KERJA Agar mendapakan gambaran yang lebih jelas dalam melaksanakan pemulsaan reakor, maka dapa dilakukan langkah-langkah sebagai beriku : -Dilakukan pengkopelan baang kendali pemulsa daya reakor dengan sisem penggerak pemulsa (menggunakan sisem elekro-pneumaik) seelah baang kendali pemulsa ersebu erpasang didalam eras reakor. -Reakor dioperasikan paca daya 100 kw -Sisem penggerak baang kendali diaur secara oomais unuk penyisipan (gerak naik/urun) baang kendali baik paca saa sarup (5 milideik), daya konsan (I mili deik) dan saa shudown (5 milideik).-dilakukan picu oomais dari sisem penggerak baang kendali pemulsa unuk pemulsaan daya reakor, kemudian dicaa daya reakor erpulsa. -Seelah selesai pemulsaan daya, hams diamai bahwa reakor elah beroperasi pada daya Qormal kembali, sehingga dapa disimpulkan bahwa reakor elah berop~:rasi dengan aman. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhiungan unuk menenukan harga reakivias unuk pemulsaan daya reakor dapa dilakukan dengan persamaan (10) yaiu : Unuk P, A. I P -Pe-r I -0 = daya reakor sesaa deik Po = clara mula-mula ilk= k - e e l = umur neuron (deik) = lama waku penyisipan reakivias Unuk reakor ennal maka dengan subsiusi persamaan (7) unuk moderaor air ringan Is = 10-5 deik sedang i = 2, deik, sehingga umur neuron adalah : i = is + i, = (10-s + 2, ) deik =2, deik. Apabila pada keadaan awal reakor kriis pada daya Po = 100 kw dan akan dipulsa menjadi 20 MW (unuk mendapakan fluks neuron sekiar orde 1014 n/cm2 deik), maka besarnya reakivias dienukan oleh lama waku sebagai fungsi kecepaan penyisipan (gerakan naik/urun) dari baang kendalinya. Perlu diambahkan bahwa kecepean baang kendali yang elah selesai dirancang dapa divariasi dengan mengaur ekanan udara mampa dengan sisem elekropneumaik yang dikopelkan pada baang kendali pemulsa, sehingga lama waku empuh (I) dari baang kendali dapa dienukan. Pada laporan peneliian ini diperhiungkan unuk kecepaan baang kendali sedemikian sehingga lama waku empuh penyisipan baang kendali 1 = 5 milideik. Dengan In- p, = Llk. 2 lne Po l (11) subsiusi persamaan (10) unuk lama waku penyisipan = 5 milideik maka penyelesaian logarimis persamaan (10) dapa diulis sebagai beriku: Penyelesaian persamaan (11) unuk pemulsaan dari operasi normal sebagai daya reakor awal Po = 0,1 MW menjadi 20 MW diperoleh harga: Me = 0,0228. Fakor perlipaan efekif ke dienukan berdasar aas perubahan fakor perlipaan efekif L\k. = (k. -1), sehingga diperoleh harga ke = 1,0228. Sedangkan unuk harga reakivias pemulsa dapa dienukan berdasar aas persamaan (8), sehingga harga p adalah : p= Ak. k. = 223 X 10-4 % Penyimpangan harga reakivias pemujsa ini dapa dienukan dengan deviasi sandar berdasar aas perambaan raja. Dari basil perhiungan diperojeharga penyimpangan (deviasi sand ar) Ap = 2, I %, sehingga dapa diulis : ISSN Widaro, dkk.

4 224 Buku I ProsedingPeremuan dan Presenasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogy~kara Juli 1999 p = (223 :i: 2,1) 10-4 % Perubahan daya erpulsa sesaa merupakan fungsi eksponensial dari lama waku penyisipan baang kendali. Dari persamaan (10) dapa dienukan perubahan daya seiap milideik dalam jangka waku = 5 milideik. Dengan meode perambaan rala dilakukan pula perhiungan deviasi sandar perubahan daya unuk seiap milideik dad hasilnya disajikan pada Tabel 1. Secara grais dapa diunjukkan pada Gambar 1. Tabel Perubahan daya erpulsa sesaa dalam waku penyisipan reakivias 5 millideik. Penyisipan reakivias Sesaa (x 10-2 deili~) DsyaP(MW) 201 Daya sesaa p (MW) 0 (awal). (0,1 :!: 0,005) kriis awal ,288 :!: 0,007 0,822:!: 0,0076 2,405 :f: 0,008 6,941 :f: 0, ,033 :f: 0,009 cadangan reakivias lebih eras (core exces) yang lebih dari massa kriis pada daya maksimum 0,1 MW unuk reakor Karini. Besarnya harga reakivias baang kendali adalah merupakan reakivias ekivalen dari penyisipan reakivias yang diperlukan unuk pemulsaan daya. Pemulsaan daya reakor yang sangainggi unuk mendapakan fluks neuron yang sangainggi harns hanya dalarn waku sesaa, dimaksudkan agar akumulasi pelepasan energi (panas) dari reaksi fisi relaif kecil unuk menghindari pelelehan bahan bakar dan reakivias negaif suhu, sera menghindari pelepasan radioakivias inggi, sehingga persyaraan keselamaan operasi eap erpenuhi. Selain iu sisem pendingin paksa dari air angki reakor harus eap dijalankan.unuk shudown pulsa, sisem penggerak elekropneumaik yang dikopel dengan baang kendali pemulsa dapa diaur secara oomais sedemikian sehingga baang kendali melakukan shudown. Pada kondisi shudown daya reakor akan urun secara eksponensial negaip, dimana sesuai dengan per-sarnaan (10) harga perlipaan efekif Me = (ke -1) < 0, sehingga harga reakivias p < 0 (negai). Oomaisasi daya konsan harns diusahakan dalarn waku yang sesingka mungkin unuk menghindari radioakivias inggi, akumulasi pelepasan energi, reakivias!legaif suhu sera kemungkinan pelelehan bahan bakar akiba dari akumulasi energi panas ersebu. Pada laporan peneliian ini diasumsikan bahwa oomaisasi waku daya konsan selarna sau mili deik, kecepaan sarup dad shudown adalah sarna, maka benuk pulsa padasaa sarup, daya konsan, sera shudown dapa diliha pada Garnbar ) 0 Gambar Pemu/saan daya sesaa secara ebponensia/. Pemulsaan daya reakor rise dimaksudkan unuk mendapakan fluks n~uron yang sanga inggi sekiar orde 1014 nlcm2 deik dalam waku sesaa (milideik). Hasil perhiungan reakivias baang kendalidan yang diperlukan unuk perubahan daya dari 0,1 MW menjadi 20 MW aau fluks neuron dari orde loll nlcm2 deik menjadi 1014 nlcm2 deik dalam waku 5 mili deik sebesar (223 :!: 2,1) 10-4 %. Agar reakor dapa dioperasikan unuk mencapai kondisi super kriis ersebu, dalam eras reakor perlu ersedia sejumlah bahan bakar sebagai KESIMPULAN Pada dasarnya reakor Karini dapa dipulsakan unuk mendapakan fluks neuron yang sangainggi dalam waku sesaa {milideik). Unuk Widaro, dkk ISSN

5 Proseding Peremuan dan Presenasi I/miah PPNY-BATAN, Yogyakara Jui 1999 Buku I 225 mencapai fluks neuron sekiar orde 1014 n/cm2 deik (sekiar daya 20 MW) dari operasi daya Po = 0,1 MW yang menpunyai fluks neuron 1011 n/cm2 deik, unuk waku pemulsaan = 0,05 deik, maka diperlukan reakivias lebih r = (223 :i: 2,1) 10-4 %, yang berari bahwa reakivias ersebu merupakan reakivias ekivalen dari baang kendali pemulsa. Pemulsaan dilakukan dalam waku yang sanga pendek (milideik) dimaksudkan unuk menghindarkan akumulasi pelepasan enaga (panas) yang sanga inggi agar idak erjadi pelelehan bahan bakar eras clan reakivias negaif suhu, sera radioakivias yang sanga inggi. Selain iu pendinginan paksa eras hams eap dijalankan sehingga krieria kese-lamaan operasi pemulsaan eap erpenuhi sesuai dengan persyaraan operasi. Perlu dikeahui bahwa dengan meode ini dapa diperhiungkan unuk me-nenukan daya yang lain misalnya 25 MW; 30 MW clan seerusnya, sera pengauran kecepaan pemul-saan dapa diaur unuk menenukan lama waku penyisipan reakivias baang kendali pemulsa. TANYAJAWAB Subari Sanoso -Bagaimana sisem mendapakan daa (pembacaan daa) apakah direkam dalam file erenu. -Sofware apa yang digunakan unuk operasional/ mendapakan daa apakah sekaligus menghiung ralanya. Widaro -Daa kecepaan dari simulasi baang kendali yang elah dibua. Daa kecepaan yang digunakan unuk menen-ukan lama waku penyisipan baang kendali diambil dari perancangan simulasi sisem kendali pemulsa yang daanya diambil dengan olaf pengukur waku (imer). -Operasional dari penyisipan idak menggunakan sofware, eapi menggunakan on/off elekrik. DAFTARPUSTAKA 1. SAMUEL GLASS TONE and ALEXANDER SESONSKE, "Nuclear Reacor Engineering" Van Nasrand Reinhold Company, 450 Wes 33 rd Sree, New York, No. Y , PRAJOTO, "Dasar- Dasar Perhiungan Reakor" Pusa Peneliian Gama, BAT AN, JOHN R. LAMARS, "Inroducion o Nuclear Reacor Theory" New York Universiy Supriyono -Orde milideik apakah secara mekanik dapa dilakukan proses naik urunnya baang kendali. Widaro -Dengan menggunakan kompresor yang dapa divariasi (hingga 5 bar), dimana jarak empuhl panjang gerak baang kenda/i : 38 em dapa mencapai orde mi/ideik. Unuk mendapakan waku empuh 5 mi/ideik beda ekanan kompresor be/urn mencapai 1 bar.