Yohannes Sardjono Sutjipto PUBat Penelitian Muklir Yogyakarta

Transkripsi

1 PENENTUAN LAJU KOROS! KELONGSONG BAHAN BAKAR REAKTOR KARTINI DENGAN netode AKTIVASI Yohannes Sardjono Sutjipto PUBat Penelitian Muklir Yogyakarta ABSTRAK Telah selesai dilakukan perhitungan laju korosi kelongsong bahan bakar reaktor dengan metode aktivasi. Pada perhitungan ini terlebih dahulu dilakukan pengambilan salah satu isotop atau lebih dari isotop produk korosi yang berada pada permukaan bahan bakar. Dari perhitungan diatss didapatkan bahwa laju korosi kelongsong bahan bakar adalah ,0707 x gr/cm2.detik dengan memakai isotope produk korosi Ni-65 yang terlarut sebesar 210 inti/cm2 ABSTRACT A Calculation of the corrosion rate of the cladding reactor fuel element with activation method has been made. The first step of the calculation was to take one is more isotope from the isotope corrosion product on surface of the cladding fuel element. The experiment showed that the corrosion rate of the cladding reactor fuel element which was based on dissolving an isotope corrosion product Ni-65 of 210 atom nucleus/cm2 is g/cm2 detik.

2 PENDAHULUAN Korosi adalah peristiwa hilangnya elektron dari metal ke lingkungan (biasanya lingkungan ini adalah air dan oksigen) dan membentuk hasil korosi yang disebut oksida. Misalnya saja kelongsong bahan bakar reaktor Kartini yang terbuat dari untuk type 104 dan Al-1100F untuk type 102 oleh karena mengalami proses korosi secara elektrokimia maka permukaan korosi dalam bentuk oksida. Pada tabel I dan II dapat dilihat prosentase unsur-unsur yang menyusun kelongsong dan Al-1100F dan jika mengalami proses korosi secara elektrokimia dalam air pendingin primer maka sebagian unsur tersebut akan membentuk oksida dalam permukaan kelongsong. Karena oksida tersebut berada dalam medan netron maka oksida akan mengalami proses aktivasi dan aktif yang besar aktivitasnya tergantung dari kelimpahan unsur penyusun, luas tampang lintang serapan mikroskopis dan lama irradiasi dalam teras reaktor. 5elain dari proses elektrokimia pada teras juga terjadi korosi oleh karena adanya tegangan kontak an tara dua logam yang berbeda jenisnya yang dikenal dengan proses galvanic corrosion. Pada proses ini terjadi pada kelongsong dengan grid penyangga bahan bakar yang terbuat dari Al-1100F. Dengan metoda aktivasi prod uk korosi dapat ditentukan laju korosi kelongsong bahan bakar reaktor yaitu dengan memompa air pendingin primer dalam teras dan dialirkan lewat resin penukar ion (seperti gambar I) maka diharapkan prod uk korosi yang teraktivasi dapat diserap resin penukar ion. Kemudian dianalisa secara radiometris maka hasilnya dapat ditampilkan pada tabel III dan setelah memasukkan beberapa parameter yang terdapat pada tabel III pad a rumus 7 maka laju korosi kelongsong dapat dihitung.

3 II. PERHITUNGAN : Bentuk persamaan'defferensial untuk pembentukan korosi dalam teras ( 1 ) Dimana ~C = Consentrasi atom yang teraktivasi oleh reaksi a ( n, '0 ) b. C. = Penampang lintang mikroskopis neutron thermal untuk serapan. Q. = Fluks neutron thermal (n/cm2 - sec). Nbc = Consentrasi isotop atom b yang telah dibentuk dalam teras dengan reaksi a ( n, ff) b.?b = Constanta peluruhan dari atom b. t := waktu (sec). Penyelesaian PD linear orde 1 ( 1 ) adalah ( 2 ) Untuk analisis selanjutnya dnbc 0,5. C Ae Nbc dt ~ ( 3 ) -Dimana : C = laju korosi ( gr/cm2 - sec Ae = luas permukaan bahan yang teraktivasi dalam air. Ae = luas permukaan sistim primer dalam teras sebagai tempat terdipositnya hasil korosi (cm2). Nb8 = atom b yang telah terdeposit dalam permukaan kelongsong. 0,5 = assumsi yang diambil untuk perbandingan crud yang terdeposit dibagi crud total, Untuk persamaan (2)jika t 1/2 atom b kecil maka - Ab t 1 - e ) = 1 sehingga

4 ( 4 ) ( 5 ) As Nb ) - ')..b t - /--bcra t- Qee - /-b t e o, 5 C Ae Qa" [1 -Ab t -Ab t 1 ~b2 -"bte _e ( 7 ) Dimana : C = laju korosi (gm/em2 see). Nb. = hasil korosi untuk isotop b yang terdeposit pada kelongsong bahan bakar (inti/em2). As = luas permukaan kelongsong bahan bakar dalam air (em2). 0,5 = (hasil korosi yang terdeposit) (hasil korosi total). Ae = luas permukaan bahan bakar yang teraktivasi ( em2 ) Qa" = eonsentrasi inti a pada kelongsong yang teraktivasi a(n, ([ )b. (atom/gram)

5 471 ~a = aktivasi urituk inti a (cm2/atom), Q. = fluks neutron (n/cm2 det). ~h = (0,693) : (t 1/2) untuk inti b. III. HASIL DAN PEnBAHASAN Dari identifikasi terhadap produk korosi kelongsong bahan bakar didalam teras reaktor didapatkan bahwa Mn-57 Cu-67, Zn-69, Ni-65, Mn-58, Cu-66, Zn-65, Mn-56 dan Al-30 masing-masihg jumlah inti persatuan Iuas bahan bakar adalah 2, 0, 1,210, 0,2,41,4 dan 0 inti/cm2 Setelah diadakan perhitungan dengan data-data terse but diatas didapatkan bahwa laju korosi kelongsong bahan bakar adalah berbeda-beda yaitu 2,9x10-16; 1819,7x10-16; 2301,38x10-16; 38113,8x10-16; 6,7x10-20 dan 86,35x10-20 gram/cm2.detik (tabel III). Perbedaanitu dikarenakan tidak sempurnanya pengambilan isotope ini hal uji element bakar, satu dapat pengambilandengan dan prod ditempatkan kebocoran dalam uk kelongsong pada diatasi bahan korosi bahan bakar kemudian yangbakar menempel dipermukaan dilarutkan dan larutan AP-CITROX (KMnO~ 5 g/l * Citric acid C6HeC2H20 10g/L) atau melalui elektrokimia H3PO~ 10 % dan rapat arus 60 ma/cm2 selama 5 menit). IV. ICESH1PULAN Dengan memakai metoda aktivasi dapat digunakan untuk menentukan laju korosi kelongsong bahan bakar dalam teras reaktor. Pada penentuan ini sang at dipengaruhi oleh kesempurnaan pengambilan isotope prod uk korosi dari hasil aktivasi selama bahan bakar berada dalam teras reaktor. Oleh karena hasil perhitungan in! belum sempurna, tapi walaupun demikian dapat disimpulkan bahwa laju korosi kelongsong bahan bakar 2,3 x gr/cm2.detik

6 DAFTAR PUSTAKA. 1. A. L. Medm; LITERATURE SURVEY FOR ACTIVITY BUILD-UP ON REACTOR PRIMARY SYSTEM COMPONENT; Alco. Product, Inc; Schenectady; New York January 15, I.A.E.A.; Water Chemistry and Corrosion Problems in Nuclear Power Plant; Proceedings of A Sympusium, Vienna, November 1982.

7 473 TABEL I. - BEBERAPA KOMPOSISI BERAT HASIL KOROSI DARI KELONGSONG BAHAN BAKAR TYPE 104 DALAM TERAS REAKTOR (TYPE KELONGSONG SS - 304>. A. Dari basil reaksi (n, 11' > :~::~~~~~:~_::::~~ Unsur IBerat(gr) II Induk Intil Kelimpahan (gram) IIHasil Intil 'Waktu paro I Energi (Kev)/ Carbon I 0, C12 10, I C13 I stabil 1 tidak ada I I C13I 11,560571x10-31 I C14 I 5730 t 1 tidak ada/ Manganese I 3,51480 I Mn5513,51480 I Mn5612,579 j ,8 (10); I I1 I I I I 1I 1810,7 846,9 (20); (70). Phosphorus I 0, p31 10, p32 114,26 h I tidak ada Sulfur I 0, I S32 S33 10, ,954150X10-4I S33 S34 I stabil tidak ada 1 S34 I 2,219596x10-3. S35 87,5 h tidak ada / I S36 18,962740X10-6 S37 5,05 m 3103; Silicon I 1,75740 I Si2811, I Si291 stabil tidak ada I Si291o, Si30 stabil tidak ada I1 I Si3010, Si31 2,62 j 1266 Chromium 135,14800 I Cr5 10, I Cr51 127,70 j I 320,0 (100) I I cr52129, Cr531 3,55 m tidak ada I I Cr53 1 3, I Cr54 stabil tidak ada 1 1 Cr5410, ICr55 stabil 1 tidak ada Nickel 121,08880 I Ni58114, I Ni5917,5x104jl tidak ada I I I 1 1 I 1 Ni6015, Ni61 stabil I tidak ada I Ni61 10, I Ni62 stabil I tidak ada III I Ni6210, I I Ni t I tidak ada I I Ni6410, I I1 Ni65 I 2,52 j I 366,5 (10); I I 1 I I 11115,4 (30); 1 1 I I ,7 (50). Iron 1113, Fe5416, I Fe55 1 2,7 t I tidak ada I I Fe561104, I Fe571 stabil I tidak ada I I1 Fe5712, I Fe58 I stabil 1I tidak ada I I 1 I 1 I I I 1098,6 (50); 1 I Fe5810, I Fe ,1 h I11291,5 192,5 (40). (2);

8 B. Dari hasil reaksi (n, p) ~~:~:~:~~~:_~~::~~I ~--~ Unsur IBerat(gr)IIndukl Intil Keliropahan (gram) IHasilI Intil Waktu pare I Energi (Kev) / Carbon I1 o, C13 C'2 11,560571x , I B13 B'2 117,4x10-3dI o,2X10-3dI4439; Mangane-I 3, Mn6513,51480 I Cr5513,55 ro I 1 1 I I ~:_----_! I-----I-~ I-----I I 1 I I Phospho-I 0, p31 I10, I Si3212,62 I j I11266,2(100) _._ Sulfur I 0, , I p32 14,26 h Itidak ada ,954150x10-41 p33 25,3 h Itidak ada I I I I ,219596x10-31 I p ,4 h I ,962740x10-61 p36 5,5 d I 1 I I I Silicon I 1,75740 I 5i28 1, I Al281 2,41 ro 11778,9(100) I 5i29 0, I Al291 6,56 ro 11273,3':100) I 5i30 0, I Al301 3,60 d ~------_I_ I Chroroiwn135,1480 I Cr50 0,04350 V t.Itidak ada I Cr5229, V52 3,75 ro 11434,4(100) I I I I Cr533,33906 V63 1 1,61 ro 11006; I 1 I I Cr54 0, V54 149,8 ro 1 835; I I 1 I 989; I 1 1 I ~ I 21, Ni58 Nickel 14, C058 70,8 h 9,2 j Ni60 5, C060 5,27 t Ni61 0, C ,65 j 0, ,21 h,50sro Ni62 0, C062 13,50 ro Ni , C064 Iron 113,95860 Fe54 6, Mn54 Fe56 104, Mn56 2,579 ji1810,7;846i9; Fe5'7 2, Mn6'7 1,61ro Fe58 0, Mn68 65,3 II 3,0 d ~~~----~

9 475 TABEL II BEBERAPA '~OnpOSISI BERAT TERJADINYA HASIL ~OROSI DARI KELONGSONG BAHAN BAKAR TYPE 102 DAN BAHAN STRUKTUR LAIN DALAn TERAS REAKTOR (TYPE AL-1100F). A. Dari hasil reaksi (n, zr) ~~~:~~~~~:~_~::~~~~~I Unsur IBerat(gr) Induk Intil Silicon 0,8235 I Si2810, I Si291 stabill tidak ada I Si2910, I I1 SisolI stabilli tidak ada , I-~~::I~~~~~~~~~~---I-~~:~I- I I : 1 Iron Kelimpahan (gram) IHasill Intil Waktu para I Energi (Kev)/ tidak ada 0,8235 I - I - Fe56 Fe5410, , I Fe55 Fe57 stabill 2,7 j tidak ada I Fe5710, I I Fe58 stabil I I Fe5sI2,388150X10-S Fe59 45,1 h11099; _ I - I I~ I-----~~----- Cuprum 1 0, Cu6s10, CU64112,7 j 11345,5 (100) I I CU6610, CU6615,10 m11039,0 (100) :::::::::-;-~:~:~~;~:-:::::~:~:~~;~-----i-::::i~:~;:-~i-~:;:~ I I Zink I 0, Zn6410, Zn651244,O h11115,4 (100) Zn66 I 0, I Zn671 stabil tidak ada Zn6713,376350x10-sl Zn681 stabill tidak ada 1 I 1 I I Zn6810, I I Zn69114,0 j 1 I 574 Zn7oI5,105700x I Zn71 155,6 3,94 ji386;487;620. I 319 2,5 m 1512;910;390. I ~I~-~------I-----I I-----I Almunium , A127180, I A12812,241 ml

10 B. Dari hasil reaksi (n, p). :~~:~~~~~:~_~::~~~~~I Unsur IBerat(gr)IIndukl Inti! Kelimpahan (gram) IIHasill Intil Waktu para I Energi (Kev) / 1 I 1 I I I. Silicon I 0,8235 I Si2810, ! A12812,241 m Si2910, I A12916,56 m 11273;2426; I Si3010, I A13013,60 d 12235;1263; I ' '-----'_ Iron I 0,8235 I Fe5410, I Mn54 312,21 hl835. Fe5610, I Mn56 2,579 j 1847;1811 ; I 1 Fe5710, I Mn57 1,61 m I 14;122;692. I I I Fe5812,388150x10-31 Mn58 65,3 d 1811 ;1323;459 1 I ' '_----'_ I Cuprum I 0,1647 I CU631 0, I Ni t I tidak ada 1 I I CU6510, I Ni65 2,52 j 11482;1115; ' '-----'_ I 1 1 Manganese 1 0, Mn5510, I Cr551 3,55 m 11528,I! I I I 1-1 I Zink 10,08235 I Zn66 zn6410, , CU66 CU64 12,7 5,10 j m 11039; I I I Zn6713,376350X10-31 I CU67 2,58 h I 185;93;91. Zn6s10, Cu6S 3,75 m I 31 d 11077;1261 Zn70I5,105700x10-41 Cu ;902;1252. I I I I 5 d I I I I Almunium 180, A , I Mg271 9,46 m 1844; I I I I I

11 TABEL III : HASIL PERHITUNBAN LAJU KtlRD9I KELDNGSDNB BAHAN BAKARREAKTDR KARTINI - I Preduk 1 ~lbs(jnu/tm2) 'A. rdeuk-l),?\2(deuk-2) IJ/;(lnU/grlt.carllpur1ln) r (.fa ( cii2 ) 0a(n/cm2detik) I tldeuk) 1 [;(grm/cii2detik) r r Keresl I I I I. I I 1 I : I. Hn ' I 717 x x10-7 I ,3929 j( 1014 I 13,3xI x I 432x x I---~ I ~------I I Cu-67 0 I 7 x 10-5 I 49x10~10 I ,8956 x ,B~ x x104 I I I J---I : I In x 10-5 I 400x B,265 x ,lxI0-24, I x xl04 118,2 x , 1 Ni x 10-5 I 46x ,592 x 1014 I 4,6xI0-24, 1 x x104 ~23 x I I Hn-58 0 t 1061 x ,2570xI0-IO ,359 x ,3xI ~ xl I ~I--~ I Cu-66 2 r 226)( :<10-10 I 7053,1068 x 1014 i 3,8dO x x x I r-~-~---~ : In I 32 x x ,4112 K ,lxI x x ,5 x I ~----I I Hn x x10-10 r ,9727 x 1020 I 13,3xI x x ,4 x ! AI-30 I 0 I x to-51 0, I. 7B08,796 x ,235xI0-24, 1 x xl04 ~

12 478 TANYA JAWAB 1. Sucipto Laju korosi yang diperoleh untuk tiap-tiap produk korosi tidak sama. Adakah cara lain sehingga dimungkinkan laju korosi yang dihasilkan relatif sama atau dengan kata lain laju korosi yang diperoleh mendekati hasil sebenarnya. Jawaban Laju korosi yang diperoleh (C) jika memakai untuk tiaptiap produk korosi dari kelongsong yang larut dalam air dan tertangkap resin hasilnya pasti sama, tapi kenyataan- "'nya tidak, hal ini disebabkan oleh ketidak sempurnaan alat yaitu terutama pengisapan air dengan pompa debit alirannya kurang dan ini untuk tahun-tahun mendatang akan disempurnakan. 2. Ir. Utaja Dari rumus = Qo ( ) berarti Qo (fluks) nol ---) C =? Ini bagaimana, tanpa fluks korosinya malah tinggi? Jawaban : Dari : C = Jika Qa = 0, berarti tanpa neutron, maka produk korosi tidak dapat diamati, karena analisa radiometris hanya dipakai untuk menganalisa radionuklida yang aktif. 3. Ir. Arlinah Kusnowo a. Mohon ditinjau kembali rum,us C = Xb2 Nb" As Va Qa (1- hte- 7I.bt: - e- ~b t:)

13 479 dari s8 i a. dirosnsi b. ketergantungannya terhadap fluks c. arti fj.sis b. Pada kesiropulan: Laju korosi = 2,3x10-13 gr/cro2.detik apakah itu hanya karena aktivasi? jika karena fluks neutron, berarti harus sebanding Jawaban dengan fluks Jadi jika f = 1013 n/cro2.detik --->korosi = 2,3 gr Apakah ini tidak terlalu besar a. - Dari segi diroensi C =,52 cro-2 cm2 cm-2 gr1 cm-2 cm2 51 C = gr/cm2 5 Jadi dari segi dimensi sudah betul bahwa laju korosi gr/cm2 5 - Kebergantungannya terhadap fluks tidak ada, karena pada pembilang (Nb-) da ~a (fluks neutron pada penyebut saling meniadakan, maksudnya %a naik maka Nb- 'naik juga demikian juga jikapa turun maka Nbjuga turun, sehingga C tidak berpengaruh terhadap fluks Dari segi arti fisis, bahwa laju korosi tergantung pada lamanya kelongsong berada pada medium air (H20) yaitu OH-1 b. Harga C = 2,3 X gr/cm2.detik bukan karena aktivasi melainkan harga dari oksida logam sebagai penyusun kelongsong bahan bakar yang terlepas dari kelongsong yang tertangkap resin penukar ion. Memang fluks neutron dalam teras dipakai untuk mengaktifkan oksida logam yang selanjutnya oksida logam yang aktif ini dianalisa dengan spectrometer gamma.