VALIDASI PERHITUNGAN KRITIKALITAS FASILITAS ISSF MENGGUNAKAN PAKETPROGRAM MCNP

Transkripsi

1 Prmidlllg Seminar l/asill'enelitianl'2trr Tail/III lnn-l ISSN OS5~-5278 VALIDASI PERHITUNGAN KRITIKALITAS FASILITAS ISSF MENGGUNAKAN PAKETPROGRAM MCNP Rokhmadi dan Pudjijanto MS Puasat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset - Batan ABSTRAK VALIDASI PERHITUNGAN KRITIKALITAS FASILITAS ISSF MENGGUNAKAN PAKET PROGRAM MCNP. Telah dilakukan pemodelan dan perhitungan kritikalitas Fasilitas ISSF (Interim Storagefor Spent Fuel). Mula-mula dibuat pemodelan satu rak Kolam ISSF kemudian dihitung harga keff nya. Setelah itu dimodelkan ISSF yang berukuran 14,1 m x 5,0 m dan kedalaman 8,0 m dan disimulasikan dengan elemen bakar segar dan dihitung dengan paket program MCNP 48 dan diperoleh harga kett= 0,6954. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa Fasilitas ISSF tidak dapat menjadi kritis meskipun diisi dengan bahan bakar segar. Karena dengan simulasi bahan bakar segarpun tidak kritis, sehingga keselamatan ISSF tersebut terjamin ABSTRACTS VALIDATION OF ISSF FACILITY CRITICALITY CALCULA non USING MCNP CODE. Modelling and criticality cajculation has been conducted for the facility ofinterim Storage for Spent Fuel. Firstly ISSF facility is modelled and then the keff is cajculated. FurthemlOre a model 14.1 x 5.0 dimension 8.0 m depth and consist of the fresh fuel, is calculated using MCNP48 Code. This cajculation gave a keft= Finally we conclude that there is no criticality accident, it minds the ISSF facility can not get the criticality condition even though the facility is loaded with fresh fuel elements.. PENDAHULUAN Instalasi fasilitas ISSF ( Interim Storagefor Spent Fuel) yang berada disamping gedung reaktor RSG-GAS dimaksudkan untuk menyimpan bahan bakar bekas, terutama dari reaktor RSG-GAS. Bahan bakar terse but sebelumnya didinginkan di kolam reaktor, kemudian baru disimpan di fasilitas ISSF melalui Transfer Channel. Kolam FASILIT AS ISSF berukuran 14,1 m x 5 m dan kedalaman 8,0 m mampu menyimpan 1436 elemen bakar bekas I). Elemen bakar bekas tersebut masih mengandung sejumlah uranium diperkaya paparan radiasi yang sangat tinggi, maka perlu diperhatikan segi keselamatan baik instalasinya maupun terhadap manusia. Aspek keselamatan yang perlu diperhatikan pada instalasi seperti ini adalah kritikalitas. Tempat elemen bakar bekas berbentuk tabung stainless steel berdiameter OD 12,76 terkungkung air di dalam kolam fasilitas ISSF dan disusun secara periodik berukuran 940 mm x 940 mm. Untuk menyederhanakan perhitungan maka larik tabung dibagi kedalam sel-sel satuan identik, dengan pemodelan sel satu dimensi yang dapat 57

2 ISSN I\rilikalita.r.. '"alida.""; Rokhmadi I'crhitlll1g01J dipandang sebagai pel at. Elemen bakar RSG-GAS merupakan multi pelat yang tersusun dari daerah meat, kelongsong, moderator dan daerah extra region. Setelah terbentuk pemodelan elemen bakar dan kolam fasilitas ISSF maka kritikalitas instalasi fasilitas ISSF dapat diperoleh. Perhitungan kritikalitas pada Instalasi fasilitas ISSF ini pemah dihitung menggunakan Paket Program SA TAN 2 Diff dengan ketf =0,6367 2) Untuk memvalidasi hasil perhitungan tersebut dilakukan perhitungan ulang dengan paket program MCNP 4S dengan pustaka data nuklir ENDF/S-VI. TEORI Model Matematik untuk menggambarkan populasi neutron dalam reaktor biasanya dinyatakan dalam bentuk persamaan transport Boltzman, integral transport dan persamaan difusi. Penyelesaian persamaan di atas menghasilkan distribusi neutron dalam reaktor yang dinyatakan dalam besaran f1uks neutron. Persamaan difusi atau persamaan transport Soltzman statis sebagai berikut : (M-F)CP = S (I) dengan : S = Sumber FcJJ = Sumber pembelahan, F = operator pembelah MCP = Socoran dan kehilangan neutron, operator migrasi dan hilang neutron. Untuk menentukan kritikalitas reaktor, maka ditentukan eigen valuenya dengan mengalikan faktor pengali ). pada operator F, sehingga persamaan (1) menjadi : ( M- ).F )l/> = 0 (2) Eigen value}. akan diperoleh jika operator (M-)' F )cjj singular, sehingga diperoleh penyelesaian non trivial CPA. Eigen value dapat diinterpretasikan dengan cara mengintegralkan persamaan (2) terhadap ruang dan energi. A-I = f ffwedv HUWEdV = keif (3) Jadi Xl merupakan faktor perlipatan efektif atau keltdari reaktor yang merupakan ukuran kekritisan reaktor tersebut. 58

3 Prosidil1g Semil1or/lasi! P 'IIelilial1 P2TRR Tahlll ISSN METODE PERHITUNGAN FASILITAS ISSF DENGAN MCNP Perhitungan dilakukan dengan asumsi : 1. Semua rak fasilitas ISSF diisi dengan bahan bakar segar 2. Semua rak diisi air dengan rapat massa 0,998 grm/cm3 3. Pengkayaan Uranium ( E w/o ) : 19,75 % 4. Massa U-235/elemen : 250 gram Homogenisasi dan Pemodelan Sel Kolam fasilitas ISSF disusun dengan konfigurasi yang heterogen berbentuk kisi atau larikan yang periodik. Pendekatan umum untuk memperhitungkan efek kisi heterogen adalah dengan membagi larik periodik kolam fasilitas ISSF kedalam sel-sel satuan identik dan kemudian menghitung konstanta kelompok efektif yang mencirikan sel tersebut. Selanjutnya sel diperhitungkan seeara homogen dengan membobot konstanta kelompok dengan tluks gayut ruang, sehingga diperoleh konstanta terbobot sel atau disebut konstanta sel Perhitungan Komposisi Sel 2) Oimensi dan Komposisi Sel dihitung dengan persamaan : N, = [p,x~~,..}w-" = [PmixtA::XNAm }10-24 atom em-j barn-] Wi = fraksi berat isotop i (%) Pi = densitas isotop i ( gram em-3 ) NAvo = Bilangan Avogadro =0, x 1024 (gram mol) ] Ai = Nomor atom isotop i ( gram/mol) Oensitas Campuran pmixt dihitung dengan persamaan : P mixi 1 = -/--.J gram em I1Vi i=1 Pi 59

4 ISSN Kririkoliros... "olidosi Rokhmodi PerhilJlngolJ Tabel 1 : Rapat Atom 2) No. Isotop Mn Fe Cr 0Ni CH i 12, , ,9994 1, , , ,9380 Berat Rapat Atom Atom 0, , , , , ,00009 N; 0,96298 ( atom cm 3 barns 1 ) :.:; 0 C'] >- F,.., ~ I I~ 0 Gambar 1 : Penampang Rak Fasilitas ISSF 1) HASIL DAN PEMBAHASAN Oari hasil pemodelan dan perhitungan kolam fasilitas ISSF dengan menggunakan paket program MCNP4B dengan asumsi semua eiemen bakar segar, diperoleh harga rata-rata ke!t= 0,6954 ± 0,0006 seperti terlihat pad a Tabel 2. Menurut hasil perhitungan 60

5 f'rosidillg Semillor lias" I'elldili<m I' 2TRR TO/III11 2{){)-! ISSN OR5.j 5278 tersebut kolam fasilitas ISSF tidak mengalami kritikalitas sekalipun seluruh rak terisi bahan bakar segar. Dengan logika di atas maka kolam fasilitas ISSF tidak akan pernah mengalami bahaya kekritisan sekalipun terisi penuh oleh bahan bakar bekas. Tabel 2 : Harga ~ft kolam FASILIT AS ISSF (Elemen bakar segar) No keff nps 0,6945 0,6951 0,6961 0,6948 0,6950 0,6954 0,6957 0,6962 0,6960 ± 0,0014 0,0015 0,0016 0,0017 0,0018 Kalau mengacu dari hasil perhitungan kritikalitas oleh desainer kolam FASILIT AS ISSF yaitu AEA Technology dan para penulis sebeiumnya seperti terlihat pada Tabel 3 maka dapat disimpulkan bahwa kolam FASILIT AS ISSF tidak akan mengalami bahaya kekritisan dan valid digunakan sebagai tempat penyimpan bahan bakar bekas secara aman. Tabel 3: Harga ~ft kolam FASILITAS ISSF No. AEA- Paket Technology') Penulis MONK6B Program 2) Tagor SriRokhmadi M. Kuncoro Sembiring Batan-2Diff MCNP4B2 dkk Diff dkk 3) kerf 0,6954 0,6367 4) 0,6910 0,6353 0,6873 KESIMPULAN DAN SARAN Kolam FASILIT AS ISSF valid digunakan untuk menyimpan bahan bakar bekas dan terhindar dari bahaya kekritisan. 61

6 ISSN Kririkaliras.... Validasi Rokhmadi I'crhiluflga" Untuk tetap menjaga terhindarnya bahaya kekritisan, kebersihan air pad a kolam fasilitas ISSF dari zat-zat pengotor yang memungkinkan timbulnya korosi pada rak-rak kolam FASILIT AS ISSF harus dijaga. DAFT AR PUST AKA 1. AEA Engineering, "Transfer Channel and Fasilitas ISSF", ROKHMADI dkk, Perhitungan Kritikalitas Fasilitas ISSF, Prosiding Seminar HasH Penelitian PRSG Tahun 1996/1997 (1998) KUNCORO, SRI DAN ROKHMADI, Analisis Kritikalitas Fasilitas ISSF Sebagai Fungsi Fraksi Bakar Untuk Bahan Bakar RSG-GAS, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ihnu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir PPNY - Batan, SEMBIRING,TM dkk, Criticallity Safety Assessment on The RSG-GAS Spent Fuel Storage For Antisipating The Next Core Conversion Program, International Conference on Nuclear Criticality Safety, Tokailllura Japan, Oktober BOOTH,T.E. et.al, 1997, "MCNP4B2 - Monte Carlo N-Particle Transport Code System ".. 6. SAR RSG-GAS Vol I Chapter 4, JR, LAMARSH, "Introduction to Nuclear Reactor Theory", Addison -Wisley (1966)

7 Prosidillg Scmillar Hasi! Pt'IIc/itiall P2TRR Tail/lll 200./ ISSN OS X Lampiran 1 : Spesifikasi Disain Elemen Bakar RSG-GAS 6) 1,7-2,4 Mg, 0,3 Si, 0,4 Fe, 0,05 Cu, 0,3 No. Ukuran Jumlah panjang Tebal Lebar Grid bagian Rapat Sahan Jenis Pengkayaan Tebal pelat Jarak Komposisi Elemen meat Rapat jenis bahan luar Material elemen kelongsong,mm antar elemen Ukuran jenis U3Sb,gram/em> U30S, Sakar, bakar AIMg2,w/o nominal,% pelat,mm bakar Kelongsong gram/emo bakar,mm mmxmm silisida Oksida RSG-GASDeskripsi x mm 2,68 2,55 U3Si2-AI 81,Ox77,1 19,75 U30s-AI 0,38 AIMg2 12,2 62,75 8,3 600,0 1,380,5 21 x 76,1 Mn, 0,3 Cr, 0,2 Zn, 0,1 Ti, Sisa AI Lampiran 2. Konstanta Fisika 7) 1 Rapat Silangan Tekanan, Serat jenis Atom H20,gram/emo Avogadro AI, psi gram/em> Mg AI HSi Ti Cr Mn Cu CdC 0Zn Fe Ni 0, , , , , , , ,086 51,996 14,50 47,90 24, ,40 58,71 65,37 63,54 x 10 " 2,7 (gram 1,0 mol)-' 63

8 ISSN },:rilikalilas... Validasi Rakhmadi PerhilllJ1golJ DISKUSI 1. Penanya : Dhandhang Purwadi Pertanyaan : Sudah perlukah kekritisan fasilitas ISSF dengan bahan bakar bekas yang riil (bukan bahan bakar baru) dihitung dengan kode komputer MCNP? Perhitungan dengan bahan bakar baru memang lebih konservatif, relatif mudah dan aman. Tetapi perhitungan Jawaban: dengan bahan bakar bekas yang riil juga harus dilakukan Sudah pernah oleh Sdr. Sri Kuntjoro, dkk (prosiding pertemuan ilmiah ilmu pengetahuan dan teknoiogi nuklir, yogya Juli 1997) 2. Penanya : Jati Susilo Saran: Sebaiknya melakukan konfirmasi besarnya fluks neutron di FasiIitas ISSF secara nyata yang berguna sebagai inputan program MCNP Jawab : Fluk oleh perhitungan MCNP merupakan output (hasil) 64