ANALISIS PENGARUH PENGOPERASIAN TERHADAP KEMAMPUAN SHUTDOWN BATANG KENDALI PADA REAKTOR KARTINI

dokumen-dokumen yang mirip
EVALUASI TINGKAT KESELAMATAN HIGH TEMPERATURE REACTOR 10 MW DITINJAU DARI NILAI SHUTDOWN MARGIN.

PERHITUNGAN BURN UP BAHAN BAKAR REAKTOR RSG-GAS MENGGUNAKAN PAKET PROGRAM BATAN-FUEL. Mochamad Imron, Ariyawan Sunardi

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

PENGEMBANGAN SOFTWARE CPEM SEBAGAI SARANA PENDIDIKAN EKSPERIMEN FISIKA REAKTOR PADA REAKTOR KARTINI

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

BAB IV DATA DAN ANALISIS HASIL PERHITUNGAN DESAIN HTTR

VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN BAKAR REAKTOR KARTINI

PENENTUAN FRAKSI BAKAR PELAT ELEMEN BAKAR UJI DENGAN ORIGEN2. Kadarusmanto, Purwadi, Endang Susilowati

DISTRIBUSI FLUKS NEUTRON SEBAGAI FUNGSI BURN-UP BAHAN BAKAR PADA REAKTOR KARTINI

ANALISIS PERHITUNGAN KOEFISIEN KEHITAMAN PADA PERANGKAT KRITIS HITACHI TRAINING REACTOR MENGGUNAKAN BATAN-2DIFF 1

DAFTAR ISI. HALAMAN JUDUL... i. PERNYATAAN BEBAS PLAGIARISME... ii. HALAMAN PENGESAHAN... iii. HALAMAN TUGAS... iv. KATA PENGANTAR...

ANALISIS LAJU ALIR PENDINGIN DI TERAS REAKTOR KARTINI

ANALISIS BATAS REAKTIVITAS SAMPEL EKSPERIMEN PADA REAKTOR KARTINI

KAJIAN KESELAMATAN PENGOPERASIAN REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG DENGAN MENGGUNAKAN BATANG KENDALI REAKTOR TRIGA 2000 TANPA BAHAN BAKAR (BKRTTBB)

PEMODELAN DOSIS NEUTRON DAN GAMMA DI REAKTOR TRIGA 2000 DENGAN METODE MONTE CARLO MCNP5

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Geometri Aqueous Homogeneous Reactor (AHR) Geometri AHR dibuat dengan menggunakan software Visual Editor (vised).

STUDI PENGEMBANGAN DESAIN TERAS REAKTOR NUKLIR RISET 2 MWTH DENGAN ELEMEN BAKAR PLAT DI INDONESIA

PENGARUH BAHAN BAKAR UN-PuN, UC-PuC DAN MOX TERHADAP NILAI BREEDING RATIO PADA REAKTOR PEMBIAK CEPAT

ANALISIS DAN PENENTUAN DISTRIBUSI SUHU PEN- DINGIN PRIMER PADA DAERAH RING B, C, D, E DAN F TERAS KARTINI UNTUK DAYA 250 KW.

Analisis Neutronik pada Gas Cooled Fast Reactor (GCFR) dengan Variasi Bahan Pendingin (He, CO 2, N 2 )

PENINGKATAN KEMAMPUAN BATANG KENDALI REAKTOR RSG-GAS DENGAN PENGGANTIAN BAHAN PENYERAP

KAJIAN KESELAMATAN REAKTOR KARTINI DENGAN TERAS BERBAHAN BAKAR PLAT U3Si2-Al.

ANALISIS NEUTRONIK TERAS SILISIDA DENGAN KERAPATAN 5,2 g U/cc REAKTOR RSG-GAS Lily Suparlina *)

ANALISIS PENINGKATAN FRAKSI BAKAR BUANG UNTUK EFISIENSI PENGGUNAAN BAHAN BAKAR U 3 Si 2 -Al 2,96 gu/cc DI TERAS RSG-GAS

DESAIN NEUTRONIKA ELEMEN BAKAR TIPE PELAT PADA TERAS TRIGA 2000 BANDUNG

BAB III KARAKTERISTIK DESAIN HTTR DAN PENDINGIN Pb-Bi

1BAB I PENDAHULUAN. sekaligus merupakan pembunuh nomor 2 setelah penyakit kardiovaskular. World

REAKTOR NUKLIR. Sulistyani, M.Si.

PENGARUH POSISI DAN LINEARITAS DETEKTOR START-UP DALAM PENGUKURAN FRAKSI BAKAR RSG-GAS PADA KONDISI SUBKRITIS. Purwadi

Spesifikasi Teknis Teras Reaktor Nuklir Kartini dan Eksperimental Setup Fasilitas Uji In-vitro dan In-vivo Metode BNCT

BAB I PENDAHULUAN. umat manusia kepada tingkat kehidupan yang lebih baik dibandingkan dengan

PENGARUH JENIS MATERIAL REFLEKTOR TERHADAP FAKTOR KELIPATAN EFEKTIF REAKTOR TEMPERATUR TINGGI PROTEUS

VALIDASI PROGRAM KOMPUTER TRIGA-MCNP DENGAN PERCOBAAN KEKRITISAN REAKTOR KARTINI

PENGARUH VARIASI BAHAN PENDINGIN JENIS LOGAM CAIR TERHADAP KINERJA TERMALHIDROLIK PADA REAKTOR CEPAT

DESAIN KONSEPTUAL TERAS REAKTOR RISET INOVATIF BERBAHAN BAKAR URANIUM-MOLIBDENUM DARI ASPEK NEUTRONIK

ANALISIS REAKTIVITAS BATANG KENDALI TERAS SETIMBANG SILISIDA RSG-GAS DENGAN SRAC-

POTENSI PRODUKSI MOLYBDENUM-99 ( PADA REAKTOR SUBCRITICAL ASSEMBLY FOR MO-99 PRODUCTION (SAMOP)

ANALISIS POLA MANAJEMEN BAHAN BAKAR TERAS REAKTOR RISET TIPE MTR

Analisis Neutronik Super Critical Water Reactor (SCWR) dengan Variasi Bahan Bakar (UN-PuN, UC-PuC dan MOX)

ANALISA KESELAMATAN REAKTOR CEPAT DENGAN DAUR ULANG AKTINIDA. Mohammad Taufik *

BAB I PENDAHULUAN. I.1. Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

MODEL MATEMATIK UNTUK MENENTUKAN LAMA JATUH BATANG KENDALI. Elfrida Saragi *, Utaja **

ANALISIS KOEFFISIEN REAKTIVITAS TERAS RSG-GAS BERBAHAN BAKAR U 3 Si 2 -Al 4,8gU/cc DENGAN KAWAT KADMIUM MENGGUNAKAN SRAC ABSTRAK

STUDI PARAMETER BURNUP SEL BAHAN BAKAR BERBASIS THORIUM NITRIDE PADA REAKTOR CEPAT BERPENDINGIN HELIUM

Penentuan Dosis Gamma Pada Fasilitas Iradiasi Reaktor Kartini Setelah Shut Down

ASPEK KESELAMATAN RADIASI TEMPAT PENYIMPAN BAHAN BAKAR TERIRRADIASI DI BULKSHIELDING

STUDI KRITIKALITAS REAKTOR RISET DAYA RENDAH BERBAHAN BAKAR U3Si2Al. CRITICALITY STUDY OF LOW POWER RESEARCH REAKTOR WITH U3Si2Al FUEL

KOEFISIEN REAKTIVITAS TEMPERATUR BAHAN BAKAR REAKTOR KARTINI. Budi Rohman

DEFINISI. Definisi-definisi berikut berlaku untuk maksud-maksud dari publikasi yang sekarang.

I. PENDAHULUAN. Telah dilakukan beberapa riset reaktor nuklir diantaranya di Serpong

STUDI MODEL BENCHMARK MCNP6 DALAM PERHITUNGAN REAKTIVITAS BATANG KENDALI HTR-10

EVALUASI OPERASI REAKTOR RSG-GAS SIKLUS OPERASI 90

PENENTUAN AnPLITUDO DAN FASA FUNGSI PINDAH DAYA NOL SECARA UJl BATANG KENDALl JATUH DARI TRIGA nark II BANDUNG. paan Id. DdoeJI. .A,rJ.i.uA Xuu.

ANALISIS FAKTOR PUNCAK DAYA TERAS RSG-GAS BERBAHAN BAKAR U 3 SI 2 -AL. Jati Susilo, Endiah Pudjihastuti Pusat Teknologi Reaktor Dan Keselamatan Nuklir

ANALISIS NEUTRONIK PADA REAKTOR CEPAT DENGAN VARIASI BAHAN BAKAR (UN-PuN, UC-PuC DAN MOX)

PENELITIAN KECELAKAAN KEHILANGAN PENDINGIN DI KAKI DINGIN REAKTOR PADA UNTAI UJI TERMOHIDROLIKA REAKTOR

PERHITUNGAN BURN UP PADA REAKTOR SUB KRITIS BERDAYA SEDANG BERPENDINGIN Pb - Bi BURN UP CALCULATION OF Pb Bi COOLED MEDIUM SIZED SUBCRITICAL CORE

BERITA NEGARA REPUBLIK INDONESIA

Putranto Dham Yuld PuaUtban, TekDik Nuklir.SATAN, Ba,D;d.1UI.1

PENENTUAN BATAS INSERSI BATANG KENDALl M-SHIM-AP600 PADA MODE OPERASI DAYA RENDAH

Desain Reaktor Air Superkritis (Supercritical Cooled Water Reactor) dengan Menggunakan Bahan Bakar Uranium-horium Model Teras Silinder

PROSIDING SEMINAR ABSTRAK

Analisis dan Penentuan Distribusi Fluks Neutron Thermal Arah Aksial dan Radial Teras Reaktor Kartini dengan Detektor Swadaya

Analisis Termal Hidrolik Gas Cooled Fast Reactor (GCFR)

REAKTOR PEMBIAK CEPAT

PARAMETER YANG DIPERTIMBANGKAN SEBAGAI KONDISI BATAS UNTUK OPERASI NORMAL

REAKTOR GRAFIT BERPENDINGIN GAS (GAS COOLED REACTOR)

KARAKTERISTIK BERKAS PADA BEAM PORT TEMBUS DAN SINGGUNG REAKTOR KARTINI

PENGARUH GARPU PENYERAP UJI TERHADAP REAKTIVITAS TERAS DAN KALIBRASI DAYA RSG-GAS

BAB I PENDAHULUAN di Bandung dan Reaktor Kartini yang berada di Yogyakarta. Ketiga reaktor

Kajian Awal Aspek Neutronik Dari Rancangan Konseptual Fasilitas ADS Berbasis Reaktor Kartini

BAB III DESAIN REAKTOR DAN METODE PERHITUNGAN

Analisis Neutronik Teras RSG-Gas Berbahan Bakar Silisida

PENGARUH DAYA TERHADAP UNJUK KERJA PIN BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE PWR PADA KONDISI STEADY STATE

SIMULATOR REAKTOR KARTINI SEBAGAI ALAT PERAGA OPERASI REAKTOR PENELITIAN TIPE TRIGA MARK II Moch. Rosyid, Nur Hidayat, Jumari

ANALISIS KOEFISIEN REAKTIVITAS TEMPERATUR MODERATOR PWR DENGAN WIMS-ANL

ANALISIS LAJU DOSIS GAMMA DI PERMUKAAN KOLAM REAKTOR TRIGA 2000 SEBAGAI FUNGSI TINGGI AIR PENDINGIN PRIMER

KARAKTERISTIK TERMOHIDROLIK REAKTOR TRIGA 2000 UNTUK KONDISI 110 PERSEN DAYA NORMAL

Diterima editor 10 Agustus 2010 Disetujui untuk dipublikasi 28 September 2010

DESAIN TERAS DAN BAHAN BAKAR PLTN JENIS HTR-PBMR PADA DAYA 50 MWe DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM SRAC2006

ANALISIS KEKRITISAN TERAS REAKTOR NUKLIR CEPAT DAN TERMAL TERKOPEL BERDASARKAN PADA LETAK SUMBER NEUTRONNYA

STUDI SENSITIVITAS KETINGGIAN TERAS REAKTOR DALAM DESAIN HTR PEBBLE BED ABSTRAK

LAMPIRAN PENJELASAN BENTUK-BENTUK YANG DIGUNAKAN DALAM DOKUMEN

LAMPIRAN FAKTOR-FAKTOR YANG HARUS DIPERTIMBANGKAN UNTUK MENETAPKAN KONDISI-KONDISI BATAS UNTUK OPERASI YANG AMAN

BAB IV HASIL DAN ANALISIS

KETENTUAN KESELAMATAN DEKOMISIONG REAKTOR NUKLIR 1

MODUL 2 ANALISIS KESELAMATAN PLTN

ANALISIS PRODUKSI RADIOISOTOP 99 MO PADA AQUEOUS HOMOGENEOUS REACTOR 6 HARI BURN-UP DENGAN METODE KOMPUTASI

Studi Sensitivitas Ketinggian Teras Reaktor dalam Desain Htr Pebble Bed

PERHITUNGAN DEFLESI BAHAN BAKAR TERAS PWR

Analisis Perhitungan Benchmark Keselamatan Kritikalitas Larutan Uranil Nitrat di Teras Slab 280T STACY

Analisis Distribusi Suhu Aksial Teras Dan Penentuan k eff PLTN Pebble Bed Modular Reactor (PMBR) 10 MWE Menggunakan Metode MCNP 5

MANAJEMEN OPERASI REAKTOR

OPTIMASI SHIELDING NEUTRON PADA THERMALIZING COLUMN REAKTOR KARTINI

OPTIMASI GEOMETRI TERAS REAKTOR DAN KOMPOSISI BAHAN BAKAR BERBENTUK BOLA PADA DESAIN HIGH TEMPERATURE FAST REACTOR (HTFR).

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

PENENTUAN FAKTOR KOREKSI DOSIS RADIASI ELEMEN BAKAR BEKAS RSG-GAS Ardani *)

PENGEMBANGAN ANTARMUKA KONVERSI FILE DATA NUKLIR TEREVALUASI PADA RENTANG SUHU TERTENTU UNTUK APLIKASI MCNP. D. Andiwijayakusuma *

Transkripsi:

ANALISIS PENGARUH PENGOPERASIAN TERHADAP KEMAMPUAN SHUTDOWN BATANG KENDALI PADA REAKTOR KARTINI Tegas Sutondo PTAPB-BATAN, Jl. Babarsari Kotak Pos 1008 Yogyakarta 55010, Abstrak ANALISIS PENGARUH PENGOPERASIAN TERHADAP KEMAMPUAN SHUTDOWN BATANG KENDALI PADA REAKTOR KARTINI. Telah dilakukan analisis pengaruh penggantian bahan bakar, serta pengaruh susutan baik pada bahan bakar maupun batang kendali setelah digunakan sekitar 30 tahun terhadap kemampuan shutdown dari system kendali reaktivitas pada reaktor Kartini. Evaluasi didasarkan pada nilai parameter suhutdown margin (SDM) untuk kedua kondisi tersebut, yang selanjutnya akan digunakan sebagai dasar untuk menetapkan batas maksimum penyisipan reaktivitas positif ekstra (diluar reaktivitas bahan bakar) yang dapat diakomodasi sewaktu reaktor beroperasi. Program MCNP-4C digunakan sebagai dasar dalam analisis untuk kondisi masih baru, sedang untuk kondisi setelah terpakai, digunakan data hasil eksperimen. Hasil evaluasi menunjukkan adanya peningkatan nilai SDM pada kondisi teras terpakai sebesar 0,75 $ terhadap nilai pada kondisi teras baru yaitu masing-masing sebesar 2 $ dan 2,75 $ yang berarti kemampuan shutdown batang kendali cenderung meningkat dengan meningkatnya burnup bahan bakar. Kondisi seperti ini dapat dipertahankan dengan membatasi jumlah muatan bahan bakar dan dengan demikian nilai core excess tetap pada level yang relatif rendah. Dari hasil perhitungan nilai SDM, disimpulkan bahwa reaktivitas batang kendali yang tersedia (tanpa 1 batang kendali dengan reaktivitas terbesar) masih mampu mengkompensasi kemungkinan terjadinya penyisipan reaktivitas ekstra masing-masing sebesar 1,5 $ untuk kondisi teras baru dan 2,25 $ untuk kondisi teras setelah terpakai. Kata kunci: Kemampuan shutdown, Reaktor kartini, Sistem kendali reaktivitas, Shutdown marjin, Batas penyisipan reaktivitas. Abstract ANALYSIS OF THE AFFECT OF OPERATION TO THE SHUTDOWN CAPABILITY OF KARTINI REACTOR S CONTROL ROD. An analysis of the affect of fuel replacements and depletion of both fuel and control rod materials after around 30 yrs of services, to the shutdown capability of Kartini reactor s control system, has been made. The analysis was made based on the value of shutdown margin (SDM) parameter for the two conditions, which will then be used to define the maximum limit of reactivity insertion torelated (beyond the core excess) during reactor operation. The MCNP-4C code package was used as the basis of evaluation, for the fresh condition, whilst for the used condition the evaluation was made based on the data of measurement / experiment. The result indicates that the SDM value for the operated core conditions increases by 0.75 $ relative to the fresh core value 2 $ and 2.75 $ respectively. Such condition can be maintained by keeping the fuel loading and hence, the core excess of reactivity, at a low condition. Based on the calculated SDM value, it is cocluded that the available control rod reactivity (without the most reactive one) is sufficient to compensate the extra positive reactivity insertion of 1.5 $ for the fresh core condition and 2.25 $ for the operated core condition respectively. Keywords: Shutdown capability, Kartini reactor, Reactivity control system, Shutdown margin, Reactivity insertion limits. Tegas Sutondo 813 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

PENDAHULUAN Sejak kritis untuk pertama kalinya pada bulan Maret 1979 hingga saat ini (2010), bahan bakar reaktor Kartini telah mengalami penggantian maupun pertukaran posisi bahan bakar, untuk meningkatkan reaktivitas teras, akibat proses pembakaran (burnup). Dengan bertambahnya lama operasi maka material penyerap dari batang kendali juga akan mengalami proses penyusutan, dan karenanya perlu dilakukan evaluasi ulang terhadap kemampuan pemadaman (shutdown) dari sistem kendali reaktivitas / batang kendali yang digunakan. Kemapuan shutdown tersebut diindikasikan melalui suatu parameter yang lazim disebut Shutdown margin (SDM) terhitung. Untuk mengetahui pengaruh proses penyusutan tersebut, maka dilakukan evaluasi nilai SDM untuk kondisi ketika teras masih dalam kondisi baru (fresh core) yang merepresentasikan parameter disain untuk reaktor Kartini, maupun setelah mengalami pengoperasian (kondisi saat ini). Mengingat teras reaktor Kartini adalah bekas dari reaktor Bandung, dan karenanya saat kondisi saat kritis pertama di Yogyakarta (maret 1979), teras reaktor dimuati dengan sebagian besar bahan bakar yang telah terpakai, maka program MCNP digunakan sebagai dasar dalam perhitungan neraca reaktivitas batang kendali dan reaktivitas teras untuk kondisi teras baru. Dalam hal ini jumlah muatan bahan bakar di dalam teras ditentukan berdasarkan batas maksimum nilai core excess sebesar 3 $ [4]. Sedangkan untuk kondisi teras yang telah digunakan (saat ini), dimana reaktor telah dioperasikan dengan riwayat pengopeasian yang tidak teratur, dan telah mengalami beberapa kali pertukaran posisi bahan bakar (reshufling) maka nilai core excess maupun reaktivitas batang kendali ditentukan berdasarkan hasil eksperimen / pengukuran secara langsung, yang diharapkan bisa lebih mencerminkan kondisi yang sebenarnya. DASAR TEORI Batang kendali yang terbuat dari bahan penyerap neutron, berfungsi untuk mengendalikan reaksi berantai di dalam reaktor, sehingga reaktor bisa beroperasi pada tingkat daya yang diinginkan dan untuk pemadaman operasi (shutdown). Reaktivitas (negatif) dari batang kendali didisain selalu lebih besar dari reaktivitas (positif) dari bahan bakar yang berada di dalam teras reaktor. Kemampuan pemadaman (shutdown) operasi reaktor dari sistem shutdown yang digunakan, diindikasikan oleh parameter Shutdown Margin (SDM), yang didefinisikan sebagai besarnya reaktivitas negatif dari batang kendali yang masih tersisa pada saat shutdown dengan menganggap satu batang kendali dengan reaktivitas terbesar tidak ada / stuck out [1, 2, 3, 4]. Berdasarkan definisi tersebut, maka kemampuan shutdown dari batang kendali yang digunakan pada reaktor Kartini hanya ditentukan oleh reaktivitas dari 2 batang kendali yang tersisa diluar batang kendali dengan reaktivitas terbesar. Untuk menjamin agar reaktor dapat dipadamkan, maka reaktivitas negatif dari 2 batang kendali tersebut ( eff) harus lebih besar dari reaktivitas lebih teras (core excess of reactivity) saat reaktor kritis pada daya nol (zero power). Secara umum nilai reaktivitas SDM yang tersedia dapat dinyatakan seperti pada persamaan berikut: SDM = tot - stuck - C ex (1) dengan tot dengan tot stuck C ex = reaktivitas total dari 3 batang kendali yang ada (untuk reaktor Kartini) = reaktivitas total dari 3 batang kendali yang ada (untuk reaktor Kartini) = reaktivitas batang kendali terbesar diantara batang kendali yang digunakan = reaktivitas lebih teras (core excess of reactivity) Nilai SDM yang tersedia tersebut harus nilai minimum disain yang ditetapkan yang dalam hal ini bisa bervariasi untuk tiap reaktor. Untuk reaktor TRIGA seperti halnya reaktor Kartini tidak ada ketentuan mengenai batas disain minimumnya, tetapi untuk meningkatkan angka keselamatan, maka dalam evaluasi ini ditetapkan 0,5 $ sebagai batas minimum disain SDM yang lazim digunakan pada reaktor riset pada umumnya [2, 3]. Selanjutnya selisih antara reaktivitas SDM terhitung tersebut terhadap batas minimum yang ditetapkan sebesar 0,5 $, dapat ditetapkan batas maksimum penyisipan reaktivitas positif ekstra diluar reaktivitas dari bahan bakar ( extra ) yang masih dapat ditolerir, atau extra = SDM 0,5 $ (2) 1. Penyusutan Reaktivitas Batang Kendali Nilai reaktivitas batang kendali, selain ditentukan oleh jenis material penyerap, lokasi di dalam teras, juga tergantung pada tingkat susutan (burn out) dari material penyerap tersebut akibat reaksi serapan dengan neutron. Untuk reaktor Kartini sebagai STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 814 Tegas Sutondo

material penyerap digunakan boron (B 10 ), dalam bentuk serbuk boron karbida (B4C) sebingga reaksi serapan yang terjadi adalah sebagai berikut: 10 1 11 * 7 4 5B + 0 n 5B 3Li + 2He +2,73 Mev (3) Penyusutan material batang kendali terhadap waktu operasi dapat dinyatakan melalui persamaan berikut: N ( t) N 0 exp( t) (4) dengan N(t) = jumlah atom boron pada waktu t N 0 = jumlah atom boron pada kondisi baru = tampang lintang serapan mikroskopik dari Boron B 10 (cm 2 ) = fluks neutron rerata (#/cm 2 s) ( v) dv ( x, y, z ) dx dy dz 0 0 (5) t = volume dari bagian batang kendali yang berada di dalam teras = lama waktu operasi (s) Dengan demikian tingkat susutan atom boron selain tergantung fraksi dari bagian batang kendali yang berada di dalam teras, juga tergantung pada besarnya fluks neutron, yang dalam hal ini tergantung pada tingkat daya reaktor dan lokasi dari batang kendali di dalam teras, serta lama pengoperasian. Reaktor Kartini menggunakan tiga buah batang kendali untuk mengendalikan reaktivitas teras yaitu batang pengaman, kopensasi yang berada di ring C5 dan C9, dan batang pengatur berada di ring E1. Gambar 1 memperlihatkan posisi ketiga batang kendali tersebut di dalam teras. Gambar 1. Konfigurasi Teras Reaktor Kartini 2. Deskripsi Teras Reaktor Kartini Teras reaktor Kartini yang semula digunakan di reaktor Bandung (sejak tahun 1964) kemudian dipindah ke Yogyakarta pada 1979 adalah jenis teras TRIGA Mark II-250 kw berbentuk silinder yang terdiri dari beberapa ring yang digunakan untuk menempatkan elemen bahan bakar ataupun non bahan bakar dengan spesifikasi seperti pada Tabel 1. Tabel 1. Data Ring Teras Reaktor Kartini [2] Ring Jumlah Posisi Radius Ring (cm) Pusat Ring Bagian Luar Ring A 1 0 2,313 B 6 4,064 6,118 C 12 8,001 10,080 D 18 11,938 14,066 E 24 15,875 18,061 F 30 19,939 22,060 Tegas Sutondo 815 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

Jumlah elemen bahan bakar di dalam teras sebanyak 69 buah yang terdiri dari 67 buah tipe 104 sdan 2 buah tipe 204 atau IFE (instrumented fuel element) yang digunakan sebagai monitor temperatur bahan bakar serta beberapa elemen non bahan bakar, seperti elemen grafit (dummy element). Elemen bahan bakar tersebut menempati lokasi dari ring B hingga F sedang untuk elemen non bahan bakar ditempatkan di ring F. Tabel 2 memuat sebagian data spesifikasi dari bahan bakar standar TRIGA reaktor Kartini. Tabel 2. Spesifikasi Elemen Bahan Bakar Standar TRIGA [2] Komponen Ukuran (cm) Bahan Densitas (g/cm) METODE Elemen bahan bakar Diameter luar Panjang elemen Bahan bakar Komposisi bahan Diameter luar Diameter dalam Tinggi aktif Batang Zr Diameter Tinggi Reflektor Aksial Diameter Tinggi bagian atas Tinggi bagian bawah Racun dapat bakar 3,81 72,14 3,56 0,64 38,1 0,64 38,1 3,56 6,6 9,4 Tebal 0,079 Cladding Tebal 0,05 Tutup atas dan bawah Tinggi tutup atas Tinggi tutup bawah 10,41 7,62 1. Perhitungan Neraca Reaktivitas Untuk Kondisi Teras Baru Untuk kondisi teras dengan muatan bahan bakar baru digunakan program MCNP sebagai dasar dalam perhitungan neraca reaktivitas batang kendali dan teras, yang secara ringkas, dilakukan melalui beberapa tahap sebagai berikut: 1.1. Penentuan Core Excess. Pemodelan kofigurasi teras dan pembuatan input deck untuk model fresh core yang dalam hal ini digunakan program Triga-MCNP [5] sebagai dasar dalam pemodelan konfigurasi teras dan posisi batang kendali untuk beberapa variasi jumlah muatan bahan bakar. Besarnya core excess ( Cex ) selanjutnya ditentukan berdasarkan persamaan berikut: U-ZrH 6,0 Zr 6,5 Grafit 1,6 Molib 10,2 denum SS-304 7,9 SS-304 7,9 C ex = [k(aro) - 1] / k(aro) (6) dengan k(aro) = nilai k-eff untuk posisi seluruh batang kendali berada di luar teras (ARO). Dari hasil perhitungan tersebut selanjutnya ditentukan jumlah nuatan bahan bakar yang memberikan core excess sekitar 3 $ yang selanjutnya akan digunakan sebagai dasar dalam evaluasi komponen reaktivitas batang kendali dan shutdown margin. 1.2. Penentuan reaktivitas batang kendali: Berdasarkan konfigurasi teras yang ditetapkan, selanjutnya dilakukan penentuan nilai komponen reaktivitas batang kendali, yang dalam hal ini akan ditentukan dengan metoda rod drop. Untuk maksud tersebut, batang kendali yang akan ditentukan reaktivitasnya dikondisikan pada posisi IN (fully inserted) dan yang lain dalam posisi UP (fully out). Selanjutnya dihitung nilai k-eff untuk kondisi tersebut k(in), dan nilai reaktivitas batang STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 816 Tegas Sutondo

kendali dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut [6]. = 1/k(IN) 1/k(ARO) (7) Dari hasil perhitungan tersebut, selanjutnya dapat dihitung nilai reaktivitas total dari ketiga batang kendali tersebut ( tot ) dan dipilih batang kendali dengan reaktivitas terbesar yang akan digunakan sebagai batang kendali yang tidak diperhitungkan dalam perhitungan marjin padan ( stuck ). Dengan demikian nilai reaktivitas shutdown margin (SDM) dapat ditentukan berdasarkan persamaan (1). Selanjutnya batas maksimum penyisipan reaktivitas positif ekstra (diluar muatan bahan bakar) ditentukan berdasarkan selisih antara nilai SDM terhadap batas minimum SDM yang ditetapkan sebesar 0,5 $. 2. Perhitungan Neraca Reaktivitas Untuk Kondisi Teras Terpakai (Saat Ini) Untuk kondisi teras saat ini, untuk menentukan baik nilai core excess maupun reaktivitas batang kendali dilakukan dengan eksperimen / pengukuran berdasarkan kondisi teras saat ini. Untuk maksud tersebut, perangkat reactivity computer digunakan untuk memproses nilai reaktivitas dari ketiga batang kendali sebagai fungsi posisi penyisipan, yang secara umum dilakukan berdasarkan prosedur kalibrasi batang kendali yang sudah bisaa dilakukan secara periodik. Dari hasil kalibrasi, selanjutnya dapat ditentukan nilai reaktivitas total dari ke 3 batang kendali tersebut ( tot ), batang kendali dengan reaktivitas terbesar ( stuck ) serta core excess (C ex ). Dalam hal ini nilai C ex ditentukan berdasarkan nilai reaktivitas dari batang kendali yang masih berada di dalam teras ketika reaktor kritis pada daya rendah (zero power) yang secara umum dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut ini. C ex = tot out (8) dengan tot = reaktivitas total ketiga batang kendali, dan out = reaktivitas bagian batang kendali yang berada di luar teras. 3. Faktor Koreksi Mengingat baik hasil perhitungan menggunakan program MCNP maupun hasil eksperimen ini tidak terlepas dari faktor kesalahan, baik yang bersifat sistematik maupun faktor lainnya yang tidak terprediksikan, maka untuk meningkatkan derajat keselamatan dilakukan koreksi terhadap hasil perhitungan sebagai berikut: a. Komponen reaktivitas negatif (batang kendali) dikurangi 10 % b. Komponen reaktivitas positif dari teras (core excess), di tambah 5 % Dengan memasukkan faktor koreksi tersebut diharapkan hasil perhitungan shutdown margin cukup konservatif. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Kondisi Teras Baru (Fresh Core) Tabel 3 memuat hasil perhitungan kekritisan menggunakan program MCNP untuk beberapa variasi muatan vahan bakar dengan tingkat ketelitian / standar deviasi sekitar 0,0004. Terlihat bahwa konfigurasi teras dengan jumlah muatan 69 bahan bakar baru memberikan reaktivitas mendekati batas maksimum core excess yang ditetapkan sebesar 3$. Selanjutnya berdasarkan konfigurasi tersebut digunakan untuk menentukan reaktivitas dari ketiga batang kendali yang ada, dan hasilnya seperti ditunjukkan pada Tabel 4. Terlihat bahwa batang kendali pada ring C-9 (kompensasi) membrikan reaktivitas terbesar, dan karenanya digunakan sebagai stuck. Tabel 3. Core Excess Untuk Beberapa ariasi Muatan Teras Jumlah k-eff Core Excess (Cex) BB (ARO) (dk / k) ($) ( + 5 % ) 68 1,01873 0,01839 2,627 2,758 69 1,01925 0,01889 2,698 2,833 70 1,02244 0,02195 3,135 3,292 71 1,02659 0,02590 3,700 3,885 Dengan menambahkan faktor koreksi yang telah ditetapkan terhadap kedua komponen reaktivitas tersebut, selanjutnya dapat ditentukan, nilai shutdown margin (SDM) sekitar 2 $, yang masih 4 kali dari nilai batas mínimum yang ditetapkan (0,5 $). Dengan demikian batas maksimum penyisipan reaktivitas positif tambahan ( ekstra) yang dapat ditolerir untuk kondisi teras baru adalah sebesar 1,5 $ = SDM - 0,5 $. Tegas Sutondo 817 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

Tabel 4. Hasil Perhitungan k-eff Untuk Muatan BB=69 SEMINAR NASIONAL I Reaktivitas Batang Kendali Posisi Batang Kendali k-eff (dk / k) ($) Semua batang kendali UP (ARO) 1,01925 Batang kendali E-1 = IN, lainnya UP 1,00703 0,01191 1,701 Batang kendali C-5 = IN, lainnya UP 0,99323 0,02570 3,672 Batang kendali C-9 = IN, lainnya UP 0,99268 0,02626 3,751 Reaktivitas Batang Kendali Total 0,06387 9,124 2. Kondisi Teras Setelah Terpakai (Saat ini) Tabel 5 memuat hasil pengukuran reaktivitas batang kendali untuk kondisi teras terpakai, yang memperlihatkan posisi kritis mínimum dari tiap batang kendali dengan 2 batang kendali lainnya pada posisi UP dan reaktivitasnya. Total reaktivitas dari ketiga batang kendali ( tot ) = 7,708 $ dimana batang kompensasi memiliki reaktivitas terbesar dan karenanya dijadikan sebagai stuck rod ( stuck ). Tabel 5. Hasil Eksperimen Reaktivitas Batang Kendali *) Parameter Pengatur (E-1) Pengaman (C-5) Kompensasi (C-9) Posisi kritis minimum (%) 14,6 42,7 44 Nilai reaktivitas ($) 0,23 1,7 1,7 Reaktivitas total batang kendali ($) 1,587 3,054 3,067 *) Setelah dilakukan penggantian 1 buah bahan bakar Selanjutnya berdasarkan posisi kritis minimum dari ketiga batang kendali tersebut maka diperoleh nilai core excess rerata (C ex ) sebesar 1,359 $. Dengan memasukkan faktor koreksi yang telah ditetapkan, maka diperoleh reaktivitas shutdown margin SDM = 2,75 $ dan batas penyisipan reaktivitas ekstra = 2,25 $. Tabel 6 memuat ringkasan hasil perhitungan untuk kedua kondisi teras teras, yang menunjukkan ada peningkatan nilai shutdown margin (SDM) untuk kondisi teras terpakai sekitar 0,75 $ terhadap nilai pada kondisi masih baru. Tabel 6. Ringkasan Hasil Perhitungan Untuk Kedua Kondisi Teras Komponen Reaktivitas Nilai Reaktivitas ($) Teras baru Teras Terpakai Reaktivitas Batang Kedali di E-1 1,701 1,587 Reaktivitas Batang Kendali di C-5 3,672 3,054 Reaktivitas Batang Kendali di C-9 ( stuck ) 3,751 3,067 Reaktivitas Total ( tot ) 9,124 7,708 eff = 0,9 *( tot - stuck ) 4,835 4,177 Core Excess (C ex *1,05) 2,833 1,425 Reaktivitas Shutdown margin (SDM) 2,002 2,752 Batas Penyisipan Reaktivitas Ekstra 1,502 2252 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 818 Tegas Sutondo

Peningkatan SDM tersebut menunjukkan bahwa pengaruh penyusutan material penyerap pada batang kendali relatif kecil dibanding penyusutan reaktivitas teras (core excess) akibat burnup bahan bakar. Hal ini sebagai konsekuensi bahwa dengan berkurangnya core excess terhadap waktu operasi, maka diperlukan penarikan batang kendali yang semakin tinggi untuk mencapai tingkat daya yang sama, yang berarti fraksi dari batang kendali yang berada di dalam teras semakin berkurang. Data operasi terakhir menunjukkan bahwa untuk bisa beroperasi pada daya penuh, posisi batang kendali hampir seuanya mencapai posisi teratas dan setelah dilakukan penggantian 1 buah bahan bakar maka posisi batang kompensasi sekitar 70 % UP dan batang pengatur sekitar 65 % UP, sedang pengaman berada di luar teras (100 % UP). Apabila dilakukan penambahan jumlah muatan bahan bakar lebih banyak lagi, tentunya bagian batang kendali yang mengalami proses penyusutan akan meningkat seiring dengan kenaikan core excess. Dengan demikian dengan membatasi jumlah muatan bahan bakar dan dengan demikan reaktivitas lebih teras (core excess) pada level yang relatif rendah ( 1,5 $), maka laju penyusutan material batang kendali dapat dipertahankan pada level yang rendah pula, sehingga masa pakai batang kendali bisa panjang. KESIMPULAN Telah dilakukan analisis pengaruh proses penyusutan material batang kendali selama pengoperasian terhadap kemampuan shutdown batang kendali reaktor Kartini, dengan membandingkan nilai parameter shutdown margin (SDM) untuk kondisi teras baru dengan nilai SDM untuk kondisi teras setelah digunakan. Hasil evaluasi menunjukkan terjadinya peningkatan nilai SDM pada kondisi teras terpakai sebesar 0,75 $ terhadap nilai pada kondisi teras baru yaitu masing-masing sebesar 2 $ dan 2,75 $. Hal ini berarti kemampuan shutdown batang kendali cenderung meningkat dengan meningkatnya burnup bahan bakar yang disebabkan fraksi batang kendali yang mengalami reaksi tangkapan neutron semakin berkurang dengan berkurangnya core excess. Dengan membatasi jumlah muatan bahan bakar, dan dengan demikian reaktivitas lebih teras tetap pada level yang relatif rendah ( 1,5 $), maka tingkat penyusutan material penyerap dari batang kendali dapat dipertahankan pada level yang rendah pula, sehingga masa pakai dari batang kendali bisa panjang. Dari hasil perhitungan nilai SDM, disimpulkan bahwa reaktivitas batang kendali yang tersedia (tanpa 1 batang kendali dengan reaktivitas terbesar) masih mampu mengkompensasi kemungkinan terjadinya penyisipan reaktivitas ekstra masingmasing sebesar 1,5 $ untuk kondisi teras baru dan 2,25 $ untuk kondisi teras setelah terpakai (saat ini). DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA, Safety Guide on Utilization and Modification of Research Reactors, IAEA INSTN, Nov. 1992. 2. M. Ravnik, Determination of Research Reactor Safety Parameters by Reactor Calculations, LNS015021, Trieste, 2000. 3. M. Forsbacka and M. Moore, Maximum Temperature Calculation and Operational Characteristics of Fuel Follower Control Rods for the AFRRI TRIGA Reactor Facility, FFRI Technical Report, AD-A237 744, May 1991. 4. Rose Mary Gomes do Prado Souza and Amir Zacarias Mesquita, Reactivity Balance In The IPR-R1 Triga Reactor, 2009 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2009, Rio de Janeiro,RJ, Brazil, September27 to October 2, 2009, 5. Putranto Ilham Yazid, TRIGA-MCNP, version 9, January 2006. 6. Tetsuo MATSUMOTO et al, Bencmark Analysis of TRIGA Mark II Reactivity Experiment Using a Continuous Energy Monte Carlo MCNP, Journal of NUCLEAR SCIENCE and Technology, ol. 37, No. 12, p. 1082-1087 (December 2000). TANYA JAWAB Pertanyaan: 1. Berapa Persen bahan bakar yang terbakar harus diganti untuk teras yang baku? (Joko Iman) Jawaban: 1. Secara teoritis bisa sampai 50% tapi pada umumnya kurang dari nilai itu karena core excess reaktor kartini dibuat pada tingkat yang relatif rendah yaitu sekitar 1,5. Tegas Sutondo 819 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 820 Tegas Sutondo