188 Buku I Proseding,Pertemuan dan Presen.rasillmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta14-15 Juli 1999 PENGARUH PENEMPATAN GRAFIT PADA RING B TERHADAP TEMPERA TUR PUSA T ELEMEN BAKAR DAN PENINGKA T AN DAY A REAKTO.R TRIGA MARK II Reinaldy Nazar, Tatang Mulyana Pusat Penelitian TeknikNuklir.. BATAN ABSTRAK PENGARUH PENEMPATAN GRAFIT PADA RING TERHADAP TEMPERATUR PUSAT ELEMEN BAKAR DAN PENINGKATAN DAYA REAKTOR TRIGA MARK 1/. Hasil pengukuran pada daya 1000 kw diketahui temperatur maksimum pusat elemen bakar yang terletak pada ring B (B4) adalah 372 C. Jika dilakukan ekstrapolasi maka pada temperatur pusat elemen bakar 400 C dan teras terisi penuh dengan elemen bakar (121 elemen bakar), daya yang dihasilkan 1217,7 kw Berdasarkan hasil perhitungan kembali dengan menggunakan Faker program TRIGAC terhadap data-data eksperimen penentuan pengaruh penempatan graftt pada ring B, diketahui bahwa pada daya 1000 kw temperatur maksimum pusat elemen bakar yang terletak pada ring C (CJ) adalah 362 C. Hasil ekstrapolasi diketahui pula bahwa, pada temperatur pusat elemen bakar tersebut 400 C dan teras terisipenuh dengan elemen bakar (115 elemen bakar) maka akan dihasilkan daya 1358 kw ABSTRACT THE INFLUENCE OF GRAPH IT REPLACEMENT IN RING B TO TEMPERATURE OF FUEL ELEMENTS AND UPGRADING OF TRIGA MARK II REACTOR For power level 1000 kj:f: the experiment data showed the maximum temperature was 372 C onjuel element B4. Ifwe do some extrapolationfor those data so the reactor will produce 1217,7 kw for 400 C. Based on the calculation using experimental data on graphit replacement in ring B, the output TRIGAC program gave an information that for power level 1000 kj:f: maximum temperature was 362 C. If we do some extrapolation for those data so the reactor will produce 1358 kw for 400 oc PENDAHULUAN D eaktor Triga Mark II Bandung telah R.dioperasikan sejak Oktober 1964 dengan daya maksimum 250 kw. Reaktor ini antara lain digunakan untuk melayani penelitian, eksperimen reaktor dad produksi radioisotop. Kemudian pada bulan Desember 1971 reaktor ini ditingkatkan dayanya menjadi 1000 kw, yaitu dengan cara memperluas teras reaktor yang semula memiliki ring susunan elemen bakar hanya sampai ring F diperluas hingga memiliki sampai ring G. Masing-masing ring susunan elemen bakar tersebut mempunyai llubang pada ring A (sentral), 6 lubang pada ring B, 12 lubang pada ring C, 18 lubang pada ring D, 24 lubang pada ring E, 30 lubang pada ring F dad 36 lubang pada ring G, sehingga jumlah lubang pada seluruh ring di dalam teras reaktor menjadi 127 lubang. Jumlah maksimum bahan bakar termasuk IFE (Instrumented Fuel Element) yang dapat dipergunakan untuk seluruh ring adalah 121 elemen bakar. lni berarti ada 6 tempat yang tidak dapat dipakai, yaitu 4 tempat untuk batang kendali dad masing-masing I tempat pada ring A dad ring G (G 11 ) sebagai fasilitas iradiasi. Sebagai ilustrasi konfigurasi teras reaktor yang selarna ini digunakan (sejak September 1993) untuk membangkitkan daya maksimum 1 MW dinyatakan Gambar 1 dantabell. Fuel Element Gambar 1. Konfigurasi teras reaktor yang digunakan sejak tahun 1993.
~ Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14-15 Juti 1999 Buku I,J. Tabel Konfigurasi teras reaktor sejak tahun 1993. RING ELEMEN BAKAR [FE BATANG KENDALl FASILITAS IRADIASI GRAFIT KOSONG JUMLAH LUBANG A B C ~ D - ~ 5 9 I I - ~ 1 (B4) I (C3) - 2 (C4,C1O) 1 (A) -~ 1 (G1J ' - 6 1 1.2 1 E F G i 17 24 27 25 -!! "'-=--1! 1 (DJ 1 (FI6), 5 5 1.8 24 30 36 ' 107 2 4 2 6 6 127 POKOK PERMASALAHAN Pada saat ini fluks neutron yang dihasilkan berkisar 1013 neutron/cm2. Dengan kondisi tersebut penelitian clan eksperimen yang dilakukan menjadi terbatas sifatnya, karena pada umumnya reaktor penelitian dikehendaki adanya fluks neutron yang tinggi, sehulgga eksperimen reaktor dilakukan dengan lebih cepat clan representatif. Berdasarkan hasil eksperimen clan perhitungan yang telah dilakukan[l] diketahui bahwa, reaktor dengan konfigurasi teras yang dinyatakan pada Tabel 1 dangambar 1 tidak mampu membangkitan daya reaktor sebesar 2 MW. Meskipun reaktor dioperasikan hingga temperatur maksimum pusat elemen bakar di dalam teras (ring B4) mencapai.0 temperatur batas keselamatan (400 C) dad menempatkan elemen bakar pada 121 1ubang penempatan yang tersedia (lihat Tabel 2 berikut). 01eh karena itu Pusat Pene1itian Teknik Nuklir -Bandung sebagai penge1ola reaktor Triga Mark II merasa per1u untuk meningkatkan lagi daya reaktor menjadi 2000 kw. Berkaitan dengan kegiatan tersebut, pada makalah ini di1akukan perhitungan kembali terhadap data-data basil eksperimen penentuan pengaruh penempatan mafit pada ring B terhadap peningkatan daya reaktor. 2] Tabel2. Karakteristik teras reaktor pada beberapa kondisi operasi. *) Hasil perhitungan dengan program TRIGAC ISSN 0216-3128 Reinaldy Nazar, dkk.
4. 190 Buku J Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14-15 Juli 1999 METODA YANG DIGUNAKAN Eksperimen telah dilakukan pada reaktor Triga Mark II -Bandung sebelum pelaksanaan upgrading dimulai!2] Sedangkan perhitungan kembali dilakukan dengan menggunakan program TRlGAc.[J] Gambar 2. Struktur program TRIGAc.14) Paket program TRIGAC terdiri dari dari program utama TRIGAC, kostanta-konstanta grup efektif TRIGAC.LIB dad data bahan bakar ELEMDAT. Struktur program utama mcmpunyai subrutin SIGMA, CEBIS dad BURN. Keluaran program TRIGAC terdiri dari file CEBIS-OUT dad BURN-OUT (jika diinginkan). Pada file CEBIS-OUT menginfonnasikan hal-hal yang berhubungan dengan geometri teras reaktor (seperti yang dinyatakan pada masukan), konstanta difusi, penampang lintang serapan, penampang lintang pindahan, kerapatan daya untuk setiap daerah, faktor multiplikasi, fluks cepat dad fluks lambat untuk setiap titik mesh yang kemudian dirata-ratakan untuk setiap daerah serta distribusi fluks cepat. fluks lambat dad daya di teras. Pada file BURN-OUT dapat dilihat akumulasi bum-up seluruh elemen bakar, burn-up pada saat sekarang, daya tennal reaktor, burn-up seluruh elemen bakar di teras reaktor dad urutan elemen bakar dari burn-up tertinggi hingga bum-up terendah. Sesuai dengan tujuan pembahasan xang dilakukan pada makalah ini, maka yang dilihat di sini hanya keluaran y.ang menginfonnasikan tentang kerapatan daya untuk setiap da'erah (zone). Selama ini untuk menghitung dis1;ribusi daya dad fluks neutron di dalam teras reaktor Triga Mark II ~ Bandung selain dilakukan pengukuran secara langsung, selalu dipergunakan program TRlGAC selain menggunakan program CITATION sebagai pembanding. TATA KERJA Pacta eksperimen yang telah dilakukan digunakan konfigurasi elemen bakar di dalam teras seperti yang dinyatakan pacta Tabel 3.. Pacta ring B seluruhnya disi dengan grafit dan jumlah elemen bakar yang digunakan 102 buah dan 1 IFE di ring C. Tabel3. Konftgurasi teras reaktor dengan ring B berisi graftt. Reinaldy Nazar, dkk. ISSN 0216-3128
Proseding Pertemuan don Presentasi /lmiah PPNY-BATAN; Yogyakarta /4-15Juli 1999 Buku I 191 Diasumsikan pada konfigurasi teras tersebut, untuk setiap zone yang diisi dengan elernen bakar rnernpunyai deplesi harnpir sarna, sehingga setiap elernen bakar yang rnenernpati ring yang sarna rnernpunyai kandungan bahan bakar yang harnpir sarna. Sehingga pernbangkitan daya yang dihasilkan oleh tiap elernen bakar untuk daerah ring yang sarna dianggap sarna. Jadi tiap-tiap elernen bakar pada ring C rnenghasilkan daya yang sarna, dernikian juga untuk tiap-tiap elernen bakar pada ring-ring berikutnya. Berdasarkan basil pengukuran diketahui perbedaan ternperatur pusat elernen bakar antara tanpa adanya grafit di ring B dengan adanya grafit pada ring tersebut. Informasi ini dinyatakan pada Tabel4. Dengan bantuan program TRIGAC dihitung kerapatan daya rata-rata setiap zone pacta daya 1000 kw, temperatur maksimum elemen bakar 362 C, inengunakan 103 elemen bakar dan pacta ring B diisi grafit. Kemudian dihitung kembali pembangkitan daya total yang dapat dicapai jika menggunakan 115 elemen bakar. Dengan melakukan ekstrapolasi data hubungan daya terhadap temperatur maksimum pusat elemen bakar, ditentukan daya maksimum yang dapat dibangkitkan, jika temperatur maksimum pusat elemen bakar mencapai temperatur batas 400 c dengan konfigurasi 103 elemen bakar di dalam teras. Kemudian dihitung kembali pembangkitan daya total yang dapat dicapai jika konfigurasi teras menggunakan 115 elemen bakar. Tabel 4. Temperatur pusat elemen bakar pada berapa ring Gambar 3. Hubungan daya reaktor terhadap temperatur mabimum pusat elemen bakar tanpa dan ada graftt.
192 Buku I BASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 5 menginformasikan basil perhitungan program TRIGAC terhadap kerapatan daya rata-rata setiap zone untuk daya 1000 kw, temperatur maksimum pusat elemen bakar 362 c clan konfigurasi 103 elemen bakar. Tabel 5. Kerapatan daya rata-rata setiap zone pada daya 1000 kw dengan temperatur maksimum pusat elemen bakar 362 DC. Proseding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 JuJi 1999 Dengan mengunakan data pada Tabel 5 diperoleh daya rata-rata yang dibangkitk~n oleh 'tiap elemen bakar pada setiap ring jika reaktor dioperasikan pada day'a 1000 kw, suhu maksimum pusat elemen bakar 362 C, konfigurasi 103 elemen bakar dad pada ring B seluruhnya diisi dengan grafit. Hasil perhitungan ini dinyatakan pada Tabel 6, Hasil perhitungan pada tabel di atas menyatakan adanya perbedaan hasil hitungan pada pembangkitan daya total 1000,13 kw, yang seharusnya 1000 kw, hal ini timbul karena faktor pembulatan desimal, Jika setiap ring yang kosong diisi dengan elemen bakar dad setiap grafit di dalam teras (kecuali grafit pada ring B) diganti dengan elemen bakar, maka diperoleh pembangkitan daya pada setiap ring seperti yang dinyatakan pada Tabel 7, Berdasarkan Tabel 3 terdapat penambahan 12 elemen bakar yaitu, 2 elemen bakar pada ring F dad 10 elemen bakar pada ring G, Tabel6. Daya rata-rata tiap elemen bakar dengan konfigurasi 103 elemen bakar.dan temperatur maksimum 362 DC. Tabel 7. Konfigurasi teras penuh dengan elemen bakar, ring B diisi graftt don temperatur makfimum pusat elemen bakar 362 DC. Reinaldy Nazar, dkk. ISSN 0216-3128
Proseding Pertemuan dan Presentasi /lmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta /4 -/5 Juli /999 Buku I 193 Tabel 7 menunjukkan, walaupun seluruh teras diisi dengan elemen bakar, kecuali ring B diisi grafit, daya reaktor hanya mampu naik menjadi 1091,57 kw. Jika dilakukan ekstrapolasi dari grafik hubungan antara daya reaktor dengan suhu maksimum pusat bahan bakar yang ditunjukkan pacta Gambar 3, akan diketahui bahwa pacta suhu 400 c yaitu suhu maksimum yang diperkenankan pacta pusat elemen bakar, maka daya reaktomya adalah 1245 kw. Dengan menggunakan program TR/GAC dihitung kembali kerapatan daya rata-rata setiap zone untuk daya total 1245 kw, temperatur maksimum pusat elemem bakar 400 c, menggunakan konfigurasi 103 elemen bakar dad pacta ringbdiisi grafit. Hasil perhitungan ini dinyatakan pacta Tabel 8 berikut. Tabel 8. Kerapatan daya rata-rata setiap zone pada daya 1245 kw dengan temperatur maksimumpusat elemen bakar 400 C. Dengan demikian daya rata-rata tiap elemen bakar dinyatakan pacta Tabel9. 100 3D :m 4l) SO 1m ~ 8D KD 'mi1~ 12D 1:IX) M)) 19X) BD D\YA(!<M Gambar 4. Ebtrapolasi daya terhadap temperatur elemen bakar pada ring C. Terdapatnya perbedaan pembangkitan daya total antara hasil perhitungan dengan hasil ekstrapolasi, karena faktor pembulatan desimal semata. Jika dihitung kembali untuk setiap ring dengan konfigurasi 115 elemen bakar dan IFE akan diperoleh kenaikkan daya seperti yang dinyatakan pada TabellO. Tabel 9. Daya rata-rata tiap elemen bakar dengan konfigurasi 103 elemen bakar dan temperatur maksimum 400 C. 24,57. 13,99 11,1.1 9,57 946, lssn 0216-3128 ReinaldyNazar, dkk.
194 Buku I Proseding Pertemuan dan Presentasi /lmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juli 1999 TabellO. Konftgurasi teras penuh dengan elemen bakar, ring B diisi graftt dan temperatur maksimum pusat elemen bakar 400 C. Berdasarkan Tabel 10 di atas diketahui bahwa, dengan konfigurasi 115 elemen bakar di dalam teras 115 dad ring B seluruhnya diisi dengan grafit hanya mampu membangkitkan daya 1358,80 kw, jadi masih jauh dari yang diharapkan, yaitu 2000 kw. Dengan demikian perlu dipikirkan cara lain untuk dapat membangkitan daya reaktor menjadi 2000 kw. KESIMPULAN Berdasarkan basil perhitungan dad analisis kembali terhadap data eksperimen dapat ditarik kesimpulan bahwa, dengan menggunakan konfigurasi elemen bakar di dalam teras berbentuk lingkaran serta menempatkan grafit pada ring B, maka reaktor Triga Mark II hanya mampu mencapai daya maksimum 1358 kw, meskipun dilakukan pada kondisi operasi dimana temperatur pusat elemen bakar 400 c dad seluruh teras diisi dengan elemen bakar (115 elemen bakar), kecuali 4 lubang untuk batang kendali, 2 lubang untuk fasilitas iradiasi dad semua lubang pada ring B diisi grafit. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih ditujukan pada rekan-rekan mabasiswa Pascasarjana Rekayasa Energi Nuklir - ITB angkatan 1993 atas kerjasamanya dalam melakukan eksperimen pengaruh penempatan grafit pada ring B terhadap distribusi fluks neutron clan suhu arab radial pada reaktor Triga Mark II. Terima kasih juga ditujukan kepada bapak Ketut Kamajaya atas bantuannya memperkenalkan program TRlGAC kepada penulis. DAFTAR PUSTAKA 1. KETUT, K., dkk., "Peningkatan Daya Rea~tor Triga Mark II Bandung Menjadi 2000 kw Ditinjau Dari Asp.ek Distribusi Daya Dan Suhu Dalam Elemen Bakar", Proceeding SeminarSains dan Teknologi Nuklir, PPTN, Bandung, 1995. 2. GlaV ANI, dkk, "Pengaruh Penempatan Grafit Pacta Ring B Terhadap Distribusi Fluks Neutron Dan Suhu Arab Radial Pacta ReaktorTriga Mark.II", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiab, PPNY -BAT AN, Yokyakarta, 1995 3. MELE, I., RA VNIK, M., "TRIGAC -A Computer Program Package For Research Reactor Calculation", 1986. 4. Y.M. KINLEY, "Penggunaan Paket Program TRIGAP Untuk Reaktor Triga Mark II Bandung", Proceeding Seminar Sains dan Teknologi Nuklir, PPTN -BAT AN, Bandung,.1990. TANYAJAWAB Hodi Hastowo -Mengapa pengaruh BU tidak diperhitungkan dalam perhitungan distribusi daya. -Bagairnana dati bagan alir/tlow chart suhu pusat elemen bakar dapat dihitung. :- Kalau dengan seluruh lubang (kecuali untuk CR) diisi dengan EB/instrumented EB hanya dapat menghasilkan daya 1,3 Mw. Bagaimana cara untuk meningkatkan daya menjadi 2 MW. Reinaldy Nazar, dkk. issn 0216-3128
Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juli 1999 BukuI 195 Reinaldy Nazar -Pada P?Thitungan ini Burn-Up diasumsikan belum diperhitungkan. Mudah-mudahan pada masa-masa selanjutnya semua asumsi-asumsi dapat saya persempit. -Suhu elemen bakar tidak dihitung, tetapi diukur denganmenggunakan IFE. -Dicari alternatif lain terhadap konfigurasi bahan bakar seperti konfigurasi berbentuk hexagonal, misalnya yang telah dilakukan di negara Bangladesh. Y. Sardjono -Program TRIGAP bahwa crossection pada TRIGAP-Lib disediakan untuk 250 kw. Bagaimana anda mengekstrapolasi TRIGA-Lib tersebut untuk 1000 kw. Reinaldy Nazar -Paket program Trigap yang'saya gunakan ada/ah paket program Trigap yang te/ah dimodifikasi agar dapat digunakanpada reaktor Triga Mark daya 1000 kw Hasi/ modifikasinya te/ah dipub/ikasikan pada SeminarPendayagunaan. ISSN 0216-3128 Reinaldy Nazar, dkk.