Diterima editor 07 Mei 2012 Disetujui untuk publikasi 04 Juni 2012

dokumen-dokumen yang mirip
PEMODELAN DOSIS NEUTRON DAN GAMMA DI REAKTOR TRIGA 2000 DENGAN METODE MONTE CARLO MCNP5

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

EVALUASI TINGKAT KESELAMATAN HIGH TEMPERATURE REACTOR 10 MW DITINJAU DARI NILAI SHUTDOWN MARGIN.

SIMULASI EFISIENSI DETEKTOR GERMANIUM DI LABORATORIUM AAN PTNBR DENGAN METODE MONTE CARLO MCNP5

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

OPTIMASI DIMENSI BAHAN BAKAR UNTUK REAKTOR BERBAHAN BAKAR UO 2 DENGAN MODERATOR DAN PENDINGIN AIR RINGAN (H 2 O)

PENENTUAN DECAY GAMMA REAKTOR HTGR 10 MWth PADA BERBAGAI TINGKAT DAYA

DESAIN KONSEPTUAL PERISAI RADIASI REAKTOR RRI-50

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

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

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

SIMULASI KURVA EFISIENSI DETEKTOR GERMANIUM UNTUK SINAR GAMMA ENERGI RENDAH DENGAN METODE MONTE CARLO MCNP5

PEMETAAN DOSIS RADIASI GAMMA DI FASILITAS KALIBRASI PTNBR UNTUK SUMBER 60 Co 400 GBq DENGAN MCNP5

STUDI PARAMETER REAKTOR BERBAHAN BAKAR UO 2 DENGAN MODERATOR H 2 O DAN PENDINGIN H 2 O

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

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

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

Analisis Termal Hidrolik Gas Cooled Fast Reactor (GCFR)

SIMULASI KALIBRASI EFISIENSI PADA DETEKTOR HPGe DENGAN METODE MONTE CARLO MCNP5

SIMULASI PENGUKURAN EFFISIENSI DETEKTOR HPGe DAN NaI (Tl) MENGGUNAKAN METODE MONTE CARLO MCNP5

PENENTUAN INTENSITAS SUMBER GAMMA DI TERAS REAKTOR RISET BERBAHAN BAKAR URANIUM MOLIBDENUM ABSTRAK

BAB III KARAKTERISTIK DESAIN HTTR DAN PENDINGIN Pb-Bi

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

REAKTOR PEMBIAK CEPAT

diajukan oleh : IRMA PERMATA SARI J2D005176

GANENDRA, Vol. V, No. 1 ISSN ANALISIS DAN PENENTUAN DISTRIBUSI FLUKS NEUTRON SALURAN TEMBUS RADIAL UNTUK PENDAYAGUNAAN REAKTOR KARTINI

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

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

REAKTOR AIR BERAT KANADA (CANDU)

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

OPTIMASI SHIELDING NEUTRON PADA THERMALIZING COLUMN REAKTOR KARTINI

BAB III DAUR ULANG PLUTONIUM DAN AKTINIDA MINOR PADA BWR BERBAHAN BAKAR THORIUM

Desain Reaktor Air Superkritis (Super Critical Water Reactor) dengan Bahan Bakar Thorium. Design of Supercritical Water Reactor with Thorium Fuel Cell

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

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

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

KAJIAN LAJU PAPARAN RADIASI PADA TITIK PENGUKURAN DI REAKTOR KARTINI SEBAGAI DASAR PENENTUAN KONDISI BATAS OPERASI (KBO)

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

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

ANALISIS SUDU KOMPRESOR AKSIAL UNTUK SISTEM TURBIN HELIUM RGTT200K ABSTRAK ABSTRACT

REAKTOR AIR DIDIH (BOILING WATER REACTOR, BWR)

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

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

PLASMA TOKAMAK SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI MASA DEPAN : KAJIAN GEOMETRI MENGGUNAKAN MCNP

ANALISIS POLA MANAJEMEN BAHAN BAKAR TERAS REAKTOR RISET TIPE MTR

diajukan oleh : VERY RICHARDINA J2D005202

PEMODELAN SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT200K UNTUK MEMPEROLEH KINERJA YANG OPTIMUM ABSTRAK

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

SYNOPSIS REAKTOR NUKLIR DAN APLIKASINYA

[ PTRKN BATAN ] 2012 BATAN [ B.20] [DESAIN PERISAI DAN DOSIMETRI REAKTOR RISET INOVATIF. [ Amir Hamzah, Pudjijanto, Ardani, Rokhmadi, Sriawan ]

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

PENGENDALIAN PAPARAN RADIASI NEUTRON DI KANAL HUBUNG PRSG PSTBM PADA SAAT REAKTOR RSG-GAS BEROPERASI

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang

REAKTOR NUKLIR. Sulistyani, M.Si.

PERHITUNGAN DEFLESI BAHAN BAKAR TERAS PWR

BAB IV DATA DAN ANALISIS HASIL PERHITUNGAN DESAIN HTTR

REAKTOR GRAFIT BERPENDINGIN GAS (GAS COOLED REACTOR)

BAB I PENDAHULUAN. Latar Belakang

ANALISIS PERBANDINGAN KINERJA PERANGKAT BAHAN BAKAR PLTN TIPE PWR AP 1000 DAN PWR 1000 MWe TIPIKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER

ANALISIS DOSIS RADIASI PADA KOLAM AIR IRADIATOR GAMMA 2 MCi MENGGUNAKAN MCNP

STUDI KOMPARASI PERHITUNGAN LAJU DOSIS PADA KASUS SUMBER TITIK ISOTROPIK. Anis Rohanda

BAB I PENDAHULUAN BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

DESAIN TERAS SUPERCRITICAL WATER COOLED FAST BREEDER REACTOR

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

BAB I PENDAHULUAN. I.1. Latar Belakang

PEMETAAN DISTRIBUSI SUHU DAN DNBR PADA PERANGKAT BAHAN BAKAR AP1000-EU. Muh. Darwis Isnaini Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang

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

DESAIN PERISAI RADIASI UNTUK SIKLOTRON DECY-13 MENGGUNAKAN METODE MONTE CARLO

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

KAJIAN KESELAMATAN PADA PROSES PRODUKSI ELEMEN BAKAR NUKLIR UNTUK REAKTOR RISET

NUCLEAR CHEMISTRY & RADIOCHEMISTRY

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

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

Studi Sensitivitas Ketinggian Teras Reaktor dalam Desain Htr Pebble Bed

EVALUASI FLUKS NEUTRON THERMAL DAN EPITHERMAL DI FASILITAS SISTEM RABBIT RSG GAS TERAS 89. Elisabeth Ratnawati, Jaka Iman, Hanapi Ali

ANALISIS JUMLAH PRODUK MOLYBDENUM-99 ( 99 Mo) SEBAGAI FUNGSI WAKTU BURN-UP PADA NILAI KRITIKALITAS OPTIMUM PADA AQUEOUS HOMOGENEOUS REACTOR (AHR)

PENGUJIAN IRADIASI KELONGSONG PIN PRTF DENGAN LAJU ALIR SEKUNDER 750 l/jam. Sutrisno, Saleh Hartaman, Asnul Sufmawan, Pardi dan Sapto Prayogo

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

REAKTOR PIPA TEKAN PENDINGIN AIR DIDIH MODERATOR GRAFIT (RBMK)

EVALUASI PARAMETER DESAIN TERMOHIDROLIKA TERAS DAN SUB KANAL PLTN AP1000 PADA KONDISI TUNAK

PENGENALAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN)

TUGAS MAKALAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN)

PERANCANGAN RUANGAN RADIOGRAFI MEDIK DI SEKOLAH TINGGI TEKNIK NUKLIR

Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka ISSN Journal of Radioisotope and Radiopharmaceuticals Vol 10, Oktober 2007

METODA PENENTUAN DAYA SERAP PERISAI RADIASI UNTUK GONAD DARI KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA

PERANCANGAN RUANGAN RADIOTERAPI EKSTERNAL MENGGUNAKAN SUMBER Co-60

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Kata kunci: analisis transient aliran, SSSR, aliran sirkulasi alam, loop primer, kondisi normal.

KARAKTERISTIK BERKAS PADA BEAM PORT TEMBUS DAN SINGGUNG REAKTOR KARTINI

VALIDASI PAKET PROGRAM NODAL3 UNTUK KASUS STATIS BENCHMARK TERAS REAKTOR PWR

REAKTOR PIPA TEKAN PENDINGIN AIR DIDIH MODERATOR GRAFIT (RBMK)

KARAKTERISTIK TERMOHIDROLIK REAKTOR TRIGA 2000 UNTUK KONDISI 110 PERSEN DAYA NORMAL

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

PERHITUNGAN INTEGRAL RESONANSI PADA BAHAN BAKAR REAKTOR HTGR BERBENTUK BOLA DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM VSOP

PENENTUAN DOSIS RADIASI GAMMA TERESTRIAL DENGAN TEKNIK SPEKTROSKOPI GAMMA DAN MONTE CARLO

ANALISIS PERUBAHAN MASSA BAHAN FISIL DAN NON FISIL DALAM TERAS PWR

ASPEK KESELAMATAN RADIASI TEMPAT PENYIMPAN BAHAN BAKAR TERIRRADIASI DI BULKSHIELDING

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

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

Transkripsi:

ANALISIS LAJU DOSIS NEUTRON REAKTOR PLTN PWR 1000 MWe MENGGUNAKAN PROGRAM MCNP Amir Hamzah Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN Kawasan Puspiptek Gd. 80 Serpong, Tangerang Selatan email: ahamzah@batan.go.id Diterima editor 07 Mei 2012 Disetujui untuk publikasi 04 Juni 2012 ABSTRAK ANALISIS LAJU DOSIS NEUTRON REAKTOR PLTN PWR 1000 MWe MENGGUNAKAN PROGRAM MCNP. Dalam rangka menyongsong PLTN pertama di Indonesia, dilakukan kajian dan analisis berbagai aspek teknologi reaktor tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan laju dosis neutron di luar perisai biologik reaktor PLTN PWR 1000 MWe yang merupakan bagian dari kegiatan besar di atas. Data hasil analisis laju dosis radiasi pada posisi tertentu sangat dibutuhkan untuk menunjukkan tingkat paparan radiasi di posisi tersebut. Analisis laju dosis neutron ditentukan berdasarkan hasil analisis fluks dan spektrum neutron. Analisis fluks dan spektrum neutron di teras reaktor daya PWR 1000 MWe dilakukan menggunakan program MCNP. Model perhitungan yang dilakukan meliputi 9 zona material yaitu, teras, air, selimut, air, tong, air, bejana tekan, beton dan lapisan udara luar. Penentuan distribusi fluks dan spektrum neutron dilakukan ke arah radial hingga di luar perisai beton dengan akurasi antara 10% hingga 30% dalam tiap kelompok energi yang jumlahnya 1 dan 50 kelompok. Hasil analisis laju dosis neutron di permukaan perisai biologik reaktor PLTN PWR 1000 MWe pada kondisi reaktor beroperasi daya penuh sudah di bawah nilai batas keselamatan. Maka dapat disimpulkan bahwa dari segi paparan radiasi neutron, penggunaan perisai radiasi beton setebal dua meter sudah memenuhi persyaratan keselamatan. Kata kunci: PLTN PWR, fluks neutron, perisai, laju dosis neutron, MCNP. ABSTRACT NEUTRON DOSE RATE ANALYSIS OF THE NPP PWR 1000 MWe USING MCNP. In order to meet the first nuclear power plant in Indonesia, it has been conducted a study and analysis of various aspects of reactor technology. The purpose of this study was to determine the neutron dose rates at the outside of biological shield of NPP PWR 1000 MWe reactor that is a part of the activities described above. The analysis data of radiation dose rate at a specific position is needed to show the level of radiation exposure in those positions. Analysis neutron dose rate is determined based on the results of the analysis of neutron flux. Analysis of flux and neutron spectrum in the reactor core of 1000 MWe PWR performed using MCNP program. The calculation model performed in 9 zones: reactor core, water, baffle, water, barrel, pressure vessel, concrete and the outside air. Determination of the distribution of neutron flux and spectra made to the radial direction to the outside of concrete shield with an accuracy between 10% to 30% in each energy group of 1 and 50 groups. The analysis results of neutron dose rate at the surface of the reactor biological shield of 1000 MWe PWR reactor at full power condition is lower than safety limit value. In terms of neutron radiation exposure, it can be concluded that the two meter thick concrete radiation shielding meets the safety requirements. Key words: PWR NPP, neutron flux, shielding, neutron dose rate, MCNP. 65

J. Tek. Reaktor. Nukl. Vol. 14 No.2 Juni 2012, Hal. 65-75 ISSN 1411 240X PENDAHULUAN Apabila PLTN diitroduksi di dalam kebijakan bauran energi di pulau Jawa-Madura-Bali, maka secara ekonomis diperlukan PLTN yang dapat menggenerasi daya listrik sebesar 1000 MW untuk tiap unitnya. Salah satu jenis PLTN yang terbukti memiliki unjuk kerja yang baik untuk generasi daya sebesar itu adalah reaktor jenis PWR (Pressurized Water Reactor). Saat ini, sudah tersedia berbagai pilihan desain reaktor PWR, diantaranya reaktor AP1000 [1] yang dikategorikan sebagai PWR generasi-iii+. Reaktor daya jenis ini direkomendasikan karena memaksimalkan penggunaan keselamatan pasif dan lebih sederhana sehingga memiliki keandalan keselamatan yang tinggi. Untuk menyongsong itu, telah dilakukan kajian dan analisis berbagai aspek teknologi reaktor tersebut. Pada makalah ini disajikan hasil analisis laju dosis radiasi yang merupakan bagian dari kegiatan tersebut. Pada penelitian yang lalu, penulis telah melakukan analisis distribusi fluks neutron dan offset aksial teras reaktor benchmark jenis PWR 1300 MWe rancangan KWU (Kraftwerk Union AG, RFJ) [2,3,4]. Analisis tersebut dilakukan pada daerah teras aktif dengan model teras homogen dan jumlah kelompok energi neutron sebanyak 3 kelompok. Namun karena data yang dimiliki hanya berupa data rapat atom teras dan komponen teras lain, maka hasil analisis distribusi fluks neutron masih berupa nilai ternormalisasi yang belum diperoleh nilai fluks neutron absolut. Demikian pula pada penelitian [5] tentang analisis spektrum neutron di luar bejana tekan teras reaktor daya jenis PWR 1300 MWe yang masih berupa nilai ternormalisasi dan nilai absolut yang ditampilkan masih berupa pendekatan. Pada penelitian [6,7] mengenai analisis distribusi fluks neutron dan spektrum neutron reaktor penelitian dengan hasil sudah berupa nilai distribusi fluks dan spektrum neutron yang absolut. Salah satu hasil utama dari penelitian di atas adalah telah tervalidasinya model analisis yang dibuat. Sebagai tindak lanjut dari penelitian sebelumnya, perlu dilanjutkan dengan analisis laju dosis neutron reaktor daya jenis PWR 1000 MWe. Tujuan dari penelitian ini adalah menentukan distribusi laju dosis neutron di reaktor PLTN PWR 1000 MWe ke arah radial mulai dari sumbu teras hingga permukaan luar perisai biologik. Data hasil analisis laju dosis radiasi pada posisi tertentu sangat dibutuhkan untuk menunjukkan tingkat keselamatan radiasi di posisi tersebut. Seperti diketahui, yang paling dominan ada dua jenis radiasi yang terpancar dari reaktor nuklir yaitu radiasi neutron dan gamma. Walaupun daya tembus radiasi neutron [8,9,10] tidak sebesar radiasi gamma namun tingkat kerusakan yang ditimbulkannya lebih besar. Analisis laju dosis neutron ini dilakukan karena jarak antara teras reaktor PWR dengan perisai biologik relatif dekat sehingga dikhawatirkan masih ada neutron yang masih dapat menembus perisai tersebut. Analisis laju dosis neutron reaktor daya ini dilakukan menggunakan program MCNP [11]. Model perhitungan yang dilakukan meliputi 9 zona material yaitu, teras, air, selimut, air, tong, air, bejana tekan, beton dan lapisan udara luar. Penentuan laju dosis neutron dilakukan ke arah radial dari pusat teras hingga udara di luar perisai biologik melalui zona-zona tersebut. TEORI Deskripsi Reaktor Daya PWR 1000 MWe Teras reaktor berisi 157 perangkat bahan bakar (Gambar 1) dengan total sekitar 96 ton UO2 yang terdiri dari 3 jenis pengayaan yaitu 2,35%, 3,40% dan 4,45% [1]. Air bertindak sebagai pendingin dan moderator pada tekanan 153 bar dengan suhu inlet (temperatur air masuk teras) 279 ºC dan temperatur air rerata teras 303 ºC. Tinggi aktif teras adalah 4,27 m dan garis tengah radial 3,04 m sepanjang sumbu (poros) utama. Tameng (perisai) bahang adalah sebuah tong (silinder) baja tahankarat dengan garis tengah dalam 3,4 m dengan tebal 5 cm. Bejana tekan reaktor austenitis bagian dalam mempunyai garis tengah 4,05 m dan tebal 21,3 cm. Bejana tekan diselubungi dengan isolasi (penyekat panas) dan perisai beton utama yang secara normal dirancang dalam dua lapisan terpisah 66

dengan ketebalan total 2 m. Data material serta dimensi pelet, batang dan perangkat bahan bakar hingga teras tertera pada Tabel 1. Konfigurasi teras PLTN dengan daya 3400 MWth atau 1117 MWe dengan panjang siklus 18 hingga 24 bulan dapat dilihat pada Gambar 2. Sebagai gambaran umum secara keseluruhan, gedung reaktor PLTN dapat dilihat pada Gambar 3. Tabel 1. Material dan geometri komponen teras PLTN PWR 1000 MWe [1]. Pelet, material UO 2 Densitas (% teori) 95,5 Diameter, in 0,3225 0,81915 cm panjang, in 0,387 0,98298 cm Massa UO 2 /ft of FR (lb/ft) 0,366 5,45 g/cm Densitas (teori) 10,96 g/cm 3 Kelongsong, material ZIRLO (zircaloy) Densitas 6,56 g/cm 3 Diameter luar, in 0,374 0,94996 cm Diameter dalam, in 0,329 0,83566 cm Batang Bahan Bakar (FR) Panjang aktif, in 168 426,72 cm Jarak batang BB, in 0,496 1,26 cm Tabung pengarah (GT), material ZIRLO Diameter dalam, in 0,442 1,12268 cm Diameter luar, in 0,482 1,22428 cm Parangkat Bahan Bakar (FA) Pengkayaan 2,35% 3,40% 4,45% Susunan batang, Jumlah FR/FA* ) 17 x 17 264 Jumlah GT/FA* ) 25 Dimensi FA, in 8,426 x 8,426 21,402 x 21,402 cm Dimensi grid teras / jarak FA, in 8.466 x 8.466 21.504 x 21.504 cm Teras Reaktor Susunan FA, jumlah FA 15 x 15 157 Daya (MWth, MWe) 3400 1117 Panjang siklus (bulan, hingga bulan) 18 24 Selimut (Baffle), material, tebal SS 2,2225 cm Tong (Barrel), material SS Diameter dalam, in 133,75 339,725 cm Diameter luar, in 137,75 349,885 cm Bejana Tekan, material SA-508 Diameter dalam, in 159,00 403,8600 cm Diameter luar, in 176,24 447,6496 cm Perisai biologi, beton SA-508 Diameter dalam, in 186,24 473,05 cm Diameter luar, in 873.05 cm Keterangan: * ) FR = fuel rod (batang bahan bakar) GT = Guide tube (tabung pengarah) FA = fuel assembly (perangkat bahan bakar) 67

J. Tek. Reaktor. Nukl. Vol. 14 No.2 Juni 2012, Hal. 65-75 ISSN 1411 240X Gambar 1. Perangkat bahan bakar reaktor PWR 1000 MWe [1] 1 : pengayaan 2,35%; 2 : pengayaan 3,40% ; 3 : pengayaan 4,45% Gambar 2. Konfigurasi teras PLTN PWR 1000 MWe[1] 68

Gambar 3. Susunan tata letak komponen PLTN PWR 1000 MWe [12] Hasil eksekusi program MCNP berupa fluks dan spektrum neutron yang masih dalam nilai ternormalisasi. Untuk itu maka diperlukan suatu besaran yang merupakan kuat sumber teras agar dapat diperoleh nilai fluks dan spektrum neutron. Secara sederhana besarnya fluks neutron rerata persatuan volume teras reaktor dapat ditentukan dengan persamaan [13]: P (1) rerata E V R f Karena hasil analisis Tally F4 merupakan fluks pada volume sel, maka penentuan fluks neutron pada sel per cm 2 dihitung dengan persamaan: TallyF 4 x rerata (2) sel V sel dengan: P = daya reaktor (3400 MWth) E R = energi yang ditepaskan tiap reaksi fisi (3,2E-11 Joule) f = tampang lintang makroskopis fisi (cm 2.g, f x m; f : tampang lintang mikrosskopis fisi (cm 2 ), m: massa bahan fisil (g)) V = volume teras reaktor (cm 3 ) Tally F4 = data fluks neutron hasil keluaran program MCNP V sel = volume sel yang dianalisis (cm 3 ) Besaran fluks neutron tersebut merupakan kuat sumber neutron teras reaktor PLTN PWR 1000 MWe (3400 MWth) dengan komposisi dan dimensi yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Fluks neutron ini dipakai untuk mendapatkan nilai fluks neutron hasil analisis menggunakan program 69

J. Tek. Reaktor. Nukl. Vol. 14 No.2 Juni 2012, Hal. 65-75 ISSN 1411 240X MCNP. Karena faktor konversi laju dosis neutron (F i untuk kelompok energi ke-i) sangat bergantung pada energi neutron, maka dalam menentukan laju dosis neutron total digunakan persamaan: D ( x F ) (3) ' sel, i i i TATA KERJA Perhitungan Komposisi Material Berdasarkan ukuran geometri teras reaktor PLTN dan massa total tiap komponen struktur reaktor maka dihitung komposisi dalam satuan atom/barn.cm. Seluruh bagian dari reaktor dimasukkan ke dalam pemodelan geometri karena semua memiliki kontribusi dalam penyerapan radiasi neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi di teras reaktor. Selain perisai, komponen dan bahan yang ada di dalam reaktor termasuk air pendingin masing-masing memiliki kontribusi dalam penyerapan neutron. Tingkat penyerapan masing-masing bahan terhadap neutron dan gamma sangat ditentukan oleh tampang lintang serapan [8,9,10] dari tiap-tiap atom di dalam bahan. Neutron umumnya mudah diperlambat oleh bahan dengan kandungan atom ringan seperti hidrogen, karbon, dll. dan sangat mudah diserap oleh kadmium, boron dan lain-lain. Pemodelan Teras Reaktor Dan Perisai Teras reaktor PLTN dimodelkan ke dalam beberapa zona yaitu teras, selimut, air 1, tong, air 2, kelongsong, bejana tekan dan beton serta udara. Pemodelan dilakukan sesederhana mungkin namun tidak mengurangi akurasi hasil analisis. Pemodelan reaktor dilakukan menggunakan program VisEd [14] berdasarkan data-data komposisi dan geometri reaktor PWR 1000 MWe. Susunan konstruksi teras reaktor serta perisai radiasi dan perkiraan pemodelan sederhananya dapat dilihat pada Gambar 4. Adapun pemodelan yang sebenarnya dilakukan dituangkan di dalam bab hasil dan pembahasan. Gambar 4. Susunan konstruksi teras reaktor serta perisai dan pemodelan sederhana. Analisis Fluks Dan Laju Dosis Neutron Seperti disebutkan di atas, masukan paket program MCNP yang utama diantaranya meliputi: a. Geometri objek. Geometri objek dibuat sesuai dengan ukuran dimensi objek yang sebenarnya dan divisualisasikan dengan program VisEd (visual editor) untuk mengecek kebenaran model yang dibuat. b. Jenis dan kerapatan nuklida yang menempati objek. 70

Jenis objek yang diasukkan sesuai dengan indentifikasi yang tertera di dalam pustaka tampang lintang. Kerapatan nuklida yang dianalisis dapat berupa rapat atom atau rapat massa tiap-tiap nuklida yang hadir. c. Posisi/lokasi deteksi dan pengelompokan energi neutron Posisi/lokasi deteksi ditentukan sebanyak 22 ke arah radial mulai dari sumbu teras hingga udara luar perisai biologik. Pengelompokkan energi dalam analisis distribusi spektrum neutron dilakukan dalam 50 kelompok energi. Eksekusi program MCNP dilakukan dengan mengoptimumkan jumlah histori (kelayakan statistik) dan lama unit pemroses (CPU time). Penentuan nilai spektrum neutron dilakukan berdasarkan hasil keluaran eksekusi program dan diolah menggunakan persamaan (2). Sedangkan penentuan laju dosis dilakukan menggunakan persamaan (3) berdasarkan hasil penentuan spektrum neutron di atas dengan faktor konversi, F i pada seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 2. Tabel 2. Faktor konversi fluks ke laju dosis neutron (Fi) [12] Energi atas Faktor Energi atas Faktor Grup neutron konversi, Grup neutron konversi, (MeV) Fi (MeV) Fi 1 14,90 2,27E-04 12 1,110 1,25E-04 2 12,20 2,08E-04 13 0,550 1,32E-04 3 10,00 1,47E-04 14 0,111 9,26E-05 4 8,18 1,47E-04 15 3,35E-03 3,56E-06 5 6,36 1,47E-04 16 5,83E-04 3,76E-06 6 4,96 1,56E-04 17 1,01E-04 3,76E-06 7 4,06 1,56E-04 18 2,90E-05 4,18E-06 8 3,01 1,56E-04 19 1,07E-05 4,18E-06 9 2,46 1,25E-04 20 3,06E-06 4,54E-06 10 2,35 1,25E-04 21 1,12E-06 4,54E-06 11 1,83 1,25E-04 22 4,14E-07 4,46E-06 HASIL DAN PEMBAHASAN Model Teras Reaktor Dan Perisai Model teras reaktor PLTN PWR 1000 MWe beserta perisai radiasinya dibuat dan divisualisasikan menggunakan program VisEd. Dengan program tersebut, input yang dibuat untuk program MCNP dan dari segi geometri dapat dicek kebenarannya. Model secara melintang dan membujur dapat dilihat pada Gambar 5. Hal terpenting dalam pemodelan dengan MCNP adalah geometri. Akurasi hasil pemodelan juga sangat ditentukan oleh kesesuaian dengan geometri obyek yang akan dimodelkan. Geometri reaktor yang dimodelkan meliputi komponen teras reaktor, selimut, tong, bejana tekan perisai biologi dan tentunya air pendingin serta udara. Seluruh bagian dari reaktor dimasukkan ke dalam pemodelan geometri karena semua meterial tersebut mengalami proses interaksi dengan neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi di teras reaktor. 71

J. Tek. Reaktor. Nukl. Vol. 14 No.2 Juni 2012, Hal. 65-75 ISSN 1411 240X Udara Bejana Tekan Pendingin Teras reaktor Baffle Barrel Beton 72 Gambar 5. Hasil pemodelan reaktor PWR 1000 MWe. Hasil eksekusi program MCNP atas model teras PLTN PWR 1000 MWe tersebut tanpa adanya bahan penyerap seperti pirek, IFBA, boron, xenon dan batang kendali memberikan nilai faktor perlipatan efektif sebesar 1.36071 ± 0.00006. Dengan demikian dapat diyakini bahwa model yang dibuat telah sesuai dengan kondisi teras reaktor tersebut, sehingga analisis selanjutnya dapat dilakukan dengan baik. Hasil Analisis Analisis spektrum neutron di teras PLTN PWR 1000 MWe menggunakan program MCNP telah memenuhi ke-3 kriteria ketelitian perhitungan [11]. Parameter kesalahan relatif telah mencapai angka yang lebih kecil dari 0,05 (diperoleh 0,04). Parameter variance of variance (VOV) telah mencapai nilai kurang dari 0,1 (diperoleh 0,08) dan parameter Figure of merit (FOM) telah mencapai nilai konstan untuk setiap urutan pengambilan sejumlah partikel yang dirunut. Hasil analisis spektrum neutron pada arah radial mulai dari sumbu pusat teras reaktor PLTN PWR 1000 MWe menggunakan program MCNP diplot pada Gambar 4. Seperti terlihat pada Gambar 4, spektrum neutron dari sumbu teras hingga radius 100 cm tidak terdapat perbedaan yang berarti. Spektrum neutron di luar teras mengalami distrosi karena terjadi penyerapan neutron pada kelompok energi tertentu. Hal itu terlihat pada spektrum neutron pada jarak 152 dan 155 cm dari sumbu teras reaktor yaitu pada daerah baffle dan barrel. Demikian pula terjadi pada spektrum yang lebih jauh lagi dari sumbu teras reakktor yaitu pada zona bejana tekan dan beton, namun karena distorsi spektrum neutron makin besar maka tidak ditampilkan pada gambar tersebut. Dengan memasukkan faktor konversi fluks ke laju dosis pada tiap kelompok energi, maka hasil analisis distribusi radial laju dosis neutron total bersamaan dengan fluks neutron total pada tiap zona material reaktor hingga permukaan luar beton diplot pada Gambar 5. Garafik distribusi fluks neutron total dan laju dosis neutron tersebut ditampilkan dalam skala logaritmik dan sumbu fluks neutron berada di sebelah kiri sedangkan sumbu laju dosis berada di sebelah kanan. Hasil analisis fluks neutron total di teras reaktor PLTN PWR 1000 MWe menggunakan program MCNP menunjukkan tingkat kesalahan statistik sekitar 15%. Pada Gambar 5 terlihat bahwa besarnya fluks neutron dan laju dosis tampak sedikit mengalami kenaikan di zona air pendingin dan menurun tajam di bejana tekan. Demikian pula terjadi sedikit kenaikan fluks neutron dan laju dosis neutron di udara luar bejana tekan dan menurun tajam di zona perisai beton. Hal itu dapat dimengerti bahwa neutron tidak banyak mengalami penyerapan dan bahkan mengalami pemantulan yang signifikan pada media air dan udara. Sedangkan pada media bejana tekan dan beton terjadi penyerapan neutron yang besar sehingga fluks neutron dan laju dosis neutron mengalami penurunyan yang besar pula.

1,0E+21 Fluks neutron (n/cm2/det./mev) 1,0E+19 1,0E+17 1,0E+15 1,0E+13 1,0E+11 1,0E+09 1,0E+07 R = 50 cm R = 100 cm R = 152 cm 1,0E+05 1,00E-10 1,00E-08 1,00E-06 1,00E-04 1,00E-02 1,00E+00 1,00E+02 Energi neutron (MeV) Gambar 4. Spektrum neutron di teras reaktor PWR 1000 MWe. Fluks neutron (n/cm2/det.) 1,0E+15 1,0E+13 1,0E+11 1,0E+09 1,0E+07 1,0E+05 1,0E+03 1,0E+01 1,0E-01 1,0E-03 1,0E+16 Fluks neutron total 1,0E+14 Laju dosis neutron 1,0E+12 1,0E+10 1,0E+08 1,0E+06 2 4 6 8 1,0E+04 1 3 5 7 9 1,0E+02 1,0E+00 1,0E-02 1,0E-04 0 100 200 300 400 500 Jarak dari sumbu teras (cm) 1=teras, 2=baffel, 4=barrel, 3=5=pendingin, 6=bejana tekan, 7=9=udara, 8=beton Gambar 5. Distribusi radial fluks dan laju dosis neutron total reaktor PWR 1000 MWe. Laju dosis nrutron total ( Sv/jam) Pada gambar tersebut juga terlihat bahwa, fluks neutron total di permukaan luar perisai biologi sebesar 6,5x10-3 n/cm 2 /detik dan laju dosis neutronnya sebesar 8,3x10-3 Sv/jam (8,3x10-4 mrem/jam). Besaran fluks neutron total dan laju dosis tersebut merupakan besaran pada kondisi reaktor PLTN PWR 1000 MWe beroperasi pada daya penuh 3400 MWth dan laju dosis neutron di permukaan luar perisai biologik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai laju dosis neutron di permukaan perisai biologik telah memenuhi persyaratan keselamatan yaitu lebih kecil dari nilai batas 25 Sv/jam (2,5 73

J. Tek. Reaktor. Nukl. Vol. 14 No.2 Juni 2012, Hal. 65-75 ISSN 1411 240X mrem/jam) [15]. Penelitian ini baru pada tahap penentuan laju dosis neutron di permukaan perisai biologik PLTN PWR 1000 MWe. Pada reaktor PLTN juga terdapat perisai radiasi lain di luar perisai biologik yaitu diantaranya pengungkung reaktor. Di masa yang akan datang, penelitian akan dilanjutkan hingga tahap penentuan laju dosis di luar pengungkung reaktor PLTN, sehingga dapat terlihat bahwa paparan radiasi di luar pengungkung reaktor PLTN benar-benar aman bagi pekerja dan lingkungan. KESIMPULAN DAN SARAN Hasil analisis spektrum neutron di zona bejana tekan dan di perisai biologi reaktor PLTN PWR 1000 MWe telah banyak mengalami distorsi dibandingkan dengan di teras. Distribusi fluks neutron total mengalami sedikit peningkatan pada zona air pendingin serta udara dan mengalami penurunan yang tajam pada zona bejana tekan dan beton. Distribusi laju dosis neutron total reaktor PLTN PW 1000 MWe pada zona-zona yang dianalisis mengikuti distribusi fluks neutron karena terjadi penyerapan dan pantulan oleh media yang dilalui. Hasil analisis laju dosis neutron di permukaan perisai biologi reaktor PLTN PWR 1000 MWe pada kondisi reaktor beroperasi pada daya penuh telah memenuhi persyaratan keselamatan radiasi yaitu di bawah nilai batas 25 Sv/jam (2,5 mrem/jam). Analisis selanjutnya akan ditentukan nilai laju dosis di luar perisai radiasi pengungkung yang dapat menurunkan laju dosis hingga benar-benar dapat diyakini tingkat keselamatan radiasi reaktor PLTN PWR 1000 MWe. Untuk meningkatkan ketelitian analisis dan pengembangan analisis ke daerah yang lebih luas, maka dibutuhkan perangkat komputer yang lebih handal diantaranya berupa komputer paralel. Disamping itu juga diupayakan peningkatan model dan metoda agar eksekusi MCNP lebih efisien sehingga waktu eksekusi program MCNP dapat lebih cepat. UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk melakukan penelitian dalam wadah PI PKPP tahun 2011, sehingga penulis dapat mempublikasikan hasil penelitian dalam bentuk karya tulis ini kepada khalayak. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim. AP 1000 European Design Control Document. Westinghouse Electric Company LLC: EPS-GW-GL-700; 2009. 2. Hehn G and KOBAN J. Reactor Shielding Benchmark no.2 for a Pressurized Water Reactor. OECD Nuclear Energy Agency; Committee on Reactor Physics: NEACRP-L-151; 1976. 3. Borio di Tigliole A. Benchmark evaluation of reactor critical parameters and neutron fluxes distributions at zero power for the TRIGA Mark II reactor of the University of Pavia using the Monte Carlo code MCNP. Progress in Nuclear Energy. 2010;52;5:494-502. 4. Hamzah A. Analisis distribusi fluks neutron dan offset aksial teras reaktor PLTN jenis PWR 1300 MWe menggunakan program MCNP. Prosiding seminar TKPFN ke-14. 2008. p. 188 196. 5. Hamzah A. Analisis spektrum neutron cepat di bejana tekan PLTN PWR menggunakan program MCNP. Prosiding seminar TKPFN ke-16. 2010. p. 29 35. 74

6. Khattab K. Calculations of the thermal and fast neutron fluxes in the Syrian miniature neutron source reactor using the MCNP-4C code. Applied Radiation and Isotopes. 2009;67;4:535-8. 7. Snoj L. Analysis of neutron flux distribution for the validation of computational methods for the optimization of research reactor utilization. Applied Radiation and Isotopes. 2011;69;1:136-41. 8. neutron shielding properties of some concrete materials. Annals of Nuclear Energy. 2011;38;10:2204-12. 9. Takashi Nakamura. Overview of recent experimental works on high energy neutron shielding. Progress in Nuclear Energy. 2004;44;2:85-187. 10. Ghassoun J. Neutron and photon doses in high energy radiotherapy facilities and evaluation of shielding performance by Monte Carlo method. Annals of Nuclear Energy. 2011;38;10:2163-7. 11. X-5 MONTE CARLO TEAM. MCNP A General Monte Carlo N-Particle Transport Code. Version 5. LANL; 2004. 12. Blakeman ED. PWR Facility Dose Modeling Using MCNP5 and the CADIS/ADVANTG Variance-Reduction Methodology. ORNL/TM-2007/133; 2007. 13. Lamarsh JR. Introduction to Nuclear Reactor Theory. American Nuclear Sosiety. ASIN/ISBN 0894480405; 2002. 14. Schwarz AL. MCNP/MCNPX Visual Editor Computer Code Manual For VisEd Version 22S; 2008. 15. Bapeten. Ketentuan keselamatan kerja terhadap radiasi. Perka No. 01/Ka-BAPETEN/V-99. BAPETEN; 1999. 75