Prosiding Seminar Telaw/ogi dan Kese/amatan PLTN serta Fasilitas Nuklir PRSG, PPTKR -BAIAN DISTRIBUSI RAP AT FLUKS NEUTRON TERMAL RSG G.A. SIWABESSY Oleh Amir Hamzah, Ita Budi Radiyanti, Surian Pin em, Kun Sutiarso O. Pusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional ABSTRAK DISTRIBUSIRAP A TFLUKSNEUTRONTERMALRSG G.A.SIW ABESSY. Pengukuqn distribusi rapat fluks neutron termal telah dilakukan pada beberapa elemen bakar dan posisi iradiasi teras VI RSG G.A. Siwabessy. Pengukuran dilakukan dengan metode aktivasi keping em as dan keping cobalt.iradiasi keping dilakukan pada daya rendah tanpa menjalankan pompa pending in primer. Aktivitas keping diukur dan dihitung aktivitas jenuhnya pada saat keluar dari reaktor. Rapat fluks neutron dapat dihitung dari aktivitas keping yang terukur tersebut. Berbagai koreksi telah dilakukan pada pengukuran ini, antara lain: koreksi perisai diri (self shielding) dan koreksi aktivitas selama penaikan daya. Distribusi rapat fluks neutron yang terukur dibandingkan terhadap hasil perhitungan yang menunjukkan perbedaan kurang dari 15% untukposisi D-7, D-6, E-4, dan semua sistem rabbit hidrolik, sedangkan pada posisi A-5, C-4, F-4, G-4, B-6 dan D-9 menunjukkan perbedaan yang lebih besar dari 15%. ABSTRACT THERMAL NEUTRON FLUX DENSITY DISTRIBUTION OF RSG G.A.SIW ABESSY. Measurement of thermal neutron flux density have been done at several fuel elements position and irradiation position of RSG G.A. Siwabessy. Gold and cobalt activation foils were used for the measurement. The foils were irradiate at the core position at low power without using the primary pump. The activity ofthe foils were measured and saturate activity has been calculated. Neutron flux density can be determined from this activity. Activity correction during startup and self shielding have been taken into account. As for comparison to the IAFUEL calculation, the discrepancy was less than 15% for D-7, D-6, E-4, and all hydrolic rabbit system positions, and greather than 15% at A-5, C-4, F-4, G-4, B-6 and D-9. PENDAHULUAN Reaktor Serba Guna Siwabessy (RSG-GAS) yang diresmikan 5 (lima) tahun yang lalu, saat ini sedang menjalani tahap akhir masa kom isioning nuklirnya. Masa komisioning RSG-GAS akan berakhir bila telah tercapai apa yang dinamakan teras kerja tipikal (Tipical Working Core / TWC) yang diperkirakan akan tercapai beberapa siklus operasi lagi. Saat ini reaktor telah mencapai teras ke tujuh, yaitu siklus yang kedua setelah mencapai konfigurasi teras dengan 40 elemen bakar dan 8 elemen kendali serta daya maksimum 3 0 MW term a!. Reaktor ini dibuat untuk menghasilkan rapat fluks neutron yang cukup tinggi yaitu sekitar 2E14 nlcm2.s. Pada masa komisioning perlu dibuktikan segala parameter reaktor yang telah ditentukan oleh pembuat reaktor tersebut, terutama yang dicantumkan di dalam laporan analisis keselamatan (Safety Analisys Report/ SAR). Dari sekian banyak parameter yang perlu dibuktikan dengan pengukuran adalah rapat fluks neutron di dalam teras reaktor. Selama ini telah dilakukan pengukuran rapat fluks neutron pada teras-teras transisi ke-satu hingga ke-lima, akan tetapi itu semua belum menggambarkan kondisi yang sebenarnya karena konfigurasi teras-teras terse but selalu berubah, yaitu berubah dalam hal jumlah elemen bakarnya dan daya nominal yang dapat dicapainya. Perubahan teras selama teras transisi tersebut dimaksudkan untuk mendapatkan konfigurasi fraksi bakar yang ideal sesuai dengan managemen elemen bakarteras RSG-GAS. Sejakteras ke-enam tercapai, maka kofigurasi teras dan daya nominalnya tidak akan mengalami perubahan lagi yaitu jumlah elemen bakar sebanyak 40 buah dan daya nominal 30 MW terma!. TEORI Penentuan rapat fluks neutron Rapat fluks neutron dapat ditentukan berdasarkan hasil pengukuran aktivitas keping yang telah diiradiasi di dalam teras reaktor dengan rumusan : A.BA,cxp(Atd) Ij> = n n n_nn_ (1) m.no.a.(l-cxp( -Ati)) 203
Prosiding Semillar Teknologi dan Kesdamatall PLTN serta Fasilitas Nuklir PRSG, PPTKR - BATAN dengan : A = aktivitas keping yang telah diirradiasi, m = massa keping, BA = be rat atom keping, No = bilangan Avogadro, (J = tampang lintang aktivitas keping, )... = konstanta peluruhan, ti = waktu irradiasi, td = waktu tunggu (dari akhir irradiasi hingga pencacahan). Dengan demikian setelah aktivitas semua keping yang diiradiasi diukur dengan sistem spektrometri gamma maka besamya rapat fluks neutron pada posisi kepingkeping tersebut dapat ditentukan berdasarkan persamaan (1) di atas. Dengan mengatur posisi keping-keping sedemikian rupa yang tersusun secara aksial di suatu posisi elemen bakar maupun di posisi irradiasi maka dapat ditentukan distribusi rapat fluks neutron secara aksial dibeberapa posisi elemen bakar dan posisi irradiasi tersebut. Korcksl aktivitas sclama kcnaikan daya rcaktor Penyisipan keping-keping ke dalam teras reaktor dilakukan pada saat reaktor padam. Setelah itu reaktor di-start up untuk mencapai daya yang dikehendaki untuk, irradiasi keping. Daya reaktordipertahankan stabil selama irradiasi hingga waktu yang ditetapkan dan selanjutnya reaktor dipadamkan dengan jalan dipancung. Melihat proses irradiasi yang demikian maka kontribusi paparan neutron selama kenaikan daya terhadap keping-keping cukup besar sehingga perlu dilakukan koreksi sebagai berikut : koreksi aktivitas tersebut dilakukan dengan asumsi bahwa selama kenaikan daya, perioda reaktor dianggap tetap. Faktor koreksi aktivitas tersebut dapat diturunkan sebagai berikut : <I> Is t <I>"'C = --- f cxp ( ---- ) dt (2) a 0 T dengan : <I> = fluks neutron pada akhir penaikan daya, "'C = koreksi waktu, a I = faktor penurunan bagi fluks pada titik awal interval waktu yang diperhitungkan, ts = waktu antara awal dan akhir penaikan daya, T = perioda reaktor. Dengan melakukan beberapa pendekatan, persamaan (2) menghasilkan : "'C '" T (3) hasil integrasi Dari hasil pemantauan penaikan daya diperoleh T = 2,17 menit. Koreksi waktu tersebut harus ditambahkan ke dalam waktu irradiasi. Ketelitian waktu pengukuran diperkirakan sebesar 1 (satu) menit yang merupakan resolusi penunjuk waktu pada ruang kendali utama. Korcksl faktor pcrlsal dirt Faktorperisai diri adalah suatufaktor berkurangnya rap at fluks neutron di dalam keping karena ada penyerapan pada lapisan luar keping tersebut. Besamya faktor perisai diri tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: of - (Joct(E) <I>(E) de f = (4) of - (Joct(E) <1>0 (E) de dengan : <I> (E) : fluks neutron rerata yang memasuki bagian dalam keping, : fluks rerata di sekitar keping, : tampang lintang aktivasi keping, di sini <I>(E),<l>o(E)dan (Joct(E)merupakan besaran yang bergantung pada energi. Sebagai pembanding, harga f diukurdeng~n menggunakan keping alloy 0.155% karena keping tersebut dapat dianggap sebagai keping yang mempunyai ketebalan mendekati 0 mm sehingga efek perisai diri dapat diabaikan. TAT A KERJA Pengukuran distribusi rapatfluks neutron dilakukan dengan metoda aktivasi keping emas dan cobalt. Lempengan aluminium setebal sekitar 1.5 mm dengan panjang 60 cm digunakan sebagai "stringer" untuk meletakkan 8 (delapan) keping em as bejarak 7.5 cm satu sarna lain sepanjang "stringer" tersebut. Kemudian stringer terse but disisipkan di antara pelat elemen bakar dan selanjutanya reaktor dioperasikan pada daya rendah tanpa menjalankan pompa pendingin primer. Untuk memperhitungkan kontribusi fluks neutron epitermal, beberapa keping tersebut dibungkus dengan cadmium. Keping-keping yang telah diirradiasi tersebut diukur aktivitasnya dengan menggunakan detektor HPGe dan sistem spektrometer gamma. Besamya rapat fluks neutron dapat ditentukan dari aktivitas keping yang diukur. Beberapa keping alloy Au-AI 0.155% digunakan sebagai monitor daya dan sekaligus untuk mengukur harga perisai diri f yang nantinya akan dipakai sebagai pembanding dalam perhitungan perisai diri tersebut. Demikian pula spektrum neutron <I>(E)yang dipakai berasal dari keluaran program SANDII-SAIPS. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasillengkap pengukuran keping spesifik pergram dan cadmium ratio serta harga rapat fluks neutron dapat dilihat pada tabel 1 dan plot distribusi aksial rapat neutron dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2. Koreksi-koreksi pengukuran yang disebutkan di atas telah dilakukan di dalam hasil pengukuran tersebut. 204
Prosiding Seminar TekJlologi dan Kesdamalan PLTN serla Fasi/itas Nuklir PRSG, PPTKR - BATAN 3/92 550.0 Tabel1. Hasil Pengukuran Aktivitas dan Fluks Neutron Teras VI RSG-GAS 3.41 4.70 4.39 6.86 5.84 2.15 2.19 2.76 3.25 3.36 3.69 2.14 2.60 3.09 2.98 3.94 2.99 2.54 3.22 3.14 9.95 3.48 2.03 6.95 3.18 2.81 2.43 3.64 2.44 1.43 1.27 1.02 1.29 1.54 1.60 1.45 1.90 1.31 3.23 3.91 3.16 2.71 3.71 3.42 9.08 7.67 8.18 1.52 2.76 2.21 3.59 4.16 4.27 3.14 2.83 3.19 2.74 5.40 5.16 6.26 2.48 6.08 4.15 2.97 2.66 3.24 6.66 4.10 5.88 7.05 3.39 2.16 3.33 3.27 6.39 3.52 2.43 3.25 1.75 1.62 1.07 1.55 1.86 1.10 1.82 600.0 E13 Aksial 65.0 12.5 Teras E14 E2 E4 A-5 Termal E3 E4 ± ± (uci/gr) 3.76 1.20 3.84 3.24 8.91 2.70 8.69 4.10 ± 2.13 2.41 2.61 2.22 2.88 2.82 2.98 6.01 3.23 2.78 2.47 2.12 2.27 2.77 3.48 6.07 3.18 1.26 1.11 1.13 1.86 1.91 1.78 1.40 1.66 1.89 2.17 2.37 8.75 2.15 2.64 2.99 2.76 3.26 3.42 2.49 7.34 4.34 2.80 6.91 4.25 8.54 2.05 9.81 2.34 9.65 7.25 1.70 6.11 6.40 1.65 2.53 1.27 1.12 1.29 1.08 1.44 1.69 1.30 1.35 1.17 1.05 1.37 1.28 1.32 1.46 Red (n/cm2.s) E12 E13 E3 E2 Aktivitas 13.4 10.7 10.8 11.2 10.2 10.9 10.3 2.9 2.4 8.0 6.3 3.7 4.7 9.6 4.8 7.0 3.0 3.3 2.8 2.1 1.8 4.6 4.3 2.0 9.3 9.2 8.6 5.8 4.0 8.8 8.1 7.5 5.6 4.5 2.5 1.7 9.1 6.8 Rapat Fluks Neutron Posisi 205
Prosidillg Semillar TekllOlogi dall Ke.sdamalall serla Fasililas Nuklir PLTN Serpollg, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN Dari hasil pengukuran distribusi rapat fluks neutron tcrsebut dihitung besamya rapat fluks rcrata aksial pada tiap posisi pengukuran. Hasil pcngukuran rapat fluks neutron rcrata dan hasil perhitungan scrta perbedaannya ditabulasikan pada tabcl 2. Pada tabcl 2 tcrscbut dapat dilihat bahwa perbedaan hasil pcngukuran dan perhitungan kurang dari 15% untuk posisi D-7, D-6, E 4 dan semua sistem rabbit hidrolik. Untuk posisi A-5, C 4, F-4, G-4, B-6, D-9 dan G-7, perbedaannya lebih besar dari 15% yang sebagian besar merupakan posisi elemen bakar. Untuk elemen bakar posisi A-5 hasil pengukuran sebesar 1,16E14 n/cm2.s dan hasil perhitungan 9,67E13 n/cm2.s dengan perbedaan 15,9%, hal itu karena posisi keping detektor saat pengukuran medckati blok rcflcktor yang menghasilkan pantulan neutron yang cukup besar. Hasil pengukuran di elemen bakarposisi C-4, F-4 dan G 4 Icbih kccil dari.pada hasil perhitungan, hal itu dikarcnakan posisi elemcn bakar tcrsebut terlctak bcrdekatan dengan batang kendali sehingga neutron banyak terscrap kc dalam batang pengatur tersebut. KESIMPULAN Jika dibandingkan dengan hasil perhitungan, hasil pengukuran rap at fluks neutron cukup mendekati hasil perhitungan terutama untuk posisi irradiasi dan fasilitas sistem rabbit dengan perbedaan yang kurang dari 15%. Untuk posisi clemen bakar masih perlu dilakukan korcksi pcnycrapan olch batang kendali terutama yang bcrdckatan dcngan batang kendali. Posisi r A-5 B-1 B-6 Tabel 2 Pengukuran antara hasil perhitungan dan pengukuran fluks neutron teras VI RSG GAS. 7.57E+ 6.79E+13 2.09E+14 2.72E+14 2.02E+14 2.12E+14 1.06E+ 1.05E+14 7.26E+!3 1.07E+14 9.67E+13 7.59E+!3 Perbedaan 8.52E+13 8.12E+13 6.50E+ 7.64E+13 7.86E+ 2.10E+14 2.56E+ 8.79E+13 2.69E+14 3.07E+14 3.11E+14 2.90E+14 7.65E+!3 1.15E+14-39.4-27.8-24.8 11.3 15.9 26.9 35.1 10.9 13.9 10.6 11.5 17.3-1.0 0.3 Pengukuran (%) Perhitungan 206
Prosiding Seminar Telawlogi dan Keselamalan PLTN serla Fasililas Nuklir PRSG, PPTKR - BArAN 1.6 1.4 Fluks neutron [x1e14] -I- 1.2 '_H 0.81-./ 0.61- HHHHHH:S~:HH... HHH:HH:'H 0.4.- Poalsl A-6 0.21-1 -1- Poalsl C-4 --,~--1~HH,HHHHH' HH'HHHHHH'HHHHHHHHHHH'H'HH'H,HH'H~"""HHHHHHH'HH ------.::._ o o 100 200 300 400 500 Pos!a! akalal [mml 1 Gambar i;'.distribusi aksial fluks neutron dl c8 A-6 dan C-4 teras VI RSG-GAS 600 6 Fluka neutron [x1e141 4.-. 3 '_H 2.. o o -Q.- Poalsl 0-7 I 100 200 300 400 600 600 Poalal akalal [mm] Gambar fdistribusi aksial fluks neutron dl paslsl Irradlasl teras VI RSG-GAS 700 207
Prosidillg S"millar Tdmologi dall K~damatall PLTN suta Fasilitas Nuklir Serpollg, 9 10 F"bruari 1993 PRSG, PPTKR BATAN DAFTAR PUSTAKA 1. K.H. BECKURTS dan K. WIRTZ,"Neutron Physics", Springer Verlag, New York, 1964. 2. IAEA Tech.Rep., Series no. 107,"Neutron Fluence Measurement," 1970. 3. DAUK,"Evaluation Report - n-flux measurement", Indent no.:60.15538.36, 30.09.88. 4. BIDANG FISIKA REAKTOR,"Kumpulan Laporan Data Teras VI RSG GA Siwabessy," Serpong, Agustus 1992. DISKUSI UJU JUJURA TISBELA : 1. Dari gambar fluks neutron ada salah satu yang menaik pada bagian yang diserap batang kendali. Kenapa hal terse but dapat terjadi? 2. Salah satu koreksi nampaknya belum diperhitungkan, yaitu faktor ketidak termalanyang bergantung pada suhu dan yang mempengaruhi tam pang lintang. Kenapa koreksi ini tidak diperhitungkan? 3. Dalam kesimpulan, beda hasil eksperimen dan perhitungan,15 %. Apakah perbedaan yang paling besar terdapat pada posisi fluks yang ada kenaikan pada ujungnya? (no 3) AMIR HAMZAH : 1. Pada bagian ujung (atas) salah satu kurva distribusi fluks neutron menaik adalah yang relatif jauh dari batang kendali, hal tersebut disebabkan oleh adanya refleksi dari air diatas teras reaktor. 2. Faktor ketidak termalan tampang lintang dimasukkan dalam penentuan fluks neutron walaupun pada presentasi ini luput dari perhatian. 3. Perbedaan yang 15 % adalah untuk posisi di clemen bakar adanya penyerapan yang kuat dari bahan bakar elemen bakar dan batang kendali sehingga mempengaruhi hasil pengukuran. SETIY ANTO : 1. Apa perbedaan antara fluks, rapat fluks dan distribusi rapat fluks neutron dan sebenarnya besaran yang mana yang anda tentukan? 2. Dengan adanya perbedaan yang cukup tinggi antara pengukuran dan perhitungan, bagaimana komentar anda dan mana sebenarnya yang anda yakini? AMIR HAMZAH : 1. Seperti yang dibahas oleh Pak Iyos, fluks adalah besaran skalar sedangkan rapat fluks adalah besaran vektor dan distribusi rapat fluks neutron adalah rapat fluks neutron pada arah aksial. ' Yang ditentukan disini adalah distribusi rapat fluks neutron arah aksial pada posisi iardiasi dan beberapa posisi clemen bakar teras RSG-GAS. 2. Sepanjang batasan dan asumsi yang dipakai dapat diterima, maka hasil pengukuran ini yang dapat dianggap lebih baik. AS NA TIO LASJ\1AN : 1. Bagaimana menentukan faktor a pada persamaan 2? AMIR HAMZAH : 1. Faktor a pada persamaan (2) memang seharusnya dihitung, namun akan menemui perhitungan yang rumit. Pada makalah ini faktor a tersebut dieliminir dengan pendekatan dan penyederhanaan persamaan (2) tersebut. 208