DISTRIBUSI RAP AT FLUKS NEUTRON TERMAL RSG G.A. SIWABESSY

Prosiding Seminar Telaw/ogi dan Kese/amatan PLTN serta Fasilitas Nuklir

Serpong, 9-10 Februari 1993 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 RSGG.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 men jalani 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 dimak-sudkan 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))

Prosiding Semillar Teknologi dan Kesdamatall PLTN serta Fasilitas Nuklir

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 keping-keping 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, hasil integrasi persamaan (2) menghasilkan :

"'C '" T (3) Dari hasil pemantauan penaikan daya diperoleh T = 2,17 menit. Koreksi waktu tersebut harus ditambahkan ke dalam waktu irradiasi. Ketelitian waktu pengukuran

Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN

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 neu-tron 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.

Prosiding Seminar TekJlologi dan Kesdamalan PLTN serla Fasi/itas Nuklir

Tabel1. Hasil Pengukuran Aktivitas dan Fluks Neutron Teras VI RSG-GAS

Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN

Posisi Aktivitas Rapat Fluks Neutron Tanggal

Teras

Aksial (uci/gr)_Termal Red_(n/cm2.s) (mm) 23/03/92 A-5 12.5 9.08 E2 ±3.76 E1 3.3 1.43 E14 ±1.26 E13 87.5 8.18 E3 ±3.24 E2 3.0 1.54 E14 ± 1.35 E13 162.5 4.27 E3 ± 1.70 E2 2.9 1.54 E14 ± 1.35 E13 237.5 1.55 E4 ±6.11 E2 2.8 1.45 E14 ± 1.27 E13 312.5 6.26 E3 ±2.49 E2 2.8 1.27 E14 ± 1.11 E13 387.5 1.86 E4±7.34 E2 2.9 1.02 E14 ±8.91 E12 462.5 6.08 E3 ±2.41 E2 3.0 6.95 E13 ±6.07 E12 537.5 1.62 E4 ±6.40 E2 3.7 3.09 E13 ±2.70 E12 C-4 12.5 2.99 E3± 1.20 E2 1.8 6.86 E13 ±6.01 E12 87.5 7.67 E3 ±2.15 E2 2.0 1.29 E14 ±1.13 E13 162.5 5.40 E3 ± 2.15 E2 2.5 1.31 E14 ± 1.05 E13 237.5 1.10 E4 ±4.34 E2 2.4 9.95 E13 ±8.69 E12 312.5 7.05 E3 ±2.80 E2 2.1 5.84 E13 ±4.10 E12 387.5 1.75 E4±6.91 E2 1.7 4.70 E13 ±3.84 E12 462.5 6.66 E3 ±2.64 E2 1.7 4.39 E13 ±3.84 E12 537.5 1.07 E4±4.25 E2 1.8 3.41 E13 ± 2.98 E12 B-6 600.0 4.15 E3 ± 1.65 E2 550.0 2.16 E4 ±8.54 E2 4.6 2.15 E14 ± 1.86 E13 500.0 5.16 E3 ±2.05 E2 4.3 2.19 E14 ± 1.91 E13 '450.0 2.48 E4 ±9.81 E2 4.5 2.44 E14 ±2.13 E13 400.0 5.88 E3 ±2.34 E2 4.7 2.76 E14 ±2.41 E13 350.0 2.97 E4 ± 1.17 E3 4.8 2.99 E14 ±2.61 E13 300.0 6.39 E3 ±2.53 E2 4.7 2.98 E14 ±2.61 E13 250.0 2.66 E4 ± 1.05 E3 4.0 2.54 E14 ±2.22 E13 D-7 600.0 4.16 E3 ± 1.65 E2 10.9 2.43 E14 ±2.17 E13 550.0· 2.16 E4 ±8.54 E2 11.2 2.71 E14 ±2.37 E13 500.0 5.16 E3 ±2.05 E2 10.8 2.97 E14 ±2.64 E13 450.0 2.48 E4 ±9.81 E2 10.3 3.23 E14 ± 2.82 E13 400.0 5.88 E3 ±2.34 E2 9.3 3.25 E14 ±2.88 E13 350.0 2.97 E4 ± 1.17 E3 8.8 3.22 E14 ±2.82 E13 300.0 6.39 E3 ±2.53 E2 9.2 3.36 E14 ±2.98 E13 250.0 2.66 E4 ± 1.05 E3 10.3 3.42 E14 ± 2.99 E13 D-9 65.0 1.52 E4 ±6.01 E2 10.7 3.16 E14 ± 2.76 E13 140.0 2.76 E3 ± 1.12 E2 10.2 3.71 E14 ± 3.26 E13 190.0 2.21 E4 ±8.75 E2 9.6 3.69 E14 ±3.23 E13 240.0 3.14 E3 ± 1.27 E2 9.1 3.48 E14 ±2.78 E13 290.0 2.83 E4 ± 1.12 E3 8.6 3.18 E14 ±2.47 E13 340.0 3.39 E3 ± 1.37 E2 8.1 2.81 E14 ±2.47 E13 390.0 3.24 E4 ± 1.28 E3 7.5 2.43 E14 ±2.12 E13 440.0 3.19 E3 ± 1.29 E2 6.8 2.03 E14 ± 1.78 E13 490.0 2.74 E4 ± 1.08 E3 5.8 1.60 E14 ± 1.40 E13 G-7 600.0 3.59 E3 ± 1.44 E2 550.0 3.33 E4 ± 1.32 E3 5.6 1.90 E14 ± 1.66 E13 500.0 4.10 E3 ± 1.69 E2 5.8 2.14 E14 ± 1.89 E13 450.0 3.27 E4 ± 1.30 E3 6.3 2.60 E14 ±2.27 E13 400.0 3.52 E3 ± 1.46 E2 7.0 3.14 E14 ±2.77 E13 350.0 2.43 E4 ±9.65 E2 8.0 3.64 E14 ±3.18 E13 300.0 3.25 E3 ± 1.35 E2 9.6 3.94 E14 ±3.48 E13 250.0 1.82 E4 ±7.25 E2 13.4 3.91 E14 ± 3.42 E13

Prosidillg Semillar TekllOlogi dall Ke.sdamalall PLTN serla Fasililas Nuklir

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-C-4,G-4,B-6, D-9 danG-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.

Serpollg, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BATAN

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.

Tabel 2 Pengukuran

antara hasil perhitungan

dan

pengukuran

fluks neutron teras VI

RSG GAS.

Posisi Perhitungan

Perbedaan

Pengukuran

(%)

Elemen Bakar

A-5

9.67E+13

1.15E+14

15.9

C-4

1.06E+ 14

7.64E+13

-27.8

F-4

1.07E+14

6.50E+ 13

-39.4

G-4

1.05E+14

7.86E+ 13

-24.8

Posisi Irradiasi

B-6

2.12E+ 14

2.56E+ 14

17.3

D-9

2.12E+14

2.90E+14

26.9

G-7

2.02E+14

3.11E+14

35.1

D-7

2.72E+14

3.07E+14

11.5

D-6

2.72E+ 14

2.69E+14

-1.0

E-4

2.09E+14

2.10E+14

0.3

Sistem Rabbit

B-1

6.79E+13

7.65E+!3

11.3

C-l

7.26E+!3

8.12E+13

10.6

D-l

7 .57E+ 13

8.79E+13

13.9

E-l

7.59E+!3

8.52E+13

10.9

Prosiding Seminar Telawlogi dan Keselamalan PLTN serla Fasililas Nuklir

Fluks neutron [x1E14]

1.6

1.4

-I-1.2

'_H

0.81-./

0.61-0.4

.-Poalsl A-6

0.21-1

-1-

Poalsl C-4

Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - BArAN HHHHHH:S~:HH HHH:HH:'H ~"""HHHHHHH'HH ... --,~--1~HH ,HHHHH' HH'HHHHHH'HHHHHHHHHHH'H'HH'H,HH'H ---.:: ._ 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

Fluka neutron [x1E141

6

4 .-.

3

'_H

2 ..

-Q.-

Poalsl 0-7

o

o

I

100

200

300

400

600

600

Poalal akalal [mm]

Gambar fDistribusi

aksial fluks neutron

dl paslsl Irradlasl

teras VI RSG-GAS

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.