ANALISIS KERAPATAN P.-tVAS AKSIAL. .(Surian Pinem)
ANALISIS KERAP A T AN PANAS AKSIAL TERAS REAKTOR RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISmA DENGAN KERAPA TAN 3,55 gr U/cc
Surian Pinem
ABSTRAK
Telal\ dilakukan perltinu\gan karnktristik pembangkit panas ke aral\ aksial teras RSG-GAS dengan elemen bakar Silisida, kernpatan 3,55 gr U/cc. Perltitungan dilakukan dengan menggunakan prograln komputer WIMSD/4 dan Batan-3DIFF. Tampang lintang lnakroskopik W\tuk daeral\ teras digenerasi dengan prograJn kalkuIasi sel WIMSD/4 dan Batan-3DIFF digunakan untuk menentukan keffi harga reakti,;tas batang kendali.
ppf dan distnollSi aksial fluks neutron. Dari hasil perltinu\gan diperoleh bah\va Iwga ~,itas batang
~i dengan eleme~~~ksida sedikit lebih besar dari e~n~ sili~ida. Hal ill Juga-teiilfutt-pa-da ppf aksial ntaksimUiit dimana PPI dengan elemen bakar silisida sedikit lebih rendah dari elemen oksida.
Sedangkan ppf rndial dengan mengunakan elemen bakar oksida lebih besar sekitar 12 % dari elemen bakar silisida. Dari hasil perltitungan ditunjukkan bal\\va basil yang diperoleh rnasih lebih kecil dibandingkan dengan ltasil pacta SAR Profil kernpatan daya aksial diperoleh pacta saat batang kendali dit;\rik keatas pacta posisi 30 cm dan pW\cak tertingginya bernda pacta ketinggian 40 cm teras.
ABSTRACT
Calculating of the heat generating charractristic of the RSG-GAS core, silicide fuel witl1 density 3.55 gr U/cc has been done. Calculation is done by using WIMSD/4 and Batan-3DIFF codes. The macroscopic cross section oftl1e material core tlmt generated by using cell calculation of WIMSD/4 code and Batan-3DIFF code was used to determine the values ofketr, control rods worth, power peaking factor (ppf) and the axial neutron flux distribution. From the result of calculation, it is found that achieved that the control rod worth in oxide fuel greater than slightly in silicide fuel. In this case also showed that the value of axial ppf lnaximum of the silicide fuel less tl1an the slightly in oxide fuel around 12 %. Generally tlle result of tlle calculation showed that values achieved are still less than in safety analysis report (SAR). Theprofile of axial power density achieved while the control rods were withdrawn at 30 cm up and the highest peak of the power distribution acllieved at 40 cm of llight.
PENDAHULUAN pada teras reaktor. Program Batan-3DIFF[2]
digunakan Wltuk menangani geometri reaktor x-y-z, llamburan neutron (0,2n) dan koefesien difusi gayut waktu.
Untuk menentukan pengaruh pelnasukan batang kendali terlladap distribusi dc'lya pada teras, salah satu yang hams diperhatian adc'llah banyaknya internksi yang mempengaruhi profil daya. Pada awal teras batang kendali hams diJnasukkan Wltuk mengkompensasi reaktivitas yang besar dari pelnasukan elemen bakar segar. Parol daerall diJnana batang kendali dimasukkan mengakibatkan pengurangan faktor perlipatan efektif sehingga fiuks relatif semakin rendall. Untuk menjaga daya rektor konstan, sehamsnya puncak fiuks dekat bawah teras rektor. Bahan bakar dalam reaktor :tkan berkurang, Wltuk itu batang kendali hams ditarik keposisi atas Wltuk mengkompensasi reaktivitas yang berkurang dari elemen bakar. Ketika batang kendali ditarik, Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy sampai
teras 35 menggunakan bahan bakar oksida dan mulai teras 36 disisipkan bahan silisida dengan kerapatan 2,96 gr U/cc dan diharapkan pacta teras 44 seluruhnya telah berisi bahan bakar silisida kerapatan 2,96 gr U/cc. Salah sam kegiatan penelitian saat ini adalah mengganti bahan bakar silisida kerapatan 2,96 gr U/cc dengan bahan bakar silisia kerapatan 3,55 gr U/cc sehingga dillarapkan dapat meningkatkan siklus operasi reaktor.
Sampai saat telah dilakukan perhitungan desain neutronik bahan bakar silisida kerapatan 3,55 gr U/cc dari aspek lnanajemen bahan bakar. Dalam penelitian ini akan diteliti Karaktristik Pembangkit Panas ke Arab Aksial Teras dengan menggunakan progr.un Batan-3DIFF dan WIMS/D4. Progr.un WIMS/D4[ 1 ] digunakan untuk menggenerasi konstanta kelompok difusi untuk tiap-tiap material
146
"
-
PROSIDI.\'G SE,1flNAR HASIL PE,\"ELITJ.-tJV P2TRR. Tohnn 2000. HoL :146-150
TEORI
PersaInaan nitai diri difusi lleutron banyak kelompok clan persaInaan adj"oint, diselesaikcm dengan progranl Batan-3DIFF. n1aSulg-masing dapat dilU1gkapkan secara ringkas dengan notasi operator sebagai berikut[4]:
1 M<1>=-F<1>
k.;
maka plmcak fluks akan berpind.111 keatas dari teras re.1ktor(3].
Beberapa kerugian dalmn mengglli1akan elemen kendali wltuk pembennlkan profil daya ad.l1all profil daya radial yang baik diperoleh dengan nlengorb.wkan profil daya aksial dan pencapaian fraksi elenlen bakar Optilnal diimbangi dengan penurunan neutron pada teras akibat pen1asukan batang kendali yang tinggi. Faktor ini llanlS dipertimbm1gkaJl dalmn perencanaan skelna nl."U1ejelnen kontrol optimal. Untuk lebih teliti menganaiisa penganlll pemasukan batang kendali pada distrubusi daya akan diteliti interaksi batang kendali bank dengan profil fluks aksial. Dengan 11asil ilu akat1 diperoleh pembangkit panas sebagai fimgsi posisi batang kendali dan kelnalnpuan batang kendali selungga dapat dilakukan analisis batas keselmnatan.
dan
M"<t>"
= -!-F'<t>" 2
k'if
dengan M dan F masing-masing menyatakan operator nugrasi dan lulangnya neutI"on ~1ll operator sumber fisi,
GMct>
s -\7D g (r)\7 I/Jg (r) + L~ (r)I/J. (r) -L Lsg, (r)I/Jg' (r) g',.
.3
dan
4
G
F<I> = Xg LvL g'=1 jg.(r}ljJg (r)
Tanda * menyatakan operator adjoint, sedangkan keff adalall faktor perlipatan efektif.
METODE PERHITUNGAN teras aktifmemberikan efek yang besar. Deugan kata lain, penyerap yang diluar teras aktif tidak diprhitungkan. Kedalaman pemasukcm batang kendali didifinisikan sebagai posisi ujung di teras aktif. Untuk itu ujung batang batang pada posisi bawah teras aktif (tinggi teras = 60 cm) dimana secara penuh disisipkan pada atas teras aktif (tinggi teras = 0 cm) dimana secara penuh posisi batang kendali ditarik. Untuk posisi yang lain, lokasi ujung berhubungan dengan persentase batang kendali ditarik.
Program komputer Batan 3-DlFF menglutung kondisi batas internal yang perlu didalam bentuk koefesien kehitaman, a.(DB), untuk lnasing-lnasing kelompok energi. Perhitungan koefesien kehitaman dalam 5 kelompok untuk material Ag-In-Ag adalah 5,07179.10-4, 3,24538.10-3, 5,38895.10.2, 0,32033 dan 0,42199, dari kelompok termal ke kelompok neutron cepat. Koefesien yang diperoleh digunakan untuk menghitung harga batang kendali. Perubahan faktor puncak daya. profil serta pergantian kerapatan daya dihitung dengan menggunakan salah satu opsi pada program Batan 3-DlFF yang dapat menghitung faktor puncak daya aksial pada masing-masing grid elemen bakar.
Program komputer WIMS/D4[3] digunakan untuk menghitung kollstanta kelompok material elemen bakar sebagai fungsi frnksi bakar U-235, reflektor datI struktur material yang lain. Perhitungan satuan cell unm kondisi kritis dilakukan dengan mengatur kebocoran dari DB2 menggunakan kOilstalIta 4 kelompok dari 69 konstanta kelompok yang asli[I,3]. Struktur dari 5 kelompok energi adalalI 10 MeV-O,821 MeV, O,821MeV-5,53 keY, 5,53 keV- 0,625 keY dan 0,625 keV-O keY.
Konstanta kelompok elemen bakar standar , elemen bakar kendali , penyerap Ag-In-Cd, reflektor dan struktur material yang lain digenerasi dengan multi plate option.
Untuk perhitungan seluruh teras, dibuat model difusi 3-D awal sikIus dari uranimn perkayaan rendalt Kondisi batas vakUln «jJ = 0) ditempatkan pacta jarak tiga ka1i lebar elemen bakar dari batas luar teras aktif. Perhitungan kerapatan puncak daya diperlukan untuk puncak daya pacta pinggir interval mesh. Puncak daya pacta pinggir interval mesh lebih konservatif dari salalI sam pacta pusat mesh.
DalaIn perhitungan, penyerap hanya didefenisikan didalaIn teras aktif, karena hanya pacta
147
.4NAllSIS KERAPATAN P..f.:VAS AKSI.4L. (Surian PinellI)
HASIL DAN PEMBAHASAN radial ntaksimwll \U1tuk elemen bakar silisida lebih besar dari oksida sekitar 12 %. AkaI\ tetapi bila dibandingkan dengan nilai pacta SAR n\aSih diba,,'al\ Iwga SAR din\aJ\a ImgaI\ya 1.6.
Sedangkan UI\tuk ppf aksial maksimUIll daJ\ ppf lokal ntaksimUlll \U1tuk Silisida sedikit lebih kecil dibandingkan dengan oksida. Hal ilu bisa dilih.1tjuga dari grafik batang kendali \U1tuk elemcn bakar oksid..1 daJ\ silisida seperti ditunjukkaJ\ dalaI\\ Gambar I.
Hasil perlutlmgan kcffi ppf radial n1aksimwn.
ppf aksial maksimUlll dan ppf lokal n1aksimUlll lmtllk elemen bakar oksida dan silisida dengan kerapatan 3,55 gr U/cc sebagai fungsi posisi batang kendali ditunjllkkan dalmll Tabel I. Dari data tersebut terlil\3t bah\va posisi batang kendali pada ~O cm menUl1jukkan harga ppf InaksimUlll. Harga ppf
Tabel Harga k.ff dan ppf sebagai fimgsi posisi batang kendaJi.
ppf Radial Maksimum _Ppf Lokal Maksimum ~
Posisi (cm)
0
i kef!
Oksida Si300
1.111865 1.100290 1.2218 10 1.102274 1.091216 1.1830 20 1.081421 1.071449 1.1890 30 1.049033 1.040897 1.2332
1.008534 1.003181
0.976407 -
0.966302
Oksida
Si300 1.2620 1.2826 1.3179 1.3719 1.4929 1.6665 1.7449
Ppf Aksial Maksimum I Oksida Si300 i 1.3101 1.3081 1.4083 1.4049 1.5696 1.5638 1.7616 1.7495 1.8440 1.8255 1.4345 1.4339 1.2911
1.2893
Oksida 1.6471 1.6463 1.6415 1.6259 1.5703 1.3136
F
4O 50 60
~
I 0.973663 I 1.4578
10.964307 I 1.5227 1.9011 I 1.9398 I
Dari gambar grafik batang kendali juga terlihat bahwa reaktivitas total batang kendali untuk osida sedikit lebill besar dibandingkan dengan silisida.
Untuk elemen bakar oksida reaktor akan keritis
apabila batang kendali ditarik sekitar 46 cm dan untuk elemen bakar silisida reaktor akan keritis apabila batang kendali ditarik sekitas 48 cm.
148
..
PROSIDI.VG SE.\/J,\:-tR H.-tSIL PEiVELITIAN P1TRR. Tahu" 1000. HaL .-146-150
Profit kernpalaJl daya aksial dengaJl beberapa posisi batang kend.'1li ditunjukkaIl dalaJll GaJllbar 2. Dari hasit ilU tertit1.11 b.'1l1\,a profit kerapataJl daya aksial m,1ksimmll diperoteh pad.1 posisi bataJlg kendali 30 cm d.1n PlUlc.1k kerapataJl daya n1aksimlullnya pada
posisi 40 cm teras aktif. Pada GaInb,lf 3 ditunjukkan profil daya n1aksiJnUlu pada posisi batang kendali 30 cm untuk elemen bakar silisid:} dan oksida.
Kerapatan daya teras dengan elemcn bakar oksida lebih besar dari silisida.
149
AN4LlSIS KER4P.47:-L\' P.-LVAS AKSI.4L... ...(Sllrian Pinem)
KESIMPULAN 1,8255 dan ppf lokal maksimum 1,6065 pada posisi batang kendali 40 cm. Profil kerap<ltan daya aksial rnaksimmn diperoleh pada posisi batang kendali 30 cm dan puncak kerapatan daya lnaksimmnnya diperoleh pada posisi 40 cm teras ak1if.
Dari basil perhitungan dengan menggunakan progrun komputer Batan-3DIFF elemen bakar silisida berkerapatan 3,55 grU/cc diperoleh lwga ppf radial maksimwll 1,4929, ppf aksiallnaksimwll
DAFTARPUSTAKA
I. ASKEW,J.R, FAYERS, F. J, "A General Description of the Code WIMS", Journal Of Brit. Nuc. Energy Soc. .(1966)
2. LJEM PENG HONG, "Pengembangan Program Komputer Standard Batan Difusi Neutron Banyak Kelompok 3-D Batan -3DIFF)", Seminar Komputasi Dalmn Silins Dan Teknologi N\tkIir V, Jakarta (1995)
3. JAMES J. DUDERSTADT, "Nuclear Reactor Analysis", Jolm Wiley & Sons, New York (1976)
4. SEMBIRINGT.MDANLJEMP. H., "Validation ofBA TAN-3DIFF Code on #-DModel ofTheL4E4 10 MWTh Benchmark Core For Partially Inserted Control Rods", Atom Indonesia, Vol.25, (1999)
150 "
