ANALISIS MANAJEMEN TERAS TRANSISI REAKTOR RSG-GAS MENUJU TERAS SETIMBANG Sll.lSmA. Tagor MaJem Sembi ring, Lily Suparlina, Tukiran

A,Y4L/S/S .'L.tiY4JEMEN TERAS TRANS/Sf. (Tagor Malem S;

ANALISIS MANAJEMEN TERAS TRANSISI REAKTOR RSG-GAS

MENUJU TERAS SETIMBANG Sll.lSmA

Tagor MaJem Sembi ring, Lily Suparlina, Tukiran

ABSTRAK

ANALISIS MANAJEMEN TERAS TRANSISI REAKTOR RSG-GAS MENUJU TERAS

SETI!\IBANG Sll..ISmA. Kon"ersi teras reaktor RSG-GAS dari bal1an bakar oksida menuju silisida dengan kerapataIl 2,96 g U/cc sedang dilakukan. SaInpai akhir tallun 2000 reaktor SUd;Ul dioperasikan dengan 3 buall teras transisi yang merupakan teras campuran oksida-silisida. Berdasarkan penelitian sebelumnya, telall diperoleh parameter neutroltik lmsil perhitungan untuk seluruh teras transisi dan diperlukan 10 buall teras transisi untuk mendapatkan teras penull silisida. Tujuan penelitiaIl ini adaiall untuk mengetallui pengarull penalnbahan bahan bakar silisida di teras Calnpuran oksida-silisida terltadap paTaIneter teras seperti reaktivitas lebih teras dan lnaljin padaln. Pengukuran parameter tersebut dilakukan dengan metode kompensasi batang kendaii berpasangan, Hasil pengukuran menunjukkan ball"'a dengall bertanlbalulya bal1an bakar silisida maka reakti,;tas lebih teras cenderung menurun. Sedangkan maIjin padaIn tidak beruball akibat penambahan bahan bakar silisida. Dengan demikian, teras transisi dapat dioperasikan dengan alnan sampai diperoleh teras penull silisida.

ABSTRACT

ANALYSIS OF CORE MANAGEMENT FOR THE TRANSITION CORES OF RSG-GAS

REACTOR TO FULL-SILICmE CORE. The core conversion of RSG-GAS reactor from oxide to

silicide core WitIl meat density of 2.96 gU/cc is still doing. At the end of 2000, the reactor lIas been

operated for 3 tIclDsition

cores which is the mixed core of oxide-silicide. Based on previous work, the

calculated core parameter

for the cores were obtained and it is needed 10 transition cores to achieve a

full-silicide core. TIle objective of tIlis work is to acquire tile effect of tile increment of tile number of

silicide fuel on tile core parnIneters

such as excess reactivity and shutdown

margin. The measurement

of

the core parameters

was carried out using the method of compensation

of couple control rods. The

experiment

shows that the excess reactivity trends lower with the increment of the number of silicide fuel

in the core. However, the shutdown margin is not change with the increment of the nwnber of silicide

fuel. Therefore, the tIclDsition

cores can be operated

safely to a full-silicide core.

PENDAHULUAN

Program konversi teras RSG-GAS dari bahan bakar oksida (U30s-AI) ke bahan bakar silisida (U3Si2-AI), dengan kerapatan meat 2,96 gU/cm3, telah dimulai pada pertengahan tahWl 1999. Sampai dengan saat ini, awal tahWl 2001, teras RSG-GAS telall menyisipkan 17 buah elemen bakar (EB) silisida d.:m 2 buah elemen kedali (EK) atau sarna dengan 4 buall teras transisi. Bi1a RSG-GAS dioperasikan 4 sikus operasi per tallun, lnaka di akhir tallWl 2002 teras RSG-GAS sudah penuh dengan ballaD bakar silisida. Dengan demikian, teras setiInbang si1isida RSG-GAS dicapai dengan

beberapa teras transisi, yaitu teras cronpuran oksida-silisida.

Desain neutronik teras traJ1Sisi campuran oksida dan silisida reaktor RSG-GAS telab selesai dilakukan [I] dengan basil sebagai bcrikut:

a. parameter neutronik teras basil perhitungan dengan program difusi neutron Batan-EQUll.-2D [2], seperti yang disajikan dalarn Tabel I, menWljukkan bah.wa selw11h paran1eter tersebut memenuhi batasaJl keselamatan operasi reaktor.

b. penggunaan teras campUrat1 oksida dan silisida tidak mengubab profil pembangkitan panas ke arab aksial.

151

,

..

PROSIDliVG SE.\/J.V4R HASIL PE.VEUTl4N P1TRR, Tahuu 1000. HaL.. 151-156

Tabel

ParaJneter teras transisi caInpuran oksida-silisida hasil perllitW1gaI1

*2: margin padam;

*4: fraksi bakar rerata di awal siklus:

*6: faktor puncak daya radiallnaksimum ;

Catatan :

* 1: pada daya penult 30 MWtlt;

*3: fraksi bakar maksimwn,

*5: fraksi bakar rerata di akllir sikIus;

*7: teras transisi penult silisida.

Manajemen teras transisi untuk membentuk teras reaktor RSG-GAS penuh silisida dilakukan dengan pola lnanajemen teras yang diusulkan oleh Liem et at. [3J, yaitu pergeseran dan pengehlranan bahan bakar, seperti yang disajikan daIam Tabel 2. Berdasarkan pola manajemen teras tersebut di setiap

a"m siklus ada 5 buah EB dan 1 bual1 EK yang dimasukkan ke teras. 01eh karena jill, berdasarkan pola tersebut diperlukan 10 buah ter;lS transisi untuk

mendapatkan

teras penuh silisida seperti disajikan

dalam Gambar 1 dan 2.

Tabel 2. Strategi manajemen

teras transisi

campuran

oksida-silisida reaktor RSG-GAS.

Sebelum teras transisi dioperasikan,

rnaka terlebih

dahulu dilakukan beberapa eksperimen untuk

menentukan beberapa parameter teras, seperti

reaktivitas lebill dan reaktivitas

padam. Parameter

ini harus dijaga sedemikian

sehingga teras dapat

ilioperasikan

dan dikendalikan selmna satu siklus

operasi. Penelitian ill menyajikan selumh basil

pengukuran parameter teras transisi campuran

oksida-silisida untuk tiga teras transisi, yaitu

konfigurasi teras TMIX-I, 1MIX-2 dan TMIX-3,

ANAUSIS M-L~4JEMEN TERAS TRANSISI (TagorMalem S)

yang l11:1Sing-nmsing mernpakan konfigurasi teras RSG-GAS ke 36. 37 dan 38. Dalam penelitian ini juga dibandingkan antara Imsil pengukuran dan perlunmgan. Tujuan penelitian ini adalall untuk

mengetallui pengaruh penamba11a11 ba11a11 bakar silisida di terns transisi caInpurnn oksida daJl silisida

terl1adap beberapa panuneter terns.

]0 9 8 7 6 T;\w(-l 5 10 9 8 7 6 TMIX-3 5 4 3 10 9 8 7 6 TMIX-4 5 4 3 9 10 8 7 6 TMIX-5 5 4 3 10 9 8 7 6 TMIX-6 153

Gambar 1. Enam dari sepuluh

teras transisi campuran

oksida-silisida reaktor RSG-GAS

(contoh: TMIX-l adalah teras transisi pertama)

PROSID/.VG SE,\/INAR HASIL PE.VELlTI..{,V P1TRR. Tahun 2000. Hal. : 151-156 10 9 8 7 6 TMIX-7 5 4 3 10 9 8 7 6 TMIX-8 5 10 9 8 7 6

TMIX-9

5 4 3 10 9 8 7 6 5 TMIX-IQ = SILICIDE FUEL 4 3

B

= OXIDE

FUEL

Gambar 2. ~ buah terakllir dari 10 buah teras transisi terakhir reaktor RSG-GAS (misal. TMIX -7 adalah terak ke- 7)

METODE EKSPERIMEN

Pengukuran reakti~tas lebih teras

Pengukuran reaktivitas lebih teras dilakukan dengan pengukuran kalibrasi bat.lI1g kendali di awal siklus teras. Kalibrasi batang kendali dilakukan dengan metode kompens.lsi berpasangan untuk seluruh pasangan batang kendali yaitu sebanyak 4 bual! pasangan. Batang kendali yang akan dikalibrasi berada pacta posisi 0 mm dan batang kendali kompensator berada pacta posisi 600 mm sedangkan 6 buah batang kendali berada pacta posisi yang sarna (bank) dengan kondisi kritis. Setelah itu kedua batang kendali yang berpasangan dikalibrasi dengan bantuan servorgor

Disamping itu juga dilakukan eksperimen

pengukuran

reaktivitas clemen

bakar silisida selama

dioperasikan

dalam tiga siklus teras transisi. Hasil

pengukuran akan dibandingkan dengan basil

perlutungan untuk mengetahui akurasi dari

perlutungaIl

fraksi bakar EB silisida.

DalaIn lnakalall ini akan disajikan metode

eksperimen yang digunakan dalarn mengukur

paraIneter teras transisi. Kemudian diikuti oleh

bagian yang menyajikan basil eksperirnen dan

pemballasaDnya.

Di akllir lnakalah akan disajikan

kesimpulan

penelitian

ini.

154

.4NALIS/S M4;V.4JE.,-fEN TER.4S TRANS/S/. (Tagor Ma/em S)

yang mencatat nilai reaktivitas batang kendali yang dimas\lkkaIl atau dikeluarkan secara bertaJlap"

Sebelum kaJibrasi dilakukan. terlebih da11ulu dilakukan pengritiS3Jl rec'lktor bebas sumber deng3Jl kondisi 8 buah batang kendali pacta posisi yang sarna (a/l bank). Kemudi3Jl selunl11 data

penguk'1\f3Jl kalibrasi dinlaSukkan kedalam prograJn interpolasi linier untuk memperoleh kUf\"a reak1ivitas setiap bat3Jlg kendali dan kU1"\/a total batrolg kendali. Berdasarkan data basil interpolasi ak3Jl diperoleh reak1ivitas totalbat3Jlg kendali dan reak1ivitas padron. Dengan denukian reakti,'itas lebih teras d.1pat ditentuk.lll.

b. 1 bUa11 EB silisida dikeluarkan d.:'1ri teras. c. Kemudian, reaktor dikritiskc1n kembali dengaJ1

posisi all bak.

d. Reaktivitas EB silisida tersebut dilunmg daTi selisih posisi all bank pada saat EB di d.:11am dan di luar teras. yang harganya dap.1t

ditentukan daTi hasil kalibrasi bataJ1g kend.:1Ii.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 3 menyajikan paraJuetcr reakti,itas 3 buah teras transisi campuran oksida-silisida yang diperoleh dari Imsil kalibrasi batang kendali dengan metode kompensasi berp;lsangan. Jika dibandingkan dengan llasil perhitwlgatl. maka perbedaan nIaksimum sebesar 37% di teras TMIX-1/36. Sedangkan untuk paratneter marjin padam. maka perbedaan maksiInmn sebesar 56% di teras

TMIX-2/37.

Pengukuran reaktivitas elemen bakar

Pengukurnn

reaktivitas elemen bakar silisida

dilakukan den

gall cara:

a. mengkritiskall reaktor dengan kondisi bebas

sumber

dan posisi all bank.

Tabel 3. Hasil pengukuran

dan Perllitungan

Parameter

Reaktivitas Teras Transisi

Reaktivitas lebih (% Aklk) MaIjin padam (% M/k)

Teras transisi

HIE"'

~

1Q!!

1,226

Eks-:1-2J:2

~

8,15

Eks. .

-122 -..1.--1.90 I H/EJ

~~~

I 0,447

~

.tun

9,83

10,05

9,99

Hitung'

-1,08 -0,85 -0,95

1MIX-1/36

1MIX-2/37

1MIX-3/38

Catatan: 1: eksperimen;

2: perhitungan;

3: perbandingan

llasiI perhitungan

dan eksperimen.

Tabel 4. Reaktivitas Elemen

Bakar Silisida di Teras Transisi

Akan

tetapi, basil pengukuran dan

perhitungan memberikan gambaran yang SaIna

bahwa adanya kecenderungan reaktivitas lebih

teras transisi akan turun akibat semakin banyaknya

bahan bakar silisida yang ditnasukkan ke teras.

Tabel 3 menunjukkan bahwa basil pengukuran

memiliki penurunan

reaktivitas yang lebih besar

dibanding dengan basil perlutungan. Tabel 3 juga

menunjukkan bahwa marjin padam teras transisi

tidak dipengarnhi oleh jumlah bahan

bakar silisida

yang dimasukkaIl

di dalam teras.

Ada beberapa

penyebab

terjadinya perbedaan

yang besar antara basil pellgukuran dan

perhitungatl dalatn penentuan reaktivitas lebih

teras dan marjin padaln,

yaitu:

a. tidak dikoreksinya parameter reaktivitas teras

akibat pengaruh shadowing atau

anti-shadowing

dalam interaksi antar batang kendali

selama eksperimen

kalibrasi batang kendali.

b. Adanya perbedaan yang besar antara yang

dipakai dalam perhitungan

dan kenyataan

yang

sesunggulmya

di teras pacta nilai fraksi bakar

EB dan EK.

PROSIDING SE,\//j\':-IR HASIL PE:"ELITI.-IN P2TRR. TahuI,2000. HaL: 151-156

KESIMPULAN

Koreksi paratneter teras akibat interaksi batang kendali tidak dilakukan dalam penelitian ini. Oleh karena itu. penyebab perbedaannya dievaluasi daTi aspek fraksi bakar EB dan EK. Tabel .J menyajikan pengukuran reaktivitas clemen bakar silisida.

Perbedaan maksimllIn aIltara pengukUTan dan perhitung.lIl lmtllk reaktivitas sebuall EB silisida yang tidak segar (irradiatedfue/) adalah 25% yaitu pacta saat mengllkur RI-225 di TMIX-2/37. Pacta saat pengukUTan EB silisida segar (0%), RI-225 di TMIX-l/36. perbedaan maksimllIn antara pengllkuran dan perlutungan adalall 13%. Hal ini menunjukkan ballwa nilai fraksi bakar yang digunakan dalam perhitung311 tidak SaIna dengan kenyataan fraksi bakar di teras selungga teljadi perbedaan yang relatif besar diantara pengukuran dan perlutlmgan.

Melalui hasil dan pembal1asan di alas maka dapat disimpulkan:

a. reaktivitas lebih teras cendenmg mcnunm dengan banyaknya jumlah bal1an bak.1T silisida di teras transisi.

b. marjin padaIll tidak dipenganlhi oleh jumlah bahan bakar silisida di teras traJ1sisi.

c. perlu dilakukan koreksi terhad1p [raksi bakar EB dan EK berbahan bakar silisida, selungga aktlTasi hitungan dapat ditingkatkan.

Oleh karena itu, teras traIlsisi dapat dioperasikan dengan aman sampai teras penull

silisida.

DAFTARPUSTAKA

2.

T.M. SEMBIRING et al , Neutronic Design Of Mixed Oxide-.Silicide Cores For The Core

("onversion Of R.S'G-GAS

Reactor,

akan diterbitkan di Jurnal Atom Indonesia

(200 1).

LIEM, P.H., Development Of An In-Core Fuel Management

Code For .S'earching

The Equilibrium

("ore In 2-D Reactor Geometry

(Batan-EQUIL-2D),

Atom Indonesia

23, 2 (1997).

LIEM, P.H. et al., Fuel Management

.S'trategy

For The New Equilibrium .S'ilicide Core Design Of

RSG-GA.S'

(MPR-30),

Journal of Nuclear Engineering and Design 180 (1998).

DISKUSI

Pertanyaan: (Setiyanto)

2.

Kesalahan/ralat

perlutungan dinyatakan 25% tetapi disimpulkan aman ! apa dasar anda menyatakan

amaH?

Dituliskan teras TMIX-2 dalam dua versi, yaitu a) dengan 5 EB silisida dan b) dengall 7 EB silisida

mana yang benar ? .

Ja,vaban : (Tagor Matern Sernbiring)

2.

25% diambil dari basil perbandingan perhitungan daD eksperimen diteras TMIX-2. "Arnan" diambil karena ada kecenderungan reaktivitas lebih teras menurun daD rnaIjin pada tetap. Jadi sistem bantang kendali mampu mengendalikan reaktor.

TMIX-2 terdiri dari : 7 buah bahan silisida, selainnya adalah oksida ke 7 buahnya adalall elemen bakar.

Pertanyaan: (Amir Hamzall)

Dari basil penelitian diungkapkan ballwa E13 silisida memberikan reaktivitas lebih teras cenderung menunm, sedangkan kalau diaInati Z a silisida < Z a oksida. Hasil di atas tampaknya berbalik dari yang sellarUsnya !, mengapa ?

Ja\vaban : (Tagor Malem Sembiring)

Hasil tersebut benar, karena tampang lintang selapan makorkopis neutron U3Siz > U3Ogo

156