RANCANC BANCUN KONTEINER SPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

RANCANC BANCUN KONTEINER SPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI

Antonio G*, Bambang H**, Sugondo*, Haryono SW*

ISSN 0854 - 5561

ABSTRAK

RANCANG BANGUN KONTEINER SPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI. Konteiner yang didisain terdiri dari dua jenis masing-masing untuk menyimpan spesimen sisa uji pasca iradiasi berupa potongan pelat dan logam uranium dari Mo-target di IPSB3.

Penampang konteiner berukuran 80 x 76 mm, sama dengan ukuran penampang elemen bakar nuklir RSG-GAS, serta panjang 715 mm, sehingga dapat dimasukan ke basket dari MTR-fuel shipping cask. Material dari konteiner dipilih dari SS-321 sama dengan material dari rak konteiner di kolam IPSB3. Disain dari konteiner yang telah dibuat sudah memperhitungkan kriteria-kriteria utama sesuai LAK KH-I PSB3.

ABSTRACT

THE TECHNICAL REPORT OF CONTAINER DESIGN FOR THE REST OF PIE SPECIMENS. Two types of container are design to store cutting plates and uranium foil of Mo-target, the rest of PIE specimens, into ISSF pool. The cross section of containers are 80 x 76 mm, similar to the cross section of MTR-fuel and the length is 715 mm, and can be inserted into basket of MTR-fuel shipping cask. SS-321 will be used as container material, the same to fuel rack material in ISSF pool. The design is made to fulfill the main criteria of ISSF Safety Analysis Report.

PENDAHULUAN

Instalasi Penyimpan Sementara Bahan Bakar Bekas (IPSB3) atau Interim Storage for Spent Fuel (ISSF) sebagai fasilitas penyimpan sementara, didalam air, elemen bakar nuklir bekas dari RSG-GAS sebelum diekspor ketempat lain. Proses ekspor menggunakan transportation cask atau shipping cask melalui transportasi darat. IPSB3 juga dapat digunakan untuk menyimpan material radioaktif lainnya dari gedung di sekitarnya.

Pemindahan dari material radioaktif ke IPSB3 dilakukan didalam air melalui Kanal Hubung (KH-IPSB3) yang terhubung ke RSG-GAS, Fasilitas Radioisotop dan Fasilitas Uji Pasca Iradiasi atau Intalasi Radiometalurgi (IRM).

Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi baik berupa bundel maupun potonganpelat elemen bakar nuklir dan logam uranium (uranium foil) dari Mo-target masih berada didalam hot cell, yang telah mengakibatkan rusaknya beberapa peralatan di dalam hot cell.

Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi yang berupa bundel e1emen bakar nuklir, RI-SIE2 (19 pelat) dan RI-E01 (18 pelat) dapat disimpan di IPSB3, tanpa menggunakan konteiner karena dikategorikan elemen bakar nuklir yang tidak cacad. Untuk potongan- potongan pelat dan logam uranium, harus menggunakan konteiner karena dapat mengkontaminasi kolam IPSB3. Agar konteiner tersebut dapat dibuat, maka diperlukan suatu disain konteiner yang memenuhi kriteria penyimpanan didalam air, dari bahan bakar nuklir bekas dengan katagori akti'/itas tinggi.

Untuk itu diperlukan suatu dokumen rancang bangun yang memenuhi aspek keselamatan yang berlaku di BAT AN.

METODOLOGI

Rancang bangun ini mengacu ke persyaratan/kriteria yang ada pada dokumen Laporan Analisis Keselamatan dari IPSB3 dan untuk data-data dari spesimen sisa uji pasca

iradiasi dari dokumen MBA, serta perhitungan- perhitungan kritikalitas, decay heat dan lainnya, diambil dari makalah dan dokumen lainnya. Dengan demikian hasil rancangan yang diperoleh diharapkan sesuai dengan persyaratan penyimpanan di IPSB3.

Disamping itu, pad a rancangan ini juga mempertimbangkan langkah strategis ke depan, dimana pada proses ekspor dari spesimen sisa uji pasca iradiasi Inl, diasumsikan menggunakan transportation cask atau shipping cask untuk elemen bakar reaktor riset. Sehingga penampang potong dan panjang konteiner yang didisain sama dengan elemen bakar RSG-GAS. Dimana panjangnya sama dengan panjang elemen bakar RSG- GAS tanpa nozzle.

PEMBAHASAN

Dengan mengacu pada Laporan Analisis Keselamatan dari IPSB3, maka didapat beberapa persyaratan/kriteria sebagai berikut;

Kriteria Penyimpanan

Dari persyaratan penyimpanan bahan radioaktif di IPSB3[1j telah diperoleh beberapa informasi yang dapat dijadikan kriteria utama perancangan konteiner tersebut, yaitu;

o Material radioaktif yang telah diiradiasi di reaktor, yang akan disimpan di IPSB3, sudah mengalami pendinginan selama 100 hari dan tidak mengkontaminasi kolam IPSB3

o Mampu menjaga subkritikalitas dari material radioaktif yang disimpan

o

Mampu memindahkan panas sisa dari material radioaktif yang disimpan

o Mampu mengungkung zat-zat radioaktif Kriteria Tambahan

Disamping kriteria utama maka perlu juga kriteria lainnya agar lebih strategis dan ekonomis dalam pelaksanaannya.

o Dapat di re-ekspor dengan menggunakan shipping cask untuk elemen bakar reaktor riset

o Dapat ditangani dengan peralatan (handling tools) yang sudah ada balk' di hot cell maupun di IPSB3.

Data Spesimen Sisa Uji Pasca Iradiasi Yang Akan Disimpan [21

Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi yang masih berada didalam hot cell IRM berupa bundel elemen bakar nuklir sebanyak dua bundel (RI-SIE2 dan RI-E01), 17 potongan pelat elemen bakar nuklir dan 23 buah uranium foil yang sebagian besar masih lengket ke inner atau outer dari Mo-target.

Kedua bundel elemen bakar nuklir bukan termasuk elemen bakar nuklir cacad, sehingga penyimpanannya di IPSB3 tanpa mengguna- kan konteiner. Untuk penyimpanan potongan pel at elemen bakar nuklir dan uranium foil dari Mo-target di IPSB3 harus menggunakan konteiner agar tidak mengkontaminasi kolam IPSB3. Kedua jenis sisa spesimen uji pasca iradiasi tersebut sudah mengalami pendinginan lebih dari 100 hari, dimana RI-SIE2 waktu pendinginannya per tanggal 29 Februari 2004, selama 3823 hari, dan RI-E01 pertanggal 29 Februari selama 3835 hari. Potongan- potongan pelat elemen bakar nuklir tersebut berasal dari RI-SIE2, dari dua pel at sebanyak 5 potong, dan RI-E01, dari tiga pelat sebanyak 12 potong (Iihat Lampiran-1).

Logam Uranium Mo-target Sisa Uji Pasca Iradiasi yang akan disimpan di IPSB3 merupakan hasil pembongkaran target dari tanggal 11 Juli 1995 sampai dengan 17 Maret 1999, sebanyak 30 buah target. Dilanjutkan kembali tahun 2005 sebanyak 4 target dengan kondisi semua foil terlepas dan telah dikirim ke Fasilitas Radio Isotop. Jumlah Logam Uranium Mo-target yang akan disimpan sebanyak 23 buah dengan kcndisi sebagian besar masih tetap lengket pada inner target. Dimensi target yaitu, berdiameter sekitar 29 mm dan panjang 125 mm, serta ukuran foil dari logam uraniumnya 88 x 75 mm dengan tebal sekitar 0,125 mm. Dari kondisi Mo-target pada Tabel- 2, Lampiran-2, dapat dikatagorikan dalam tiga kondisi, yaitu foil terlepas dari disimpan di 102, foil lengket ke inner tube serta foil masih lengket ke inner dan outer tube. Untuk

identifikasi (No. Target, Tabel-1) dari Mo-target yang masih ada di hot cel/1 02, sebagian besar cukup sulit untuk dilihat secara jelas atau sebagian sudah hilang selama proses pembongkaran.

Decay Heat [2]

Decay heat 2 pel at dari RI-SIE2, sebanyak 5 potong per 29 Februari 2004, sebesar 0,29 watt. Untuk 3 pelat dari RI-E01 sebanyak 12 potong diprediksi dari perbandingan decay heat dari bundel RI-E01, 2,74 watt (18 pelat), sebesar 0,45 watt.

Direncanakan 17 potong pelat tersebut dimasukan kedalam satu konteiner, sehingga total decay heat sebesar 0,74 watt. Decay heat dari uranium foil dengan total uranium 121,383 gram diprediksi dengan perbandingan berat uranium dari RI-E01, 1090,6 gram dengan decay heat L,74 watt. Decay heat dari uranium foil sebesar 0,30 watt. Direncanakan uranium foil yang akan disimpan menggunakan 4 konteiner, sehingga prediksi decay heat per konteiner sebesar 0,075 watt.

Subkritikalitas [4J

Dari perhitungan yang telah dilakukan, diasumsikan bahwa, elemen bakar nuklir yang tersimpan dalam tabung pad a rak kolam KH- IPSB3 adalah elemen bakar nuklir segar. Dari perhitungan didapat harga faktor perlipatan efektif Kelt = 0,6367 dan harga yang dipersyaratkan, Kelt < 0,95. Apabila dalam perhitungan tersebut diterapkan elemen bakar nuklir bekas dengan burn-up = 56 %, maka akan diperoleh harga faktor perlipatan efektif Kelt lebih kecil dari 0,6367, karena elemen bakar nuklir bekas mempunyai fraksi bakar yang besar.

Transportation Cask

IPSB3 merupakan fasilitas penyimpan sementara, maka perlu dipertimbangkan dikemudian hari bahwa konteiner yang didisain harus dapat diangkut dengan transportation cask yang sesuai dengan IPSB3. Re-ekspof bahan bakar nuklir bekas dari RSG-GAS yang telah dilakukan melalui IPSB3 dengan

menggunakan transportation cask buatan NAC International (Nuclear Assurance Corporation).

Dari pengalaman tersebut, dimensi utama dari konteiner yang didisain sama dengan elemen bakar nuklir RSG-GAS, yaitu penampang 76 x 80 mm dengan panjang sekitar 700 mm, berikut handle tetapi tanpa end fitting.

Material Konteiner

Perhitungan yang sudah dilakukan, seperti perhitungan kritikalitas, dengan paket program MONK6B, tabung yang digunakan untuk menyimpan elemen bakar nuklir di kc!am IPSB3 terbuat dari stainless steel tipe 321 [1].

Jika stainless steel digunakan Kelt= 0,6910, dan apabila bukan stainless steel Kelt = 0,8655 [2J. Stainless steel juga berfungsi sebagai penyerap neutron d§m berguna untuk mempertahankan harga Keff < 0,95 [2)

Stainless steel tipe 321 dipilih sebagai material konteiner sama dengan material rak konteiner tersebut di kolam IPSB3.

Diskripsi Rancangan

Konteiner yang dirancang yaitu;

o Konteiner Logam Uranium Mo-target o Konteiner Pelat Elemen Bakar Nuklir Konteiner yang dirancang tersebut, terdiri dari tiga bagian utama, yaitu wadah penampung (container body), tutup dan handle. Ukuran penampang potong~n melintang dari kedua konteiner 80 x 76 mm, sesuai dengan penampang MTR-fuel. Handle berdiameter 13 mm, juga disesuaikan dengan handle MTR- fuel, sehingga tidak menambah handling tool di IPSB3 dan hot cell. Konteiner menggunakan tutup non-permanen yang menggunakan 8 buah baut M-5 Penyimpanan 3isa Mo-target di Konteiner Mo-target dilakukan dengan menumpuk beberapa sisa Mo-target didalam konteinernya. Penyimpanan sisa pelat elemen bakar nuklir dilakukan dengan menyisipkannya ke celah-celah di dalam konteinernya.

KESIMPULAN

Konteiner yang didisain terdiri dari dua jenis konteiner. masing-masing untuk spesimen sisa uji pasca iradiasi berupa pelat dan logam uranium. Penampang konteiner

berukuran 80 x 76 mm, sama dengan ukuran penampang elemen bakar nuklir RSG-GAS, serta panjang 715 mm, sehingga dapat dimasukan ke basket dari MTR-fuel shipping cask. Material dari konteiner dipilih dari SS-321 sama dengan material dari rak konteiner di kolam IPSB3. Disain dari konteiner yang telah dibuat sudah memperhitungkan kriteria- kriteria utama sesuai LAK KH-IPSB3 dan kriteria tambahan, sehingga selanjutnya dapat dituangkan kedalam bentuk dokumen rancang bangun untuk disahkan menjadi dokumen yang sah dengan melampirkan gambar rancangan, perhitungan dan data-data materia! radioaktif yang akan disimpan serta informasi lainnya yang dianggap perlu.

DAFTAR PUSTAKA

1. BIDANG OPERASI REAKTOR PUSBANG TEKNOLOGI REAKTOR RISET _ BATAN, Laporan Analisis Keselamatan Kanal Hubung Dan Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Bekas (LAK KH- IPSB3), No. Ident.: TRR.OR.16.04.43.02, Rev.: 1,2002

2. LAMPIRAN APPENDIX A, Spent Nuclear Fuel Acceptance Criteria, Februari ?004 3. DOKUMEN MBA, RI-F, Radiometallurgy

Instalation, 5 November 2003

4. ROKHMADI, TA. BUDIONO, ZUHAIR, AGOES SOEJOEDI, Perhitungan Kritikalitas ISFSF, Prosiding Seminar HasilPenelitian PRSG Tahun 1996/1997, 1997

5. AEA ENGINEERING, Transfer Channel and ISSF, Preliminary Design Package, Volume 1, December 1992

6. HASBULLAH NASUTION, AGUS

SUNARTO, Implentasi Akunting Bahan Nuklir Terhadap LEU-Foil Target, Seminar SPPBN, 14-15 Oktober 1999.

7. EUGENE F.MEGYESY, Pressure Vessel Handbook, Pr~ssure Vessel Publishing, Inc., 1995.

8. S. TIMOSHENKO, Strength of Materials, Part I, Elementary Theory and Problems, Third Edition, Robert E. Krieger Publishing Company, 1976.

Lampiran-1

Tabel-1: Data Material RadioAktif diHot Cel/1 03[3J

398. ]470] ]2.232Bundle,RI-SIE2 II ¹ U3Si21015.092I 40

BSi45

CPS

23.594]0.]9142.608 4]

TSi45 2

CPS

] 7.3650.1451].9]9 44

BSi36/TSi36

CPS

53.4270.42905.9082 TOTAL

5 94.386

10.435 0.7655

...•

:;

H:··· ..·•. .... ^...I:. »> ?

••

42

BEAI 2

CPO

18.8 ]60.] 5532.054 43 I

TEAl 2

CPO

24.6410.20302.689

45 ,_I 0.] 553BEA6 2

CPO

^I 18.8] 62.054

46

TEA6 2

CPO

_I

24.6412.689^I 0.2030 47

TEA]

CPO

23.475] 20.19372.562 48

BEAI]

CPO

21.95222.395

I

0.1810

I

TOTALI

12 14.443 1.0913 132.341

Note:

CPO: Culling plate, oxyde CPS:

Culling plate, U3Si2

The biggest size of the clllling plate is

⁷²⁵

x

SO.5 /l1I1l

246

Lampiran-2

Tabel-2: Kondisi Mo-target di Hot Cefl 102[6]

No. No. Target ^Keterangan Berat U (g) l' ^anggal

diterima di IRM 1.

1'-1 _Inner 14.254 11/7/1995 dan outer tube lengket 2.

1'-2 Foillengket 4.73 1/12/1995 dengan inner tube

3.

1'-3 _Inner 4.51 9/2/1996 dan outer tube

terpisC1.h

4.

1'-4 Foillengket 5.24 27/3/1996 dengan inner tube 5.

1'-5 Foillengket 7.34 21/8/1996 dengan inner tube 6.

1'-6 _Inner 7.26 21/8/1996 dan outer tube lengket 7.

1'-7 _Foillepas 6.97 21/8/1996 8.

1'-8 Foillengket 7.72 21/8/1996 dengan inner tube 9.

Tandem-AI Foillengket 4.358 30/4/1997 dengan inner tube 10.

Tandem-C5 Foillengket 4.534 30/4/1997 dengan inner tube 11.

Tandem-C6 _Foil 4.521 30/4/1997 ;cngket dengan inner tube 12.

Tandem-07 _Inner 4.644 30/4/1997 dan outer tube lengket 13.

Tandem-OS Foillellgket 4.676 30/4/1997 dengan inner tube 14.

Tandem-3A Foillengket 8.235 12/8/1998 dengan inner tube 15.

Tandem-3B _Inner 8.715 12/8/1998 dan outer tube lengket 16.

Tandem 8.3 Foillengket 4.854 19/8/1998 dengan inner tube 17.

Tandem B.4 Foillengket 4,072 19/8/1998 dengan inner lube 18.

IB _Foillepas 7.709 10/3/1999 disimpan di 102 19.

4A _Foil 16.363 10/3/1999 terlepas berkeping-keping 20.

4B Foillengket 14.929 10/3/1999 dengan inner lube 21.

2A _Foil 14,688 15/3/1999 terlepas disimpan di 102 22.

2B _Foil 16.442 15/3/1999 terlepas disimpan di 102

7"

38 _Foil 7.012 17/3/1 999 terlepas disimpan di 102

--' .

Total U (g) 121,383

Catatan:

1. Total/oil lengket inner lube = 13 buah

2. Total inner lengket dengan ouler lube = 4 buah 3. Total/oil disimpan di hol

cellI

02 = 6 buah

4. Tahun 2005, f~lsilitas IRM menerima kembali lY!o-largel, dengan kondisi semua./hil

terlepas dan dikirim ke Fasilitas Radio lsotop.

Lampiran- 3

Gambar Rancangan Konteiner Pelat

Qj)

~~~~~

I~~~=

IS ,~ ~

~~

..

^~~~~~~.

1.:. I

~l

: c=~_w~~~4T

T-

^fJi~

1

! : I

r~~

\ ' (j)

.~ t-Il:

".-;:-,...----,-:-;.,-_._-~-,_ ^...._-"--"-~~-,,..- - ,..

1::0 .-.---'

248

Lampiran-4

Gambar Rancangan Konteiner Target

,-[ ()

--C====j

r--i,

^I

- +- ---~:_-- - +

I i

~======='--- I

,---~

^{-~ --~}

----~

fG;

----,

cc-~_~ 11

d__ --)/ I!

,=-:-~

^ij

-~-~~o

~-

. i

~-~---:~----~~_{". I}

--~~!- ~

Lampiran-5 Perhitungan

I" Perkiraan Berat Konteiner

Berdasarkan gambar disain yang diperoleh maka volume bisa didapat, dan berat jenis material yang digunakan 7,8

kg/dm3,

maka didapat berat konteiner sebesar 16 kg

Berat Isi dan wadah potongan yang keeil : ±2 kg Perkiraan berat total + isi : ± 18 kg

Untuk perhitungan berat diambil sebesar 20 kg

Tegangan tarik dari bahan yang digunakan SS-321, sebesar 586 Mpa 1

^kg/em2

= 98060 pa 586 Mpa = 5975

^kg/em2

,W

t

____ . _I

I -, ---

~----f~---

I ,__

W(IO kg)

Luas penampang paling kritis terhadap gaya geser dari beban yaitu;

1. penampang pelat samping penahan handle

11. penampang potong dari handle yang berdiameter 1,3 em

O - - Id 0 60 IX l1al62] I b"1 k "I d " "k T"

= .))

S .

u,,' . , tegangan geser e

11

eel an tegangan tan' Tegal1!..!.antarik yanl.!.teriadi terhadap penampang kritis-I

P:s

:(8-1.3)

x0.5] x

h

10~"-::: -'.-') x Tw Tw

= 101"- -,,-,)= -' 'kl g

^cn12

Tw

= 0,55

sid

0,60

^0w

u" = 3

10.55

= 5,45

kgl

cn/ «< 1530

kg/em2

Tegangan tarik yang teljadi terhadap penampang kritis-II 10::; rr/4

X 1,32

x

T"

Tw

= 10/1,33 = 7,5 kgl

cm2

Uw

= 7,5

10,55

= 13,6

kgl em2

«< 1530

kg/em2

250

2. Perhitungan Ketebalan Minimal

[7, hal. IS]

Oiasumsikan bahwa konteiner bebentuk silindris, maka tebal dinding konteiner adalah:

t=--- PR

SE - 0,6P

P = design pressure (maximum allowable working pressure) = 1,10 x operating pressure (kedalaman air 6,5 meter) = 1,10 x 0,65 kg/em2 = 0,715 kg/cm2 R = inside radius = 7,6 em

S = stress value of material = 85000 psi = 5786 kg/em2 E =.JOln ejjlClency ..

t

'fji . =, 060

[7 hal.l72]

,

C.A = corrosion allowable, 1 mm

0,715.7,6 ()

t = ---

em

5786.0,6 - 0,6.0,715 5,434

t = ----(el71)

3471- 0,429

t = 0,00156(cl71) = 0,0156(171171)

Dengan C.A 1 mm maka ketebalan minimal = 1,0156 mm «< 3 mm

3. Berat Oalam Air

Gaya apllng sllatll benda didalam suatu eairan sebanding dengan berat calran yang dipindahkan.

Volume konteiner didalam air:::: 4.2

dm3

Day::! apllng = 4.2

dm3

x densitas air 1 kg/

dm3

= 4,2 kg Volume bahan konteiner = 1.25

dm3

I3nat kUIJtciner = 1,25 dn/ x 7.8

(kg/dm3)

= 9,75 kg BercH isi ± /

-

ko

b

Bemt total kontciner = 9,4 kg + 2 kg = 11,75 kg

Berat kanteiner didalam air = 11,75 kg - 4,2 kg = 7,55 kg (tenggeIam)