ALTERNATIF TERAS KERJA RSG GA SIWABESSY

(1)

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasililas Nuklir

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

ALTERNATIF TERAS KERJA RSG GA SIWABESSY

Oleh

As Natio Lasman

Pusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAK

Alternatifteras kerja RSG GA Siwabessy. Teras kerja yang didesain oleh Interatom ternyata tidak mempunyai pola kesinambungan dari akhir ke awal daur, ditinjau dari segi jumlah elemen bakar ke elemen bakar kontrol yang diperlukan. Hal ini diperbaiki oleh teras kerja alternatif dengan jalan menurunkan pembakaran rerata per daur dari 8% menjadi 7%. Artinya bahwa k1as-klas pembakaran terbagi menjadi 0, 7, 14,21,28,35,42,49 dan 56%. Fraksi bakar maksimum tetap diperhitungkan sekitar 56%. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa meskipun daur operasi turon sekitar 3 hari, yakni menjadi sekitar 22 hari, namun unjuk kerja yang ditampilkan oleh RSG-GA Siwabessy tidak mengalamui perubahan yang berati, bahkan pola teras kerja alternatif memberikan keuntungan penggunaan elemen bakar dan elemen bakar kontrol.

ABSTRACT

The Alternative of the typical working core (TWC) ofRSG GA Siwabessy. The TWC Design of Interatom had not continously pattern from end to begin of cycle, if it was looked into the number of required fuel and control elements. It was improved by the alternative TWC with decreasing of average burn-up per cycle from 8% to 7%. It means, that the classes of burn-up were divided into 0,7,14,21, 35, 42, 49 and 56%. The Maximum burn-up was calculated amount 56%. The calculations result showed, although that the cycle duration less amount 3 days, i.e. tobe amount 22 days, but the performance ofthe RSG-GAS did not have significant change. A loading pattern ofthe alternative TWC has the advantage of the use of the fuel and control element.

I. PENDAHULUAN

Reaktor Serbaguna GA Siwabessy (RSG-GAS) yang berdaya 3 0 MW sa at ini dioperasikan dengan konfigurasi teras ke delapan. Apabila teras kedelapan, telah dilalui, maka perlu dibuat lagi konfigurasi teras berikutnya, teras kesembilan. Demikian seteru~nya dikerjakan, sehingga teras kerja dicapai. \1 \

Teras kerja didefinisikan sebagai teras yang mempunyai konfigurasi tertentu, sehingga akan memudahkan pola operasi reaktor. Pada teras ini, bila sik1us operasi telah dilalui, maka awal siklus dimulai dengan konfigurasi teras yang senantiasa sarna.

Interatom, pembuat RSG-GAS, membuatpola 6 buah elemen bakar dan 1 buah elemen bakar kontrol masukdan keluar. Ternyata hal ini tidakmungkin dicapai, karena tak ada kontinuitas jumlah elemen bakar dan kontrol yang masuk dan yang keluar.

Pada makalah ini hal tersebut diperbaiki, yakni dengan jalan menuronkan prosentase pembakaran dari rancangan semula 8% menjadi 7% dan membuat konfigurasi teras kerja yang sesuai dengan hal tersebut.

Perhitungan dilakukan dengan membagi teanga neutron kedalam 5 kelompok sebagai hasil dari program RSYST \2\. Selanjutnya untuk program difusinya digunakan CITATION \3\. (gambar 1 dan 2).

II. T E 0 R I

Untuk menjelaskan permasalahan dan

penyelesai-annya, maka dibawah ini diuraikan teras kerja versi intcratom dan teras kerja altcrnatif.

Teras kcrja vcrs! Intcratom

Pada gambar 3 dan 4 disajikan gambar teras kerja RSG-GAS, pada awal siklus (BOC='Begin of Core') dan akhir siklus (EOC='End of Core ') \1\. Elemen bakar dan kontrol secata rerata dibakar 8%. Apabila tingkt pembakaran telah mencapai 56%, maka elemen bakar dan kontrol tersebut harus dikeluarkan dari teras reaktor, karena telah mencapai maksimum pembakaran yang diijinkan.

Pada awal teras kerja diperlukan 40 buah elemen bakar dan 8 buah clemen bakar kontrol yang masing-masing terbagi ke dalam 7 masing-masing kelas pembakaran , yakni 0, 8,16,24,32,40, dan 48%. Masing-masing kelas pembakaran terdiri dari 6 buah elemen bakar dan sebuah clemen bakar kontrol, kecuali untuk kelas pembakaran 48% yang terdiri dari 4 buah clemen bakar dan 2 buah elcmen bakar kontrol (Tabcll).

(2)

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN Serra Fasjfjtas Nuklir

Kelas pcm bakaran, o/c

A wal sikltlSAwal SikIusatatanAkhir siklus 0 1 23 4 56 4 ED+2 EDKeluar 48

4 ED+4 ED_{6 EB}2 EDK+₊2 EBK_{1 EBK} 40

6 ED+6 ED6 ED1 EDK++I EDK1 EDK 32

6 ED+6 ED6 ED1 EDK++J1 EDKEDK 24

6 ED+6 ED6 EDI EDK++I EDKI EDK 16

6 ED+6 ED6 ED1 EDK++I EDK1 EDK 8

6 ED+I EDK6 Ell6 ED++I EDKI EDK 0

6 ED+Masuk,1 EDK 6 ED+I EDK baru

Jumlah

40 ED40 ED40 ED+8 EDK++8 EDK8 EDK ED

: Elemen Bakar EBK : Elemen Bakar Kontrol

Tabcl I. Jumlah elemen bakar dan clemen bakar kontrol pada teras kcrja versi Interatom

lumlah elemen bakaryang diperlukan pada tingkat pembakaran 48% sebanyak 4 buah (lihat tabell kolom 3). Padahal, dari hasil pembakaran sebelumnya (Iihat kolom 2 tabel 1) dipunyai 6 buah erlcmen bakar 48% yang tidak dimanfaatkan oleh teras kerja.

Pada tingkat pembakaran 48% dipcrlukan 2 buah elemen bakar kontrol (lihat kolom 3 tabcl 1). Namun hasil pembakaran scbelumnya tersedia sebuah elemen bakar kontrol (Iihat kolom 2 tabel 1). Berarti kurang sebuah elemen bakar kontrol 48% untuk memenuhi teras kerja tersebut.

lelas, kondisi tersebut diatas tidak mcndukung tercapainya teras kerja scperti apa yang tertera pada gambar 1 dan 2.

Teras kerja alternatif

Pada tcras kcrja ini tctap digunakan clcmen bakar U)OSAI yang persis sama baik ditinjau dari bentuk, ukuran, pengkayaan maupun kerapatan Uraniumnya. Dengan rerata pembayaran maksimal tetap diperhitungkan 56% \1\.

Tingkat-tingkat pcmbakaran yang digunakan pada teras kerja altematifini adalah sebesar7%, yakni sejak dari 0, 7, 14,21,28,35,42 dan 49%. Berarti terdapat 8 klas pem bakaran.

Kelas pcm bakaran,o/c

Awal siklus~atatanAwal SiklusAkhir sikltlS

oI 1 32 4 56 5 EDKeluar+I EDK 49

5 ED+5 EB5 EBJEDK++1 EBKJEBK

42

5 EB+ ]5 ED5 EDEDK++1 EDKJ EDK

35

5 EB+5 ED5 EB1 EBK++I EDKI EDK 28

5 ED+5 EB5 EB1 EDK++I EBK1 EBK 21

5 ED+5 ED5 EDI EBK++I EBK1 EDK ]4

5 EB+5 ED5 EDJEDK++JJEDKEBK

7

5 EB+1 EBK 5 EB+1 EDK 0

5 EB+Masuk,1 EBK 5 ED+1 EDK baru

Jumlah

40 ED40 ED40 ED+8 EDK++8 EDK8 EDK EB

: Elemen Bakar EBK : Elemen Bakar Kontrol

Tabel 2. Jumlah clemen bakar dan clemen babr kontrol pada teras kerja aItematif.

Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - SATAN

lumlah elemen bakarpada setiap kelas pembakaran adalah masing-masing adalah 5 buyah, sementara itu jumlah elemen bakar kontrolnya masing-masing sebuah. Dcngan demikian sccara kcscluruhan terdapat 40 buah elemen bakar dan 8 buah elemen bakar kontrol. Pada tabel 2 disajikan secara rinci jumlah elemen bakar dan kontrol dari sejak awal siklus (kolom 1) hingga ke akhir siklus (kolom 2) dan kemudian mulai lagi ke awal siklus (kolom 3).

Keteraturanjumlahelemen bakaryang masukdan keluar, demikianjuga halnya dengan elemen bakar kontrol yang diperlukan sesuai denganjumlah yang tersedia dari hasil akhir siklus adalah merupakan syarat utama dalam mendisain teras kerja ini.

III. TAT A KERJA Metoda Perhltun!!an

Perhitungan ini dilakukan dalam 2 tahapan yang berbeda. Tahp pertama adalah pembuatan data pustaka tampanglintang mikroskopis yang didasarkan atas ENDF/ B-IY dan' kemudian pembuatan tampanglintang m ikroskopis dari berbagai nuklida yanag akan digunakan dalam perhitungan, termasuk diantaranya perhitungan sel dan kondensasi ke dalam kelompok energi sedikit. Disini diambil 5 kelompok energi, yakni:

820,85 keY < EI < 14,918 MeY 5,531 keY <E2~ 820,85 keY

1,8554 eY < E) ~ 5,5410 keY 0,625 eY<E4~ 1,8554 eY I,OE-5 eY<E5~ 0,625 eY

Perhitungan diatas dilakukan dengan sistem pro-gram RSYST, yang memanfaatkan program-program a.!. SPEKTRUM, GAMII, WQS, SN-lD, ORIGEN dlsb. untuk mempersiapkan masukan bagi program difusi

cn

ATION \3\. Pada sistem program RSYST digunakan lcbih kurang 120 buah program modul. Pada \4\ secara rinci hal tersebutdijelaskan dan secara diagram disaj ikan pada gambar 1 clan 2.

Akurasi hasil perhitungan telahdilakukan dengan menguji RSYST dan CITATION untukmenyelesaikan soal Bench-mark \4\.

Perhitungan dilakukan untuk masing-masing versi teras kerja dalam 4 macam perhitungan, yakni : - perrhitungan pada awal siklus dan bebas pengaruh

Xenon,

- perhitungan pada awal siklus dengan Xenon dalam keadaan setimbang,

- perhitungan pada awal siklus, shutdown. - perhitungan pada akhir siklus.

Sementara itu membuat konfigurasi teras versi altematif yang perludiperhatikan adalah tingkatpembakaran rerata sekitar 7%, reaktivitas lebih untuk keperluan iradiasi maupun eksperimen, tempat-tempat iradiasi didalam maupun di luar faktor teras aktif dan juga faktor puncak daya (=PPF='power peaking factor')

(3)

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTN Sa/a Fasi/itas Nuklir

Pcralatan yang dlgunakan.

Dua macam komputer telah digunakan, yakni IBM-3081 yang berada di Forschungszetrum Juelich GmbH Jerman dan VAX-8550 yang berada di PPT A Serpong, Indonesia.

Sistem program RSYST yang antara lain mempersiapkan daya makroskopis serapan, fisi, difusi, hamburan antara kolompok, dijalankan pada komputer IBM-308!. Sementara itu, untuk tujuan makalah ini, program difusi CITATION dimanfaatkan untuk perhitungan seluruh teras dengan menggunakan komputer VAX-8550.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Konfigurasi teras pada awal sikIus dan khir siklus untuk teras kerja versi Interatom disajikan pada gambar 3 dan 4. Sementara itu untuk versi Interatom terlihat, bahwa untuk setiap akhir siklus terdapat 2 buah elemen bakar pada tingkat pembakaran 48% yang tidak dimanfaatkan, dan kekurangan 1 buah elemen bakar kontrol pada tingkat pembakaran yang sarna. Hal ini menyuIitkan dan tidak memungkikan untuk mencapai konfigurasi awal siklus seperti yangtelah didesain semula. Sementara itu teras kerja alternatifmemberi kemungkinan seluruh keperluan elemen bakardan elemen bakar kontrol awal siklus diberikan oleh hasil akhirsiklus sebelumnya. Faktor puncak daya kedua teras tersebut dibanding satu sarna lain dan disajikan pada gambar 7 dan 8.

Teras kerja versi alternatif tidak merubah jumlah Irradiaton Position didalam teras (IP), demikian pula halnya dengan Central of Irradiation Position (CIP). Dengan demikian untuk tujuan serbaguna dari reaktor tersebut tidak mengalami perubahan sam a sekali.

Faktorpuncakdaya kedua teras secarajelas disajikan pada gambar 7 dan 8. Maksimum faktor puncak daya pada teras kerja versi Interatom sarna dengan yang ada pada versi BAT AN, yakni 1,23. Faktor puncak daya

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

minimum sebesar 0,68 pada versi Interatom dan 0,69 pada versi aItematif. Artinya bahwa faktor puncak daya versi BAT AN untuk elemen bakar dan juga elemen kontrol bakar berada pada jangkau faktor daya versi Interatom. Dengan demikian hal ini tidak perlu ditinjau lebihjauh lagiguna keperluan tinjauan aspekkeselamatan elemen bakar.

V. KESIMPULAN :

Teras kerja altematif memberikan kemungkinan yang lebih baik, ini ditinjau dari kontinuitas pemanfaatan elemen bakardan elemen bakar kontrol dari akhir keawal siklus, tanpa adanya elemen bakar yang tidak dimanfaatkan pada sikIus berikutnya ataupun ke~ngan elemen bakar kontrol seperti pada teras keIja versi Interatom. Untuksatu tahun dengan 4 kali operasi, maka teras jerja aItematif dapat menghemat 8 elemen bakar dan 4 buah elemen bakar kontrol, masing-mqasing pada tingkat pembakaran 48%.

Dari segi pemanfaatan fIuks neutron pada tempat-tempat iradiasi dapat dikatakan tidak mengalami perubahan yang berarti. Dengan demikian pemanfaatan RSG-GAS dapat dilaksanakan seperti tujuan semula. Demukian pula halnya dengan faktor puncak daya antara kedua versi dapat dikatakan perlu adanya tinjauan khusus dipandang dari dari sisi keselamatan dan kekuatan elemen bakar dan elemen bakar kontrol.

Ditinjau dari segi keselamatan, teras keIja aItematif memberikan batas pemadaman reaktoryang lebih rendah 0,2%. Lama siklus teras kerja yang lebih pendek 3 hari, artinya memberikan kemungkinan perawatan yang lebih cepat 3 hari dari jadwal semula, sangat bermanfaat dari segi perawatan.

Secara keseluruhan, teras kerja altematif memberikan jalan keluar terhadap kesulitan yang dihadapi oleh teras

kerja yang ada sekarang ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Safety Analysis Report, version 7

Multipurpose Research rector, BATAN, GA Siwabessy, Sept.1987 2. R.Ruehle

RSYST, Ein integriertes Modulsystem mit Datenbasis zur automatisierten Berechnung yon Kemreaktorcn. IKE Bericht 4-12, Juli 1973, Universitaet Stuttgart.

3. T.B. Fowler, D.R. Vondy, G.W. Cunningham Nuclear Reactor Core Analysis: CITATION ORNL-TM-2496

4. As Natio Lasman

Neutonenphysikalische Untersuchungen zu dem indonesischen Forschungsrcaktor MPR-30 im Hinblick auf den Einsatz yon Silicid-Brennelementen.

Juel-2604, Maret 1992, Forschungszentrum JueIich GmbH, Jem1an. 5. R.Schulten

Reaktortechnik

(4)

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir

(~j

C;:J

r---

;~_~~~

.c:~_~

-J

__

1_

~Lfi~ ~L_ . 11(;\1H [1] ,'O! VY ;;-;J){ 113 lIY

---Serpong. 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - SATAN

:~~="':/

]

(rl::;f<ODX

/':::=-/~~~"-"

5Jl

] I

',< j51 ~-J(-'111UI'1

[---!

n' GUi\-,.j--jI--un-j

F---~I

r---

---

---EFf:

SPfCmUH

OF

I(ESGt·k'.::t:

CAL.C.

,ILX~'-"JE:

COI:

1J

II

:If'

r

J7l~1V ~~,)ES

1. ._1

Fl.lJX.O.A<f1UnS r-t_LJX.

cunncurs

( 17.3 CnCU[.)S) I

rl

/,1 (~)9 (';f((Xl!rS

I

---

\---____

JI(~~~~!X

..

53] __

. _

/·\OlX...

C-smlDti

FOG

C-Ci,HA::>:::: ·":·:Ol·j

II·lIO

S3 CJf'\().;PS (JOll n:1\I,V\1 .. )

[lj;:'-;;;;)}~';;:'IJ

I

i~

[~~1;;'--

.

~;()~;;;IJ

1--\'In

s]

;-~;~(;~J~II

E511\'1("';'

L_I

C;-;;J

~J~

I-\II<no- xs

'1/ ILA\.If)(S

(5)

Prosiding Seminar Teknoiogi dan Kese/amatan PLTN Serta Fas{/{/as Nuk/ir

Cfli\Tml

J

XY-COnE- CALCUlAl KJtl

Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR -BArAN

Gambar 2. Diagram alir perhitungan-perhitungan sel kondensasi, difusi dan pembakaran

(6)

N

Elemen-bakar

1>1

D

El.bakar

kontrol

~

EI. Berillium

N

_~

N

_Sistem

_rabbit

0 cepat

~

Sistem

rabbit

B

Posisi

irradiasi

pusat

GJ

Posisi

irradiasi

I I I I I i

(7)

6;

[]

..

Elemen-bakc..r

D

El.bakar

kontrol

~

EI.

Berillium

[®J

Sistem

r ab bit

.... M

cepat

M

~

S

i

stem

rabbit

B

Posisi

irradiasi

pusat

GJ

Posisi

irradiasi

(8)

LJ

Elemen-bakar

...

f:J

El.bakar

kontrol

~

EI.

Berillium

~

Sistem

r ab bit

~

[ffi]

cepat

Sistem

rabbit

B

Posisi

irradia{;i

pus at

I

G1

Posisi

irradiasi

_Ii

•

(9)

D

Elemen-bakar

. I .. I

/1".=

I I

El.bakar

kontrol

I=-...ci

~

EI. 8erillium

r")

[®J

N

Sistem

rabbit

N

cepat

[®J

Sistem

rabbit

B

Posisi

irradiasi

p.usa t

GJ

Posisi

irradiasi

Gambar 7.

_{PPF, TWC-Interatom}

(10)

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamaran PLTN Serra Fasililas Nllklir