ADANY A DENGAN. ANALISIS KESELAMA T AN TERAS PEMASUKAN TARGET lradiasi ABSTRAK ABSTRACT

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I 37

ANALISIS

KESELAMA T AN TERAS

PEMASUKAN TARGET lRADIASI

DENGAN

ADANY A

Amil Mardha, Lily Suparlina, Endiah PH, Tukiran S.

Penelili Bidang Fisika Reaktor PRSG- Balan.

ABSTRAK

ANALISIS KESELAMATAN TERAS DENGAN ADANYA PEMASUKAN TARGET lRADIASI. Tujuan

dilakukannya analisis ini adalah untuk menjamin keselamatan teras reaktor akibat pemasukan target

iradiasi saat reaktor beroperasi sehingga iradiasi dapat dilakukan dengan aman. Pemasukan target iradiasi

kE dalam teras pada kondisi reaktor beroperasi 5 MW (reduced power) diperkirakan akan menyebQbkan

perubahan reaktivitas teras secara tiba-tiba. Untuk mengendalikannya diperlukan pergerakan batang

kendali yang ceFalo Dalam perhitungan. pemasukan target iradiasi diasumsikan dengan istilah step reactivity insertion. penyisipan reaktivitas secara bertahap. Harga penyisipan reaktivitas yang dipilih

adalah 0,1 % L1k/k dan 0.25 % LIkIk. Perhitungan dilakukan dengan mempergunakan program

EUREKA-2RR. Program ini digunakan untuk memperoleh nilai batas keselamatan pengoperasian reaktor dan

menganalisis kecelakaan teras karena penyisipan reaktivitas dan transien laju alir pendingin. Hasil perhitungan menunjukan bahwa nilai batas keselamatan terhadap ketidakrtabilan (S) masing-masing

sebesar 6.1 (0,1 % L1k/k). 21 (0.25 % L1kIk) sedangkan nilai minimum DNBR masing-masing adalah

sebesar 5.0 (0.1 % L1k/k), 2.0 (0.25 % LIk/k). Harga ini masih jauh dari harga disain batas keselamatan

RSG-GAS yaitu S = 2.67 dan DNBR = 1.25. Saat penyisipan reaktivitas. daya reaktor naik. batang kendali

bergerak turun selama 84 detik (0.1 % L1kIk) dan 220 detik (0,25 % L1k1k) untuk mencapai daya stcibil5

MW. Berarti batang kendali tersebut mempunyai kecepatan sebesar 0.001190 % perdetik dan 0,001136 %

perdetik. sedangkan menurut SAR, kecepatan linear reaktivitas batang kendali pengatur RSG-GAS yaitu

0,001300 % perdetik. Hal ini menunjukan bahwa batang kendali masih dapat bergerak cepat mengontrol

transien reaktivitas yang terjadi di teras reaktor.

ABSTRACT

SAFETY ANALYSIS REACTOR CORE DUE TO IRRADIATION TARGET INSERTION The aim of safety analysis is to make sure that reactor operation safety of the RSG-GAS core is :safe due to insertion of irradiation target at the certain power. Insertion of irradiation target in the core at power of 5 MW (reduced power) is concerned that there is core reactivity change suddenly. Therefore it is needed control rod movement faster for controlling. This simulation, insertion of irradiation target is assumed with step reactivity inSertion. The reactivity insertion that choose 0, I % L1kIk and 0,25 % L1kIk The simulation using EUREKA-2RR code is done for achieving reactor operation safety margin and able to analyze the core accident due to insertion of irradiation target and also transient of coolant flow rate. The result of simulation shows that safety margin values toward stability for 0,1 % LJklk and 0,25 % L1kIk are 6;1 and 21, respectively, and minimum values of DNBRfor 0,1 % LIkIk and 0,25 % L1kIk are 5,0 and 2,0 respectively. These values are far from design safety margin of the RSG-GAS, namely S=2.67 andDNBR=I.25. As reactivity insertion, the reactor power increase, control rod is going downforO,1 % LJklk and 0,25 % LJk/k at power level of 5 MW is 84 second and 220 second respectively. This means the control rod rates are 0.001190 % persecond and 0.001 136 % persecond, meanwhile according SAR, the linear of regulating rod rates about 0.001300 % persecond These results show that the control rod is able to move faster to control reactivity transient to be stable in the core.

yang ditempatkan pacta posisi fasilitas iradiasi. Pacta waktu pemasukan dan pengeluaran suatti target iradiasi pacta teras RSG-GAS, kemungkinan S\latti kecelakaan dapat terjadi yaitti seperti terlepasnya target iradiasi di teras. Peristiv.:a tersebut menyebab-kan perubahan reaktivitas teras secara tiba-tiba, sehingga kondisi transien reaktor dapat terjadi. Selama keadaan ini beberapa aspek yang dapat

PENDAHULUAN

S

alah satu penggunaan Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) adalah untuk mem-produksi radioisotop. Untuk pelaksanaan produksi tersebut, diperlukan target iradiasi, yaitu FPM

(Fission Product Molybdenum). Target FPM di-letakan di dalam teras dengan menggunakan stringer

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999

138 Buku I

Berdasarkan model perhitungan daD input data yang disusun, paket EUREKA-2RR dapat menganalisis teras pada kondisi tunak daD transien karena kecelakaan reaktivitas, adanya blokade sub kanal elemen bakar maupun transien oleh penurunan laju alir pendinginan.

Program ini, dalam proses perhitungan

untuk mengevalusi transien yang disebabkan oleh sisipan reaktivitas, hanya diwakilkan oleh beberapa daerah teras reaktor sebagai analisis modelnya. Dimana tiap daerah akan berbeda daya, kecepatan aliran masa pendingin daD parameter hidrolika. EUREKA-2RR dapat digunakan untuk geolrietri bahan bakar tipe plat yang model konduksi panasnya didasarkaIi pada persamaan konduksi panas gayut waktu, I-D.

timbul berkaitan dengan keselamatan seperti terbangkitnya sejumlah pan~ pada target iradiasi baik yang berasal daTi panas fisi maupun pem-belahan. Begitu pula pada elemen bakar akan terjadi akumulasi energi panas yang mungkin tidak sebanding dengan pembuangannya, sehingga dapat membahayakan integritas elemen bakar maupun target. Oleh karena itu untuk mendapatkan jaminan

terhadap keselamatan teras reaktor, perlu dilakukan analisis keselamatan selama reaktor transien.

Dengan majunya alat hitung daD tersedianya berbagai paket program komputer, maka untuk menganalisis keselamatan reaktor biasanya dilaku-kan simulasi dengan teknik komputasi. Pada pene-.litian ini, paket program EUREKA-2RR digunakan untuk menganalisis keselamatan teras karena pemasukan target iradiasi ke teras pada kondisi transient. Pemasukan target iradiasi dilakukan pada kondisi reaktor beroperasi pada daya turun 5 MW (reduced power) daTi 25 MW. Batasan nilai reaktivitas saat pemasukan/penarikan target pada kondisi reaktor beroperasi (transien) yaitu lebih kecil daTi 0,3 % Ak/k(I,4). Harga batas tersebut diambil agar reaktor dapat tetap beroperasi dengan aman selama iradiasi. Untuk itu dalam perhitungan nilai reaktivitas yang dipilih adalah 0,1 % Ak/k daD 0,25 % Ak/k.

Perhitungan menggunakan data pada teras silisida, konfigurasi teras penuh (TWC) dengan daya 25 MW termal. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai-nilai parameter yang digunakan sebagai batasan keselamatan reaktor adalah nilai barns minimum titik didih DNBR daD harga batas keselamatan terhadap ketidakstabilan (8). Penelitian ini selain bertujuan untuk menganalisis nilai batas keselamatan reaktor juga memperoleh berapa besar kenaikan daya maksimal yang terjadi daD berapa lama batang kendali dapat mengkompensasi perubahan reaktivitas.

v

pendingin litama

rCllUIII~111 U\"1114

Gambar 1. Diskripsi bagian model teras.

MODEL ANALISIS TERAS RSG-GAS

DISKRIPSI SINGKAT EUREKA-2RR

Dalam pemodelan perhitungan, diskripsi model teras seperti pada Gambar I, dipergunakan untuk menentukan titik kanaVnomor-nomor segmen aksial seperti yang disajikan pada Gambar 2. Model perhitungan ditujukan untuk lingkup teras reaktor saja. Pada bagian atas daD bawah teras ditandai sebagai Plenum atas daD bawah. Daerah teras dibagi menjadi lima kanal (channel), yaitu kanal-l (satu sub-kanal plat yang diukur suhunya), kanal-2, kanal-3 daD kanal-4 merupakan bagian elemen bakar sedangkan kanal-S adalah kumpulan elemen kendali. Setiap kelompok kanal didistribusikan oleh 10 segmen aksial daD terdiri atas node, heat slab daD

Eureka-2RR adalah suatu paket program yang dikembangkan di JAERI Jepang, digunakan untuk menganalisis transien kecelakaan karena penyisipan reaktivitas (step insertion reactivity) maupun transien laju alir pendinginan air ringan teras bertekanan rendah. Dalam perhitungan dilakukan pemodelan reaktor yang terbagi menjadi 3 (Gambar-1) yaitu:

1. Daerah teras (core) ; elemen iradiasi, posisi iradiasi (CIP,IP dll) tidak dianalisis.

2. Plenum atas (bagian atas) 3. Plenum bawah (bagian bawah)

ISSN 0216 -3128

Proseding Pertemuan dan Presentasi Itmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999 Buku I 139

junction. Heat slab adalah material sumber panas dalam panjang aktif elemen bakar (600 mm). Pelak-sanaan perhitungan dengan Eureka-2RR dilakukan setelah dimasukan data input netroniklkinetik seperti nilai faktor puncak radial (F J, waktu generasi netron, delay netron clan faktor puncak axial (FJ.(2)

SI

I (S6) Mode ::!ing;n Icon,'wi a1am-I ; Kana) No.1 VUJ ~.~~ ""';~.."... Klnal No] .u..,~. Kanal No.S

I Kanll No2 KanalNo4

..

.!-'omornode 20 '9 Nomor junclion )1 31

(56) Mode pcndingin konveksi paksa

s,

Gambar 2. Analisis model perhitungan teras.

HASI.L DAN PEMBAHASAN

Keadaan reaktor akan menjadi transien dengan memasukan sam pel iradiasi atau target iradiasi ke teras. Perubahan yang terjadi pada reaktor karena penyisipan reaktivitas sebesar 0,1 % Ak/k dan 0,25 % ~k/k yaitu dapat meningkatkan daya reaktor sebesar 2,3 MW dan 18 MW dari kondisi reaktor beroperasi daya 5 MW (reduced power). 8ehingga daya maksimum yang tercapai yaitu 7,3 MW dan 23 MW, seperti ditunjukan pada Gambar 3 dan Gambar 7. Pada gambar tersebut ditunjukan pula pergerakan batang kendali untuk mengkompensasikan laju perubahan reaktivitas yang terjadi. Untuk meng-antisipasi peloncatan daya secara tiba':tiba, maka kemampuan batang kendali sangat berperan untuk mengkompensasinya. Dari Gambar 3 dan 7 dapat dilihat waktu yang diperlukan. batang kendali untuk menyetabilkan daya ke posisi 5 MW yaitu selama 84 detik untuk penyisipan reaktivitas 0,1 % Ak/k sedangkan untuk 0,25 % Ak/k diperlukan waktu selama 220 detik. Jadi kecepatan batang kendali ~dalah 0,001136 % perdetik dan 0,001190 % perdetik. Harga ini masih berada dibawah kecepatan linear reaktivitas batang kendali pengatur yaitu 0,001300 % perdetik(3,4), artinya hila terjadi transien reaktivitas dengan masuknya target sebesar 0,25 %

Ak/k, kecepatan gerak batang kendali dapat

mengantisipasinya.

Parameter pembatas keselamatan yang

diamati di dalam analisis ini adalah nilai batas terhadap ketidakstabilan (8) dan nilai minimum DNBR. Nilai batas terhadap ketidakstabilan (8) yang diperoleh 22 dan 6,1, ini masih di bawah 8 yang diijinkan untuk operasi pada daya lebih TWC yang ditunjukan di dalam 8AR-RSG yaitu tidak boleh lebih kecil dari 2,67(4). Untuk nilai batas minimum DNBR yaitu 5,0 (0,1 % Ak/k) dan' 2,0 (0,25 % Ak/k). Harga ini masih jauh dari harga disain batas keselama"tan RSG-GA8 yaitu 1,25.(4)

Dengan kenaikan daya yang terjadi

menyebabkan terdapatnya clemen bakar terpanas yang berada di teras (kanal panas, hot channel). Dengan kanal panas yang diperoleh sebesar 52DC dan 67 DC dan fluks panas yang dibangkitkan

5 2 5 2

sebesar 3,8 x 10 kcal/h.m dan 15 x 10 kcal/h.m, menyebakan suhu kelongsong clemen bakar sebesar

77 DC dan 130 DC.

Hasil perhitungan pemasukan reaktivitas dengan adanya target iradiasi (penyisipan reak-tivitas) dengan program EUREKA-2RR disajikan pada Tabel 1, sedangkan basil selengkapnya disaji-kan pada Gambar 3 sampai Gambar 10.

Batasan nilai reaktivitas saat pemasukan/ penarikan target pada kondisi reaktor beroperasi (transien) yaitu lebih kecil dari 0,3 % L\k/k(1.4). Untuk itu dalam perhitungan nilai reaktivitas sisipan yang dipilih adalah 0,1 % L\k/k clan 0,25 % L\k/k. Harga batas tersebut diambil agar reaktor dapat tetap beroperasi dengan aman selama iradiasi.

Tabell. Hasil perhitungan EUREKA-2RR penyisipan reaktivitas.

Fluks Panas

2

(kcal/h.m )

MinS Suhu Maks

Ke-longsong E.B ~C) Min DNBR Daya Maks (MW) Reaktivitas (% Ak/k) 3,8 x 10' 15:x: 105 22 6,1 77 130 5,0 2,0 7,3 23 01, 0,25

Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah PPNY-BAT.AN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999

140 Buku I

g

"'" 0;. ~ j

f

..

.0 ~ ~

1

-i ~

Gambar 3. Kurva daya transien dan batang kendali karena penyisipan reaktivitas 0,1 % AKlK

30 100 25 80 20 (] 60 ~ ~ e

..

_Co ~ 40

15 ~

~

s

10 20 5 0 J , ! 0 0 2b 40 60 eo 100 'IZq 140 W8kt\A (dd}

Gambar 4. Kurva suhu elemen bakar karena penyisipan reaktivitas 0,1 % L1K/K.

ISSN 0216 -3128 Amil Mardha, dkk. .e

~

~

z

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14- 15 Ju/i 1999 Buku I

1.0

"".. I ..."... I

.-"1-D.SO I f',skIivit4. silipa.l1 I

Laju perubahan daya

0.5

==c

C.1S

~

~

~ ~

I

] :l:

~

B

:E

-§

~

0.0

0.00 -0.5 -0.25

ReakUyitu.sipan alch bat~ ketx\ali

~O.50"-"-'" "" ,., !..,.1.."-1.0

0 20 40 '0 80 100 120 140

Waktu (dctik)

Gambar 5. Kurva perubahan reaktivitas selama penyisipan reaktivitas 0,1 % L1K/K.

1: ~

D

Gambar 8. Kurva suhu elemen bakar karena penyisipan reaktivitas 0,25 % AKlK.

ISSN 0216 -3128

ProsedingPertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I 143

1.0

_8.0 G.O 0.6

4.0

m >-l.G .g

j

11.0 .!

[

-2.0 :§

'i

4.0

E

on s ',s.-.~

~

_..

~

----0.6 -G.O -].0

::~~~~::~!:::.::::

~ ba1aft8

k:eMall

...,-.,..-"..-,... ,...1 /.'...'.'.8,0 0 50 100 150 100 150 300 350' 406 Waktu (decik)

Gambar 9. Kurva perubahan reaktivitas selamapenyisipan reaktivitas 0,25 % L1KIK.

...

.

-~

gs

~

Gambar 10. Kurva transien DNBR, S, Flub Panas selama penyisipan reaktivitas 0,25% AKlK.

Amil Mardha, dkk.

ISSN 0216 -3128

0.2

Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999

144 Buku I

KESIMPULAN

TANYAJAWAB

Dari basil clan pembabasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa :

I. Untuk keselamatan reaktor daTi jatuhnya target iradiasi pada saat dilakukan pemasukan daD pengeluaran maka daya reaktor harus diturunkan hingga mencapai 5 MW.

Y. Sardjono

-Oari SSAR RSG-GAS, berapa margin reaktivitas (%) pada saat terjadi kecelakaan reaktivitas (pemasukan reaktivitas tiba-tiba) (A TWS). ~ Kelanjutan point diatas, bahwa kasus perhitungan

saudara kira-kira seberapa jauh (%) dari hasil .point di atas.

2. Dari basil perhitungan menunjukan bahwa bila target iradiasi sebesar 0, I % ilk/k dan 0,25% Llk/k jatuh ke dalam teras, batang kendali dapat mengimbangi/mengantisipasi dengan kemampu-an kecepatkemampu-an perubahkemampu-an posisi batkemampu-ang kendali sebesar 0,001136 % perdetik dan 0,001190 % perdetik, nilai ini masih berada di bawah

ke-cepatan linear reaktivitas batan~ kendali peng-atur yaitu 0,001300 % perdetik.(3

DAFT AR PUST AKA

.SRI KUNCORO, AS NA TIO L, KUN SO, GA TOT P, "Optinlasi Pemuatan Target Isotop Ir-192 daD FPM Diteras RSG-GAS Dari Segi Netronik", Prosiding Seminar Teknologi daD Keselamatan PL TN Serta Fasilitas Nuklir, Serpong, 9-10 Februari 1993, PRSG-PPTKR, BAT AN.

Endiah PH

-Margin/batasan nilai reaktivitas saat pemasuk-an/penarikan target pada kondisi reaktor beroperasi transien adalah 0,3 % Llk/k. Margin ini telah mencakup kondisi pemasukan reaktivitas secara tiba-tiba.

-Kami mengambil2 (dua) kasus yaitu:

.Kasus dengan pemasukan satu target iradiasi FPM (Fission Product Molybdenum) dengan reaktivitas target sebesar 0,1 % Aklk.

.Kasus dengan asumsi seluruh target iradiasi terjatuh sebesar 0,25 % L1k/k, tetaPi masih di bawah batas maksimum pemasukan target. .

2. M. KAMINAGA, "EUREKA-2RR : A Computer Code for the Reactivity Accident Analyses in Research Reactor, Jaeri Memo 08-208.

A.R. Antariksawan .

-Dari hasil perhitungan saudara, apakah dapat diprediksi apabila reaktor dioperasikan pada daya>5MW?

-Apakah kenaikan daya, temperatur dan para-.meter lain sebanding dengan besarnya daya ? 3. AS NA TIO L, KURNIA P, " Optimasi Pemuatan

99

Target Isotop Mo , FPM RSG-GAS", Hasil-Hasil Penelitian 1994-1995, ISSN 0854-5278, PRSG-BATAN, Oktober 1995.

4. Batan, Safety Analisis Report MPR-30, Rev 7 Multipurpose Research Reactor, September

1987M.

Endiah PH

-Pada pemasukan target iradiasi !anpa men "shut down" reaktor, dapat aman dilakukan pada daya 5 MW (hasil perhitungan neutronik). Kami telah mensimulasi dengan daya yang lebih tinggi dan hasilnya kenaikan daya serta parameter lainnya sebanding dengan besarnya daya.

-Puncak daya dan batas keselamdtan akibat jatuhnya target bergantung pada daya awal dan

besarnya reaktivitas yang dimasukan.