REAKTIVITAS XENON UNTUK PENGOPERASIAN REAKTOR PADA TERAS V RSG GAS

(1)

Proceedings Seminar Reakwr Nllkli,. dalam Penelitia.n SainE; don Tekrwlogi Menlljll Era Tinggal I.andas

Bandllng, 8 -10 Okwber 1991 PPTN - BATAN

PENENTUAN REAKTIVITAS XENON UNTUK PENGOPERASIAN

REAKTOR PADA TERAS V RSG GAS

Lily Suparlina, Tukiran, Sudarmono

Pusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional ABSTRAK

PENENTUAN REAKTIVITASXENON UNTUK PENGOPERASIAN REAKTOR PADA TERAS V RSG GAS. Untuk menunjang kelancaran pengoperasian reaktor, diperlukan bebe-rapa parameter operasi. Salah satu parameter yang diperlukan adalah besaran nilai reaktivi-tas xenon sebagai fungsi daya dan waktu. Untuk itu telah dilakukan pengukuran reaktivireaktivi-tas xenon pada teras V yang menggunakan metode kompensasi BANK. Dari hasil pengukuran didapat nilai-nilai reaktivitas xenon sebagai fungsi waktu dan fungsi ketinggian batang kendali. Reaktivitas xenon setimbang dan puncak untuk daya 18 MWadalah 3,97$dan 14,13 $ sedangkan untuk daya 15 MW adalah 4,20 $ dan 12,01 $. Dengan memprediksi hasil perhitungan Xensam terhadap hasil pengukuran, maka dapat pula ditentukan nilai-nilai reaktivitas xenon untuk daya-daya lain. Penentuan ketinggian batang kendali untuk operasi dalam kondisi tidak bebas xenon berlaku bila nilai reaktivitas xenon lebih kecil dari nilai reaktivitas lebih teras.

ABSTRACT

DETERMINATION OF XENON POISSONING REACTIVITY FOR POWER OPERA-TION AT THE FIFTH CORE OF RSG GAS. To support the continuity of reactor operation, one needs some operation parameters. One of the required parameters is xenon reactivity as a function of power and time. Regarding to the reason above the xenon reactivity measurement was carried out at the fifth core by using a bank compensation metode. From the measurement, one had the xenon reactivity values as a function of time and the height of the control rods. The xenon equillibrium and peak reactivity values for power level 18 MW are 3,97 $ and 14,13 $ meanwhile for power level 15 MWare 4,20$and 12,01 $. Having verified the Xensam code to the measurement result, one is able to determine the xenon reactivity for other power levels. The determination of control rods height where the core is not free from xenon is satisfied if the xenon reactivity values are less than the excess reactivity of the core.

PENDAHULUAN

Teras V merupakan salah satu teras tran-sisi pada reaktor GAS sebelum mencapai teras set.imbang. Teras ini mempunyai daya nominal 22 MW dengan 33 buah elemen bakar dan 8 buah elemen kendali.

Untuk menentukan parameter operasi yang penting antara lain waktu mati reaktor dan harga reaktivitas racun xenon sebagai fung-si kondifung-si reaktor telah dilakukan pengukuran reaktivitas racun xenon yang terbentuk pada operasi daya tertentu untuk mendapatkan nilai reaktivitas xenon pada setiap ketinggian batang kendali. Dengan memprediksi hasil perhitung-an program Xensam terhadap hasil pengukurperhitung-an maka dapat ditentukan nilai-nilai reaktivitas racun xenon untuk daya-daya lain.

TEORI

Xenon merupakan penyerap neutron yang sangat kuat, karena mempunyai tampang lin-tang serapan yang besar, sekitar 8 x 106 barn. Sebagian xenon merupakan hasil produk flsi langsung dari 235U, tetapi kebanyakan meru-pakan hasil peluruhan dari 135Teyang mengha-silkan 1351menjadi 135Xeyang mempunyai wak-tu paruh sekitar 9,2 jam.

Karena waktu paruh 135Sb menjadi 135Te dan 135Te menjadi 1351 yang sangat pendek, maka peluruhan tersebut dapat disederhana-kan sebagai berikut, yakni dengan mengasum-sikan bahwa semua 1351akan meluruh langsung menjadi 135Xe.

Dengan mendefinisikan bahwa kerapatan nomoI' massa dari kedua isotop tersebut adalah I(r,t) dan X(r,t) serta YI dan Yxdianggap sebagai fraksi flsi efektif dari kedua isotop tersebut,

(2)

Proceedings Seminar Reaktol' Nuldil' datam Penetitian Sains dan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 -10 Oktober 1991 PPTN - BATAN 1,7 det. 1,92 det. 6,58 Jam Konstanta peluruhan : I =O,1035/jam x=O,0753/jam p = O,0128/jam

I

=tampang lintang makroskopik produk fisi f

y =yield prod uk fisi

sehingga konsentrasi dari hasH fisi ini meng-ganggu operasi reaktor pada fluks konstan.

YI I 0 (YI +Yx) I

100= ( Xoo = f (3)

I

Ax +ocr o Skema I-a

It

(r,t 1

0~oD

•. t to t _~ _I(tl I., Skema l-b

sementara AIdan Ax adalah konstanta peluruh-an, maka dapat dituliskan persamaan sebagai berikut:

penyerapan xenon

ocr X (r,t) (2)

hasil peluruhan peluruhan flsi xenon iodine

fix

Xenon:

b

=y';: (r,t) - AxX (r,t) + 1...11(r,t)

-t f

Gambar 1. Sifat kualitatif dari konsentrasi 1351 dan 135Xe pada saat dingin, start up dan shut

down.

t

1(I',l)=I (I',t)+YI

f

dt' ~ (r,t') (I',t')exp ("'1(t-t'»

o f

(4)

Dengan menganggap bahwa sifat sebagai fungsi ruang dan waktu yang diketahui, maka dengan mengintegrasikan persamaan iodine didapat:

Kemudian dengan mensubstitusikan solu-si ini ke dalam persamaan xenon dan menginte-gralkannya untuk mendefinisikan konsentrasi 135Xesebagai fungsi ruang dan waktu.

(1)

hasil flsi peluruhan iodine

. YI

Iodme: - =yII (r,t) - All (r,t)

Yt f

YI

Karena- sarna dengan I(t) yang

berpenga-Yt Y

ruh pada YImaka -=-juga dipengaruhi YI ' seperti

Yt

(3)

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dnlam Penelitial£ Sains aMTeknalogi Menuju Era 1Inggal Lanclas

t

X(r,t) - (X(r,t) +Jde' [AII (r,t') +y" ~ (r,t')II> (r,t')]

o f

t'

expcjdt" Aa +aa" -II> (r,t) ]}

o

t

exp [ -

f

dt" [ Ax+

ow

ct> (1',t")]]

o

dimana bentuk dari X(,;t) adalah seperti pada

Gambar La

Xensam adalah kode komputer yang mampu menyelesaikan persamaan racun reaktor ter-sebut di atas dengan integrasi numerik. Terdiri dari dua bagian yang menghitung kerapatan l:15Xedan 149Sm sebagai hasil fisi penyerap

neutron untuk waktu operasi setelah

shut-down. Daya reaktor/£1uks neutron untuk fase sHbelum shutdown, tam pang lintang fisi bahan bakar, waktu operasi digunakan sebagai data masukan. Konversi kerapatan menjadi reakti-vitas dilakukan dengan menggunakan faktor rE!aktivitas yang telah ditentukan oleh peng-ukuran at au perhitungan difusi neutron.

x

X(r,t) bergantung pada ~ sehingga untull t=00

a (y/ +yx ) ~ ct>o

X

₀₀ = f Ax +oaX • ct>o /). p =

~w _

_{~a -} Nax_~a

ow

Na=X(,;t) maka /).p=

X

(r,t)_~a

ow

TATAKERJA

Pengukuran reaktivitas xenon teras V te-lah dilakukan pad a daya operasi 18 MWdan 15 MW yang dibagi dalam tiga fase pengukuran yaitu :

1.Pembangkitan xenon menuju xenon

setim-bang, reaktor beroperasi pada daya 18 MW selama 60jam dan 15 MWselama 51,67 jam. Selama operasi posisi batang kendali dicatat :3etiap 30 menit untuk 2 jam pertama dan selanjutnya setiap 1jam.

2.Pembangkitan xenon setelah reaktor padam menuju xenon puncak, reaktor beroperasi pada daya rendah. Setelah batang kendali mencapai posisi terbawah, reaktor segera

dioperasikan menuju daya terendah yang

Bandung, 8 -10Oktober 1991 PPTN - BATAN

dapat dicapai. Untuk mengejar kenaikan konsentrasi xenon posisi batang kendali di-catat setiap 5 menit hingga mencapai posisi batang kendali maksimum yang terukur. Bi-la puncak xenon dicapai maka pengukuran diteruskan dengan fase 3 dengan daya yang sarna dengan fase 2 sedangkan bila puncak xenon tidak tercapai dan posisi batang ken-dali sudah mencapai maksimum (600 mm) reaktor dipadamkan sampai dapat dikritis-kan kembali pada daya rendah turun satu dekade dari fase 2.

3.Peluruhan xenon setelah reaktor padam,

reaktor beroperasi pada daya rendah. Metode pengukuran yang dilakukan ada-lah metode kompensasi BANK dengan mengoto-matiskan batang kendali pengatur.

Peralatan yang digunakan adalah : Reaktivimeter dan rekorder servogor 320

HASILDAN PEMBAHASAN

Hasil pengamatan dapat dilihat pada Tabel 1, 2 serta Gambar 2 dan 3.

Tabell. Kondisi pengukuran xenon 18 MWdan 15 MW teras V :

Daya FasePosisi bank!Keterangan (MW) REG-ROD I 278/304kritis 346 / 346 setimbang 18 II400 / 222kritis 600 / 600 maks. terukur III 600 / 525 kritis setelah padam 266 / 266 akhir peng-ukuran I 268/274kritis 351 /351 setimbang II 470/481kritis 15 569/570 maks. terukur (puncak)

III 269/269 ukuran_{ngan fase II}569 / 569daya sarna de-akhir

peng-Dari hasil pengukuran akan didapat data waktu operasi, posisi ketinggian batang kendali selama pengukuran dan perubahan reaktivitas. Dengan menghitung balik harga-harga peru-bahan reaktivitas secara kumulatif maka dapat

(4)

Proceedings Seminar Reaktor Nu.klir da/om PetteliLionSuitt!>

dan 1'ekrwlogi Menu.ju Era Tinggal Land{f.~

Ban-dung, 8 -10 Oktober 19m PPTN - BATAN

Tabel 2. Hasil pengukuran dan perhitungan xenon 18 MW dan 15 MW teras V.

Daya(MW) 181515 18 Keterangan Tangga106s/d Xensam Tanggal 21 s/dXensam 12-02-91 26-02-91 Fase I Waktu (iam)60 60 5167 51,67 Reaktivitas ($) 3.97 4.63 420 452 Fase II

Waktu Gam)9,52 ekstra-9,5

9,5 9,5

polasi _Reaktivitas

($)

14,13 ekstra-14,75 12,01 (terukur)12,84

Ipolasi _{Fase III}

Waktu (iam)_{61.17 62.5} 7097 62,5 Reaktivitas ($) 017 0,42 005 0,35

.,.

GambaI' 2. Grafik xenon 18 MW hasil pengu-kuran, perhitungan Xensam dan posisi batang kendali fungsi waktu

'.00 _R._a~k~t_i v_l_ta_.~(_se_n_) P_._'I'_I_B_.K_.I'~ •••

•

M " 10 •• 10 aD ,. to to ~ t~ ~ t.a t40

Wetl.llv"em)

GambaI' 3. Grafik xenon 15 MW hasil pengu-kuran, perhitungan Xensam dan posisi batang kendali fungsi waktu

ditentukan nilai puncak xenon dan secara in-terpolasi antara dua titik maka dapat

diten-tukan nilai reaktivitas xenon untuk setiap

ketinggian batang kendali, sehingga nilai xenon setimbang- nya juga dapat ditentukan (lihat Tabell dan 2).

GambaI' 2 dan 3 menunjukkan grafik reak-tivitas xenon hasil pengukuran dan perhitung-an Xensam serta posisi batperhitung-ang kendali selama

pengukuran sebagai fungsi waktu,

masing-masing untuk daya 18 MW dan 15 MW Peng-ukuran reaktivitas xenon ini dilaksanakanseca-ra berturut-turut dan dari Tabell dan 2 terlihat bahwa posisi kristis pada awal pengukuran daya tinggi berbeda sesuai dengan tingkat daya. Pada daya 18 MWposisi kritis awal pengukul'an adalah 278/304 mm sedangkan untuk daya 15

MW posisi kritis awal pengukuran adalah

268/274 mm. Ini menandakan bahwa makin tinggi daya, makin tinggi posisi batang kendali. Sedangkan posisi batang kendali pada keadaan setimbang dan akhir pengukuran untuk daya 18 MW terlihat lebih rendah dibandingkan dengan daya 15 MW Ini disebabkan karena adanya pengaruh fraksi bakar. Dari GambaI' 2 dan 3 terlihat bahwa hasil pengukuran lebih kecil dari hasil perhitungan sehingga perlu dibuat bandingan antara hasil pengukuran dan per-hitungan, sehingga dengan memprediksi hasil perhitungan terhadap hasil pengukuran, maka akan dapat ditentukan nilai reaktivitas xenon untuk daya-daya lain sebagai fungsi waktu ser-ta sekaligus dapat menentukan posisi baser-tang kendali untuk mengoperasikan reaktor.

••••u,., •••'u.) ••••

-

•...•....,..

+

••-'11'H.g. _ •••• 1000 ro. I.' potltl IlJe ""mt

_n•

I•• ••• ••• ••• II. ••• ••I ••• II 123

(5)

Proceedings Seminar ReaRtor Nuklir do/am Penelitian Sains don Teknologi Menlljll Era Tingga/ Landas

KESIMPULAN

1. Dengan melakukan pengukuran xenon terle-bih dahulu untuk suatu teras tertentu serta membandingkan dengan hasil perhitungan dan memprediksi hasil perhitungan terha-dap hasil pengukuran maka akan terha-dapat

di-tentukan reaktivitas xenon teras tersebut

pada daya yang lain dan dengan dapat diten-tukannya posisi batang kendali maka akan

memperlancar pengoperasian reaktor bila

reaktor terpancung.

DAFT AR PUST AKA

Bandllng, 8 -10 Oktober 1991 PPTN - BATAN

2. Penggunaan metode kompensasi BANK un-tuk pengukuran reaktivitas xenon merupa-kan suatu cara pengukuranyang mudah dan sederhana.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terima kasih ini, kami sampaikan pada para supervisor dan operator serta rekan-rekan staf Fisika Reaktor beserta teknisi yang telah membantu dalam pelaksanaan pengukur-an sampai selesai.

1. Nabbi, R., Experimental Reactor Physics for The Indonesian Research Reactor MPR-30, Ser-pong-Indonesia (1989).

2. Milton, S. Ash, Nuclear Reactor Kinetics, second edition, Mc Graw Hill International (1979).

:3. Paul, F. Zweifel, Reactor Physics, International student edition, Mc Graw Hill Kogakusha

(6)