4NAUSIS DISTR/BUSI PA.VAS GAM.l-fA TERAS RSG-G4S.
(Setiyantoj
ANALISIS DISTRIBUSI PANAS GAMMA TERAS RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISmA 2,96gU/cmJ
Seliyanlo
~e4
ABSTRAK
ANALISIS DISTRIBUSI PANAS GAMMA TERAS RSG-GAS BERBAHAN BAKAR SILISffiA 2,96 g U/cm3. Dengan akan diadakannya konversi/penggantian elemen bakar oksida dengan silisida di teras RSG-GAS, perlu adanya berbagai analisis keselarnatan, tennasuk diantaranya ree...aluasi distribusi panas ganuna teras. Untuk keperluan tersebut, telah dilakukan perhitungan dan analisis distribusi panas galruna teras berballan bakar silisida 2,96 g U/cm3. Perhitungan dilakukan dengan kodeGAMSET. Hasil perhitmlgan yang diperoleh menunjukkan bahwa konversi/penggantian elemen bakar oksida ke silisida dengan tingkat muat 2,96 g U/cm3 dapat menurunkan pembangkitan panas gamma di elemen Mar
sebesar 1,550/0, dan sebaliknya akan menaikkan tingkat pemanasan gamma di luarelemen bakar. Narnun demikiaIt, dapat disimpulkan bah\va konversi teras tersebut tidak memberikan efek yang signifIkan terltadap aspek keselamatan teras, kllususnya pada fasiltas iradiasinya.
Kata kunci: Panas gmmna, konversi teras
ABSTRACT
ANALYSIS OF THE GAMMA HEATING DISTRIBUTION OF mE RSG-GAS CORE WITH SILIcmE 2,96 gU/cc FUEL ELEMENT. According to the conversion program of the RSG-GAS fuel elements from oxide to silicide type, some safety analysis are need to be evaluated, including the gamma heating distribution in the reactor core. For this purpose, tIle calculation and analysis of the gamma heating distribution in the reactor core with silicide fuel of 2,96 gU/cc was done. The calculation results by using Garnset code show tIlat this conversion of fuel element decrease up to 1,55 % of gamma heating in the fuel element (meat), othernise, the gamma heating in the other materials in tIle reactor core increase with the same value. According to the results obtained and the discussions above, it can be concluded that the safety aspect of the reactor core not affected in this conversion program.
Key words: Gamma heating, core conversion.
PENDAHULUAN
Dalam rangka meningkatkan kinelja dan efisiensi pengoperasian reaktor, serta untuk mendukung pelayanan iradiasi yang memerlukan waktu lalna, bahan bakar reaktor RSG-GAS akan diganti/dikonversi daTi jells Oksida ke Silisida. Selain alasan tersebut, konversi dilakukan untuk meningkatkan faktor keselarnatan reaktor, yang mana araIl pengembangan daD penggunaan elemen bakar reaktor di dunia juga sudah mulai mengarah pada penggunaan bahan bakar jenis silisida tersebut. Teknologi pembuatan bahan bakar Silisida dewasa ini telah mampu membuat sampai dengan kerapatan 2,96 g U/cm3 dan dalam waktu dekat dirnungkinkan mampu membuat dengan tingkat kerapatan 3,55 g U/cm3 .Berkaitan dengan hal tersebut rnaka bahan bakar teras RSG-GAS juga akan diganti dengan jells Silisida dengan
tingkat kerapatan 2,96 g U/cm3 dan diuSallakan untuk mencapai 3,55 g U/cm3.
Untuk mendukung rencana penggantian tersebut di atas, diperlukan berbagai analisis keselamatan; termasuk diantaranya adalah keselamatan teras itu sendiri.
Analisis distribusi panas gaIUnIa teras adalah salah satu upaya yang hams dilakukan untuk melihat daD sekaligus mend.cc'lpatkan data karakteristik teras yang baru, sekaligus untuk mengkaji sejauh mana efek pemakaian Silisida ini terhadap intensitas gamma dan atau pemanasan gamma baik bagi teras itu sendiri maupun bagi fasilitas iradiasi.
Jika konversi tersebut mengakibatkan perubahan kerapatan gammanya negatif, atau menurunkan kerapatan gamma di teras, maka akan menguntungkan dari sisi kesel:1matan material, sebab efek pemanasannya akan mengecil. Tetapi
PROSIDI"'C SE.\/I;VAR BASIL PENEUTIA;V P2TRR. Tallun 2000, Hal 15-19
1(E) = 1. (E) e~I;(E)I'"
untuk peruballan intensitas g;uruna setelall melewati bahan setebal x dan yang menliliki koefisien absorpsi ~ dan rapat massa p. Sedangkan fraksi gaInma yang diserap dalaIn bahan yang sarna adalall:
-1~(6)}p.
jika sebalikllya. atau peruballan kerapatan ganuna terasnya positif, lnaka perlu dilakukan pengkajian ulang terhadap analisis keselamatan fasilitas
iradiasi yang ada.
Sebagai langkall awal. akan dilutung perbedaan pemanasan gaInnla (bukan fisi) yang teljadi di dalam meat elemen bakar lnaupun di luarnya sebagai fungsi tngkat muatan uraniunl di dalam elemen bakamya.
Analisis akaIl dilakukan dengan melakukan perhitungaIl rnenggunakan program Gamset, dengan menggll11akan teras kelja Silisida 30 MW.
J .(E)-J(E) = J. (l~e
TEOR!
Bahan bakar reaktor yang melmliki variasi tingkat muatan uraniwt1, akan memiliki perubal1aIt kerapatan (p) yang cukup berarti. Hal tersebut akan mengakibatkan adanya perbedaan interaksi antara radiasi gamma yang dataItg dengan baltan bakar tersebut, baik radiasi gaInllla daTi hasil fissi dalam dirinya maupun gaInlna yang berasal dari tetangganya.
Terdapat dua sisi akibat dari perubahan jenis elemen bakar tersebut, yaitu efek pemanasan dalam elemen bakarnya sendiri serta perubaltan kerapatan gamma di luar elemen bakar. Namun demikian yang perin banyak mendapatkan perhatian adalalt perubahan kerap.ltan gamma di luar elemen bakar, sebab gammatersebutlalt yang akan berinteraksi dan menjadi sumber panas dalam setiap material di dalam teras reaktor.
Perhitungan selanjutnya dilakukan dengan program Gamset, dimana input datanya menggunakan basil perhitungan neutronik untuk jems teras terkait.[2]
DATA DAN PERHITUNGAN Pemanasan radiasi gmmna di dalam bahan
terjadi akibat adanya proses interaksi gamma-materi yang selalu mengakibatkan berkurangnya intensitas gal1U11a yang mengenai/menembus materi tersebut. Seperti telah banyak diketahui bahwa ienteraksi gamma-materi selalu terjadi melalui tiga fenomena, yaitu Efek photo listrik, Efek Compton dan efek Produksi pasangan. Ketiga efek tersebut memiliki kebolehjadian terjadinya selalu tergantung pacta jenis radiasi gammanya (energi), jenis bahan dan kerapatan bahan. [1]
Secara umum dapat dimengerti bahwa bahan dengan nomor massa tinggi, atau bahan dengan kerapatan tinggi akan lebih banyak menahan atau menyerap radiasi galllIna yang datang. Hal ini mengakibatkan bahwa di dalam bahan tersebut akan terbangkit panas gamma yang besar, atau sebagai akibatnya radiasi gamma di luar bahan tersebut akan memiliki intensitas gamma yang sangat menurun.
Persamaan atenuasi linier berikut dapat memberikan gambaran tentang fenomena di alas, yaitu:
Data perhitungan utama adalah perubahan distribusi fluks yang dinyatakan dalam dilai faktor puncak daya (power peackinf fac:tor), dan jenis kerapatan elemen bakarnya.[3.4
ANAL/SIS DISTR/BUSI R4,'VAS GAJ.f.~U TERAS RSG-G.4S. (Seli)'Qnro)
Tabel Peruballan/perbandingan distribusi daya untuk elernen bakar Oksida dan Silisida.
0,61 O,5~ 0,64 0,49 0,46 0,59 BE
BE
0.63 0,47 0.59 0.71 0.,57~
0,62~
0,57~
O,~~BE
IPBE
~
0,70 0.77~
2M
0,68~
0,79~
0,66 0,69 0,77 0,69~
0,50 !};!1 0,68 !]2:!. 0.75 0,71 _o~ 076 -2.-073, 0,58~
0,57 CIPrIP
IF~
0,59 0.65~
0,79 071 Z--0,76~
0,.62 0,71 IP CIP CIP~
0,66 0,67~
0,69 0,74 0,76~
0,73~
0,69~
0,62 0,64~
0,462z21
0,67 0,69~
M9
~
0,70~
0,46 068--'---BE
IP BE~
0,59~
044,~
0,50 0,57~
0,46~
0,59 BEBE
0,59 0,4.7o,~
0,6) 0.590.60
Oksida-250 Silisida-250Tabel 2.a Data elemen bakar jenis 0-250 dan Si-250
~---Jenis elemen bakar Komposisi atomik (atom/bam cm)
U-235 U-238 6,0 1 895E-3 6,0 1 895E-3 7,22274E-3 0-16 Si-28 AI-27 3,12531E-2 4,30311E-2 -~-0-250 (U30s-Al) 1,5002E-3 1,5002E-3 1,8003E-3 2,OO507E-2
Si-250 (U3Si2-AI) 5,0 1 267E-3---~
6,O1521E-3
Si-300 (U3Siz-AI) 3,91012E-2
Tabel 2.b Data elemen bakar (lanjutan) jenis 0-250 dan Si-250
densitas (gram U/cm3)
massa uranium per
elemen bakar (gram)
jenis elemen bakar 0-250 Si-250 Si-300 250 2,96 2,96 3,55 250 300 17
PRO.\'/D/;\"G SE.\/J.\':4R HASIL PE.\"EL/T/.4.\" P2TRR. Tah"" 2000. Hal 15-19
kemudian dibandingkan untuk kedua jenis teras, maupun diperluas untuk jenis teras silisid.1 dengan tingkat muat yang lebih tinggi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 3.berikut menunjukkall panas gallUlla (dan neutron cepat) pacta elemen bakar sebagai fungsi jenis dan muatan uraIliUIII dalalll elemen bakar. Untuk membedakan asal radiasi ganulla yang menembus elemen bakar, perhitungan
dilakukan pemisaIlaII secara rinci.
Pcrhitun~an panas gamma dalam elemen bakar Sebagai laI1gkal1 awal dilakukan perhitm1g.m untuk mengetal1ui perubal1an pembangkitan panas ganuna (dc'll1 neutron cepat) pacta elemen bakar jenis Oksida daD Silisida dengan tingkat muat
uranium yang salna (250 graIn). Dalam perhit\111gaI1 tersebut dig\U1akan sampel elemen bakar (meat) yang diiradiasi di daialn teras, kemudian dihitung pembangkitan panas di dalal\U1ya.
Langkah berikutnya akan dilakukan perhitungan distribusi panas di selurul1 posisi teras,
Tabel 3. Hasil Perllitungan Panas Galruna dan Neutron cepat dalmll elemen bakar.
--Jenis elemen bakar daIl tingkat muatan uraniUIllilva.
---Panas gamlna dan neutron cepat (daJam satuan Wig) Panas Ganuna
dari meat
Panas Gamma
daTi luat meat
Panas dati neutron cepat Total % peruba11an relatif terhadap Oksida-250 0-250 Si-25Q Si-30C 2,8 2,7 15,87 15,70 16,30 0,050 0,030 0,027 18,72 18,43 19,33 0,0% -1,55 % 3,24% 3,0
Pembahasan. sarna, maka fenomena seperti basil perhitungan tersebut dapat dimengerti.
Efek dari perubahan tersebut tentunya adalah akan adanya peningkatan intensitas gamma di luar
elemen bakar, sehingga dengan dernikian pembangkitan panas pada setiap bahan di teras akan bertambah juga. Namun demikian jika diperlmtikan lebih jauh. bahwa untuk nilai perubahan yang hanya 1,55 %, maka perubahan tersebut dapat dikatakan tidak signifikan, sel1ingga efeknya terhadap faktor keselmnataIl dapat diabaikan.
Berdasarkan persamaan absorbsilatenuasi gamma, pembahanjenis elemen bakar (dari oksida ke silisida) yang mempakan paduan utama dalam meat elemen bakar, seperti ditunjukkan dalam Tabel 2, akan mempengamhi tingkat absorpsi galmna dalam bahan tersebut. Pacta umumnya koefisien absorpsi massa daTi bahan akan bertamball sebagai fungsi nomor atom, sehingga dengan demikian perbahan daTi oksida ke silisida juga akan berakibat pacta pemballaD tingkat
absorpsinya.
Hasil yang diperolei1. (Tabel 3) menunjukkan hasil yang akan-akan berlawanan, karena pembangkitan panas di dalam 0-250 justm lebih besar (1,55 %) dibandingkan pacta Si-250. Hal ini berarti sisa radiasi gaIuma yang dapat lolos keluar meat pacta Si-250 akan lebih besar dibandingkan 0-250. Namun demikian jika ditinjau daTi komposisi elemen bakar, yang mana da1am 0-250 terdapat 8 atom 0, sedangkan pacta Si-250 hanya terdapat 2 atom Si, sedangkan kadar uraniumnya
KESIMPULAN
Dari basil yang diperoleh, sel1a berdasarkan pacta uraian dalam pembahasan di atas maka dapat disimpulkan bahwa program konversi elemen bakar RSG-GAS daTi 0-250 ke Si-250 memberikan efek penambahan intensitas gamma di teras reaktor, namun demikian perubahan efek pemanasannya tidak signifikan dan masih dalam barns keselamatan.
A,\:4LISIS DISTRlBUSI P.4j~4S GAM,\L4 TERAS RSG-G.4S. (SetiJ'anto)
DAFTARPUSTAKA
I. R.E. JAEGER. at aI, E/1gineering ('ompendium 0/1 radiation smelding, Vol. 1-1968.
2. SETIY ANTO. Pui.\'sa/1ce gamma dans Ie Reacteur Siloe. .\fesures colorimetrique.\' at colcul par Ie code Gam.\'et. desel1asi s3 di INPG-France. Tal1lU1 199 I.
3. T. M SEMBIRlNG. Kominikasi Pribadi ~. A. HAMZAH. KomlU1ikasi pribadi
