Secara khusus, buku ini diharapkan dapat membawa pembaca untuk lebih mengenal fenomena fisik dan proses yang terjadi pada reaktor nuklir, serta dasar-dasar mekanisme pengendalian reaktor nuklir. Kinetika dan pengendalian reaktor nuklir merupakan dua topik yang berkaitan erat dengan pengoperasian reaktor nuklir.
DASAR DASAR FISIKA REAKTOR
Proses Interaksi Inti
Pada bab selanjutnya akan dijelaskan proses penyerapan neutron oleh inti atom, laju interaksi antara neutron dengan inti atom, dan proses fisi nuklir, suatu peristiwa yang terjadi di dalam reaktor nuklir.
Proses Pembelahan Inti
Kajian lebih detail mengenai proses fisi 235U dengan neutron termal menunjukkan bahwa proses fisi 235U dapat terjadi melalui lebih dari 40 cara berbeda hingga menghasilkan lebih dari 80 unsur fisi besar, dimulai dari unsur dengan nomor massa 72 hingga 161. Sementara itu, proses fisi yang paling mungkin terjadi Yang terjadi adalah proses fisi yang menghasilkan unsur fisil dengan nomor massa 95 dan 139.
Neutron Serentak dan Neutron Kasip
Beberapa isotop hasil peluruhan reaksi fisi dengan mengeluarkan neutron, misalnya isotop 87Br dan 137I, neutron tersebut disebut 'neutron casip', sedangkan isotopnya disebut 'prekursor' yaitu isotop. Masing-masing golongan neutron casip dan waktu paruhnya dinyatakan dengan besaran βi dan λi, dimana βi adalah fraksi neutron casip golongan ke-i, sedangkan λi adalah konstanta peluruhan isotop penghasil neutron casip golongan i, dan βef adalah kombinasinya.
Laju Pembelahan Inti dan Daya Reaktor
Besaran fluks neutron yang didefinisikan sebagai hasil kali massa jenis neutron dan kecepatannya, yaitu = nv, merupakan besaran skalar. Jika kecepatan gerak neutron per detik adalah v, maka rata-rata banyaknya interaksi yang terjadi per detik adalah v/.
Perlipatan Neutron & Siklus Neutron di dalam Reaktor
Daur neutron dalam reaktor diawali dengan neutron termal diserap oleh inti bahan fisil (bahan bakar reaktor), terjadi proses fisi dan lahirlah beberapa neutron baru, kemudian mengalami beberapa proses hamburan, perlambatan, aliran. , dll. hingga akhirnya lahirlah generasi neutron yang siap melakukan reaksi selanjutnya, seperti terlihat pada Gambar 2-6. Jika k bernilai satu (k = 1) yang berarti jumlah neutron pada setiap generasi tetap, maka reaktor dikatakan dalam keadaan kritis, dan jika k > 1 maka reaktor dikatakan dalam keadaan superkritis.
Umur Neutron
Persamaan Difusi
Hal ini didasarkan pada hukum difusi Fick yang menyatakan bahwa vektor rapat arus sebanding dengan gradien negatif arus J D. Dalam pendekatan ini, koefisien difusi dapat dinyatakan dalam bentuk penampang makroskopis, yaitu dengan persamaan (2-23).
Persamaan Kekritisan
Distribusi fluks neutron sebagai fungsi waktu dapat dijelaskan berdasarkan uraian pada subbab 2.5 yang menjelaskan faktor perambatan neutron dalam sistem reaktor. Untuk sistem reaktor kritis, faktor perkalian neutronnya adalah satu atau perubahan neutronnya konstan, yang berarti laju perubahan neutronnya adalah dn.
Massa Kritis, Moderator dan Reflektor
Dengan mengetahui fraksi berat bahan fisil pada setiap elemen bahan bakar yang dimasukkan maka massa kritis reaktor dapat ditentukan. Penentuan massa kritis juga dapat dilakukan dengan pendekatan teori difusi (menggunakan persamaan hubungan 2-38) dimana persamaan tersebut dapat ditulis ulang dalam bentuk persamaan (2-44). 𝐶 = 0 berhubungan dengan jari-jari kritis Rk dan massa kritis reaktor mk selanjutnya dapat ditentukan dari persamaan (2-45) sebagai berikut.
Dalam praktiknya, memuat bahan bakar ke dalam inti reaktor nuklir (pemuatan bahan bakar) harus memberikan perkiraan konservatif mengenai massa kritis reaktor.
Contoh Soal dan Penyelesaian
Sampel yang diiradiasi akan menghasilkan inti fisi yang memancarkan neutron sebanding dengan fluks neutron penyebab reaksi fisi dan luas penampang makroskopis reaksi fisi. Sedangkan aktivitas pada waktu t2 yang berarti telah mengalami periode lag (t2 – t1) mengikuti persamaan (C2-5-4). C2-5-4) Oleh karena itu, setiap reaksi fisi mengeluarkan total neutron untuk seluruh golongan. Jika dihitung, banyaknya neutron casip yang diemisikan pada waktu t3 – t2, waktu penyinaran pada waktu t1 dan waktu tunda pada waktu t2 – t1 adalah sebagai berikut.
Untuk waktu tak terhingga setelah waktu iradiasi saturasi berakhir, jumlah neutron casip yang diemisikan oleh seluruh kelompok inti penghasil neutron casip adalah sebagai berikut.
Kinetika Reaktor Nuklir
Persamaan Kinetika Reaktor
Dalam praktiknya, persamaan (C2.5-9) dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan ukuran fraksi neutron cassip sebesar 235U, dan dengan menggunakan data pada Tabel 2-1, persamaan (C2.5-9) juga dapat digunakan digunakan sebagai dasar untuk menentukan bahan fisi (N0), misalnya kandungan uranium suatu sampel, jika fluks neutron diketahui, karena jumlah neutron cassip akan sebanding dengan jumlah inti yang menghasilkan neutron cassip. Pada persamaan (3-8) di atas, rumusan Ci yaitu konsentrasi isotop (prekursor) penghasil neutron golongan i diperlukan sebagai fungsi waktu. Sebagaimana diketahui, produksi total neutron dalam sistem adalah S = k~ a , dari hubungan tersebut laju pembentukan isotop penghasil neutron dapat dituliskan sebagai: i k~ a , dimana i adalah golongan penjagal fraksi neutron di i.
Pada saat yang sama, isotop penghasil neutron juga meluruh dengan laju peluruhan fi Ci, sehingga laju bersih pembentukan isotop penghasil neutron golongan I dapat dituliskan sebagai persamaan (3-9).
Reaktivitas dan Periode Reaktor
Sebagai ilustrasi, kita dapat mengasumsikan sebagai contoh bahwa hanya ada satu kelompok neutron casip (yang merupakan rata-rata dari enam kelompok) dengan pecahan dan konstanta peluruhan , yang dinyatakan dengan persamaan (3-20). Karena suku kedua persamaan (3-22) yang mengandung suku eksponensial negatif akan meluruh dengan sangat cepat dalam waktu yang sangat singkat, maka persamaan (3-22) dapat dituliskan hanya dengan satu suku saja, yaitu dinyatakan sebagai persamaan (3- 23 ). . Perbandingan fluks neutron sebagai fungsi waktu dan fungsi penyisipan reaktivitas positif dan negatif. Yakni untuk mengetahui pengaruh neutron casip dapat dilihat jika dibandingkan dengan kondisi diasumsikan tidak ada neutron casip, kemudian dari persamaan kinetiknya.
Sedangkan dari persamaan (3-32), mengembalikan harga s = 1/T akan membuat persamaan per jamnya sama dengan persamaan (3-16).
Peracunan Hasil Belah
Jadi, untuk menggambarkan pengaruh keracunan xenon, dengan menggunakan nilai pada persamaan (3-40), kita akan memperoleh persamaan (3-41). Berdasarkan persamaan di atas, nilai keracunan xenon pada kesetimbangan dapat dihitung sebagai fungsi dari besarnya fluks neutron. Gambar 3-3 menunjukkan bahwa untuk reaktor dengan fluks neutron sekitar 1013 n/cm2 detik atau kurang (reaktor beroperasi pada daya rendah) tidak ada peningkatan efek keracunan xenon setelah reaktor dihidupkan. keluar.
Misalnya, untuk fluks neutron sebesar 2,1014 n/cm2 detik, keracunan xenon maksimum terjadi kira-kira 11 jam setelah reaktor dimatikan, dengan reaktivitas xenon sebesar - 0,33 (dibandingkan dengan nilai batas keracunan xenon pada pengoperasian reaktor sebesar - 0,038).
Efek Suhu Terhadap Reaktivitas
Reaktor yang memiliki koefisien reaktivitas suhu negatif cenderung stabil, artinya reaktor cenderung kembali ke suhu semula. Oleh karena itu, koefisien reaktivitas temperatur dapat dibagi menjadi koefisien reaktivitas temperatur bahan bakar dan koefisien reaktivitas temperatur moderator. Secara umum, daya reaktor sebagai fungsi waktu setelah memasukkan tahapan reaktivitas untuk tiga sifat koefisien reaktivitas suhu yang disebutkan di atas ditunjukkan pada Gambar 3-4.
Karena fluks neutron akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, koefisien reaktivitas suhu dari faktor fluks neutron Pf dan Pt memberikan kontribusi negatif (kecil).
Analisis Stabilitas Reaktor
Representasi transformasi Laplace sangat berguna, terutama dalam pengembangan sifat penting sistem, yaitu fungsi transfer. Jadi merupakan kontribusi fungsi perpindahan pada sistem eigenbox atau eigenreturn box. Sebagai gambaran, kita akan menemukan fungsi transfer sistem reaktor umpan balik sederhana seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-8.
Fungsi transfer sistem reaktor loop terbuka (tanpa umpan balik) dapat diturunkan dengan menerapkan transformasi Laplace pada persamaan kinetika reaktor (3-8) dan (3-10), untuk sinyal masukan berupa perubahan kecil pada reaktivitas (k = k-1) berbentuk sinusoidal yang menyebabkan perubahan densitas neutron atau daya reaktor n, yang ditulis pada persamaan (3-6).
Contoh Soal dan Penyelesaian
Jika diasumsikan hanya ada satu kelompok neutron kasip, maka diperoleh nilai rata-rata dari hubungan persamaan (3-20) yaitu 0,08 per detik, dan dari persamaan (3-16) menjadi. Diketahui reaktor sistem bahan bakar 235U mempunyai 3 batang kendali yaitu batang kendali pengaman, kompensasi dan regulator yang masing-masing mempunyai nilai reaktivitas $3,5, $3 dan $2. Jika pada operasi tingkat daya terendah (tingkat daya nol) posisi batang kompensasi dan batang kendali ditarik masing-masing sebesar 60% dan 40% dari inti, dengan asumsi perubahan posisi batang kendali sebanding dengan perubahan tersebut. pada nilai reaktivitas, tentukan nilai reaktivitas pada inti. kelebihan) dari reaktor.
Pada operasi tingkat daya nominal (tingkat daya penuh), suhu rata-rata reaktor adalah 50 0C dan besarnya reaktivitas keracunan 135Xe adalah 0,0015. Jika diketahui koefisien reaktivitas suhu reaktor sebesar 0,0001/0C, maka dihitung sisa reaktivitas reaktor.
PENGENDALIAN REAKTOR
- Tujuan Pengendalian Reaktor
- Metode Pengendalian Reaktor
- Efektifitas Batang-Batang Kendali
- Sistem Pengendalian Reaktor Kartini
Batang kendali reaktor dapat dikategorikan berdasarkan kemampuannya dalam menyerap neutron, batang hitam dan batang abu-abu. Salah satu cara untuk mengatur laju serapan neutron di dalam teras reaktor adalah dengan mekanisme penarikan dan penyisipan batang kendali. Nilai reaktivitas batang hitam yang terletak di tengah teras sebagai fungsi sumbu atau keluar/masuknya batang kendali dari atau ke dalam teras reaktor dinyatakan dengan persamaan (4-8).
Reaktivitas inti reaktor adalah reaktivitas reaktor ketika seluruh batang kendali berada di luar teras reaktor (ditarik seluruhnya dari teras reaktor).
PRINSIP OPERASI REAKTOR
Sistem Instrumentasi & Kendali Reaktor Kartini
- Sistem proteksi reaktor
- Lapisan pertahanan dasar
- Lapisan pencegahan gangguan
- Sistem pengatur daya reaktor Kartini
- Mekanisme penggerak batang kendali
- Kanal daya linier dan kanal daya logaritmis Kanal daya linier menggunakan detektor jenis kamar
- Monitor radiasi ruangan
Scram manual ini dapat dilakukan secara bersamaan untuk ketiga batang kendali, atau dapat dilakukan satu per satu. Ketiga batang kendali tersebut adalah: batang pengaman di ring C5, batang kompensasi di ring C9, dan batang kendali di ring E1. Batang kendali yang berada di antara bahan bakar dihubungkan ke bagian atas menggunakan sambungan batang kendali (connecting rod).
Elektromagnet tersebut cukup kuat untuk mengangkat sambungan batang kendali jika sambungan tersebut dihubungkan dengan armature.
Pengoperasian Reaktor Kartini
- Start-up dan operasi reaktor pada tingkat daya Bila semua persiapan telah dilakukan dan semua
- Shut-down normal dan darurat
Batang kendali terakhir yang diangkat adalah batang kendali dan sebaiknya dilakukan secara perlahan dan memperhitungkan perubahan tingkat daya (pada meteran daya linier jarak jauh dan %). Pola peningkatan daya atau peningkatan fluks neutron pada saat start-up sebagai fungsi peningkatan ukuran batang kendali atau pengenalan reaktivitas akan terlihat seperti Gambar 5.6. Naikkan batang kendali (kompensasi dan/atau regulator) sehingga daya reaktor dinaikkan secara perlahan hingga mencapai daya yang diinginkan.
Shutdown adalah proses mematikan suatu reaktor dengan cara memasukkan atau menurunkan batang kendali ke dalam inti reaktor.
Daftar Pustaka
Langkah selanjutnya setelah start-up dan pengoperasian pada tingkat daya dan tujuan operasional tercapai adalah mematikan atau mematikan reaktor. Ketika suhu rendah (sesuai dengan kondisi sebelum pengoperasian) sistem pendingin primer dimatikan. Sistem pendingin dan ventilasi sekunder dimatikan - Catat dalam buku catatan keadaan penghentian reaktor.
Shutdown darurat dilakukan jika terjadi keadaan luar biasa, misalnya tingkat radiasi tinggi, kebocoran cairan pendingin, dan lain-lain.
