ANALISIS REAKTIVITAS BATANG KENDALI TERAS SETIMBANG SILISIDA RSG-GAS DENGAN SRAC-

74

Jati Susilo, dkk.

ISSN 0216 - 3128

ANALISIS REAKTIVITAS BATANG SETIMBANG SILISIDA RSG-GAS CITATION

KENDALI DENGAN

TERAS SRAC-

Jati Susilo, Rohmadi Pusat Teknologi Reaktor Dan Keselamatan Nuklir - BATAN

ABSTRAK ANALISIS REAKTIVITAS BATANG KENDALI TERAS SETIMBANG SILISIDA RSG-GAS DENGAN SRACCITATION. Di masa yang akan datang, RSG-GAS diharapkan dapat mengkonversi bahan bakar U3Si2-Al 2,96 gU/cc ke tingkat muat tinggi yaitu 3,55 gU/cc dan 4,8 gU/cc. Untuk mengoperasikan teras tersebut aspek keselamatan reaktivitas yang harus dipenuhi diantaranya adalah marjin reaktivitas padam dan reaktivitas batang kendali kondisi one stuck rod. Karena aspek keselamatan merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi, maka perhitungan reaktivitas batang kendali perlu dilakukan oleh beberapa peneliti dengan berbagai paket program komputer (metode) yang sudah divalidasi sehingga diperoleh hasil yang tepat dan akurat. Dalam penelitian ini dilakukan perhitungan kembali reaktivitas teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc, 3,55 gU/cc dan 4,8 gU/cc untuk berbagai posisi ketinggian batang kendali dengan menggunakan paket program SRAC-CITATION. Sedangkan perhitungan generasi tampang lintang kisi sel bahan bakar digunakan SRAC modul PIJ. Dari hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa jika teras RSG-GAS saat ini dilakukan konversi bahan bakar U3Si2-Al dengan tingkat muat 3,55 gU/cc tanpa ada perubahan material lainnya, maka kriteria keselamatan tidak terpenuhi. Hal tersebut disebabkan karena reaktivitas teras saat satu batang kendali terbesar gagal masuk bernilai positif (> -0,5 %∆k/k) dan reaktivitas padam lebih besar dari –2,2%∆k/k. Kriteria keselamatan akan dapat terpenuhi jika ditambahkan BKP, pengurangan jumlah Be elemen atau mencampur Gd2O3 dalam bahan bakar. Perbandingan hasil perhitungan antara SRAC-CITATION dalam makalah ini dan WIMS/D4-CITATION maupun WIMS/D4Batan/2,3D yang telah dilakukan oleh peneliti lain sebelumnya menunjukkan perbedaan pandangan terhadap kriteria keselamatan teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc. Hal tersebut disebabkan karena kondisi teras setimbang yang digunakan berbeda, terutama untuk energi yang dapat dibangkitkan. Kata kunci ; batang kendali, reaktivitas, RSG-GAS, U3Si2-Al

ABSTRACT ANALYSIS OF CONTROL ROD REACTIVITY WORTH FOR EQUILLIBRIUM SILICIDE CORE OF THE RSG-GAS USING SRAC-CITATION. In the future, RSG-GAS hoped it can be converted the U3Si2-Al fuel with high density that are 3.55 gU/cc and 4.8 gU/cc. To operate the reactor, the safety criteria aspect must be fullfilled such as shut down margin reactivity and control rod reactivity worth at one stuck rod condition. Because the safety criteria aspect is a condition has to be fullfilled, then calculation by some researcher using various validated method of computer code must be done so that get exactly and acurately result. In this research, The calculation of control rod reactivity worth of RSG-GAS fueled U3Si2-Al with density 2.96 gU/cc, 3.55 gU/cc and 4.8 gU/cc for various potition control rod had been done again using SRACCITATION computer code, and for the fuel cell crossection calculation have been done using SRAC modul PIJ. The calculation result show that convertion fuel with 3.55 gU/cc density of RSG-GAS without changing other material will not fulfill safety criteria. They are caused by value of the one stuck rod reactivity to be positive (>-0.5%∆k/k) and the shut down reactivity higher then –2.2 %∆k/k. The safety criteria will be fulfill with addition BKP, decreasing number of Be element or mixing fuel with Gd2O3. Comparation calculation result using SRAC-CITAION in this paper and with WIMS/D4-CITATION & WIMS/D4-Batan/2,3D calculation result by another reseachers before show different conclution about safety criteria of the RSGGAS core fueled U3Si2-Al 3,55 gU/cc density. They are caused by condition of equilibrium core used was different each others, especially for the produced energy in the one cycle. Key`s word ; control rod, reactivity, RSG-GAS, U3Si2-Al

Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2007

Jati Susilo, dkk.

75

ISSN 0216 - 3128

PENDAHULUAN ntuk meningkatkan unjuk kerjanya, maka dimasa yang akan datang teras RSG-GAS diharapkan dapat mengkonversi bahan bakar dari U3Si2-Al 2,96 gU/cc ke tingkat muat 3,55 gU/cc & 4,80 gU/cc. Hal tersebut karena penggunaan bahan bakar tingkat muat tinggi dapat memperpanjang siklus operasi reaktor dan meningkatkan fraksi bakar buang bahan bakar1,2]. Sebelum penggunaan bahan bakar tingkat muat yang lebih tinggi direalisasikan, maka perlu dilakukan perhitungan faktor keselamatan teras reaktor tersebut. Faktor keselamatan reaktivitas teras diantaranya adalah marjin reaktivitas padam dan reaktivitas kondisi satu batang kendali gagal masuk.

U

Perhitungan reaktivitas batang kendali teras RSG-GAS pernah dilakukan oleh peneliti sebelumnya yang menyatakan bahwa teras setimbang RSGGAS berbahan bakar U3Si2-Al 3,55 gU/cc mempunyai marjin reaktivitas padam yang lebih kecil dibandingkan dengan teras dengan tingkat muat 2,96 gU/cc. Perhitungan tersebut dilakukan dengan paket program Batan-2/3D[3,4] & CITATION[5,6] yaitu paket program yang menggunakan teori difusi sebagai perhitungan distribusi neutron di dalam teras. Sedangkan generasi tampang lintang kisi sel bahan bakar-nya digunakan WIMS/D4, yaitu paket program komputer yang menggunakan teori transport dengan pendekatan metode Sn dalam pemecahan persamaan Boltsman. Karena aspek keselamatan merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi, maka perlu dilakukan perhitungan oleh beberapa peneliti dengan berbagai paket program komputer (metode) yang sudah divalidasi sehingga diperoleh hasil yang tepat dan akurat. Dalam penelitian ini dilakukan perhitungan kembali reaktivitas batang kendali teras U3Si2-Al RSG-GAS menggunakan paket program SRACCITATION7] (Standard Reactor Analysis Code modul CITATION). Sedangkan untuk generasi tampang lintang kisi sel bahan bakar digunakan paket program SRAC modul PIJ, dimana modul PIJ menggunakan dasar teori transport dengan pendekatan metode probabilitas tumbukan neutron dalam pemecahan persamaan Boltzman. Perhitungan teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc, 3,55 gU/cc dan 4,8 gU/cc dilakukan selain untuk mendapatkan nilai reaktivitas teras kondisi batang kendali full-up, full-down dan one stuck rod juga reaktivitas teras reaktor saat mencapai kritis serta kurva “S” batang kendali. Hasil perhitungan menggunakan paket program SRAC-CITATION dibandingkan dengan hasil perhitungan yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Dari perbandingan hasil perhitungan

diharapkan dapat diketahui karakteristik reaktivitas batang kendali teras RSG-GAS akibat kenaikan tingkat muat bahan bakar U3Si2-Al.

TEORI DAN METODOLOGI Reaktivitas Batang Kendali 8,9] Ada beberapa macam reaktivitas antara lain reaktivitas lebih, reaktivitas padam, reaktivitas total, reaktivitas kondisi one stuck rod dll. Dalam makalah ini, yang dimaksud dengan masing-masing reaktivitas tersebut akan dijelaskan sebagai berikut. • Reaktivitas lebih teras (excess reactivity) ρex yaitu reaktivitas teras saat semua batang kendali berada di luar teras reaktor (full-up). • Reaktivitas padam (shutdown reactivity) ρsm yaitu reaktivitas teras saat semua batang kendali berada di dalam teras reaktor (full-down). Sedangkan marjin reaktivitas padam adalah batasan nilai reaktivitas terbesar saat seluruh batang kendali berada di dalam teras reaktor, nilai yang tercantum dalam SAR (Safety Analysis Report) RSG-GAS adalah sebesar – 2,2%∆k/k10]. • Reaktivitas total (total control rod worth) adalah nilai reaktivitas lebih teras dikurangi dengan reaktivitas padam. ∆ρ = ρ ex − ρ sm

• Reaktivitas saat one stuck rod yaitu reaktivitas teras saat seharusnya semua batang kendali berada di dalam teras reaktor, tetapi satu batang kendali gagal masuk ke dalam teras reaktor. Batasan yang harus dipenuhi saat satu batang kendali terbesar gagal masuk ke dalam teras reaktor adalah reaktivitas teras harus negatif (< 0,5 %∆k/k)10]. • Kurva S batang kendali (reaktivitas batang kendali) yaitu nilai reaktivitas teras saat terjadi perubahan seluruh posisi bank batang kendali dari full-up hingga full-down. Jika posisi batang kendali adalah Zb sedangkan tinggi teras aktif adalah Z maka kurva S batang kendali menggambarkan perubahan nilai reaktivitas teras terhadap nilai Zb/Z .

Teras Setimbang RSG-GAS Teras setimbang RSG-GAS seperti diperlihatkan pada Gambar 1 terdiri dari 40 elemen bahan bakar, 8 batang kendali, 37 elemen berillium, 8


76

ISSN 0216 - 3128

IP/CIP, 2 PRTF, serta 5 HYRA/PNRS sehingga jumlah seluruhnya adalah 100 grid. Batang kendali RSG-GAS mempunyai bentuk seperti garpu (porok) dengan jumlah 8 yang terletak pada posisi B-7, C-8, C-5, D-4, E-9, F-8, F-5 dan G-6. Satu batang kendali pada posisi C-8 berfungsi sebagai pengatur (Reg.Rod) dan 7 batang kendali lainnya sebagai kompensasi. Bahan penyerap batang kendali seperti diperlihatkan pada Gambar 2. terbuat dari campuran AgInCd dengan perbandingan berat 80%, 15% dan 5%. Ukuran bahan penyerap panjang 63,3 mm, lebar 3,38 mm dan tinggi aktif 600 mm. Dalam perhitungan, batang kendali diasumsikan masih dalam kondisi segar, tanpa memperhitungkan adanya perubahan berkurangnya material penyerap AgInCd karena pengaruh umur batang kendali. Sedangkan panjang siklus operasi untuk teras RSGGAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc, 3,55 gU/cc dan 4,8 gU/cc tersebut adalah masing-masing sebesar 553,8 MWD, 819 MWD dan 1431,75 MWD. Dalam penelitian ini, perhitungan teras dilakukan untuk mengetahui nilai reaktivitas lebih

Jati Susilo, dkk.

dengan posisi batang kendali full-up, full-down, one stuck rod dan kekritisan teras serta reaktivitas kurva S batang kendali. Perhitungan tersebut dilakukan terhadap teras setimbang RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc, 3,55gU/cc dan 4,8 gU/cc. Perhitungan dilakukan menggunakan paket program SRAC modul CITATION 3 dimensi. Paket program SRAC-CITATION tersebut sudah dilakukan verifikasi terhadap nilai reaktivitas teras pertama RSG-GAS dengan hasil perhitungan tidak mengalami perbedaan yang signifikan terhadap data eksperimen.11] Perhitungan tampang lintang makroskopik elemen bahan bakar dan elemen kendali dilakukan dengan SRAC modul PIJ. Sedangkan material lainnya seperti bagian atas dan bawah elemen bakar menggunakan modul ANISN (metode Sn transport 1 dimensi) dan untuk material seperti air sebagai background, beryllium reflector, shroud, PNRS/HYRA, PRTF dan lain-lain digunakan modul CITATION 2 dimensi. Perhitungan menggunakan data pustaka tampang lintang JENDL-3.3. dengan kondensasi 107 group energi menjadi 10 kelompok.

Gambar 1. Konfigurasi teras setimbang RSG-GAS arah x dan y.

Gambar 2. Garpu penyerap batang kendali teras RSG-GAS.


Jati Susilo, dkk.

ISSN 0216 - 3128

HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Reaktivitas Batang Kendali Teras Tabel 1. memperlihatkan perbandingan nilai reaktivitas saat full-up, full-down, dan one stuck rod teras setimbang RSG-GAS antara hasil perhitungan dengan SRAC-CITATION dan WIMS/D4CITATION & WIMS/D4-Batan/2,3D yang telah dilakukan oleh peneliti lain sebelumnya maupun SAR (Safety Analysis Report). Hasil perhitungan nilai reaktivitas batang kendali dengan berbagai paket program komputer tersebut menunjukkan hasil yang bervariasi. Sehingga mengakibatkan perbedaan pandangan mengenai batasan keselamatan teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat tinggi. Hal tersebut antara lain disebabkan oleh perbedaan penentuan teras setimbang RSG-GAS yang digunakan dan energi yang dibangkitkan. Desain awal teras RSG-GAS (SAR) menggunakan bahan bakar U3O8-Al 2,96gU/cc dengan pola pemuatan 6/1 & 6/2 dengan energi yang dibangkitkan 750 MWD. Sedangkan teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al saat ini menggunakan pola pemuatan 5/1. Energi yang dapat dibangkitkan untuk teras U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc terjadi perbedaan yaitu 819MWD dan 975MWD. Sehingga akan menyebabkan karakteristik teras yang berbeda antara satu dengan yang lainnya, demikian juga untuk nilai reaktivitas batang kendali saat full-up & full-down. Untuk hasil perhitungan reaktivitas batang kendali teras setimbang RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc, 3,55 gU/cc dan

77

4,8 gU/cc dengan SRAC-CITATION akan dijelaskan sebagai berikut. Dari Tabel 1 tersebut dapat diketahui bahwa semakin tinggi tingkat muat bahan bakar-nya, maka reaktivitas lebih (full-up) teras RSG-GAS juga akan semakin besar. Yaitu mengalami kenaikan sebesar 1,2679 %∆k/k dan 3,7008 %∆k/k. Kenaikan tersebut disebabkan oleh kandungan uranium-235 dalam setiap elemen bahan bakar yang semakin besar yaitu dari 250 g menjadi 300 g dan 400 g. Demikian juga untuk nilai reaktivitas padam (full-down) yang semakin besar yaitu mengalami kenaikan sebesar 1,9976 % ∆k/k dan 5,4804 % ∆k/k. Jika dilihat perubahan reaktivitas lebih teras tersebut maka dapat diketahui bahwa perubahan reaktivitas saat batang kendali full-down sedikit lebih besar bila dibandingkan dengan perubahan reaktivitas saat full-up, atau mengalami ketidak sesuaian perubahan nilai. Demikian juga untuk nilai reaktivitas total-nya (reaktivitas lebih – reaktivitas padam) yang semakin kecil dengan kenaikan tingkat muat bahan bakar yang digunakan. Hal tersebut kemungkinan disebabkan oleh besarnya fluks teras yang semakin kecil akibat dari penggunaan bahan bakar dengan tingkat muat yang lebih tinggi. Teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc dan 4,8 gU/cc tidak memenuhi marjin reaktivitas padam karena nilai reaktivitas padamnya lebih besar dari –2,2 % ∆k/k. Bahkan untuk teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 4,8 gU/cc mempunyai nilai reaktivitas padam yang positif. Dengan kata lain bahwa teras tersebut tidak akan dapat dipadamkan meskipun seluruh batang kendali berada di dalam teras.

Tabel 1. Perbandingan nilai reaktivitas (%∆k/k) teras RSG-GAS.


78

ISSN 0216 - 3128

Usaha untuk menurunkan nilai reaktivitas padam tersebut sedang dalam tahap penelitian. Salah satu cara yang sudah dilakukan eksperimen di dalam teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc adalah dengan menambahkan 2 batang kendali pengaman (BKP) di posisi B-3 dan G-10. Hasil eksperimen menunjukkan perubahan reaktivitas teras sebesar 1,38 % ∆k/k13]. Sehingga teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc dengan penambahan 2 BKP diharapkan akan mempunyai reaktivitas padam sebesar -2,894% ∆k/k (1,1514 % ∆k/k-1,38% ∆k/k). Nilai tersebut masih lebih besar dari reaktivitas padam teras berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc (-3,149 % ∆k/k). Meskipun demikian sudah memenuhi kriteria keselamatan yang tercantum di dalam SAR yaitu < 2,2 % ∆k/k. Hanya saja pengaruh yang akan ditimbulkan adalah terhadap umur batang kendali tersebut yang kemungkinan akan lebih pendek di dalam teras. Jika semula dapat mencapai sekitar 50 siklus14] (85% dari kondisi segar = -2,68% ∆k/k), maka untuk teras berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc tersebut diperkirakan sekitar 92,5 % dari kondisi segar, untuk mencapai nilai yang sama. Sedangkan untuk teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 4,8 gU/cc, jika ditambahkan dengan 2 BKP maka akan mempunyai

Jati Susilo, dkk.

reaktivitas padam sebesar 0,9514 % ∆k/k (2,3314 % ∆k/k - 1,38 % ∆k/k). Sehingga belum memenuhi kriteria keselamatan yang tercantum dalam SAR. Dalam eksperimen yang sama juga dinyatakan bahwa pengurangan 2 elemen Be dapat menurunkan reaktivitas sebesar -1,346% ∆k/k13]. Sehingga jika dilakukan penambahan 2 BKP dan pengurangan 2 elemen Be secara bersamaan, maka reaktivitas padam diperkirakan akan menjadi -0,3946 % ∆k/k (0,9514 % ∆k/k - 1,346 % ∆k/k). Hal tersebut juga belum memenuhi batasan keselamatan. Dan usaha lain yang masih dalam tahap penelitian adalah bahan bakar-nya dicampur dengan Gd2O3 yang dapat menurunkan reaktivitas sebesar -1,529 % ∆k/k15]. Sehingga raktivitas padam teras tersebut diharapkan akan menjadi -1,9236 % ∆k/k (-0,3946 % ∆k/k - 1,529% ∆k/k), juga belum memenuhi batasan keselamatan (<-2,2% ∆k/k) atau mengalami kelebihan reaktivitas sebesar 0,2764 % ∆k/k. Meskipun usaha penurunan reaktivitas dengan penambahan 2 BKP (-1,38% ∆k/k), pengurangan 2 elemen Be (-1,346% ∆k/k) dan pencampuran Gd2O3 (-1,502% ∆k/k) dilakukan secara bersamaan (total 4,228 % ∆k/k), namun belum mencapai batasan keselamatan yang tercantum dalam SAR. Untuk itu, penelitian sistem kendali reaktivitas teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 4,8 gU/cc perlu ditingkatkan dan dikembangkan lebih lanjut sehingga marjin reaktivitas padam terpenuhi.

Reaktivitas kondisi “One stuck rod”

Tabel 2. Reaktivitas (∆k/k) teras RSG-GAS kondisi one stuck rod(ρOSR).


Jati Susilo, dkk.

ISSN 0216 - 3128

Selain reaktivitas padam, batasan keselamatan lainnya yang harus dipenuhi dalam SAR adalah reaktivitas saat satu batang kendali terbesar gagal masuk (one stuck rod). Tabel 2. memperlihatkan perbandingan nilai reaktivitas kondisi one stuck rod untuk teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc, 3,55 gU/cc dan 4,80 gU/cc. Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa nilai reaktivitas saat one stuck rod teras RSG-GAS akan semakin besar dengan kenaikan tingkat muat bahan bakar-nya. Sehingga untuk bahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc dan 4,80 gU/cc telah mencapai nilai reaktivitas yang positif, tidak memenuhi kriteria keselamatan dalam SAR (< -0,5 % ∆k/k). Seperti disebutkan diatas, bahwa jika di dalam teras dilakukan penambahan 2 BKP, maka reaktivitas terbesar (posisi E-9) masingmasing teras tersebut akan menjadi -0,4 % ∆k/k (0,98 % ∆k/k - 1,38% ∆k/k) dan 2,94 % ∆k/k (4,32 % ∆k/k - 1,38% ∆k/k). Dan jika juga dilakukan pengurangan 2 elemen Be maka akan menjadi 1,746 % ∆k/k (-0,4% ∆k/k - 1,346% ∆k/k) dan 1,594 % ∆k/k (2,94 % ∆k/k - 1,346 % ∆k/k). Untuk teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 3,55 gU/cc sudah memenuhi kriteria keselamatan. Dan jika juga dilakukan penambahan Gd2O3 maka akan menyebabkan penurunan reaktivitas kondisi one stuck rod teras berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 4,80 gU/cc menjadi 0,065% ∆k/k (1,594 % ∆k/k - 1,529 % ∆k/k). Dengan demikian penambahan 2 BKP, pengurangan 2 elemen Be dan pencampuran Gd2O3 secara bersamaan pada teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 4,80 gU/cc masih belum memenuhi kriteria keselamatan di dalam SAR yaitu marjin reaktivitas saat one stuck rod < - 0,5 % ∆k/k. Pandangan peneliti lain tentang keselamatan teras setimbang RSG-GAS menyatakan bahwa teras berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat tinggi masih aman untuk dioperasikan meskipun tanpa BKP untuk tingkat muat 3,55 gU/cc dan dengan BKP untuk 4,8 gU/cc. Sehingga mengalami perbedaan pandangan dengan hasil perhitungan dalam makalah ini. Faktor utama yang menyebabkan terjadinya perbedaan pandangan tersebut adalah hasil perhitungan energi maksimum yang dapat dibangkitkan untuk masing-masing teras. Sehingga akan berdampak pada hasil perhitungan-perhitungan lainnya seperti batasan keselamatan di atas. Contoh, untuk teras setimbang RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al 3,55 gU/cc, peneliti lain memperoleh hasil perhitungan panjang siklus maksimum yang dapat dicapai adalah 975 MWD1], sedangkan dalam makalah ini sebesar 819 MWD. Untuk teras setimbang RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al 4,8 gU/cc terjadi perbedaan asumsi perubahan reakti-

79

vitas saat one stuck rod (∆ρosr) antara sesudah dan sebelum penggunaan BKP. Yaitu ∆ρosr = - 1,38% ∆k/k (dalam makalah ini) dan ∆ρosr = - 2.02% ∆k/k 1,1% ∆k/k = – 3,12 % ∆k/k (1500MWD) 12] oleh peneliti lain.

Reaktivitas batang kendali (Kurva S) Gambar 3. memperlihatkan perubahan reaktivitas batang kendali terhadap posisi bank (Zb/Z) di dalam teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al dengan tingkat muat yang berbeda-beda. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa reaktivitas batang kendali mempunyai bentuk yang menyerupai huruf “S” atau sering disebut dengan kurva S batang kendali. Bentuk kurva tersebut sangat konsisten untuk teras dengan kenaikan tingkat muat berbahan bakar U3Si2-Al dari 2,96 gU/cc, 3,55 gU/cc dan 4,8 gU/cc. Hal tersebut disebabkan karena pengaruh perubahan fluks thermal yang serupa, yaitu untuk di tengah-tengah teras terjadi perubahan yang besar, sedangkan di bagian atas dan bawah teras mengalami perubahan fluks teras yang relatifkecil[16]. Dengan kata lain bahwa perubahan posisi batang kendali akan mengakibatkan perubahan reaktivitas teras yang lebih besar saat berada di tengah teras dibanding di atas dan di bawah teras.

Gambar 3. Pengaruh tingkat muat bahan bakar teras RSG-GAS terhadap reaktivitas batang kendali. Dari gambar tersebut juga dapat diketahui bahwa semakin tinggi tingkat muat bahan bakar U3Si2-Al maka nilai reaktivitas batang kendali juga akan semakin besar. Hal tersebut disebabkan oleh semakin banyaknya material fisi di dalam bahan bakar. Teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc akan mencapai kritis jika seluruh batang kendali dinaikkan sekitar 30% (180 mm), sedangkan untuk tingkat muat 3,55 gU/cc


80

Jati Susilo, dkk.

ISSN 0216 - 3128

Tabel 3. Perbandingan kekritisan teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al. U3Si2-Al 2,96 gU/cc

U3Si2-Al 3,55 gU/cc

Kalibrasi batang kendali

Bank

k-eff

Bank

k-eff

B-7, 0 mm

220 mm

1,0001367

128 mm

1,0005834

C-8, 0 mm

220 mm

1,0000097

128 mm

1,0005435

C-5, 0 mm

220 mm

1,0000694

128 mm

1,0005623

D-4, 0 mm

220 mm

1,0004106

128 mm

1,0006272

E-9, 0 mm

220 mm

0,9999629

128 mm

1,0002983

F-8, 0 mm

220 mm

1,0000418

128 mm

1,0003655

F-5, 0 mm

220 mm

1,0005997

128 mm

1,0007447

G-6, 0 mm

220 mm

1,0007858

128 mm

1,0007513

sekitar 20% (120 mm). Teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 4,8 gU/cc akan mencapai kritis meskipun seluruh batang kendali berada di dalam teras. Sehingga teras tersebut tidak layak dioperasikan karena tidak memenuhi kriteria keselamatan. Oleh karena itu diperlukan penelitian lebih lanjut agar teras reaktor berbahan bakar U3Si2Al tingkat muat 4,8 gU/cc yang akan dioperasikan memenuhi kriteria keselamatan.

Kekritisan teras RSG-GAS Tabel 3. memperlihatkan perbandingan kekritisan teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc dan 3,55 gU/cc. Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa kenaikan tingkat muat bahan bakar akan berpengaruh terhadap ketinggian posisi bank batang kendali untuk mencapai kritis saat satu batang kendali dalam kondisi full-down. Ketinggian bank batang kendali untuk teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al tingkat muat 2,96 gU/cc dan 3,55 gU/cc adalah masing-masing sebesar 220 mm dan 128 mm.

KESIMPULAN DAN SARAN Telah dilakukan perhitungan reaktivitas batang kendali teras RSG-GAS berbahan bakar U3Si2-Al dengan mengunakan SRAC-CITATION. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa jika konversi bahan bakar U3Si2-Al teras RSG-GAS saat ini dengan tingkat muat 3,55 gU/cc dan 4,80 gU/cc tanpa ada perubahaan material lainnya, maka kriteria keselamatan menurut SAR tidak terpenuhi. Hal tersebut disebabkan reaktivitas teras saat satu batang kendali

terbesar gagal masuk bernilai positif (> -0,5 %∆k/k) dan reaktivitas padam lebih besar dari –2,2%∆k/k. Penambahan BKP, pengurangan jumlah Be elemen, dan pencampuran Gd2O3 ke dalam bahan bakar dapat menurunkan nilai reaktivitas batang kendali, sehingga kriteria keselamatan akan dapat terpenuhi. Perbandingan hasil perhitungan antara SRAC-CITATION, dan WIMS/D4-CITATION maupun WIMS/D4Batan/2,3D menunjukkan adanya perbedaan nilai reaktivitas batang kendali. Sehingga mengakibatkan perbedaan pandangan mengenai batasan keselamatan menurut acuan SAR. Hal tersebut disebabkan asumsi teras setimbang yang digunakan berbeda, terutama energi yang dibangkitkan. Perhitungan reaktivitas batang kendali teras RSGGAS masih sangat diperlukan dengan paket program komputer lainnya seperti MCNP.

DAFTAR ACUAN 1. LIEM P.H., et al, Fuel Management Strategy for The New Equilibrium Silicide Core Design of RSG-GAS (MPR-30), Journal of Nuclear Engineering and Design, 1998. 2. SUSILO J., dkk, Kajian Neutronik Teras Kompak RSG-GAS Tanpa CIP Silisida 3,55 gU/cc & 4,8 gU/cc, Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRR Tahun 2003, P2TRRBATAN, Pebruari 2003, ISSN : 0854-5278. 3. KUNTORO I., dkk, Optimasi Sistem Batang Kendali Reaktor RSG-GAS Dengan Bahan Bakar Silisida Densitas Uranium 3,55 g/cc, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir [TRI DASA MEGA] Volume 5, Nomor 2, Juni 2003, ISSN : 1411-240X.


Jati Susilo, dkk.

ISSN 0216 - 3128

4. KUNTORO I., dkk, Peningkatan Kemampuan Batang Kendali Reaktor RSG-GAS Dengan Penambahan BKP AgInCd, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir [TRI DASA MEGA] Volume 3, Nomor 1, Pebruari 2001, ISSN : 1411-240X. 5. TARYO T., dkk., Analisis Metoda Kompensasi Teras RSG-GAS Berbahan Bakar 250 Gram U3Si2-Alx Dengan Kode Komputer CITATION-3D, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir TRI DASA MEGA, Volume 5, Nomor 2, Juni 2003 , ISSN 1411-240X. 6. TARYO T., dkk., Analisis Interaksi Batang Kendali Teras RSG-GAS Berbahan Bakar U3O8-Alx 250 gr Dan U3Si2-Alx 300 gr, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir TRI DASA MEGA, Volume 4, Nomor 1, Pebruari 2002 , ISSN 1411-240X. 7. JAERI-Data/Code96-015, SRAC95 ; General Purpose Neutronics Code System, Japan Atomic Energy Research Institute, February 1996 (in Japanese). 8. FUKUTARO I., et.all., Nihon Genshiryoku Kenkyūjyo, Genshiro Kougaku Kouza 3 === Genshiro Butsuri, Baifūkan, 1973 nen 7 gatsu 25 nichi (in Japanese). 9. GENSHIRYOKU JITEN HENSHU IINKAI, Dictionary of Nuclear Scince and Technology, Nikkei Kogyo Shinbunsha, Japan, 30-11-1995, (in Japanese) 10. ANONIM, Multipurpose Research Reactor G.A. SIWABESSY–SAFETY ANALYSIS REPORT Vl.1 Copy No.2, BATAN, September 1989. 11. SUSILO J., dkk, Analisis Akurasi Perhitungan Reaktivitas Dengan Menggunakan Program SRAC-CITATION, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir [TRI DASA MEGA] Volume 8, Nomor 2, Juni 2006, ISSN : 1411-240X. 12. SUPARLINA L., dkk., Perhitungan Parameter Neutronik RSG-GAS Berbahan Bakar Silisida Dengan Kerapatan 4,8 gU/cc, Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRR Tahun 2003, P2TRR-BATAN, ISSN 0854-5278.

81

Reaktor Nuklir [REAKTOR], Vol. II, No. 01, April 2005. 15. SUSILO J., Analisis Dampak Penambahan Gd2O3 Di Dalam Bahan Bakar Silisida Terhadap Reaktivitas Lebih Teras RSG-GAS, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir TRI DASA MEGA, Volume 6, Nomor 1, Pebruari 2004 , ISSN 1411-240X. 16. HAMZAH A., Analisis Fluks Dan Fluensi Neutron Di Batang Kendali RSG-GAS, Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir TRI DASA MEGA, Volume 7, Nomor 1, Pebruari 2005 , ISSN 1411-240X.

TANYA JAWAB Syarip − Hasil perhitungan dibandingkan dengan nilai dalam SAR, paket program apa yang digunakan dalam SAR (lebih percaya yang mana penulis :berdasar SRAC atau yang dihitung oleh SAR). − Bagaimana bisa memvalidasi dengan eksperimen? Apa teras RSG saat ini sudah menggunakan bahan bakar Si tersebut? Jati Susilo − Didalam SAR tidak disebutkan paket program yang digunakan. Nilai SAR adalah nilai batasan keselamatan, sedangkan perhitungan dalam penelitian ini berdasarkan nilai hasil komisioning. − Saat ini sudah menggunakan bahan bakar U3Si2Al kerapatan 2,96 g U/cc. Validasi telah dilakukan terhadap nilai reaktivitas lebih teras hasil eksperimen. Bambang Galung S. − Apakah criteria keselamatan tidak terpenuhi yang disebutkan, telah mempertimbangkan kebocoran netron (netron leakage) pada system itu? − Kenapa harus ada perubahan material untuk tingkat muat tinggi 3,55 g U/cc s/d 4,89 g U/cc?

13. SURBAKTI T., dkk., Analisis Penambahan Batang Kendali Pengaman (BKP) Pada Teras RSG-GAS, Prosiding Seminar Nasional KeVIII Teknologi Dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir, Jakarta, 15 Oktober 2002.

Jati Susilo

14. WIRANTO S., Evaluasi Umur Garpu Penyerap Batang Kendali RSG-GAS Setelah Beroperasi 30.000 MWD, Buletin Pengelolaan

− Agar kriteria keselamatan (nilai SAR) terpenuhi. Penambahan/perubahan material dimaksudkan untuk menambah bahan penyerap.

− Didalam paket program kalau menghitung k-eff sudah otomatis mempertimbangkan kebocoran netron. Berbeda halnya kalau perhitungan k-inf yang tidak mempertimbangkan kebocoran netron.


ANALISIS REAKTIVITAS BATANG KENDALI TERAS SETIMBANG SILISIDA RSG-GAS DENGAN SRAC-

Recommend Documents