DAFTAR ISI BAB I. Pendahuluan BAB II. Reaktor
1 2
A. Dasar Neutronik Reaktor
2
1. Proses dan Produk Pembelahan
2
2. Distribusi Fluks neutron di dalam Teras
3
B. Pembangkitan Panas di dalam Reaktor
5
C. Komponen Dasar Reaktor (Bahan Bakar, Moderator, Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi, Pendingin) BAB III. Deskripsi Umum Reaktor Penelitian (TRIGA, Kartini,
6 8
RSG)
8
A. Reaktor Kartini.
13
B. Reaktor Triga 2000
18
C. Reaktor GA Siwabessy. BAB IV. Instalasi Nuklir Non Reaktor.
26
A. Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi
26
B. Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU,
26
C. Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU
26
D. Instalasi Recovery Uranium - P2RR
26
E. Interim Storage Facility for Spent Fuel - P2TRR
26
F. Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG BAB V. Inspeksi Keselamatan Nuklir ( Batasan dan Kondisi
27 28
Operasi)
28
A. Batas Keselamatan
29
B. Penetapan Batas Sistem Keselamatan
33
C. Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman DAFTAR PUSTAKA
48
1
OBJEK INSPEKSI DALAM BIDANG INSTALASI NUKLIR BAB I PENDAHULUAN Obyek Inspeksi Instalasi nuklir adalah obyek yang berkaitan Reaktor nuklir dan Fasilitas yang digunakan untuk pemurnian, konversi, pengayaan bahan nuklir, fabrikasi bahan bakar nuklir dan/atau pengolahan ulang bahan bakar nuklir bekas; dan/atau Fasilitas yang digunakan untuk menyimpan bahan bakar nuklir dan bahan bakar nuklir bekas. Diktat ini dibuat untuk memberi informasi mengenai hal-hal yang berkaitan dengan obyek Inspeksi Instalasi Nuklir, yaitu obyek kegiatan inspeksi pada tiga reaktor penelitian di Yogya, Bandung, Serpong dan obyek kegiatan inspeksi pada instalasi nuklir non reaktor seperti Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi, Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU, Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU,
Instalasi Recovery Uranium - P2RR, Interim Storage
Facility for Spent Fuel - P2TRR dan Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG. Setelah mengikuti kuliah ini, para siswa diharapkan mampu mengenal obyekobyek inspeksi Instalasi Nuklir tersebut diatas. Disamping itu para siswa diharapkan mampu memahami Dasar Neutronik Reaktor, Reaksi pembelahan, konsep kritikalitas, fluks neutron
di dalam teras reaktor, memahami
pembangkitan panas pada reaktor dan mengenal komponen Dasar Reaktor seperti Bahan Bakar, Moderator, Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi dan Pendingin. Para siswa diharapkan juga mampu mengetahui obyek utama Inspeksi Keselamatan Nuklir pada reaktor yaitu yang dinamakan Batasan dan Kondisi Operasi (BKO) diantaranya Batas Keselamatan, Penetapan Batas Sistem Keselamatan dan mengetahui Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman.
1
BAB II REAKTOR A. Dasar Neutronik Reaktor 1. Proses dan produk pembelahan Bila sebuah neutron bertumbukkan dan diserap (absorsi) oleh sebuah inti yang dapat membelah misal uranium 235, maka inti tersebut akan tereksitasi dengan suatu tingkat energi. Energi eksitasi ini adalah oleh gabungan antara energi ikat neutron didalam inti dengan energi kinetik neutron sebelum tumbukkan. Inti yang tereksitasi kemudian membelah dengan reaksi pembelahan sebagai berikut : U235 + 0n1
92
[92U236 ] tak stabil
pembelahan
Jika energi eksitasi tidak cukup besar maka akan kembali ke keadaan semula sambil melepaskan foton gamma atau sebuah partikel. Peristiwa ini disebut reaksi bukan pembelahan dan kebolehjadiannya hanya sebesar 16 % dalam peristiwa absorsi oleh uranium 235. Jika energi eksitasi cukup besar inti maka inti akan membelah dan membentuk dua bagian sebagai hasil pembelahan yang biasa disebut produk fisi dengan reaksi sebagai berikut : U235 + 0n1
92
Xe140 + 38Sr94 + 2 0n1
54
Contoh diatas adalah salah satu reaksi pembelahan yang paling mungkin terjadi dan memberikan produk 54Xe140 dan 38Sr94 . Selain kedua produk fisi yang radioaktif tersebut masih banyak kebolehjadian terbentuknya produk fisi yang lain. Secara statistik kebolehjadian tersebut dapat dilihat pada berbagai literatur.
2
2. Distribusi Fluks Neutron di dalam Teras Untuk menentukan fluks neutron terlebih dahulu harus diketahui sifatsifat neutron didalam media. Sejak neutron dilahirkan dalam reaksi pembelahan, bergerak dengan kecepatan tinggi di dalam teras dan berinteraksi dengan berbagai material, berdifusi serta kemudian diperlambat, neutron berada dalam berbagai tingkatan energi dan bergerak kesegala arah. Pada suatu titik tertentu neutron lahir dan diserap secara terus menerus selama reaksi pembelahan berlangsung. Perkalian antara rapat neutron (n = n/cm3) dengan kecepatannya (v = cm/det) didalam teras selama reaksi pembelahan disebut fluks neutron (ϕ = n/det cm2). ϕ = n.v
(1)
Fluks neutron mempunyai satuan n/det cm2, hal ini menunjukkan jumlah atau kuantitas neutron yang berinteraksi dengan inti dalam suatu titik di dalam teras dalam satuan waktu. Interaksi dalam satuan waktu disebut juga laju reaksi antara neutron dengan inti atom. Fluks neutron biasanya dinyatakan dalam Fluks neutron cepat dan Fluks neutron lambat atau termal. Di dalam teras reaktor Fluks neutron bervariasi, paling besar dibagian tengah dan paling kecil pada daerah tepi teras. Fluks neutron cepat maksimum berada pada bahan bakar dan Fluks neutron lambat maksimum berada daerah moderator. Moderator adalah bagian dari reaktor yang bersifat memperlambat laju neutron dari energi saat membelah sekitar 2 Mev ke energi termal 0,0252 ev. Secara umum, neutron dengan energi tertentu yang lahir di dalam teras dalam reaksi pembelahan dapat berdifusi dan hilang melalui hamburan serta hilang melalui absorsi. Laju perubahan rapat neutron n dalam waktu θ diberikan melalui persamaan difusi sebagai berikut :
3
∂n / ∂θ = D∇ 2φ − ∑ φ + S
(2)
dalam keadaan tunak (steady state), ∂n / ∂θ = 0 sehingga persamaan diatas menjadi : ∇ 2φ − ∑ φ / D = − S / D Σ
= tampang makroskopik
ϕ
= fluks neutron, n/det cm2
(3)
S = sumber neutron, n/det cm3 D
= koefisien difusi yang dapat diperoleh dari harga panjang difusi
L dan sebagai fungsi dari bahan moderator, untuk air misalnya, harga L = 2,88 cm. Persamaan (3) diturunkan dengan asumsi neutron diperlambat atau diabsorsi dari suatu grup energi ke grup energi dibawahnya. Untuk seluruh grup energi persamaan (3) menjadi : ∇ 2φ + B 2φ = 0
(4)
B2 = buckling reaktor, suatu besaran yang dipengaruhi oleh sifat-sifat bahan pada reaktor, mempunyai satuan (cm)-2 = ( π / H c ) + ( 2,405 / Rc ) untuk reaktor berbentuk silinder, dimana Hc 2
2
tinggi teras dan Rc radius teras.
cepat
termal
Teras
4
Gambar 1 : Distribusi fluks fluks neutron pada reaktor tak bereflektor B. Pembangkitan Panas di dalam Reaktor Permasalahan yang paling mendasar dalam merancang sebuah reaktor adalah masalah perpindahan panasnya. Reaktor dapat dibuat dengan daya yang besar dalam arti panas yang dibangkitkan besar, namun dalam pembuatan tersebut perlu dipertimbangkan bagaimana perpindahan panas yang besar itu dipindahkan. Pembangkitan panas yang besar ini perlu dirancang agar dapat dipindahkan dari satu sistem ke sistem lain dengan seefektif mungkin dan sekaligus mengubah bentuk energinya menjadi energi yang diperlukan. Laju pembangkitan panas persatuan volume dari sebuah elemen bakar dapat diberikan melalui persamaan : q’’’ = G N τ f φ
Mev/det cm3
G
= energi per pembelahan, Mev
N
= jumlah bahan bakar yang dapat membelah, atom/cm3
τf
= tampang pembelahan mikroskopik, cm2
φ
= fluks neutron, n/det cm2
Bila N konstan dalam setiap bahan bakar, pembangkitan panas proporsional dengan perkalian antara tampang pembelahan mikroskopik dengan fluks neutron. Tampang pembelahan mikroskopik tergantung dari bahan bakar yang dapat membelah dan energi neutron, dengan demikian tergantung pada jumlah neutron yang di perlambat ke energi termal. Dalam suatu reaktor tertentu, panas yang dibangkitkan proporsional dengan fluks neutron. Dengan perkataan lain bila fluks neutron berlipat dua, maka pembangkitan panasnya pun dua kali lipat.
5
C. Komponen Dasar Reaktor Suatu reaktor terdiri dari komponen dasar yaitu Bahan Bakar, Moderator, Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi dan Pendingin. Bahan Bakar adalah suatu perangkat terdiri dari bahan yang mengandung U-235 atau Pu239 yang terbungkus di dalam sebuah kelongsong yang dapat menghasilkan reaksi inti berantai. Bahan bakar reaktor riset dapat berupa silinder atau pelat. Gabungan dari beberapa bahan bakar bundel bahan bakar. Susunan bahan bakar berbentuk silinder atau kotak disebut teras reaktor. Moderator adalah bahan yang dapat memperlambat laju kecepatan neutron pada energi tinggi menjadi neutron termal pada energi rendah agar dapat berinteraksi menghasilkan reaksi inti berantai. Bahan moderator dapat berupa air yang sekaligus berfungsi sebagai pendingin dan penahan radiasi arah vertikal. Untuk reaktor tipe kolam, Moderator dan/atau pendingin ini ditampung dalam suatu wadah yang disebut tangki reaktor. Teras reaktor berada pada bagian bawah tangki reaktor. Batang Kendali adalah suatu perangkat penyerap neutron yang dipasang pada teras reaktor yang berfungsi mengendalikan laju pertumbuhan fluks neutron agar daya reaktor dapat dikendalikan. Bahan penyerap neutron dapat berupa Boron atau AgInCd. Batang kendali dihubungkan dengan suatu perangkat elektronik untuk keperluan pengendalian daya reaktor. Reflektor adalah bahan yang dapat memantulkan neutron ke dalam teras untuk memperkecil kebocoran neutron pada bagian tepi teras. Bahan reflektor dapat berupa grafit atau karbon. Reflektor dipasang melingkar pada tepi teras. Perisai Radiasi adalah bahan yang dapat menahan laju paparan radiasi neutron maupun radiasi gamma dari dalam teras keluar teras reaktor. Bahan
6
perisai radiasi pada reaktor biasanya berupa beton dengan massa jenis sebesar 3 kg/dm3. dipasang pada tepi bagian luar tangki reaktor. Pendingin atau lebih tepat sistem pendingin adalah suatu sistem yang dapat memindahkan panas yang terbentuk di dalam teras ke sistem pendingin di luar teras reaktor. Sistem pendingin terdiri dari pompa primer, pipa primer, pipa sekunder, pompa sekunder, pemindah panas (HE) dan blower.
7
BAB III DESKRIPSI UMUM REAKTOR PENELITIAN A. Reaktor Kartini Reaktor Kartini merupakan reaktor penelitian jenis kolam mempunyai daya nominal 250 kilo Watt dan saat ini beroperasi steady state pada daya 100 kilo Watt.
Reaktor ini dibangun berdasarkan beberapa pertimbangan,
diantaranya jenis reaktor ini paling sederhana, murah dalam biaya operasi dan pemeliharaannya. Selain itu reaktor kolam mempunyai fleksibilitas besar dalam susunan teras dan sifat intrinsik yang aman.
Dengan
dilengkapi beberapa sarana eksperimen dan penelitian, reaktor ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Reaktor Kartini di Yogyakarta adalah reaktor TRIGA 250 yang berasal dari Bandung. Daya reaktor saat diresmikan adalah 250 kW. Bangunan reaktor, sistem pelepasan panas primer dan fasilitas eksperimen lainnya didesain tahan gempa sehingga SSE (Safety Shutdown Eartquake). Luas bangunan kurang lebih 900 m2, sebagian bangunan berlantai tiga. Serambi reaktor (reactor hall) berukuran 20 x 20 m2, tinggi 12 m dengan atapnya sebagian datar, sedang bagian tengah berbentuk lengkung-cembung. Pintu masuk personel terdapat pada latai 1 dan 2, pada masing-masing lantai terdapat pintu yang berfungsi sebagai pintu darurat. Pintu masuk untuk barang dengan volume besar terdapat pada lantai 1. Uraian dari masing-masing level bangunan reaktor adalah, 1) Ground level (level dasar ) sekitar 0 meter, meliputi: pintu masuk, lokasi
eksperimen
dengan
beam
port,
lokasi
pompa
primer/demineralizer, panel listrik daya, lokasi perangkat subkritik, lokasi barang/peralatan ekseperimen. 2) Intermediate level (lantai II) sektar 3,5 meter, meliputi: lokasi eksperimen dengan bulk shielding, pintu darurat.
8
3) Operation level (lantai III) sekitar 8 meter, meliputi: dek reaktor, lokasi ruang kontrol reaktor, lokasi percobaan pada dek reaktor. Untuk perisai pada bangunan reaktor digunakan beton bertulang, dengan menggunakan batu dan pasir barit. Perisai dengan tinggi 6,5 meter mempunyai pondasi 6 meter, dan didesain tahan gempa. Tebal perisai bagian bawah sampai ketinggian 3,84 meter adalah 2,5 meter, sedang tebal di atasnya 70 cm. Pada bagian atas perisai dibuat piringan beton bertulang, dengan garis tengah 7 meter, sehingga orang dapat ke dalam tangki reaktor dari atas. Ruang gedung raktor selalu tertutup rapat dan udara dalam ruangan disedot ke luar gedung dengan menggunakan mesin penyedot khusus (blower). Udara yang disedot dilepaskan ke udara bebas, melewati saringan melalui cerobong ventilasi yang tingginya 32,5 meter. Di bagian bawah cerobong dipasan saringan khusus untuk menyaring gas-gas radioaktif, bila terjadi di dalam gedung reaktor. Udara masuk ke dalam gedung reaktor melalui lubang ventilasi yang terdapat pada dinding gedung. Pada daya maksimum (100 kW) kondisi berikut ini dapat tercapai : 1) Paparan radiasi tepat di atas permukaan air tangki, di sekeliling perisai dan ruang kendali masih di bawah batas keselamatan yang diijinkan. 2) Suhu permukaan air tangki reaktor berkisar antara 35-38°C dan maksimum 40°C. Suhu bahan bakar (di pusat/tengah) maksimum 110° C. 3) Fluks neutron (n/cm2s) rerata pada daya 100 kW di lokasi : Central Thimble Pneumatic
Cepat
: 2,4 x1012
Thermal
: 1,2 x1012
Cepat
: 6 x 1011
Thermal
: 3 x 1011
Rotary Specimen Rack Cepat Thermal
: 1,5 x1011 : 2,2 x 1011
9
1. Bahan Bakar Bahan bakar reaktor yang digunakan pada saat ini terdiri dari bahan bakar: Tipe-104 : UzrH1.7 , perkayaan 20%, 8 w/o U = 36,5 gram U235 per elemen.
Selain itu digunakan pula bahan bakar berinstrumen
termokopel (instrumented fuel element/ IFE) Tipe-204 : dengan kandungan uranium 8,5 w/o U = 37 gram U235 per elemen. Jumlah elemen bakar di dalam teras pada saat daya 100 kW adalah 66 buah dengan burn-up bervariasi antara : 3% - 10%. 2. Siklus Operasi Reaktor Kartini dioperasikan pada jam kerja (6 jam per hari) kecuali ada permintaan khusus dapat dioperasikan secara kontinu 1x24 jam sampai dengan 3x24 jam. Operasi reaktor pada umumnya digunakan untuk : iradiasi sampel dalam rangka analisis unsur-unsur, penelitian dalam bidang kinetika dan kendali reaktor, bidang netronik dan termohidrolik, layanan pendidikan dan pelatihan, eksperimen/ praktikum fisika reaktor. 3. Instrumentasi dan Kendali Sistem instrumentasi dan kendali Reaktor Kartini sebagian besar dibuat oleh BATAN dengan menggunakan beberapa komponen buatan General Atomics (GA) yang terdiri dari : a. Konsol sistem kendali digital (BATAN) b. Unit kendali dan data akuisisi digital (BATAN) c. Kanal pemantau daya linier + detektor 2 buah (GA) d. Kanal pemantau daya lebar + detektor 2 buah (GA) e. Batang kendali + penggerak batang kendali 3 buah (GA)
10
Rangkaian keselamatan yang tersedia adalah Rangkaian Scram dan Sistem Peringatan. Rangkaian scram tersedia untuk : A. Daya (>110 %, 3 kanal) B. Perioda (< 7 detik, 1 kanal) C. Neutron source interlock (1 kanal) D. Catu daya detektor (4 buah) E. Watchdog komputer F. Manual a. Sistem Peringatan (alarm) tersedia untuk : Suhu air tangki b. Suhu bahan bakar maksimum c. Tingkat paparan radiasi
4. Sistem Pendingin Tersedia dua jalur sitem pendingin primer dan sekunder masing-masing dengan kapasitas 100%. Setiap jalur terdiri dari satu pompa dengan daya 5 kW mengalirkan pendingin primer dengan laju alir 280 lpm. Dengan menggunakan sebuah penukar panas tipe plat atau tipe shell and tube, panas yang dihasilkan ini dipindahkan ke aliran sekunder yang mengalir dengan laju 600 lpm dengan didorong oleh satu pompa berkekuatan 20 kW. Panas sekunder ini kemudian dipindahkan ke udara melalui cooling tower. Sistem pendingin reaktor dimurnikan secara terus menerus dengan sistem demineralisasi. 5. Fasilitas Iradiasi a. Central Thimble (CT) b. Pneumatic Transfer System c. Rotary Specimen Rack (Lazy Suzan/LS) d. Empat buah beamport e. Thermal Column f. Thermalizing Column
11
Seluruh fasilitas iradiasi, seperti : Lazy Susan, Pneumatic Transfer Tube, dan CT, berfungsi secara baik, demikian pula dengan beamport. Table 1 : Spesifikasi Reaktor Kartini Spesifikasi panjang total panjang aktif panjang grafit diameter luar diameter luar bahan bakar lapisan racun dapat bakar berat kandungan U-235 material kelongsong tebal kelongsong gap bahan bakar-kelongsong titik leleh kelongsong Spesifikasi Teras Reaktor : Jumlah elemen bakar (e.b.) Volume aktif e. b. Volume total e.b. dalam teras Tekanan operasi Jarak antar pusat e.b. Koef pp konveksi Massa alir pendingin Daya rerata teras Daya max teras Heat flux rerata
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
72,06 cm 38,1 cm bagian atas 7,2 cm, bagian bawah 9,5 cm 37,34 mm 36,32 mm 0,7874 mm 36,5 gram (rerata) SS-304 0,5 mm 0,0635 mm 1000 OC 68 batang 413,96 cm3 28149 cm3 5,39. 104 Pa 4 cm 779,72 W/m2 oC 0,0325 kg/s 0,00171 kW/cm3 0,00332 kW/cm3 9700 W/m2
B. Reaktor Triga 2000 Bandung Reaktor TRIGA 2000 yang berada di Bandung adalah reaktor penelitian pertama di Indonesia. Reaktor ini dibangun pada tahun 1964 dan diresmikan oleh Presiden pertama RI Ir. Sukarno. Daya reaktor saat diresmikan adalah 250 kW, pengelolaannya ditangani oleh Pusat Reaktor Atom Bandung, Badan Tenaga Atom Nasional. Dalam perkembangannya, reaktor ini pernah ditingkatkan dayanya sampai 1000 kW. Saat ini daya maksimum reaktor adalah 2400 kW, yakni 120% x 2000 kW.
12
TRIGA adalah singkatan dari Training Research and Isotop Production by General Atomic. Berdasarkan arti nama, reaktor ini berfungsi sebagai reaktor untuk latihan, penelitian dan untuk produksi radioisotop. Pembuat reaktor TRIGA adalah General Atomic sebuah perusahaan dari Amerika Serikat. Reaktor TRIGA dirancang sedemikian rupa agar selama dioperasikan aman. Terdapat beberapa faktor keselamatan yang diterapkan pada reaktor, misalnya sifat bawaan (inherent safety) yang dipunyai oleh elemen bakar UZrH yang mempunyai koefisien temperatur negatip. Selain itu faktor puncak daya aksial dan radial masing-masing tidak boleh lebih dari 1,6 dan 1,3. batasan ini diambil dari batas rancangan
(design limit)
termohidrolik Reaktor TRIGA 2000 Bandung yang menjamin bahwa batasbatas keselamatan suhu bahan bakar dan kelongsong elemen bakar tidak akan terlampaui. 1. Air kolam Reaktor Reaktor berada di dalam suatu kolam air, tinggi permukaan air kolam reaktor dari permukaan atas teras reaktor (lempeng kisi atas) tidak kurang dari 550 cm. Selama teras teaktor seluruhnya terendam di dalam air pendingin, ia akan memperoleh pendinginan yang cukup secara konveksi alami. Sehingga terhindar dari kerusakan kelongsong maupun pelelehan bahan bakar. Penurunan tinggi air kolam reaktor sampai melebihi batas keselamatan di atas selama ini tidak pernah terjadi secara idak sengaja/ akibat kecelakaan. Akan tetapi bila hal tersebut terjadi, maka berarti sistem tangki reaktor mengalami kebocoran, baik akibat pecah/bocornya tangik ataupun lubang berkas (beam port). Dengan pembatasan di atas maka paling sedikit reaktor sudah padam selama sekitar 188 detik pada saat ketinggian air pendingin tepat mencapai permukaan atas teras reaktor, bila terjadi peristiwa pecahnya lubang berkas (beam port) yang bergaris tengah 16 cm. Selang waktu ini adalah lebih dari cukup untuk memberi 13
kesempatan kepada perangkat pendingin teras darurat untuk bekerja secara
penuh
menggantikan
sistem
pendingin
primer
dalam
mendinginkan reaktor. Selain itu, penurunan tinggi air pendingin akan menyebabkan pula perlindungan terhadap radiasi secara efektif berkurang, terutama di daerah tepat di atas kolam reaktor. Pada saat ketinggian air kolam mencapai 550 cm di atas teras, akan terjadi pengurangan perlindung radiasi setebal 100 cm yang setara dengan kenaikan paparan radiasi gamma (dengan energi 1 MeV) sebesar 22,4 kali dari keadaan normal. Ini berarti pula bahwa pembatasan tinggi air kolam reaktor seperti di atas akan mencegah paparan radiasi yang berlebihan. 2. Sistem Peringatan Dini Perangkat-perangkat keselamatan berikut ini harus dapat memberikan peringatan dini kepada operator reaktor, bila terjadi keadaan dimana batas sistem keselamatan hampir tercapai. Peringatan dini tersebut dapat berupa bunyi, nyala lampu, tulisan-tulisan pada layar monitor, atau cara-cara lainnya. Pada saat tanda peringatan muncul, para operator harus segera bersiaga dan segera melakukan tindakan yang diperlukan untuk mencegah terjadinya keadaan yang lebih buruk. a.
Perangkat keselamatan daya reaktor harus dapat memberikan tanda peringatan bagi para operator reaktor bila daya reaktor mencapai 2100 kW (105%) atau lebih. Hal ini dapat membantu para operator reaktor untuk dapat mencegah keadaan scram yang tidak diinginkan, dengan cara menurunkan batang kendali secara manual, sehingga reaktor bekerja secara normal dan stabil kembali pada daya penuh 2000 kW.
b.
Untuk dapat mencegah kecelakaan reaktor akibat kecerobohan operator dan sekaligus membantu para operator dalam menaikkan daya/menjalankan reaktor dengan lancar dan stabil, perangkat keselamatan daya reaktor harus dapat memberikan tanda peringatan kepada para operator pada saat terdeteksi periode reaktor lebih kecil 14
atau sama dengan 7 detik. Dengan cara ini operator akan memiliki cukup kesempatan untuk bersiaga maupun segera bertindak menghentikan gerakan naik batang kendali bahkan menurunkan batang kendali bila diperlukan. Batas di atas cukup dapat untuk menjamin kelancaran operasi reaktor karena berada 4 detik di atas periode terkecil reaktor yang diperbolehkan oleh sistem keselamatan daya reaktor. c. Perangkat pengukur laju alir air pendingin primer reaktor harus dapat memberikan peringatan dini bila terdeteksi laju alir <600 gpm. Bila keadaan ini terjadi, para operator harus segera memadamkan reaktor (shutdown) dan segera memeriksa dan menangani apa penyebabnya. Batas ini cukup aman dan menjamin kelancaran operasi reajtir jareba abja tersebut sekitar 150-200 gpm di bawah nilai norma laju alir pendingin primer. Dalam hal terjadi kegagalan fungsi perangkat pengukur laju alir pendingin primer ini, reaktor masih dapat dioperasikan kembali apabila perangkat-perangkat lainnya masih bekerja baik, yaitu: pengukur suhu elemen bakar (IFE), pengukur suhu air kolam reaktor serta pompapompa pendingin primer dan skunder. d. Perangkat keselamatan ketinggian air kolam reaktor harus dapat memberikan peringatan dini bila ketinggian air kolam turun 20 cm dari keadaan normal. Bila keadaan ini tercapai, para operator harus segera memeriksa apakah perangkat penyedia air tambahan (make-up water supply system) bekerja dengan baik untuk menambah air pendingin reaktor. Bila perangkat tersebut mengalami kegagalan maka operator harus segera menambahkan air pendingin secar manual. Batas ini cukup aman dan menjamin cukupnya waktu (sebelum scram terjadi) bagi perangkat pemasok air tambahan ataupun para operator untuk menambah air pendingin reaktor ke ketinggian normal, karena masih berada 30 cm di atas batas sistem keselamatan ketinggian air kolam. e. Perangkat pemantau ketinggian air kolam pendingin skunder harus dapat mengeluarkan peringatan dini kepada para operator jika air kolam tersebut turun 20 cm di bawah normal. Bila hal ini terjadi maka 15
para operator harus memeriksa apakah teradi kebocoran pada kolam air pendingin sekunder ataupun apakah terjadi kegagalan pada perangkat pemasok air tambahan untuk pendingin sekunder Jika memang demikian maka operator harus segera menurunkan daya reaktor atau bahkan memadamkan reaktor agar batas sistem keselamatan tiak terlewati. f.
Perangkat pemantau radiasi di atas permukaan kolam air reaktor harus mengeluarkan tanda peringatan apabila terdeteksi paparan radiasi melebihi 80 mRem/jam. Bila hal ini tejadi, para operator reaktor, didampingi oleh petugas proteksi radiasi, harus memeriksa keadaan kolam air pendingin reaktor, karena kejadian tersebut merupakan pertanda bahwa telah terjadi kebocoran pada kelongsong elemen bakar ataupun munculnya gelembung-gelembung udara ke atas permukaan kolam air pendingin secara berlebihan. Jika tidak terjadi pemunculan gelembung udara yang berlebihan, ada kemungkinan besar bahwa kebocoran elemen bakar terjadi. Untuk mengatasinya, operator reaktor harus segera menurunkan daya reaktor atau bahkan memadamkan reaktor bila diperlukan. Sebaliknya, bila terjadi pemunculan gelembung udara yang berlebihan, maka ada kemungkinan perangkat difuser tidak bekerja dengan sempurna akibat masuknya udara ke dalam pipa penghubung perangkat tersebut. Kemungkinan lain adalah kerapatan daya reaktor terlampau tinggi, sehingga air pendingin di dalam teras terlalu panas. Untuk mengatasi kejadian-kejadian di atas, maka para operator harus melakukan tindakan seperlunya sesegera mungkin, seperti: mengatur katup pada pipa penghubung difuser (agar udara keluar dari pipa tersebut) ataupun menurunkan daya reaktor sedemikian sehingga paparan radiasi kembali normal. Apabila tindakan-tindakan di atas tidak berhasil mengatasi permasalahan, reaktor harus segera dipadamkan. Batas kondisi operasi di atas diberlakukan agar para operator maupun pekerja radiasi lain terhindar dari paparan radiasi yang berlebihan, sekaligus melindungi reaktor dari kerusakan elemen bakar yang fatal, apabila terjadi kebocoran kelongsong elemen bakar.
16
g. Jika terdeteksi beda tekanan udara di luar dan di dalam ruang reaktor sebesar 0,2 cm air atau lebih kecil, perangkat pengukur tekanan udara ruang reaktor harus mengeluarkan tanda peringatan dini. Hal ini menandakan bahwa ada kemungkinan ruang reaktor bocor, atau pintu masuk ke ruang reaktor terbuka. Bila hal ini terjadi, maka operator reaktor harus segera bertindak untuk mengatasi hal tersebut. Jika masalah
tersebut
tidak
dapat
teratasi,
maka
operator
harus
memadamkan reaktor. Dengan cara ini pelepasan gas radioaktif (yang mungkin terkandung di dalam udara di dalam ruang reaktor) ke udara luar tanpa melewati penyaring udara absolut (yang berada di dalam cerobong udara ruang reaktor) dapat dicegah semaksimal mungkin. Sekaligus dengan cara ini dapat dipantau lalu lintas orang dari dan ke dalam reaktor, sehingga masuknya orang yang tidak berkepentingan dapat dicegah sedini mungkin. h. Perangkat pemantau catu daya listrik pompa primer dan pompa sekunder harus memberikan tanda peringatan kepada para operator reaktor bila terdeteksi catu daya perangkat-perangkat tersebut mengalami kegagalan/mati. Bila hal ini terjadi maka operator harus segera memadamkan reaktor, agar batas-bats sistem keselamatan suhu bahan bakar dan air pendingin tidak terlampaui. i.
Perangkat pemantau catu daya listrik motor kipas menara pendingin harus memberikan tanda peringatan kepada para operator reaktor bila terdeteksi catu daya tersebut mengalami kegagalan/mati. Bila hal ini terjadi maka operator harus segera memadamkan reaktor dan memerikasa keadaan semua motor kipas menara pendingin. Jika kegagalan motor tidak tertangani, tetapi masih ada sebagian motor kipas yang berfungsi dengan baik, operator dapat mengoperasikan kembali reaktor ke daya yang lebih rendah, yang masih dapat menjamin batas-batas sistem keselamatan suhu bahan bakar dan air pendingin tidak terlampaui.
C. Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS)
17
Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) merupakan reaktor riset jenis MTR (Material Testing Reactor) pertama di dunia yang dioperasikan langsung dengan menggunakan bahan bakar dengan pengkayaan uranium rendah, LEU. low enriched uranium. Pada saat rancang bangun Reaktor RSG-GAS dilaksanakan, hanya tersedia bahan bakar LEU jenis oksida (U308-AL) yang dapat digunakan untuk memenuhi spesifikasi yang ditentukan. Oleh karena itu RSG-GAS menggunakan bahan bakar oksida dengan densitas uranium 2,96 gU/cc dengan pengkayaan U235 sebesar 19,75%. Dalam rangka meningkatkan kinerja reaktor, direncanakan untuk melakukan konversi teras reaktor RSG-GAS dari bahan bakar oksida menjadi silisida. Hal ini dilakukan karena penggunaan densitas uranium yang lebih tinggi dapat meningkatkan panjang siklus operasi reaktor. Program konversi teras RSG-GAS dilakukan secara bertahap. Tahap pertama adalah konversi bahan bakar dari oksida menjadi silisida dengan densitas sarna yaitu 2.96 gU/cc. Tahap kedua adalah konversi bahan bakar silisida dari kerapatn 2.96 gU/cc ke kerapatan yang lebih tinggi. Sampai saat ini keputusan untuk langkah kedua belum dilakukan mengingat penyediaan bahan bakar silisida dengan kerapatan lebih tinggi bergantung pada pabrikasi elemen bakar. Konversi tahap pertama dimulai sejak tahun 1999 dengan menggunakan konversi teras campuran bahan bakar oksida dan silisida. Diperlukan 10 (sepuluh) siklus operasi teras campuran untuk mendapatkan teras setimbang silisida penuh. Teras setimbang silisida penuh dicapai pada teras ke-45 pada bulan Agustus 2002. Blok reflektor berilium dan posisi-posisi eksperimennya, terutama tabungberkas menutup dua sisi teras sisanya. Blok berilium dipisahkan dari teras reaktor dengan selubung teras.
18
Elemen bakar didasarkan pada teknologi MTR (Material Testing Reactor). Setiap elemen bakar standar terdiri atas bagian ujung di bagian bawah, dan perangkat penegang di bagian atas, dua buah pelat sarnping dan 21 buah pelat bahan bakar. Setiap pelat bahan bakar terdiri atas rangka AIMg2 dan dua buah lernbaran penutup dari bahan yang sarna, yang rnernbungkus pelat daging dispersi U3Si-AI. Elemen bakar kendali dirancang untuk dapat disisipi penyerap jenis-garpu (fork type). Bagian yang berisi bahan bakar pada elemen kendali identik dengan bagian yang berisi bahan bakar pada elemen bakar. Sebanyak 15 buah pelat bahan bakar bagian dalam ditahan oleh dua buah pelat samping. Sebanyak 3 pelat bahan bakar diambil pada setiap ujung dari daerah yang berisi bahan bakar untuk memberikan ruang untuk memasukkan bilah penyerap (absorber blade). Pelat-pelat aluminum menggantikan dua dari tiga buah pelat bahan bakar yang diambil. Perangkat penyerap terdiri atas dua buah bilah Ag-In-Cd yang diberi lapisan baja tahan karat. Sistem kendali berfungsi untuk mengendalikan fluks reaktor dengan gerakan perangkat penyerap pada arah vertikal ke dalam dan ke luar elemen kendali untuk mengatur reaktivitas teras reaktor. Elemen berilium terdiri atas sebuah ujung fitting bawah, batang berilium berbentuk persegi dan pegangan di bagian atas.
19
1. Elemen Bakar a. Elemen Bakar Standar Elemen bakar didasarkan pada teknologi MTR. Setiap elemen bakar terdiri atas: 1) Ujung bawah fitting yang tepat rnasuk ke dalarn lubang petal kisi untuk ternpat. elernen bahan bakar. 2) Qua petal sarnping (side plate) dengan alur pengencang daft penahan petal bahanbakar. 3) Pegangan di bagian alas sebagai perlengkapan penanganan yang pas dengan handling tool. 4) Sebanyak 21 petal bahan bakar dengan lebar daft ketebalan yang sarna rnasing-rnasing terdiri alas angka AIMg2 daft dualernbaran penutup dari bahan yang sarna yang rnernbungkus petal daging dari dispersi UjSbAI. 5) Sebuah comb spacer dengan lebar 3 mm di ujung alas dari petal bahan bakar untuk mernastikan agar jarak antara pelat bahanbakar tidak berubah. Bahan bakar (daging) dari pelat bahan bakar terdiri~atas dispersi U3SiAL dalam aluminum. Kerapatan uranium di dalam daging adalah 2,96 g/cm3. Pengkayaan uranium rendah (LEU) adalah 19,75% berat U235. b. Elemen Bakar Kendali Elemen bakar kendali dirancang untuk menerima penyerap jenis garpu. Dari semua desain penyerap yang ada dan telah terbukti untuk teras reaktor berbahan bakar MTR, desain penyerap ini memberikan keefektifan tertinggi untuk kendali dan pemadaman reaktor. Bagian yang berisi bahan bakar pada elemen bakar kendali identik dengan yang terdapat pada elemen bakar standar. Sebanyak 15 buah pelat bahan bakar bagian dalam ditahan kedua sisinya oleh dua pel at samping. Sedangkan 3 buah pelat bahan bakar diambil di masing20
masing ujung dari zona yang berisi bahan bakar untuk memberikan tempat agar pelat penyerap dapat masuk ke dalamnya. Dua dari tiga tersebut ditukar dengan pelat alumunium dengan pengarah keeil di satu permukaan sehingga pelat penyerap bergerak dengan lanear di dalam eelah diantara pelat-pelat tersebut. 2. Sistem Pendingin Fungsi reaktor serba guna RSG-GAS antara lain adalah untuk melayani penelitian
dengan
menggunakan
sumber
neutron
dan
produksi
radioisotop. Pada aliran pendingin yang stabil. temperatur maksimum permukaan pelat pemanfaatan lainnya. Dengan demikian maka diperlukan penyediaan kerapatan fluks neutron yang tinggi kepada pengguna,
dengan
kerapatan
fluks
neutron
yang
tinggi
akan
menghasilkan rapat daya yang tinggi pula di dalam teras reaktor. Pada sistem-sistem reaktor bertekanan rendah, rapat daya dibatasi oleh persyaratan bahwa aliran pendingin harus dijamin stabil secara hidrodinamis sepanjang kanal pendingin. Pelanggaran alas kriteria ini akan mengakibatkan proses perpindahan panas yang buruk disertai oleh kenaikan tiba-tiba temperatur pelat bahan bakar ke tingkat yang tidak dapat ditolerir sehingga pada akhirnya dap bahan bakar tidak boleh melebihi 140°C sampai 150°C dimana terjadi pendidihan sub-cooled, rejim yang merupakan bentuk perpindahan panas yang paling efisien. Temperatur maksimum dari bahan bakar adalah sekitar 5.0 K di alas temperatur permukaan pelat. Korosi kelongsong dapat menimbulkan lapisan tipis oksida yang mempunyai sifat hantaran panas yang buruk sehingga akan menyebabkan kenaikan temperatur maksimum 25 K. Pada operasi normal, pendingin primer disirkulasikan di dalam sistem pendingin primer oleh dua buah pompa primer yang bekerja secara paralel satu sarna lain. Pendingin yang berasal dari dua buah alat penukar panas (HE-Heat Exchanger) memasuki kolam reaktor melalui 21
pipa distribusi balik horizontal yang terletak lebih kurang 1.2 m di bawah bidang tengah teras reaktor. Laju alir minimum sistem pendingin primer adalah 800 kg/det. Sekitar 89% dari total laju afir atau 715 kg/det afiran mendinginkan teras reaktor den sekitar 11 % atau 85 kg/det melalui reflektor. Laju alir teras reaktor dapat dipecah menjadi laju alir teras reaktor aktif dan laju alir bypass teras reaktor. Sebagian panas peluruhan yang dihasilkan oleh teras reaktor dikeluarkan dari kolam dengan menggunakan sistem pendingin kolam yang terdiri dari 3 buah pendingin kolam dan sebagian lagi digunakan untuk memanasi air di dalam kolam reaktor. Desain termohidrolik diverifikasi dengan pengukuran yang dilaksanakan selama tase start-up pada reaktor sub-kritis dan selama operasi reaktor. Parameter-parameter utama dari desain termohidrolik adalah laju alir teras reaktor, laju alir elemen bakar dan distribusi rapat daya. Laju alir teras reaktor diukur dengan menggunakan turbine flow-meter yang dipasang pada fitting ujung bawah aleman bakar dummy. Flowmeter memberi distribusi kecepatan pada penampang silang teras reaktor dan setelah merata-ratakan nilai-nilai ini, diperoleh totallaju alir melalui elemen bakar dan elemen kendali. 3. Kolam Reaktor Kolam reaktor berbentuk silinder merupakan bagian integral dari Gedung Reaktor yang tahan gempa burni. Letaknya adalah di tengahtengah Gedung Reaktor dan menjulang dari ketinggian -0,6 m sampai + 13,15 m, untuk tujuan sebagai perisai maka digunakan beton dengan kerapatan yang tinggi, kerapatan nominal 3,6 kg/dm3, di daerah bawah dari kolam reaktor sampai ketinggian +8,25 m.
22
Sebuah kanal ventilasi dalam lapisan aluminum pada kedua kolam di atas, tinggi permukaan air mengelilingi kolam. Fasilitas ini dan ventilasi yang terletak di atas kolam reaktor berfungsi untuk mengeluarkan udara. Penetrasi untuk pemipaan untuk sistem bantu terletak di bawah permukaan air kolam, sehingga permukaan itu sendiri bebas dari pemipaan. Semua penetrasi dilengkapi dengan katup isolasi ganda yang secara otomatis menutup apabila permukaan air mencapai nilai minimum yang telah ditetapkan sebelumnya. Kolam penyimpanan dihubungkan ke sistem hot-cell pada ketinggian +13,0 m dengan sebuah poros vertikal untuk memindahkan bahan-bahan dan komponen-komponen yang telah diiradiasi. Kolam ini dilengkapi dengan dua rak penyimpan, yang masing-masing dapat menampung 150 elemen teras reaktor. Sebuah transport wagon disediakan untuk pemindahan komponen-komponen teras reaktor dari kolam penyimpanan ke poros vertikal. 4. Tabung Berkas Sebanyak 6 tabung berkas tersedia dari kolam ke balai eksperimen di lantai +1,45 m dan +1,65 m. Seperti halnya tabung berkas, linier flanges disisipkan di dalam beton perisai.
Setiap tabung berkas dilengkapi
dengan thimble yang kedap air yang berakhir pada suatu jarak sekitar 150 mm dari dinding lapisan tabung berkas. Apabila terjadi retakan pada tabung berkas, thimble yang tidak terbuka terhadap stress patah akan mencegah kebocoran air kolam. Ruang antara dinding lapisan tabung berkas dan tabung berkas diisi dengan air kolam yang harus dipertukarkan dari waktu ke waktu untuk mencegah korosi dan untuk mengurangi produk-produk aktivasi. Ruang ini secara otomatis terisi dengan air yang masuk melalui celah yang sangat sempit, masing-masing terbentuk oleh cakram di sekeliling tabung berkas. Cakram ini dihubungkan secara kencang ke lapisan kolam.
23
Apabila tabung berkas tidak digunakan, maka dapat diisi dengan air dan thimble ditutup dengan memasukkan penutup beton ke dalamnya. Pintu tabung berkas yang terletak di dalam balai eksperimen diberi perisai untuk menjaga agar paparan radiasi tetap rendah. Keenam tabung berkas dilengkapi dengan pelindung kedua yang akan mencegah kebocoran air kolam reaktor, kendatipun ada retakan pada tabung berkas. Pelindung kedua ini dibentuk oleh thimble. Table 1.a : Spesifikasi Reaktor Kartini, TRIGA dan RSG-GAS (perbandingan)
Kartini 1 2 3 4 5 6
7
Daya Maximum Minimum period % Daya Maximum Suhu air Tangki Max. Suhu bahan bakar Max. Laju alir Primer
100 kW 7 second 110 % ≤ 40 530 °C 76 GPM
2000 kW 7 second 120 % ≤ 40 530 °C <600 GPM
T inlet HE
≤ 10 upper
≤ 10 upper
room temp.
room temp.
Toutlet HE
≥ 5 upper
≥ 5 upper room temp.
Laju alir Sekunder
room temp. 160 GPM
T inlet HE
≤ 2 upper room temp
8
TRIGA
-
RSG-GAS 3000 kW ≤ 40 150 °C 800 kg/det
-
T outlet HE
≥ 7 upper
Pemanfaatan
room temp Training,
Training,
Training,
Penelitian
Penelitian,
Penelitian, Produksi
Produksi
Isotop, Uji
Isotop
Material, Silicon Doping, Uji Elemen Bakar PLTN.
24
BAB IV. INSTALASI NUKLIR NON REAKTOR A. Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi Divisi Elemen Bakar Nuklir yang berada dalam pengelolaan PT Batan Teknologi adalah suatu divisi yang dapat membuat elemen bakar reaktor riset, khususnya elemen bakar reaktor jenis MTR (material test reactor) seperti RSG-GAS Serpong. Instalasi ini berada di kawasan Puspiptek Serpong dan telah beroperasi sejak tahun 1988. B. Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU Instalasi Elemen Bakar Eksperimental berada dalam pengelolaan Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar dan Daur Ulang (P2TBDU) Badan Tenaga Nuklir Nasional. Instalasi ini mampu membuat prototipe elemen bakar yang digunakan dalam PLTN serta sarana pengembangan elemen bakar PLTN. C. Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU Instalasi Radio Metalurgi mempunyai kemampuan untuk mengkarkterisasi berbagai elemen bakar reaktor, baik reaktor air berat, reaktor air biasa maupun reaktor uji material. Instalasi ini berada dalam pengelolaan Pusat Pengembangan Teknologi Bahan Bakar dan Daur Ulang (P2TBDU) Badan Tenaga Nuklir Nasional. D. Interim Storage Facility for Spent Fuel - P2TRR Interim Storage Facility for Spent Fuel adalah suatu fasilitas penyimpanan sementara elemen bakar bekas reaktor riset. Elemen bakar bekas tersebut sudah tidak dipakai lagi di reaktor dan biasanya dikembalikan ke negara pembuat. Instalasi ini terdiri dari sebuah kolam penyimpanan yang dilengkapi dengan sistem kanal pemindah. Kanal ini menghubungkan 25
kolam dengan hot cell reaktor yang berada dalam pengelolaan Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset (P2TRR-BATAN). E. Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT Petro Kimia Gresik di Jawa Timur adalah sebuah instalasi yang dapat menghasilkan yellow cake yaitu suatu bahan dasar pembuatan bahan bakar yaitu uranium. Instalasi ini sudah tidak menghasilkan lagi uranium sejak pemurnian asam fosfatnya berhenti oleh karena itu Pabrik ini dalam waktu dekat akan di dekomisioning.
26
BAB V. INSPEKSI KESELAMATAN NUKLIR ( BATASAN DAN KONDISI OPERASI) A. Batas-batas Keselamatan Untuk dapat menjamin agar reaktor selalu berada dalam keadaan aman dalam segala keadaan/tingkat operasi, terdapat batas-batas keselamatan safety limits yang perlu dipatuhi. Selama batas-batas keselamatan terebut tidak terlewati, maka bisa dipastikan bahwa kecelakaan reaktor seperti: pecahnya kelongsong elemen bakar, melelehnya bahan bakar, paparan radiasi yang berlebihan dan lain-lain dapat dicegah. Batas-batas
tersebut
ditetapkan
sedemikian
rupa
sehingga
dapat
memberikan tenggang margin yang cukup terhadap suatu keadaan dimana reaktor mulai berada di dalam keadaan yang berbahaya. Dengan demikian keselamatan reaktor masih bisa dipertahankan pada saat terjadi peristiwa luar biasa yang menyebabkan batas-batas tersebut tidak terlampaui dan apabila terlampaui maka reaktor harus sudah berada dalam keadaan padam seketika scram dan selanjutnya reaktor sama sekali tidak dapat dioperasikan, selama kondisi yang menyebabkan terlampauinya batas-batas keselamatan belum ditemukan dan ditanggulangi. B. Suhu Air Pendingin reaktor Suhu air pendingin reaktor bulk Temperature, adalah suhu air pendingin yang diukur di permukaan kolam raktor atau suhu masukan air pendingin ke perangkat penukar panas. Suhu ini biasanya tidak melebihi 49ºC. Suhu air masuk tangki reaktor lebih kecil atau sama dengan 40ºC. Batas ini didasarkan pada pertimbangan proses pendinginan konveksi alam natural convection yang terjadi, yakni mencegah secara dini terjadinya pendidihan selaput yang akan mengakibatkan kekerontangan (burn out) pada kelongsong elemen bakar.
27
C. Penetapan Batas Sistem Keselamatan Untuk menjamin keselamatan reaktor, terdapat sistem keselamatan reaktor yang dapat bekerja/berfungsi sedini mungkin sebelum suatu peristiwa yang menyebabkan terlewatinya batas-batas keselamatan reaktor terjadi. Bila suatu perangkat/sistem keselamatan reaktor mendeteksi bahwa batas sistem keselamatan
tercapai atau bahkan terlewati, perangkat/sistem tersebut
harus mengaktifkan rangkaian scram sesegera mungkin. Dengan demikian dapat dijamin/dipastikan bahwa reaktor sudah berada dalam keadaan pdam pada saat terjadi suatu keadaan luar biasa yang menyebabkan batas-batas keselamatan reaktor terlampaui. Berikut adalah penetapan batas sistem keselamatan (safety system settings) yang perlu dipenuhi dalam segala keadaan/tingkat operasi reaktor. 1. Sistem Keselamatan Suhu Bahan Bakar Seluruh perangkat keselamatan suhu bahan bakar harus segera mengaktifkan rangkaian scram bila mendeteksi suhu bahan bakar setinggi 750ºC atau lebih. Batasan ini cukup aman dan konservatif karena berada 200ºC di bawah batas keselamatan suhu bahan bakar dalam keaadaan paling buruk, sehingga sifat kelembaman perangkat pengukur suhu (termokopel) terkompensasi.
dalam Selain
mendeteksi itu,
perubahan
batasan
di
atas
suhu
cukup
dapat
dapat
memperkecil
kemungkinan kecelakaan bahan bakar akibat suhu maupun bakaran (burn up) yan tinggi (sehingga baik tekanan disosiasi hidrogen maupun tekanan dalam kelongsong akan menjadi semakin tinggi), efek radiasi dan suhu terhadap dimensi bahan bakar (pengembangan/perubahan ukuran bahan bakar). Batasan tersebut di atas juga akan menjamin bahwa batas keselamatan klongsong elemen bakar tidak akan terlampaui. Batas sistem keselamatan di atas akan dapa pula menjamin kelancaran operasi raktor, karena berada sekitar 50ºC sampai 100ºC di atas suhu 28
bahan bakar normal pada saat reaktor bekerja dengan daya penuh 2000 kW, yang cukup untuk mengatasi ketidak stabilan alat ukur ataupun fluktuasi acak sesaat bahan bakar. Di dalam praktek, perangkat pengukur suhu elemen bakar, yakni elemen bakar berinstrumentasi (instrumented fuel element, IFE), diusahakan sedapat mungkin ditempatkan di posisi yang terpanan (hot channel), sehingga pemantauan suhu elemen bakar tersebut benar-benar mewakili keselamatan teras reaktor. Akan tetapi, bila hal tersebut di atas tidak dapat dipenuhi maka batas scram suhu elemen bakar harus diturunkan (< 750ºC) jika: a.
IFE yang digunakan memiliki kandungan bahan bakar (U-235) yang lebih sedikit dibandingkan dengan elemen bakar yang terpanan, dan/atau
b. IFE terletak di posisi (ring) yang lebih jauh dari pusat teras
dibandingkan dengan posisi elemen bakar yang terpanas. 2. Sistem Keselamatan Suhu Air Pendingin Reaktor Perangkat keselamatan suhu air pendingin reaktor akan segera mengaktifkan rangkaian scram pada saat mendekati suhu air pendingin reaktor bulk temperature, yakni suhu air di permukaan tangki reaktor atau suhu air pendingin primer yang masuk ke perangkat penukar panas sebesar 49ºC atau lebih. Hal ini akan mencegah terjadinya pendidihan selaput, sehingga kelongsong elemen bakar akan terhindar dari kekerontangan. Alasan lain dalam menentukan batas sistem keselamatan ini adalah bahwa kemampuan resin yang digunakan dalam perangkat pemurni air (demineralizer) akan semakin buruk jika suhu air melebihi 49ºC. Batas ini selain mencegah keamanan operasi reaktor juga menjamin kestabilan dan kelancaran operasi reaktor, karena berada antara 4ºC
29
sampai 7ºC di atas suhu normal air pendingin reaktor pada saat daya reaktor mencapai 2000 kW. 3. Sistem Keselamatan Daya Reaktor a.
Perangkat pemantau daya reaktor harus memadamkan seketika reaktor pada saat terukur daya reaktor sebesar 2200 kW (110%) atau lebih. Hal ini selain menjamin bahwa reaktor masih dalam keadaan aman (karena berada 200 kW di bawah batas keselamatan reaktor), juga menjamin kelancaran operasi reaktor pada saat bekerja pada daya maksimum 2000 kW, yakni dengan memberi tenggang yang cukup terhadap ketidakstabilan alat ukur maupun fluktuasi acak sesaat daya reaktor.
b.
Untuk mencegah kenaikan daya reaktor yang tak terkendali, sistem keselamatan daya raktor harus memadamkan seketika reaktor pada saat terdeteksi periode reaktor sebesar sama dengan atau lebih kecil dari 3 detik (setara dengan penyisipan cepat reaktifitas sebesar $ 0.61). Batasan ini cukup konservatif mengingat bahwa Reaktor TRIGA dapat dengan aman dipulsa dengan penyisipan reaktifitas sebesar $ 3.80. Selain itu, kecepatan jatuh batang kendali yang tinggi (hanya dibutuhkan sekitar 0,3 detik sampai 0,4 detik untuk mencapai dasar teras dari kedudukan tertinggi), akan cukup cepat untuk dapat menanggulangi keadaan terlampauinya batas sistem keselamatan di atas. Pengaktifan rangkaian scram akibat terpenuhinya kondisi periode reaktor tersebu di atas harus sdapat dilaksanakan oleh perangkat keselamatan daya reaktor pada tingkat daya sembarang, baik rendah maupun tinggi.
c.
Rangkaian scaram harus pula segera diaktifkan oleh sistem keselamatan daya reaktor pada tingkat daya sembarang, apabila catu daya tegangan tinggi detektor neutron berada 100 Volt atau lebih di bawah tegangan normalnya. Batasan ini diberlakkan untuk mencegah kesalahan pengukuran daya reaktor, karena sensitivitas detektor akan 30
semakin kecil bila tegangan tinggi detektor semakin renadah. Selain aman terhadap ketidakstabilan alat, angka bats tersebut cukup konservatif karena reantang daerah tegangan datar (plateau) detekteor berkisar antara 200 Volt sampai 400 Volt, sedangkan tegangan tinggi normal detektor selalu diatur berda di tengah daerah tegangan datar. d. Jika pada saat reaktor padam (shutdown) sistem keselamatan daya
reaktor mendeteksi bahwa daya reaktor adalah lebih kecil dari 1 mW, rangkaian interlock harus teraktifkan sehingga selurh batang kendali tidak dapat dinaikkan. Hal ini diberlakukan mengingat bahwa neutron akan selalu ada di dalam teras, baik yang berasal dari sumber neutron luar maupun yang berasal dari peluruhan inti hasil fisi yang tersimpan di dalam elemen bakar. Jika detektor tidak dapat mendeteksi mereka, maka terdapat kemungkinan detektor neutron tersebut mengalami masalah/kerusakan. Sebab lainnya adalah bahwa apabila detektor tidak rusak akan tetapi daya reaktor terdeteksi terlalu rendah, maka ada kemungkinan sumber neutron berada di luar teras reaktor. Dalam keadaan normal, reaktor harus tidak dapat dimulai-jalankan (start up) apabila tidak ada sumber neutron luar di dalam teras reaktor. Akan tetapi apabila ternyata reaktor dapat dimulaijalankan walaupun tidak terdapat sumber neutron luar, maka hal ini akan menunjukkan bahwa reaktifitas lebih reaktor terlampau tinggi. Untuk mencegah kenaikan daya yang tidak terkendali yang diakibatkan oleh peristiwa tadi, diberlkukanlah batasan sistem keselamatan tersebut di atas. 4. Sistem Keselamatan Laju Alir Air Pendingin Reaktor Perangkat sistem keselamatan laju alir pendingin reaktor akan segera memberikan peringatan dini kepada operator reaktor jika terdeteksi air pendingin primer tidak menalir atau laju alir <600 gpm. Bila hal ini terjadi, operator reaktor harus segera memadamkan reaktor (shutdown) kemudian segera mencari dan menangani penyebabnya.
31
Hal ini adalah untuk mencegah sedini mungkin terjadinya pendidihan selaput, yang dapat mengakibakan kekerontangan kelongsong elemen bakar. Batasan ini diberlakukan tidak untuk mengaktifkan rangkaian scram dengan mengingat bahwa sebenarnya reaktor akan selalu berada dalam keadaan aman (yakni terdinginkan dengancukup secara konveksi alami), apabila teras reaktor seluruhnya terendam air. Pengaruh berhentinya aliran air pendingin pada saat reaktor beroperasi tidak akan serta merta menaikkan suhu elemen bakar/teras, melainkan akan terjadi secara perlahan, sehingga cukup waktu bagi operator untuk menurunkan daya/memadamkan reaktor dengan aman. Selain itu, batas keselamatan reaktor lain yang berhubungan langsung dengan suhu teras reaktor, yakni: suhu bahan bakar dan suhu air pendingin reaktor, sudah cukup untuk mencegah kemungkinan paling buruk yang dapat terjadi di teras reaktor, yakni pecahnya kelongsong elemen bakar dan melelehnya bahan bakar. 5. Sistem Keselamatan Ketinggian Air Kolam Reaktor Batas sistem keselamatan penurunan ketinggian air kolam reaktor ditetapkan sebesar 50 cm. Dengan demikian, perangkat keselamatan ketinggian air kolam reaktor harus memadamkan seketika reaktor pada saat terpantau penurunan ketinggian air kolam reaktor 50 cm atau lebih dari ketinggian normal. Batasan ini cukup konservatif, karena pada saat itu permukaan air kolam reaktor masih berada 600 cm dia atas permukaan teras bagian atas, yang berarti masih 50 cm di atas keselamatan air kolam reaktor. Kelancaran operasi reaktorpun masih sangat tejamin, karena berdasarkan pengalaman sampai saat ini reaktor tidak pernah sekalipun (tidak sengaja/akibat kecelakaan) mengalami penurunan air kolam reaktor setinggi itu.
32
D. Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman Selama persyaratan-persyaratan operasi berikut ini ditaati, maka reaktor akan selalu dapat dijalankan dengan aman serta akan menjamin tenggang yang cukup sebelum batas-batas sistem keselamatan terlampaui, sehingga operasi reaktor dapat selalu berlangsung dengan stabil dan lancar. Selain itu, batas-batas tersebut juga akan mencegah terjadinya paparan radiasi yang berlebihan, baik terhadap pekerja radiasi maupun lingkungan serta akan menjamin umur pemakaian reaktor yang panjang. 1. Rancangan Teras a.
Elemen bakar yang digunakan harus memiliki sifat selamat bawaan (inherent safety), yaitu harus mengandung bahan bakar yang mempunyai koefisien reaktifitas suhu negatif yang besar (seperti: elemen bakar jenis TRIGA yang mengandung UZrH1.6). Hal ini ditetapkan dengan mengingat bahwa sifat tersebut merupakan salah satu bagian utama dari sistem keselamatan Reaktor TRIGA 2000 Bandung.
b.
Jumlah dan susunan elemen bakar di dalam teras harus sedemikian rupa sehingga menjamin bahwa faktor puncak day aksial dan radial masing-msing tidak lebih dari 1,6 dan 1,3. Hal ini diterapkan dengan mengingat bahwa angka tersebut digunakan sebagai acuan di dalam rancangan Reaktor TRIGA 2000 Bandung.
c.
Jumlah dan susunan elemen bakar di dalam teras harus sedemikian sehingga menjamin bahwa apabila batang kendali yang memiliki reaktivitas (rod worth) tertinggi sepenuhnya berada di luar teras dan empat batang kendali lainnya sepenuhnya berada di dalam teras, maka reaktor harus berada di dalam keadaan sub kritis.
d. Dengan persyaratan tersebut di atas maka bisa dijamin bahwa reaktor
akan selalu dapat berada dalam keadaan padam dan aman, walaupun 33
salah satu dari lima batang kendali tidak dapat dimasukkan ke dalam teras reaktor dengan sempurna (seperti: akibat macet atau terjepit). e.
Hal ini diambil dengan mengingat bahwa semakin tinggi bakaran bahan bakar, maka semakin buruk sifat-sifat selamat bawaannya maupun sifat-sifat fisika lainnya, terutama pada suhu yang tinggi. Dengan batasan ini setiap elemen bakar dapat digunakan semaksimal mungkin tanpa mengurangi tingkat keselamatan reaktor secara keseluruhan.
2. Pengendalian Reaktifitas a.
Paling sedikit harus tersedia 5 batang kendali, yang mengandung bahan penyerap neutron yang baik, seperti: B4C.
b. Jumlah minimum tersebut adalah sesuai dengan batas rancangan
Reaktor TRIGA 2000 Bandung, yang menjamin reaktor akan dapat dioperasikan dengan aman dan selamat. c.
Perangkat penggerak batang kendali (control rod drive mechanism) harus bekerja berdasarkan prinsip gagal selamat (fail safe), yang setidak-tidaknya memanfaatkan gaya gravitasi untuk menjatuhkan batang kendali serta menggunakan magnet yang dihasilkan oleh induksi listrik untuk memegang batang kendali.
d. Perangkat penggerak batang kendali harus dapat menjamin waktu
jatuh batang kendali dari kedudukan tertinggi di luar teras ke dasar teras yang sesingkat-singkatnya. e.
Hal ini adalah untuk dapat sesegera mungkin mengatasi penyisipan reaktifitas yang berlebihan pada saat keselamatan periode reaktor terlampaui.
3. Parameter Rancangan Elemen Bakar a.
Elemen bakar yang dipakai adalah jenis TRIGA yang berbentuk batang/tabung, yang menggunakan UZrH1.6 sebagai bahan bakarmoderator dengan isotop U-235 sebagai bahan dapat belah yang utama. Hal ini diberlakukan dengan mengingat bahwa Reaktor
34
TRIGA 2000 Bandung itu memang dirancang hanya untuk menggunakan elemen bakar jenis tersebut saja. b.
Pengayaan U-235 yang tertinggi adalah 20% dengan fraksi berat Uranium di dalam setiap elemen bakar berkisar antara 8,5% sampai 20%. Elemen-elemen bakar dengan spesifikasi di atas telah benarbenar teruji keandalannya selama puluhan tahun.
c.
Kelongsong elemen bakar harus terbuat dari baja tahan karat SS304 dengan ketebalan minimum 0,508 mm.Hal ini diterapkan dengan mengingat bahwa analisis yang digunakan dalam penentuan batasbatas keselamatan didasarkan pada penggunaan SS-304 dengan spesifikasi tersebut di atas sebagai bahan kelongsong elemen bakar.
4. Penyisipan reaktivitas Laju penyisipan reaktifitas (baik yang diakibatkan oleh penaikan batang kendali, pemasukan bahan dapat-belah ke dalam teras reaktor maupun cara-cara lain) harus dibatasi sedemikian sehingga periode reaktor tidak melebihi 7 detik. Hal ini untuk menjamin agar kelancaran operasi reaktor dapat terjaga yakni dengan mencegah pemadaman seketika reaktor akibat periode reaktor yang terlampau kecil. Tabel 2 : Batasan Dan Kondisi Operasi Reaktor Kartini 1. 2 3 4 5 6
Maximum power level Minimum period Maximum % power Max. Temp. of water tank surface Max. Fuel Temp. Primary Flow Rate
: 100 kW : 7 second : 110 % : ≤ 40 : 530 : 76 GPM
T inlet HE
: ≤ 10 upper room
Toutlet HE
temp. : ≥ 5 upper room
7
8
Secondary Flow Rate
temp. : 160 GPM
T inlet HE
: ≤ 2 upper room temp
T outlet HE Isotopic Concentration of water tank
: ≥ 7 upper room temp : < 1 ppm
35
9 010
(Si, Mg, Ca, Na) Conductivity of cooling water tank Resistivity of cooling water tank -
Inlet of Demineralizer
: 0.2 to 0.5 µ ohm : > 2 Mohm/cm
11
- Outlet of Demineralizer Max. Permisible Concentration
: > 6 Mohm/cm : < 5 x 10 -4 µ Ci/cc
12 13
(MPC) of water tank Radioactivity in reactor hall Radiation exposure rate :
: < 12 µ Ci/cc
-
Over cooling water tank
: < 100 mR/hour
-
Control room
: < 2.5 mR/hour
-
Deck reactor
: < 10 mR/hour
-
Demineralizer
: < 25 mR/hour
-
Therma column
: < 2.5 mR/hour
-
Sub critical assembly
: < 10 mR/hour
-
Bulk shielding
: < 2.5 mR/hour
Tabel 3 : Jadwal Kalibrasi dan Perawatan Reaktor Kartini No Component 1 Environmental monitoring 2 Isotopic investigation of cooling
Schedule Measurement : 1 x / month
water tank (Si, Mg, Na, Ca) Fuels visual inspection Control rods drop calibration Control rods reactivity calibration
: 1 x / month : 1 x /2 years : 1 x / year : 2 x /year or after
Power calibration
loading/reshuffling : 2 x /year or after loading
7
Resin (demineralizer) treatment
(reshuffling) : 2 x/2 years or 2400 hours
8
Filter treatment of demineralizer
operation. : 2 x/2 years or 2400 hours
Treatment of primary system Treatment of secondary system Treatment of bulk shielding Visual supervising of primary
operation. : 1 x/year : 1 x/year : 1 x /2years : done before/after
cooling (Temp. water level, etc.)
operation
pH and conductivity measurement
: done before/after
3 4 5 6
9 10 11 12
13
operation 36
14 15
Temp. fuel measurement Temp. measurement of cooling
: every reactor operation : every reactor operation
16 17
system MPC of cooling water Control panel testing
: 1 x/3 months : check list before reactor
18
Radioactivity measurement of
operation : reactor operation and not operation
19
reactor hall air Filter treatment of Ventilation system (blower)
: 1 x/ 2 years
•
: 1 x/ 5 years
Pre filter
20
• Absolute filter Visual inspection test of reactor
: 1 x/ 3 years
21
tank condition Ultrasonic test for
: 1 x/3 years
thickness/corrosion of reactor tank.
Gambar 2 : Reaksi Fisi
37
Upper top (SS) Graphite
35,6 cm
Burnable poison
SS tube Thickness tube 0,7 mm
72,5 cm
3,56 cm
10,2 cm
3,7 cm
Lower top (SS)
Gambar 3 : Elemen Bakar Reaktor Triga/Kartini
38
F30 9542
F29 9541 F28 G1 F27 G4 F26 G3 F25 9349
F24 G5
E21 9978
D16 9879 D15 9350
E20 9889
F23 9540
F22 G 2799 F21 9535
E15 9595
F19 F18 9543 IFE
F17 AmBe
F6 G 1247
E5 9354 E6 9596
D4 9593
C3 9985 C4 9976
B3 9996
D10 9873
D5 9984
C5 Safety Rod C6 9983
D9 9870
E13 9874 F16 G8
F5 9538
E4 9887 D3 9982
B2 9987
C7 9975
E14 9888
G9
G6
F7 G7
IFE
B4 9995
D11 9980
E16 9641
F20 G 2810
F4 E3 9636
C2 9592
CT
C8 9892
F3 9353
D2 9997
B1 9883 A
B5 9994
D12 9871
E17 9872
B6 9988
C9 Shim Rod
D13 9881
E18 9539
C1 9977
C12 9597
C10 9998
D1 9981
D18 9979
C11 9598
D14 9880
E19 9639
E2 9876
Reg. Rod
E23 9637 D17 9877
F2 9891
E1
E24 9878
E22 9635
F1 9875
F15 G 2821
D6 9986 D7 9886
D8 9352
E12 9890 F14 G 2792
E8 9882 E9 9885
E10 9640 E11 9594
F8 PN
E7 9869
F9 G 2666 F10 9537
F11 9536
F12 G 2812 F13 PN
Gambar 4 : Teras Reaktor Triga/Kartini
39
197 aluminum tank
graphite core
384 cm
379 cm
255
923
Gambar 5 : Tangki Reaktor Kartini
40
graphite Radial beam
Thermal column Thermal column Aluminum cover boral Tangential
179 254
Subcritical
reflecto r
Steel
Core Reactor graphi te Irradiation facility
Radial piercing
lead
Aluminum cover polyethyle bora Thermalizing column
Gambar 6 : Reaktor Kartini dan Fasilitas Penunjang
41
Gambar 7 : Tangki Reaktor Triga
42
43
Gambar 8 : Reaktor Triga dan Fasilitas Penunjang
44
Gambar 9 : Tangki Reaktor RSG-GAS
45
Gambar 10 : Tangki Reaktor RSG-GAS dan Fasilitas Penunjang
PPP CVP T FP- F
T
VPVP-
T TP-
Primar y PPP CVP Primar y
VP-
VM VD
TP-
VD P D F FD CV VD PD-1 Ven R Ven P Reflect t tFilter or 1VDF Deminer Drai Reactor alizer VD Tank P PD-2 Dr R FPTPVD T F
PP-
TPT
P
PP-
T
Vent
Filter 2
VS-
HE.
P P PSDrai P SF FST T STSV T SVS-
VSPP- VP-
VS- VS-
VS-
VS-
Secunda ry VS-
Control
VSPPS V V PPS SSV
VS- VS-
Strai
Second ary
Drain VSDrain
PPP PPS
VS-
Secondary Make-up
VS-
VS-
PSP TS- T FS- F Vent
VS-
VSControl VS-
P
Cooling tower 1
Cooli
Deminer alizer
P P S-4
TS-
HE Tube Makeup
VM
“Scim
P
S-
Strai
Second ary
VP-
Gambar 11 : Skema Sistem Pendingin Reaktor Riset
46
DAFTAR PUSTAKA: 1. El-Wakil, M.M., Nuclear Heat Transport, International Textbook Company, New York, 1971. 2. El-Wakil, M.M., Nuclear Power Engineering, Mc Graw-Hill Book Company, Inc., New York, 1962. 3. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Serba Guna GA Swabessy, P2TRR-BATAN, Revisi 9, 2005. 4. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Kartini, P3TM-BATAN, Revisi 4, 2005. 5. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor TRIGA 2000, PPTkN-BATAN, Revisi 2, 2000.
47
