EVALUASI TINGKAT KESELAMATAN HIGH TEMPERATURE REACTOR 10 MW DITINJAU DARI NILAI SHUTDOWN MARGIN Rizki Budi Rahayu1, Riyatun1, Azizul Khakim2 Prodi Fisika, FMIPA, Universitas Sebelas Maret, Surakarta 2 Bidang PRND, PPSTPIBN, Badan Pengawas Tenaga Nuklir, Jakarta e-mail:
[email protected] 1
ABSTRAK Telah dilakukan simulasi HTR-10 dengan metode berbasis Monte Carlo menggunakan perangkat lunak kode MVP. Tujuan simulasi ini untuk menentukan nilai shutdown margin dari variasi batang kendali serta melakukan kajian status keamanan HTR-10 jika ditinjau dari nilai shutdown marginnya. HTR-10 merupakan jenis reaktor yang berbahan bakar pebble dengan lapisan TRISO. Bahan bakar HTR-10 adalah uranium oksida (UO2). Pengayaan 235U di dalam UO2 sebesar 17%. Moderator dan reflektor bermaterial grafit. Pendingin HTR-10 bermaterial gas helium. Batang kendali HTR-10 bermaterial boron karbida dengan tinggi 258,764 cm dan berdiameter 13 cm. Simulasi dilakukan menggunakan variasi batang kendali dengan posisi fully up dan fully down untuk dikaji nilai nya. Dari nilai kemudian dapat dihitung nilai reaktivitas dan shutdown margin. Hasil penelitian menunjukkan nilai SDM sebesar 4,24 % ∆k/k. Kata kunci : HTR-10, kode MVP, reaktivitas, shutdown margin ABSTRACT Neutronic simulation of HTR-10 has been performed with Monte Carlo based method of MVP Code. The purpose of this simulation is to determine the shutdown margin value from control rod variation and to assess about safety state of HTR10 if in term of shutdown margin value. HTR-10 is fueled with pebble with TRISO layer. Pebble bed of HTR-10 is a Uranium oxide (UO2). Enrichment of 235U in the UO2 fuel is 17%. Graphit isi a material of Moderator and reflector. Helium gas is a material coolant of HTR-10. Control rod HTR-10 have a Boron Carbide material, control rod height is 258.764 cm dan diameter is 13 cm. simulation are performed using fully up and fully down control rod variation to assess value. From value, and then can be calculation of reactivity and shutdown margin value. From the result can be observed that SDM value about 4.24 % ∆k/k. Keyword : HTR-10, MVP Code, reactivity, shutdown margin
1
2
Technology
PENDAHULUAN Meningkatnya
permintaan
University,
(INET), China.
Tsinghua
Suhu
rerata
akan energi yang bersih dan efisien
helium inlet dan outlet adalah 250oC
di dunia sangat tinggi. Implementasi
dan 700oC. HTR – 10 mempunyai
teknologi baru yang dapat digunakan
diameter teras 1,8 m dan ketinggian
adalah pembangkit listrik tenaga
rata-rata teras adalah 1,97 m yang
nuklir (PLTN). Salah satu tujuan
berisi
penerapan PLTN untuk mengurangi
Bahan bakar HTR-10 berbentuk
pengoperasian
pemeliharaan
pebble yang di dalamnya berisi
mengimbangi
lapisan TRISO.
guna
dan
membantu dunia[2].
ekonomi
Untuk
sekitar
dapat
pebbles[5].
27.000
Salah satu komponen utama
mencapai salah satu tujuan tersebut
HTR-10
adalah dengan memanfaatkan energi
Batang
dari reaktor nuklir. Salah satu jenis
mengendalikan reaksi fisi di dalam
reaktor yang dapat dimanfaatkan
reaktor. HTR-10 mempunyai 10
energinya adalah High Temperature
batang kendali, dimana masing-
Reactor
HTR
masing batang kendali terdiri dari
diklasifikasikan oleh International
lima segmen cincin B4C (Boron
Atomic
Energy
Agency
(IAEA)
carbide). Batang kendali terletak
sebagai
reaktor
generasi
ke-IV.
diantara bagian sisi dalam dan luar
(HTR).
adalah kendali
berfungsi
untuk
stainless
memiliki keselamatan pasif tetapi
diameter bagian dalam dan luar
juga
cincin adalah 6 cm dan 10,5 cm [3].
keselamatan
inheren[1].
merupakan
Ukuran
HTR-10 didesain dengan tingkat
High Temperature Reactor (HTR)
reflektor.
kendali.
Reaktor Gen IV ini tidak hanya
mempunyai
steel
batang
jenis
keselamatan yang tinggi.
reaktor
Ketika dalam kondisi darurat,
berpendingin gas helium. Salah satu
reaktor harus dipadamkan dengan
jenis HTR adalah HTR-10 yang
cara menjatuhkan batang kendali ke
dioperasikan dengan daya 10 MW.
dalam teras. Untuk mengetahui jarak
Pengoperasian HTR – 10 pertama
dari
kali di Intitute of Nuclear Energy
subkritis sebagai batas ketika batang
kondisi
kritis
ke
kondisi
3
kendali dijatuhkan, maka diperlukan
METODE PENELITIAN
nilai shutdown margin. Shutdown
Metode
margin (SDM) dapat didefinisikan
penelitian ini adalah metode simulasi
sebagai
pengurangan
HTR-10
reaktivitas
total
antara
batang
kendali
kode
yang
digunakan
menggunakan
MVP.
Parameter
pada
software HTR-10
dengan reaktivitas lebih. Nilai SDM
mengacu pada penelitian Terry et al.
akan
(2006) seperti yang ditunjukkan pada
bervariasi
untuk
tiap-tiap
reaktor. Nilai batas minimum SDM
tabel 1.
reaktor riset sekitar 0,5 %
Tabel 1. Parameter HTR-10
.
Nilai SDM yang diperoleh dari penelitian ini, harus lebih besar sama dengan nilai minimum desain yang yang ditetapkan (SDM [6]
.
Penentuan
0,5 %
nilai
SDM
dilakukan saat posisi batang kendali fully up dan fully down. Dalam pengkajian neutronik, pemanfaatan
simulasi
komputer
mutlak diperlukan. Tersedia cukup banyak kode neutronik, diantaranya kode MCNP, kode MORSE, kode MVP, dan sebagainya. Kode MVP merupakan metode berbasis Monte Carlo, yang didasarkan pada model energi
kontinu.
Kode
MVP
dikembangkan oleh Japan Atomic Energy Research Institute, yang dapat digunakan untuk menganalisis gerakan suatu partikel, baik neutron, foton, dan lain-lain[4].
Tahap
pertama
adalah
pembuatan geometri reaktor dan input material penyusun HTR-10. Geometri HTR-10 berbentuk silinder yang terdiri dari beberapa komponen, diantaranya reflektor. top cavity, teras reaktor, pendingin, dummy moderator,
batang
kendali
dan
carbon bricks. Geometri HTR-10 untuk batang kendali fully down dan fully
up
dapat
ditampilkan
4
menggunakan CGVIEW seperti yang terlihat pada Gambar 1 dan 2.
(a)
(a)
(b) Gambar 2. Geometri HTR-10 dengan posisi batang kendali fully up, (a) Bidang XZ (b) Bidang XY Berdasarkan
Gambar
1,
(b)
nomor (1) merupakan lapisan boron
Gambar 1. Geometri HTR-10 dengan
karbida (B4C) yang mengelilingi
posisi batang kendali fully down,
reflektor, nomor (2) adalah reflektor,
(a) Bidang XZ (b) Bidang XY
nomor (3) adalah top cavity, nomor (4) adalah teras berisi pebble bahan bakar, nomor (5) adalah batang kendali, nomor (6) adalah pendingin gas helium, nomor 7 adalah dummy moderator, nomor (8) adalah carbon
5
bricks, nomor (9) adalah void, dan
Posisi
nomor (10 a, b, c) adalah iradiator.
Kendali
Tahap
selanjutnya
adalah
running program. Hasil running menunjukkan nilai
Batang
Fully down
0,950984
Fully up
1,060020
saat batang
Kemampuan
suatu
reaktor
kendali fully up dan fully down. Dari
untuk menuju sistem pemadaman
nilai
dapat diketahui melalui parameter
yang diperoleh, dapat
dilakukan
perhitungan
nilai
reaktivitas dan perhitungan SDM.
SDM. Nilai SDM dari batang kendali fully up dan fully down diperoleh nilai sebesar 4,24 % ∆k/k. Nilai yang
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil
running
simulasi
dengan variasi batang kendali fully
diperoleh
dari
melebihi
batas
hasil
kalkulasi
minimum
yang
ditetapkan.
up dan fully down adalah nilai yang ditampilkan pada tabel 2. Tabel 2 terlihat bahwa
KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang
saat batang
kendali fully down berada pada
telah
dilakukan,
kondisi subkritis yang mana kondisi
disimpulkan
bahwa
maka dari
dapat nilai
sistem
yang telah diperoleh, maka hasil
Sedangkan,
kalkulasi nilai SDM HTR-10 dari
ketika posisi batang kendali fully up,
variasi batang kendali fully up dan
kondisi reaktor adalah superkritis
fully down sebesar 4,24 % ∆k/k.
sehingga
Status
tersebut
menuju
pemadaman
ke
reaktor.
reaktivitasnya
bernilai
keamanan
HTR-10
jika
positif. Agar reaktor berada pada
ditinjau dari nilai shutdown margin,
kondisi kritis dan dapat melakukan
dapat dikatakan aman untuk sistem
reaksi fisi, maka perlu dilakukan
pemadaman reaktor. Hal tersebut
penambahan
dikarenakan
material,
misalnya
nilai
SDM
yang
penambahan material di dalam teras.
diperoleh melebihi batas minimum
Tabel 2.
nilai SDM yang ditetapkan. Akan
batang kendali fully
down dan fully up
tetapi dari segi sistem shutdown reaktornya, belum dapat dikatakan
6
aman
jika
pemadaman kondisi
reaktor
darurat.
dikarenakan salah
menuju
satu
saat Hal
hanya dari
sistem terjadi tersebut
menggunakan tiga
Physics of Fuel Cycles and Advanced Nuclear systems, April, 25-29, 2004.
sistem
pemadaman reaktor yaitu batang kendali.
DAFTAR PUSTAKA [1] Abdullah, A. G., & Su’ud, Z., Analisis kecelakaan reaktor akibat kegagalan sistem pembuangan panas pada reaktor nuklir generasi IV, Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia, 8, 106-114, 2012. [2] Hugo, J. V., & Gertman, D. I., A method to select human – system interfaces for Nuclear power plant,. Journal Nuclear Engineering and technology, 48, 87-97, 2015. [3] IAEA, The high temperature gas cooled reactor test module core physics benchmarks, IAEA Publication, 2003. [4] JAERI, MVP/GMVP II : General purpose monte carlo codes for neutron and photon transport calculations based on continuous energy and multigroup methods, Tokyo: Japan Atomic Energy Research Institute, 2005. [5] Nagaya, Y., Okumura, k., Mori, T., & Nakazato, W., Analysis of the HTR-10 initial core with a Monte Carlo code MVP, Journal
[6] Sutondo, T., & Yulianti, N., Analisis batas reaktivitas sampel eksperimen pada reaktor kartini. Prosiding PPI – PDIPTN Pustek Akselerator dan Proses Bahan, Juli, 380-385, 2006.
