Volume A6 No. 0205
ISSN 0854-3046
Reprint dari
JURNAL FISIKA Himpunan Fisika Indonesia
Analisis Pengaruh Lebar Kanal Pendingin Terhadap Muatan Bahan Bakar Teras RSG-GAS Tukiran Surbakti , J. Fis. HFI A6 (2005) 0205 Diterima editor: 5 Februari 2005; Disetujui untuk publikasi: 26 Maret 2005
Φ HFI
Diterbitkan oleh
Himpunan Fisika Indonesia http://hfi.fisika.net
Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia Jurnal yang mencakup Fisika Terapan (Vol. A), Fisika Pendidikan (Vol. B), dan Fisika Teoritik (Vol. C) URL : http://jf.hfi.fisika.net Editor Laksana Tri Handoko (Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia) Mitra Djamal (Institut Teknologi Bandung)
Terry Mart (Universitas Indonesia)
Editor Kehormatan Muhamad Barmawi (Institut Teknologi Bandung) Tjia May On (Institut Teknologi Bandung) Pramudita Anggraita (Badan Tenaga Atom Nasional Yogyakarta) Muslim (Universitas Gajah Mada) Makalah Makalah yang dapat dipublikasikan dalam jurnal ini adalah karya ilmiah orisinal dan termasuk ke dalam kriteria di atas (fisika terapan, fisika pendidikan, dan fisika teoritik). Lima bentuk makalah yang diterima editor adalah: 1. Letter : makalah singkat untuk hasil penelitian spektakuler yang belum sepenuhnya rampung, namun membutuhkan komunikasi dengan dunia ilmiah secara cepat (maks. 4 hlm). Laporan lengkap dari hasil penelitian tersebut dapat dipublikasikan sebagai artikel reguler setelah Letter terbit. 2. Regular : makalah yang merupakan laporan lengkap dari hasil sebuah penelitian. 3. Comment : Makalah yang mengajukan kritik terhadap makalah (reguler) yang telah dipublikasikan di jurnal ini (maks. 4 hlm). 4. Review : makalah yang mereview satu topik fisika tertentu secara komprehensif. Makalah jenis ini hanya dapat dipublikasikan atas undangan editor jurnal. 5. Prosiding : prosiding simposium-simposium yang diadakan oleh Himpunan Fisika Indonesia diterbitkan sebagai bagian yang utuh dari jurnal ini.
Pengiriman Makalah Makalah dapat dikirimkan ke redaksi Jurnal Fisika dalam bentuk : 1. LATEX: bentuk ini sangat dianjurkan karena dapat mempermudah dan mempercepat proses publikasi. File LATEX serta gambar yang menyertai makalah dapat dikirimkan melalui sarana pengiriman online di situs di atas. 2. MS-Word : file makalah dalam MS-Word dapat dikirimkan melalui sarana pengiriman online di situs di atas. Biaya publikasi serta informasi lebih lengkap dapat dilihat di situs jurnal di atas. Seluruh proses komunikasi sesudahnya dilakukan melalui situs.
Penjurian Setiap makalah yang masuk akan diperiksa oleh seorang juri (referee) yang ditunjuk oleh editor. Hanya makalah yang telah disetujui oleh juri dapat diterbitkan di jurnal ini. Penulis yang makalahnya ditolak oleh seorang juri berhak meminta editor untuk mencarikan editor lain, jika penulis tersebut dapat berargumentasi bahwa juri pertama tidak obyektif dalam menilai makalahnya. Keputusan editor atas suatu makalah tidak dapat diganggu-gugat. Editor berhak menolak makalah yang jelas-jelas tidak memenuhi kriteria ilmiah.
Reprint Reprint versi elektronik lengkap dengan sampul depan dapat didownload secara cuma-cuma dari situs jurnal. Reprint versi cetak dapat juga dipesan pada redaksi jurnal. Informasi tentang biaya cetak serta biaya pengiriman reprint dapat dilihat pada situs jurnal.
Himpunan Fisika Indonesia Ketua : Masno Ginting Sekretaris : Edi Tri Astuti, Maria Margaretha Suliyanti
Wakil Ketua : Pramudita Anggraita Bendahara : Diah Intani
Alamat Sekretariat : Dynaplast Tower 1st Floor, Boulevard MH Thamrin #1, LIPPO Karawaci 1100 Tangerang 15811, Banten, Indonesia URL : http://hfi.fisika.net E-mail :
[email protected]
c 2005 Himpunan Fisika Indonesia
ISSN 0854-3046
Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia Volume A6 (2005) 0205
Regular
Analisis Pengaruh Lebar Kanal Pendingin Terhadap Muatan Bahan Bakar Teras RSG-GAS Tukiran Surbakti Bidang Pengembangan Teknologi Reaktor, Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset Batan, Kompleks Puspiptek Serpong, tangerang 15310, Indonesia
Intisari : Reaktor RSG-GAS dengan bahan bakar uranium silisida tipe pelat dan muatan 250 g U direncanakan mengganti bahan bakarnya menjadi silisida 300 g U bahkan 400 g U. Karena bahan bakar silisida mempunyai keuntungan yang besar jika muatannya bertambah besar dengan volum yang sama. Karena penggunaan bahan bakar silisida dengan muatan yang meningkat di teras RSG-GAS maka dirasa perlu untuk mengetahui pengaruh lebar kanal pendingin terhadap muatan bahan bakar teras RSG-GAS. Untuk mengetahui pengaruhnya dilakukan perhitungan sel dan teras dengan menggunakan paket program WIMSD/4 dan BATAN-2DIFF. Program WIMSD/4 digunakan untuk generasi tampang lintang material teras dan program BATAN-2DIFF digunakan untuk perhitungan teras. Model yang digunakan dalam perhitungan ini ada 3 jenis muatan bahan bakar yaitu 250 g U, 300 g U dan 400 gU. Lebar kanal pendingin disimulasi dari 1,75 mm hingga 2,55 mm. Kemudian dari ke ketiga muatan bahan bakar tersebut dianalisis pengaruh lebar kanal pendingin yang mana yang memberikan nilai faktor multiplikasi terbesar (terbaik). Dari hasil analisis menunjukkan bahwa lebar kanal yang memberikan hasil maksimum adalah 2,55 mm.
Kata kunci : teras reactor, kanal pendingin, silisida E-mail :
[email protected]
Diterima editor: 5 Februari 2005; Disetujui untuk publikasi: 26 Maret 2005
1
PENDAHULUAN
Reaktor Serba Guna G.A. Siwabesy menggunakan bahan bakar Silisida (U3Si2) dengan kerapatan Uranium 2,96 g U.cm−3 . Saat ini kerapatan Uranium maksimum bahan bakar silisida yang digunakan di teras reaktor riset adalah sebesar 5,2 g.U cm−3 [1]. Penggunaan kerapatan bahan bakar sebesar ini menghasilkan kemampuan utilasi reaktor, yaitu panjang siklus operasi teras, sebesar 975 MWD. Dibandingkan dengan bahan bakar oksida (U3O8), yang digunakan sebelumnya, bahan bakar silisida memiliki beberapa keunggulan yaitu tingkat fraksi bakar dan kerapatan uranium yang lebih tinggi. Sedangkan untuk bahan bakar oksida kerapatan Uranium maksimum hanya 2,96 g.cm−3 . RSG-GAS direncanakan menggunakan bahan bakar silisida yang muatannya lebih tinggi dari 250 gU yang digunakan sekarang. Sehingga dirasa perlu untuk mengkaji parameter teras reaktor terhadap muatan uranium di dalam bahan bakar yang mungkin digunakan yaitu 300gU dan 400 gU. Salah satu parameter teras yang paling perlu dikaji adalah nilai faktor mulc 2005 Himpunan Fisika Indonesia
tiplikasi efektif teras. Nilai tersebut disimulasi dengan memvariasi lebar kanal pendingin bahan bakar. Untuk menghitung nilai konstanta multiplikasi teras maka dilakukan perhitungan konstanta kelompok yang menggolongkan tampang lintang serapan, hamburan, penghilangan, dan fisi, dan juga penentuan koefisien difusi untuk setiap bagian teras reaktor. Perhitungan ini dilakukan dengan menggunakan program WIMSD/4 yang membutuhkan variasi masukan data. Data yang diperlukan adalah suhu moderator dan bahan bakar, kerapatan moderator, komposisi bahan bakar. Kemudian dilakukan perhitungan teras untuk memperoleh nilai k-eff dengan menggunakan program Batan-2DIFF. 2 2.1
CARA KERJA Perhitungan Kerapatan Unsur
Salah satu data masukan paket program WIMS-D/4 yang paling menentukan akurasi hasil perhitungan sel adalah kerapatan unsur-unsur penyusun bahan bakar. Tabel.1 ∼ 3 menunjukkan kerapatan usur penyusun meat, kelongsong, moderator H2 O dan daerah extra 0205-1
T. Surbakti
J. Fis. HFI A6 (2005) 0205
Tabel 1: Data kelongsong AlMg2. Unsur
BA
wt%
Tabel 2: Data unsur bahan bakar teras RSG-GAS.
Densitas (atom/cc) Konstanta
Mg Si Cu Mn Fe Cr Zn Ti Al
24,305 28,0855 63,546 54,938 55,847 51,996 65,38 47,88 26,98154
0,0205 0,003 0,0005 0,003 0,004 0,003 0 0 0,966
1,36127E-03 1,72395E-04 1,26989E-05 8,81320E-05 1,15597E-04 9,31187E-05 0,00000E+00 0,00000E+00 5,77824E-02
region. Kerapatan unsur penyusun meat di Tab. lakukan dengan cara sebagai berikut [2],
Avogadro BA U 235 BA U 238 BA AL BA SI
4. Massa Uranium per pelat (g) = massa U 235 + massa U 238 × 23 × BA Si.
6. Massa U3 Si2 (g) = total massa Uranium + massa Si. (cm3 )
15. Fraksi berat unsur dalam U3 Si2 -Al = massa unsur / massa U3 Si2 -Al 16. Kerapatan atom (atom/cm3 ) = fraksi berat unsur dalam [U3 Si2 -Al × kerapatan U3 Si2 -Al × bilangan avogadro]/BA unsur. 2.2
3. Menghitung massa U 238 (g) per pelat =
7. Volume U3 Si2 dalam meat massa U3 Si2 /kerapatan U3 Si2 .
12,2 g/cm3 2,7 g/cm3 0,1975 237,4569 15,9994
1 di-
2. Menghitung massa U −235 per pelat adalah dengan cara berat U 235 per elemen bakar (gr) dibagi dengan total pelat (21 buah).
total U BArata−rata
Kerapatan U3 Si2 Kerapatan Al Pengkayaan BA U BA O
Meat (cm) panjang 6,275 tebal 0,054 tinggi 60 jumlah 21
1. Menghitung volume meat (cm3 ) dilakukan dengan mengalikan dimensi panjang, tebal dan tinggi (cm) daripada meat.
5. Massa Si (g) =
0,602214 235,0439 238,0508 26,98154 28,0855
=
8. Fraksi volume U3 Si2 dalam meat = volume U3 Si2 dalam meat / volume meat 9. Fraksi volume porositas = (0,072 × fraksi volume U3 Si2 dalam meat) − (0,275 × fraksi volume U3 Si2 dalam meat × 2) + (1,32 × fraksi volume U3 Si2 dalam meat × 3). 10. Fraksi volume Al dalam meat = 1 - (fraksi volume U3 Si2 + fraks 11. volume porositas) 12. Massa Al dalam meat = fraksi volume x volume meat x kerapatan Al 13. Massa U3 Si2 -Al = Massa U3 Si2 + massa Al 14. Kerapatan senyawa dalam meat = Massa senyawa / volume meat
Konstanta Kelompok Tenaga
Data tampang lintang suatu material diperlukan dalam pemodelan reaktor nuklir dan perhitungan perisai (shielding). Tampang lintang diukur dengan percobaan untuk seluruh rentang tenaga neutron dalam reaktor. Pada suatu rentang tenaga tertentu, terdapat kemungkinan untuk tidak diperoleh data tampang lintang, atau sebaliknya terdapat lebih dari satu hasil pengukuran. Dalam analisis reaktor nuklir, penggunaan sedikit kelompok neutron saja sudah mencukupi untuk mendapatkan hasil yang akurat. Pemilihan jumlah kelompok tenaga neutron tergantung pada jenis reaktor dan kondisi operasinya. Perhitungan reaktor termal yang sangat kasar cukup dengan 2 kelompok saja. Sedangkan untuk reaktor dengan pendingin air ringan (LWR = Light Water Reactor ), diperlukan 4 kelompok yang meliputi kelompok neutron tenaga cepat (neutron hasil pembelahan), kelompok neutron perlambatan (slowing down), kelompok neutron yang mengalami serapan resonansi, dan kelompok neutron bertenaga termal [3]. Data perhitungan konstanta kelompok seperti suhu moderator dan bahan bakar, kerapatan moderator, dan komposisi bahan bakar digunakan bersama dengan pustaka-pustaka dasar untuk tampang lintang mikroskopis yang dipakai menghitung spektrum neutron cepat dan termal. Spektrum ini dipakai untuk menghitung konstanta makroskopis dengan teknik
0205-2
Analisis Pengaruh Lebar Kanal Pendingin ...
J. Fis. HFI A6 (2005) 0205
Tabel 3: Data bahan bakar dengan muatan yang berbeda. Berat U −235 perelemen bakar (g) Volume meat (cm3 ) Massa U −235 perpelat (g) Massa U −238 perpelat (g) Massa uranium per pelat (g) Massa U3 Si2 (g) Massa Si (g) Volume U3 Si2 dalam meat (cm3 ) Fraksi vol U3 Si2 dalam meat Fraksi vol porositas Fraksi vol Al dalam meat Massa Al dalam meat (g) Massa U3 Si2 − Al (g) Kerapatan: (g/cm3 ) Kerapatan U3 Si2 − Al dalam meat Kerapatan uranium dalam meat Kerapatan U3 Si2 dalam meat Fraksi Berat : U −235 dalam U3 Si2 − Al U −238 dalam U3 Si2 − Al Si dalam U3 Si2 − Al Al dalam U3 Si2 − Al Kerapatan atom (meat, atom/cm3 ): U −235 U −238 Si Al
250 20,331 11,9047619 48,3725136 60,2772755 65,0301863 4,75291081 5,33034314 0,26217811 0,02376234 0,71405955 39,1973708 104,227557
300 20,331 14,2857143 58,0470163 72,3327306 78,0362235 5,70349297 6,39641176 0,31461373 0,03653836 0,64884791 35,6176626 113,653886
400 20,331 19,0476191 77,3960217 96,4436408 104,048298 7,60465729 8,52854902 0,41948498 0,07924865 0,50126638 27,5163661 131,564664
5,12653372 2,96479639 3,19857293
5,59017688 3,55775567 3,83828752
6,47113591 4,74367423 5,11771669
0,11421895 0,46410484 0,04560129 0,37607493
0,1256949 0,51073499 0,050183 0,31338711
0,14477762 0,58827362 0,05780167 0,20914709
1,5003E-03 6,0189E-03 5,0127E-03 4,3031E-02
1,8003E-03 7,2227E-03 6,0152E-03 3,9101E-02
2,4004E-03 9,6303E-03 8,0203E-03 3,0208E-02
merata-ratakan sel (cell averaging) yang tepat. Konstanta kelompok serapan biasanya dimodifikasi dengan menambahkan suatu tampang lintang efektif yang mengelompokkan beberapa elemen kendali pada daerah yang sedang diperhitungkan [4]. 2.3
kedalam program. 2. Dilakukan perhitungan k−inf untuk variasi lebar kanal pendingin dari 1,75 mm sampai dengan 2,55 mm (selisih tiap variasi adalah 10 mm) pada massa Uranium 250 g dengan menggunakan 4 kelompok tenaga.
Perhitungan konstanta Kelompok
3. Perhitungan dilakukan lagi untuk massa 300 g, dan 400 g.
Dalam penelitian ini, perhitungan k−inf dilakukan menggunakan paket program WIMS-D/4 dengan langkah-langkah sebagai berikut,
4. Langkah 2 dan 3 di ulang kembali untuk 10 kelompok tenaga.
1. Semua data-data dalam teras reaktor dimasukkan
5. Selanjutnya dibuat g. 6. Gambar hubungan lebar kanal pendingin dengan k−inf untuk tiap-tiap massa Uranium.
Tabel 4: Data teras RSG-GAS untuk daerah extra region.
% vol cladding (AlM g2 ) di extra region % vol side plate (AlM gSi − 1) di extra region % vol air di extra region
2.4
Perhitungan Teras
0,186386 0,509376 Data konstanta kelompok teras untuk bahan bakar 0,304238 dengan muatan 250 gU, 300 gU dan 400 gU ditabu-
lasikan terhadap variasi lebar kanal. Kemudian digu0205-3
T. Surbakti
J. Fis. HFI A6 (2005) 0205
Tabel 5: Kerapatan atom penyusun extra region.
Kerapatan (g/cm3 ) %vol di extra region Unsur BA Mg Si Cu Mn Fe Cr Zn Ti Al H O
24,305 28,0855 63,546 54,938 55,847 51,996 65,38 47,88 26,98154 1,0079 15,9994
AlM g2 2,68 0,186386 wt%
AlM gSi − 1 2,7 0,5093763 wt%
H2 O 0,9982 0,304238 wt%
Kerapatan ekstra region (g/cm3 )
0,0205 0,003 0,0005 0,003 0,004 0,003 0 0 0,966 -
0,009 0,01025 0,007 0,007 0,005 0,0015 0 0 0,96025 -
-
5,60411E-04 3,34402E-04 9,36022E-05 1,21957E-04 9,56977E-05 4,12492E-05 0,00000E+00 0,00000E+00 4,02460E-02 2,03036E-02 1,01518E-02
nakan untuk perhitungan teras reaktor dengan menggunakan program Batan-2DIFF. Masukan yang ditambahkan pada progtram ini adalah data-data geometri teras dan lamanya operasi reaktor.
Untuk menghitung densitas atom material teras reaktor Serba Guna G.A Siwabessy (RSG-GAS) dibutuhkan data ukuran material dan bahan yang diambil dari SAR [5]. Data ini perlukan untuk membuat masukan program WIMSD/4 yang diperlukan untuk melakukan studi pengaruh lebar kanal pendingin terhadap faktor perlipatan tak hingga sel (k−inf). Adapun data-data mengenai cladding ditunjukkan oleh Tab. 1, data meat atau bahan bakar teras ditunjukkan oleh Tab. 2 dan 3, data untuk daerah ekstra region
dan kerapatan unsur penyusunnya ditunjukkan Tab. 4 dan 5. Dari data-data tersebut diolah dan dijadikan sebagai masukan program WIMS-D/4 untuk mendapatkan besarnya nilai k−inf untuk tiap-tiap lebar kanal pendingin yang divariasikan dari 1,75 mm sampai dengan lebar maksimum sebesar 2,55 mm dengan rentang perbedaan 1 mm. Perhitungan dilakukan untuk massa Uranium 250, 300, dan 400 gram sebanyak masingmasing 2 kali yaitu untuk kelompok tenaga 4 group dan 10 groups. Meskipun untuk tipe reaktor riset seperti RSG-GAS ini perhitungan dengan 4 groups saja sudah mencukupi, namun sebagai usaha perbandingan dan melihat tingkat keakuratan juga dilakukan perhitungan dengan 10 groups. Setelah program perhitungan k−inf dengan WIMSD/4 berdasarkan data-data tersebut diatas, maka
Tabel 6: Hubungan variasi lebar kanal terhadap k−inf pada muatan elemen bahan bakar 250 gram (kerapatan U 2,964796393 g/cm3 )
Tabel 7: Hubungan Variasi lebar kanal terhadap k−inf pada muatan elemen bahan bakar 300 gram (kerapatan U 3,557755672 g/cm3 ).
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
Lebar Kanal (mm)
10 groups
4 groups
Lebar Kanal (mm)
10 groups
4 groups
1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,55
1,520228 1,533735 1,546156 1,557447 1,567398 1,576298 1,583916 1,590218 1,595405
1,545822 1,555709 1,564679 1,572707 1,579666 1,585780 1,590894 1,595008 1,598356
1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,55
1,537363 1,550107 1,561721 1,572153 1,581229 1,589184 1,595822 1,601116 1,605175
1,564195 1,573058 1,580987 1,587957 1,593878 1,598912 1,602949 1,605991 1,608172
0205-4
Analisis Pengaruh Lebar Kanal Pendingin ...
Tabel 8: Hubungan variasi lebar kanal terhadap k-inf pada muatan elemen bahan bakar 300 gram (kerapatan U 4,150715 g/cm3 ). Lebar Kanal (mm)
10 groups
4 groups
1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,55
1,547990 1,560011 1,570876 1,580532 1,588823 1,595951 1,601743 1,606190 1,609314
1,575625 1,583565 1,590568 1,596616 1,601643 1,605765 1,608902 1,611062 1,612298
J. Fis. HFI A6 (2005) 0205
Tabel 10: Hasil perhitungan keff dari program Batan2DIFF.
clad clad clad clad clad clad clad clad clad
diperoleh hasil perhitungan sebagaimana yang ditampilkan pada Tab. 6 dan 7 . Kemudian dari hasil ini dibuatlah gambar hubungan antara lebar kanal pendingin dan k−inf untuk masing-masing massa Uranium. Bentuk gambar yang diperoleh terlihat pada Gb. 1 ∼ 3. TDari Tab. 6 ∼ 9 diketahui bahwa nilai k−inf atau faktor perlipatan tak hingga sangat dipengaruhi oleh probabilitas banyaknya bahan bakar fisil yang terbakar oleh nutron termis dan juga neutron cepat serta probabilitas banyaknya neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi oleh neutron termis. Disamping itu faktor lain yang amat berpengaruh adalah besarnya kemungkinan neutron termal lolos dari daerah resonansi, peluang neutron cepat termoderasi menjadi neutron termis dan seberapa besar kemungkinan neutron yang telah berenergi sedang (epitermal) lolos sebagai neutron temal. Karena reaktor memiliki bentuk geometris yang bukan tak berhingga, maka faktor peluang tidak lolosnya neutron ke luar ruang reaktor
1.75 1.85 1.95 2.05 2.15 2.25 2.35 2.45 2.55
Massa 250 silisida
massa 300 silisida
massa 400 silisida
0.981234 1.012378 1.034320 1.054389 1.070294 1.086991 1.094227
0.997541 1.022346 1.062671 1.095671 1.102367 1.110890 1.121106 1.137256
0.992381 1.053563 1.082762 1.119487 1.130456 1.156737 1.175649 1.195923 1.218462
atau terserap oleh materi-materi non fisil mempengaruhi pula besarnya k−inf. Dari hasil perhitungan sebagaimana kita lihat pada Tab. 6 dan 7 nilai k−inf bertambah secara teratur seiring dengan bertambahnya lebar kanal pendingin pada semua muatan elemen bahan bakar (uranium). Secara lebih detail pada Gb. 1. hubungan antara lebar kanal pendingin dan k−inf untuk masing masing muatan elemen bahan bakar (Uranium) terlihat bahwa nilai k−inf naik membentuk sebuah garis lengkung. Untuk perhitungan 4 groups besarnya nilai k−inf yang diperoleh lebih besar dari perhitungan dengan menggunakan 10 groups. Sebaliknya gradien kenaikan untuk 4 groups lebih kecil dari 10 groups. Sehingga terlihat bahwa nilai k−inf pada 10 groups lebih rendah namun lebih curam dari yang 4 groups. Hal ini disebabkan oleh karena pembagian group energi neutron lebih kasar pada 4 group dibanding dengan 10 group. Pada 4 group energi neutron terdiri
Tabel 9: Hubungan Variasi lebar kanal terhadap k−inf pada muatan elemen bahan bakar 400 gram (kerapatan U 4,743674 g/cm3 ). Lebar Kanal (mm)
10 groups
4 groups
1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,55
1,554744 1,566086 1,576245 1,585164 1,592733 1,599107 1,604148 1,607853 1,610190
1,582881 1,589985 1,596149 1,601360 1,605587 1,608901 1,611257 1,612668 1,613126
Gambar 1: Hubungan lebar kanal terhadap k−inf pada muatan elemen bahan bakar 250 gram.
0205-5
T. Surbakti
J. Fis. HFI A6 (2005) 0205
Gambar 2: Hubungan lebar kanal terhadap k−inf pada muatan elemen bahan bakar 300 gram.
atas satu group neutron cepat, dua group epitermal dan satu group neutron lambat. Sedangkan untuk 10 group energi neutron pada group neutron termal masih dibagi lagi lebih halus sehingga pustaka tampang lintang seperti koefisien difusi, sigma fisinya semakin kecil yang akhirnya menghasilkan nilai k−inf semakin kecil dan juga gradiennya. Bertambahnya lebar kanal pendingin menyebabkan perubahan geometris dari teras reaktor. Walaupun suhu tidak mengalami perubahan, namun tampang lintang serapan menjadi bertambah untuk energi neutron termal dan berkurang untuk neutron cepat dan kelompok neutron perlambatan, namun penurunan ini amat kecil. Karena reaksi fisi terjadi oleh neutron pada energi termal dan bertambahnya tampang lintang serapan akan menaikkan nilai probabilitas banyaknya bahan bakar fisil yang terbakar oleh neutron termis, maka bertambahnya tampang lintang serapan untuk energi termal ini menjadi faktor yang dominan, salah satunya, yang menyebabkan terjadinya kenaikan nilai k−inf akibat diperlebarnya jarak antar kanal pendingin. Bila diperhatikan efek jumlah neutron hasil reaksi fisi yang menyebabkan reaksi fisi berikutnya, pelebaran kanal pendingin menghasilkan neutron termal yang lebih banyak. Hal ini disebabkan karena perbesaran ruang kanal pendingin menyebabkab bertambahnya jumlah air untuk melakukan moderasi. Dengan demikian semakin banyak neutron hasil fisi yang termoderasi akan menghasilkan neutron termal yang akan menghasilkan reaksi fisi berikutnya yang lebih banyak sehingga faktor perlipatan tak hingganya menjadi lebih besar. Selain faktor pelebaran kanal pendingin, untuk pertambahan massa bahan bakar juga menaikkan nilai faktor perlipatan tak hingga di tiap-tiap lebar kanal.
Gambar 3: Hubungan lebar kanal terhadap k−inf pada muatan elemen bahan bakar 400 gram.
Hal ini tentu saja terjadi karena semakin banyaknya bahan fisil sehingga semakin besarlah peluang terjadinya reaksi fisi dan sekaligus memperbesar jumlah neutron cepat yang dihasilkan. Dan untuk lebar kanal yang semakin besar, makin besar pulalah kemungkinan neutron cepat ini termoderasi sehingga neutron termal dihasilkan juga semakin banyak dan tentu saja reaksi fisi berikutnya jadi semakin besar. Sehingga untuk massa yang besar dan lebar kanal yang besar pula kita melihat nilai faktor perlipatan tak berhingganya adalah yang terbesar namun ada nilai optimasi. Dari ketiga muatan bahan bakar yaitu 250 gU, 300 gU dan 400 gU diperoleh hasil nilai faktor multiplikasi efektif teras yang terbaik adalah pada lebar kanal 2,55 mm. Karena pada lebar tersebut paling efektif untuk mentrasfer panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi pada bahan bakar. Tab. 10 menunjukkan bahwa nilai keff teras dengan muatan yang berbeda. Nilai keff menunjukan keadaan yang sesungguhnya bahwa Reaktor Serba Guna jika lebar kanal pendinginnya di bawah 2 mm tidak akan pernah kritis. Sehingga dicari nilai optimum berapa besar lebar kanal pendingin bahan bakar teras reaktor RSG-GAS. Semakin kecil nilai lebar kanal pendingin semakin kecil nilai keff teras. Hal ini menyatakan bahwa jika lebar kanal semakain kecil maka tidak efektif keadaan bahan bakar walaupun masih bisa reaktornya kritis. Sehingga yang paling baik (efektif) adalah lebar kanal 2,55 mm seperti yang ada sekarang ini. 4
KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan dengan program WIMS D/4 tentang studi pengaruh lebar kanal pendingin terhadap k−inf pada berbagai kerapatan bahan bakar uranium silisida dapat diambil kesimpulan bahwa se-
0205-6
Analisis Pengaruh Lebar Kanal Pendingin ... makin lebar kanal pendingin semakin besar nilai faktor perlipatan tak berhingganya. Semakin besar kerapatan uranium bahan bakar semakin besar nilai faktor perlipatan tak berhingganya. Reaktor Serba Guna G.A Siwabessy yang memiliki bahan bakar Uranium Silisida dengan muatan 250 gU, 300 gU, 400 gU memiliki lebar kanal optimum dari segi geometris yang terbaik adalah sebesar 2,55 mm karena memberikan nilai faktor multiplikasi efektif paling baik untuk ketiga muatan tersebut. Φhfi
DAFTAR PUSTAKA [1] Bakri Arbie, Tesis S-3, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta (1996). [2] J.J. Duderstadt dan L.J. Hamilton, Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, Inc, USA (1976). [3] H. Bock, Reactor Kinetics and Dynamics, Lecture notes at RTS on The Use of PC in Research Reactor Operation and Management, Bandung, Indonesia (1991). [4] L.P. Hong, Atom Indonesia 25 (1999). [5] Safety Analysis Report MPR 30, Revisi 7, Vol. 1 (1993).
0205-7
J. Fis. HFI A6 (2005) 0205
