188
Buku I
Proseding,Pertemuan dan Presen.rasillmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta14 -15 Juli 1999
PENGARUH PENEMPATAN GRAFIT PADA RING B TERHADAP TEMPERA TUR PUSA T ELEMEN BAKAR DAN PENINGKA T AN DAY A REAKTO.R TRIGA MARK II Reinaldy Nazar, Tatang Mulyana PusatPenelitian TeknikNuklir..BATAN
ABSTRAK PENGARUHPENEMPATANGRAFIT PADARING TERHADAPTEMPERATUR PUSATELEMENBAKAR DAN PENINGKATANDAYAREAKTORTRIGAMARK1/. Hasil pengukuranpada daya 1000kW diketahui temperaturmaksimumpusat elemenbakar yang terletakpada ring B (B4) adalah372 °C. Jika dilakukan ekstrapolasimakapada temperaturpusat elemenbakar 400 °C dan terasterisi penuhdenganelemenbakar (121 elemen bakar), daya yang dihasilkan 1217,7 kW Berdasarkanhasil perhitungan kembali dengan menggunakanFakerprogram TRIGAC terhadapdata-data eksperimenpenentuanpengaruh penempatan graftt pada ring B, diketahui bahwapada daya 1000 kW temperaturmaksimumpusat elemenbakar yang terletakpada ring C (CJ) adalah362 °C. Hasil ekstrapolasidiketahuipula bahwa,pada temperaturpusat elemenbakar tersebut400 °C dan teras terisipenuh denganelemenbakar (115 elemenbakar) maka akan dihasilkandaya1358kW
ABSTRACT THE INFLUENCE OF GRAPHIT REPLACEMENTIN RING B TO TEMPERATUREOF FUEL ELEMENTS AND UPGRADINGOF TRIGAMARK II REACTOR For power level1000 kJ:f:the experimentdata showed the maximumtemperaturewas372 °C onJuel elementB4. Ifwe do someextrapolationfor thosedata so the reactor will produce 1217,7kW for 400 °C. Basedon the calculation using experimentaldata on graphit replacementin ring B, the output TRIGAC program gave an information that for power level 1000 kJ:f: maximumtemperaturewas 362 °C. If we do someextrapolationfor thosedata so the reactor will produce 1358kWfor 400 oc
PENDAHULUAN D eaktor Triga Mark II Bandung telah R.dioperasikan sejak Oktober 1964dengandaya maksimum 250 kW. Reaktor ini antara lain digunakan untuk melayani penelitian, eksperimen reaktor daD produksi radioisotop. Kemudian pada bulan Desember 1971 reaktor ini ditingkatkan dayanya menjadi 1000 kW, yaitu dengan cara memperluasterasreaktoryangsemulamemiliki ring susunan elemen bakar hanya sampai ring F diperluashinggamemiliki sampairing G. Masing-masingring susunanelemen bakar tersebutmempunyaillubang pada ring A (sentral), 6 lubang pada ring B, 12 lubang pada ring C, 18 lubang pada ring D, 24 lubang pada ring E, 30 lubang pada ring F daD 36 lubang pada ring G, sehinggajumlah lubangpada seluruhring di dalam teras reaktor menjadi 127 lubang. Jumlah maksimum bahanbakar termasukIFE (InstrumentedFuel Element)yang dapat dipergunakanuntuk seluruh ring adalah 121 elemen bakar. lni berarti ada 6 tempat yang tidak dapat dipakai, yaitu 4 tempat untuk batang kendali daDmasing-masingI tempat pada ring A daD ring G (G11) sebagai fasilitas
iradiasi. Sebagaiilustrasi konfigurasi teras reaktor yang selarnaini digunakan(sejak September1993) untuk membangkitkan daya maksimum 1 MW dinyatakanGambar1 danTabell.
Fuel Element
Gambar 1. Konfigurasiterasreaktoryang digunakansejaktahun1993.
~
,J.
ProsedingPertemuandan PresentasiI/miah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juti 1999
Tabel
RING ELEMEN
Konfigurasiterasreaktorsejaktahun1993.
[FE
BATANG KENDALl
FASILITAS IRADIASI
GRAFIT
-
-
1 (A)
-
BAKAR
-
A ~
5
~
Buku I
1 (B4)
KOSONG
6
B -~
~
JUMLAH LUBANG
C D
9
I I
I (C3)
1 (G1J '
1
2 (C4,C1O)
1.2
1 (DJ
17
1
1.8 ,
E
24
24
F
27
--
1 (FI6)
-!
30
!
i
G
'
---
!
25 107
"'-=--1 2
4
POKOK PERMASALAHAN Pada saat ini fluks neutron yang dihasilkan berkisar 1013neutron/cm2. Dengan kondisi tersebut
penelitian claneksperimenyang dilakukan menjadi terbatas sifatnya, karena pada umumnya reaktor penelitian dikehendakiadanyafluks neutron yang tinggi, sehulgga eksperimen reaktor dilakukan denganlebih cepatclanrepresentatif. Berdasarkanhasil eksperimenclanperhitungan yang telah dilakukan[l]diketahui bahwa,reaktor dengan konfigurasi teras yang dinyatakan pada Tabel 1 danGambar 1 tidak mampumembangkitan daya reaktor sebesar2 MW. Meskipun reaktor
2
5
5
36
6
6
127
dioperasikanhingga temperatur maksimum pusat elemenbakar di dalam teras (ring B4) mencapai temperatur batas keselamatan (400 C) daD menempatkan elemen bakar pada 121 1ubang penempatan yangtersedia(lihat Tabel2 berikut). .0
01eh karena itu Pusat Pene1itian Teknik Nuklir -Bandung sebagaipenge1olareaktor Triga Mark II merasaper1uuntuk meningkatkanlagi daya reaktor menjadi 2000 kW. Berkaitan dengan kegiatan tersebut, pada makalah ini di1akukan perhitungan kembali terhadap data-data basil eksperimen pada ring
penentuan B terhadap
pengaruh peningkatan
penempatan daya reaktor.
mafit 2]
Tabel2. Karakteristikterasreaktorpada beberapakondisioperasi.
*) Hasil perhitungandenganprogramTRIGAC
ISSN 0216 -3128
ReinaldyNazar,dkk.
4. 190
Buku J
METODA YANG DIGUNAKAN Eksperimen telah dilakukan pada reaktor Triga Mark II -Bandung sebelumpelaksanaanupgrading dimulai!2] Sedangkanperhitungankembali dilakukan dengan menggunakan program TRlGAc.[J]
Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999
Pada file CEBIS-OUT menginfonnasikan hal-hal yang berhubungandengan geometri teras reaktor (seperti yang dinyatakan pada masukan), konstanta difusi, penampang lintang serapan, penampanglintang pindahan,kerapatandaya untuk setiapdaerah, faktor multiplikasi, fluks cepat daD fluks lambatuntuk setiaptitik meshyang kemudian dirata-ratakanuntuk setiap daerah serta distribusi fluks cepat.fluks lambatdaDdaya di teras. Padafile BURN-OUTdapatdilihat akumulasi bum-up seluruh elemen bakar, burn-up pada saat sekarang,daya tennal reaktor, burn-up seluruh elemenbakar di teras reaktor daD urutan elemen bakar dari burn-up tertinggi hingga bum-up terendah. Sesuai dengan tujuan pembahasanxang dilakukan pada makalah ini, maka yang dilihat di sini hanyakeluarany.angmenginfonnasikantentang kerapatandayauntuk setiapda'erah(zone).
Gambar 2. Strukturprogram TRIGAc.14)
Paket program TRIGAC terdiri dari dari program utama TRIGAC, kostanta-konstanta grup efektif TRIGAC.LIB daD data bahan bakar ELEMDAT. Struktur program utama mcmpunyai subrutinSIGMA,CEBISdaDBURN. Keluaran program TRIGAC terdiri dari file CEBIS-OUTdaDBURN-OUT(jika diinginkan).
Selamaini untuk menghitungdis1;ribusidaya daDfluks neutrondi dalamteras reaktorTriga Mark II ~ Bandung selain dilakukan pengukuransecara langsung, selalu dipergunakanprogram TRlGAC selain menggunakanprogram CITATION sebagai pembanding.
TATA KERJA Pacta eksperimen yang telah dilakukan digunakankonfigurasi elemenbakar di dalam teras sepertiyang dinyatakanpactaTabel 3.. Pactaring B seluruhnyadisi dengan grafit dan jumlah elemen bakar yang digunakan 102 buah dan 1 IFE di ring C.
Tabel3. Konftgurasiterasreaktor denganring B berisi graftt.
ReinaldyNazar,dkk.
ISSN 0216 -3128
ProsedingPertemuandon Presentasi/lmiah PPNY-BATAN;Yogyakarta/4-15Juli 1999
BukuI
Diasumsikanpada konfigurasiterastersebut, untuk setiapzone yang diisi denganelernenbakar rnernpunyaideplesi harnpir sarna,sehinggasetiap elernen bakar yang rnenernpatiring yang sarna rnernpunyaikandunganbahan bakar yang harnpir sarna.Sehinggapernbangkitandayayang dihasilkan oleh tiap elernenbakar untuk daerahring yang sarna dianggap sarna. Jadi tiap-tiap elernenbakar pada ring C rnenghasilkandaya yang sarna,dernikian juga untuk tiap-tiap elernenbakar pada ring-ring berikutnya. Berdasarkan basil pengukuran diketahui perbedaanternperaturpusat elernenbakar antara tanpa adanyagrafit di ring B denganadanyagrafit pada ring tersebut. Informasi ini dinyatakanpada Tabel4.
191
Denganbantuanprogram TRIGAC dihitung kerapatandaya rata-ratasetiapzonepactadaya 1000 kW, temperaturmaksimum elemenbakar 362 °C, inengunakan103 elemenbakardanpactaring B diisi grafit. Kemudian dihitung kembali pembangkitan dayatotal yang dapatdicapaijika menggunakan115 elemenbakar. Denganmelakukanekstrapolasidatahubungan daya terhadap temperatur maksimum pusat elemen bakar, ditentukan daya maksimum yang dapat dibangkitkan, jika temperatur maksimum pusatelemenbakar mencapaitemperaturbatas400 °c dengankonfigurasi 103 elemenbakar di dalam teras. Kemudian dihitung kembali pembangkitan daya total yang dapatdicapaijika konfigurasi teras menggunakan115 elemenbakar.
Tabel 4. Temperatur pusat elemen bakar pada berapa ring
Gambar 3. Hubungandaya reaktor terhadaptemperaturmabimum pusatelemen bakar tanpadan ada graftt.
192
BukuI
BASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 5 menginformasikanbasil perhitungan program TRIGAC terhadapkerapatandaya rata-rata setiap zone untuk daya 1000 kW, temperatur maksimum pusat elemen bakar 362 °c clan konfigurasi 103 elemenbakar. Tabel 5. Kerapatandaya rata-rata setiapzonepada daya 1000 kW dengan temperatur maksimumpusatelemenbakar 362 DC.
Proseding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 JuJi 1999
Dengan mengunakan data pada Tabel 5 diperoleh daya rata-rata yang dibangkitk~n oleh 'tiap elemen bakar pada setiap ring jika reaktor dioperasikan pada day'a 1000 kW, suhu maksimum pusat elemen bakar 362 °C, konfigurasi 103 elemen bakar daD pada ring B seluruhnya diisi dengan grafit. Hasil perhitungan ini dinyatakan pada Tabel 6, Hasil perhitungan pada tabel di atas menyatakan adanya perbedaan hasil hitungan pada pembangkitan daya total 1000,13 kW, yang seharusnya 1000 kW, hal ini timbul karena faktor pembulatan desimal, Jika setiap ring yang kosong diisi dengan elemen bakar daD setiap grafit di dalam teras (kecuali grafit pada ring B) diganti dengan elemen bakar, maka diperoleh pembangkitan daya pada setiap ring seperti yang dinyatakan pada Tabel 7,
Berdasarkan Tabel 3 terdapat penambahan 12 elemen bakar yaitu, 2 elemen bakar pada ring F daD 10 elemen bakar pada ring G,
Tabel6. Daya rata-rata tiapelemenbakar dengankonfigurasi103 elemenbakar.dantemperatur maksimum362 DC.
Tabel 7. Konfigurasi teras penuh denganelemen bakar, ring B diisi graftt don temperatur
makfimumpusatelemenbakar 362 DC.
ReinaldyNazar, dkk.
ISSN 0216-3128
ProsedingPertemuandan Presentasi/lmiah PPNY-BATAN,Yogyakarta/4 -/5 Juli /999
BukuI
Tabel 7 menunjukkan, walaupun seluruh teras diisi denganelemenbakar,kecuali ring B diisi grafit, daya reaktor hanya mampu naik menjadi 1091,57kW.
193
Tabel 8. Kerapatandaya rata-rata setiapzonepada daya 1245 kW dengan temperatur maksimumpusatelemenbakar400 °C.
Jika dilakukan ekstrapolasi dari grafIk hubungan antara daya reaktor dengan suhu maksimum pusat bahan bakar yang ditunjukkan pactaGambar3, akan diketahui bahwa pactasuhu 400 °c yaitu suhu maksimumyang diperkenankan pacta pusat elemen bakar, maka daya reaktomya adalah1245kW. Dengan menggunakan program TR/GAC dihitung kembali kerapatandaya rata-rata setiap zone untuk daya total 1245 kW, temperaturmaksimum pusat elemembakar 400 °c, menggunakan konfigurasi 103 elemenbakar daDpactaringBdiisi grafit. Hasil perhitunganini dinyatakanpactaTabel 8 berikut. Dengandemikian daya rata-ratatiap elemen bakardinyatakanpactaTabel9. Terdapatnyaperbedaanpembangkitandaya total antara hasil perhitungan dengan hasil ekstrapolasi, karena faktor pembulatan desimal semata.
100 3D :m 4l) SO 1m ~
8D KD 'mI1~
12D 1:IX)M)) 19X)BD
Jika dihitung kembali untuk setiap ring dengankonfigurasi 115elemenbakar dan IFE akan diperolehkenaikkan daya seperti yang dinyatakan padaTabellO.
D\YA(!<M
Gambar 4. Ebtrapolasi daya terhadaptemperatur elemenbakarpada ring C.
Tabel 9. Daya rata-rata tiap elemen bakar dengankonfigurasi 103 elemen bakar dan temperatur
maksimum400 °C.
24,57
.
13,99 11,1.1 9,57 946 ,
lSSN 0216 -3128
ReinaldyNazar,dkk.
194
Buku I
Proseding Pertemuan dan Presentasi /lmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999
TabellO. Konftgurasiteraspenuh denganelemenbakar,ring B diisi graftt dan temperaturmaksimum pusatelemenbakar400 °C.
Berdasarkan Tabel 10 di atas diketahui bahwa, dengan konfigurasi 115 elemen bakar di dalamteras 115 daDring B seluruhnyadiisi dengan grafit hanya mampumembangkitkandaya 1358,80 kW, jadi masih jauh dari yang diharapkan,yaitu 2000 kW. Dengan demikian perlu dipikirkan cara lain untuk dapat membangkitan daya reaktor menjadi2000kW.
KESIMPULAN Berdasarkanbasil perhitungan daD analisis kembali terhadap data eksperimen dapat ditarik kesimpulan bahwa, dengan menggunakankonfigurasi elemen bakar di dalam teras berbentuk lingkaran serta menempatkangrafit pada ring B, maka reaktorTriga Mark II hanyamampumencapai daya maksimum 1358 kW, meskipun dilakukan pada kondisi operasi dimana temperatur pusat elemenbakar 400 °c daDseluruhteras diisi dengan elemenbakar (115 elemenbakar),kecuali 4 lubang untuk batang kendali, 2 lubang untuk fasilitas iradiasidaDsemualubangpadaring B diisi grafit.
DAFTAR PUSTAKA 1. KETUT, K., dkk., "PeningkatanDaya Rea~tor Triga Mark II Bandung Menjadi 2000 kW Ditinjau Dari Asp.ekDistribusi Daya Dan Suhu Dalam ElemenBakar", ProceedingSeminarSains dan TeknologiNuklir, PPTN,Bandung,1995. 2. GlaV ANI, dkk, "Pengaruh PenempatanGrafit PactaRing B TerhadapDistribusi Fluks Neutron Dan SuhuArab RadialPactaReaktorTriga Mark .II", Prosiding Pertemuandan PresentasiIlmiab, PPNY-BAT AN, Yokyakarta,1995 3. MELE, I., RA VNIK, M., "TRIGAC -A Computer Program Package For Research ReactorCalculation",1986. 4. Y.M. KINLEY, "Penggunaan Paket Program TRIGAP Untuk Reaktor Triga Mark II Bandung", ProceedingSeminarSainsdan Teknologi Nuklir, PPTN-BAT AN, Bandung,.1990.
TANYAJAWAB UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih ditujukan pada rekan-rekan mabasiswa PascasarjanaRekayasa Energi Nuklir ITB angkatan 1993 atas kerjasamanya dalam melakukan eksperimen pengaruh penempatan grafit pada ring B terhadap distribusi fluks neutron clan suhu arab radial pada reaktor Triga Mark II. Terima kasih juga ditujukan kepada bapak Ketut Kamajaya atas bantuannya memperkenalkan program TRlGAC kepada penulis.
ReinaldyNazar, dkk.
Hodi Hastowo -Mengapa pengaruh BU tidak diperhitungkan dalam perhitungan distribusi daya. -Bagairnana daTi bagan alir/tlow chart sUhu pusat elemen bakar dapat dihitung. :- Kalau dengan seluruh lubang (kecuali untuk CR) diisi dengan EB/instrumented EB hanya dapat menghasilkan daya 1,3 Mw. Bagaimana cara untuk meningkatkan daya menjadi 2 MW.
iSSN 0216 -3128
ProsedingPertemuandan PresentasiIlmiah PPNY-BATAN,Yogyakarta14 -15 Juli 1999
BukuI
195
Reinaldy Nazar
Y. Sardjono
-Pada P?Thitungan ini Burn-Up diasumsikan belum diperhitungkan. Mudah-mudahanpada masa-masa selanjutnya semua asumsi-asumsi dapatsayapersempit.
-Program TRIGAP bahwa crossection pada TRIGAP-Lib disediakan untuk 250 kW. Bagaimanaanda mengekstrapolasiTRIGA-Lib tersebutuntuk 1000kW.
-Suhu elemen bakar tidak dihitung, tetapi diukur denganmenggunakan IFE.
Reinaldy Nazar
-Dicari alternatif lain terhadapkonfigurasibahan bakar seperti konfigurasi berbentuk hexagonal, misalnya yang telah dilakukan di negara Bangladesh.
ISSN 0216 -3128
-Paket program Trigap yang'saya gunakan ada/ah paket program Trigap yang te/ah dimodifikasi agar dapat digunakanpada reaktor Triga Mark daya 1000 kW Hasi/ modifikasinya te/ah
dipub/ikasikanpada SeminarPendayagunaan.
ReinaldyNazar, dkk.
