KE DAFTAR ISI Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
RANCANC BANCUN KONTEINER SPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI Antonio G*, Bambang H**, Sugondo*, Haryono SW* ABSTRAK RANCANG
BANGUN KONTEINER
SPESIMEN SISA UJI PASCA IRADIASI. Konteiner
yang didisain terdiri dari dua jenis masing-masing untuk menyimpan spesimen sisa uji pasca iradiasi berupa potongan pelat dan logam uranium dari Mo-target di IPSB3. Penampang
konteiner berukuran 80 x 76 mm, sama dengan ukuran penampang elemen
bakar nuklir RSG-GAS, serta panjang 715 mm, sehingga dapat dimasukan ke basket dari MTR-fuel shipping cask. Material dari konteiner dipilih dari SS-321 sama dengan material dari rak konteiner di kolam IPSB3. Disain dari konteiner yang telah dibuat sudah memperhitungkan kriteria-kriteria utama sesuai LAK KH-I PSB3. ABSTRACT THE
TECHNICAL
REPORT
OF CONTAINER
DESIGN
FOR THE
REST
OF PIE
SPECIMENS. Two types of container are design to store cutting plates and uranium foil of Mo-target, the rest of PIE specimens, into ISSF pool. The cross section of containers are 80 x 76 mm, similar to the cross section of MTR-fuel and the length is 715 mm, and can be inserted into basket of MTR-fuel shipping cask. SS-321 will be used as container material, the same
to fuel rack material in ISSF pool. The design is made to fulfill the
main criteria of ISSF Safety Analysis Report. PENDAHULUAN
Sisa dari spesimen uji pasca iradiasi yang berupa bundel e1emen bakar nuklir, RI-SIE2
Instalasi Penyimpan Sementara Bahan Bakar Bekas (IPSB3) atau Interim Storage for
(19 pelat) dan RI-E01 (18 pelat) dapat disimpan di IPSB3, tanpa menggunakan
Spent Fuel (ISSF) sebagai fasilitas penyimpan sementara, didalam air, elemen bakar nuklir bekas
dari
RSG-GAS
sebelum
konteiner karena dikategorikan
diekspor
nuklir yang tidak cacad. Untuk potonganpotongan pelat dan logam uranium, harus
ketempat lain. Proses ekspor menggunakan transportation cask atau shipping cask melalui
menggunakan konteiner karena dapat mengkontaminasi kolam IPSB3. Agar konteiner tersebut dapat dibuat, maka diperlukan suatu disain konteiner yang memenuhi kriteria
transportasi darat. IPSB3 juga dapat digunakan untuk menyimpan material radioaktif lainnya dari gedung di sekitarnya. Pemindahan dari material radioaktif ke IPSB3 dilakukan didalam (KH-IPSB3) yang
penyimpanan didalam air, dari bahan bakar nuklir bekas dengan katagori akti'/itas tinggi.
air melalui Kanal Hubung terhubung ke RSG-GAS,
Untuk itu diperlukan
Fasilitas Radioisotop dan Fasilitas Uji Pasca Iradiasi atau Intalasi Radiometalurgi (IRM). Sisa dari spesimen
elemen bakar
suatu dokumen
bangun yang memenuhi
rancang
aspek keselamatan
yang berlaku di BAT AN.
uji pasca iradiasi
baik berupa bundel maupun potonganpelat elemen bakar nuklir dan logam uranium
METODOLOGI
(uranium foil) dari Mo-target masih berada didalam hot cell, yang telah mengakibatkan rusaknya beberapa peralatan di dalam hot cell.
persyaratan/kriteria yang ada pada dokumen Laporan Analisis Keselamatan dari IPSB3 dan untuk data-data dari spesimen sisa uji pasca
Rancang
242
bangun
ini
mengacu
ke
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
iradiasi dari dokumen MBA, serta perhitungan-
o
lainnya.
Dengan
demikian
hasil
Disamping
itu,
pad a
mempertimbangkan depan, dimana spesimen sisa
langkah pada uji
proses pasca
Akan Disimpan
dengan IPSB3.
rancangan
ini
ke
ekspor iradiasi
dari Inl,
peralatan
[21
Sisa dari spesimen yang
juga
strategis
dengan
cell maupun di IPSB3. Data Spesimen Sisa Uji Pasca Iradiasi Yang
rancangan
sesuai di
ditangani
(handling tools) yang sudah ada balk' di hot
perhitungan kritikalitas, decay heat dan lainnya, diambil dari makalah dan dokumen yang diperoleh diharapkan persyaratan penyimpanan
Dapat
masih
berada
uji pasca iradiasi
didalam
hot
cell
IRM
berupa bundel elemen bakar nuklir sebanyak dua bundel (RI-SIE2 dan RI-E01), 17 potongan
pelat elemen
bakar
nuklir dan 23
diasumsikan menggunakan transportation cask atau shipping cask untuk elemen bakar reaktor riset. Sehingga penampang potong dan
buah uranium foil yang sebagian besar masih lengket ke inner atau outer dari Mo-target. Kedua bundel elemen bakar nuklir bukan
panjang konteiner yang didisain sama dengan
termasuk elemen bakar nuklir cacad, sehingga
elemen bakar RSG-GAS.
penyimpanannya
Dimana panjangnya
di IPSB3 tanpa mengguna-
GAS tanpa nozzle.
kan konteiner. Untuk penyimpanan potongan pel at elemen bakar nuklir dan uranium foil dari
PEMBAHASAN
konteiner
sama
dengan
panjang
elemen
bakar
RSG-
Mo-target
Analisis
persyaratan/kriteria
IPSB3
harus
menggunakan
IPSB3. Kedua jenis sisa spesimen
Dengan mengacu pada Laporan Keselamatan dari IPSB3, maka
didapat beberapa berikut;
di
agar tidak mengkontaminasi
kolam
uji pasca
iradiasi tersebut sudah mengalami pendinginan lebih dari 100 hari, dimana RI-SIE2 waktu
sebagai
pendinginannya per tanggal 29 Februari 2004, selama 3823 hari, dan RI-E01 pertanggal 29
Kriteria Penyimpanan Dari persyaratan
penyimpanan
Februari
bahan
selama
3835
Potongan-
radioaktif di IPSB3[1j telah diperoleh beberapa
potongan
informasi yang dapat dijadikan kriteria utama perancangan konteiner tersebut, yaitu;
berasal dari RI-SIE2, dari dua pel at sebanyak
o
Material
radioaktif
reaktor,
yang
disimpan
bakar nuklir tersebut
5 potong, dan RI-E01, dari tiga pelat sebanyak 12 potong (Iihat Lampiran-1).
yang telah diiradiasi di
akan
pelat elemen
hari.
Logam
di IPSB3,
Uranium
Mo-target
Pasca Iradiasi yang akan disimpan
Sisa
Uji
di IPSB3
sudah mengalami pendinginan selama 100
merupakan
hari dan IPSB3
kolam
tanggal 11 Juli 1995 sampai dengan 17 Maret 1999, sebanyak 30 buah target. Dilanjutkan
tidak
mengkontaminasi
hasil pembongkaran
target dari
o
Mampu menjaga subkritikalitas material radioaktif yang disimpan
dari
kembali tahun 2005 sebanyak 4 target dengan kondisi semua foil terlepas dan telah dikirim ke
o
Mampu
dari
Fasilitas Radio Isotop. Jumlah Logam Uranium Mo-target yang akan disimpan sebanyak 23
memindahkan
panas
sisa
material radioaktif yang disimpan o Mampu mengungkung zat-zat radioaktif Kriteria Tambahan Disamping juga kriteria
kriteria
buah dengan kcndisi sebagian besar masih tetap lengket pada inner target. Dimensi target
utama maka perlu
yaitu, berdiameter sekitar 29 mm dan panjang 125 mm, serta ukuran foil dari logam
lainnya agar lebih strategis dan
ekonomis dalam pelaksanaannya. o Dapat di re-ekspor dengan menggunakan shipping cask untuk elemen bakar reaktor riset
uraniumnya 88 x 75 mm dengan tebal sekitar 0,125 mm. Dari kondisi Mo-target pada Tabel2, Lampiran-2, dapat dikatagorikan dalam tiga kondisi, yaitu foil terlepas dari disimpan di 102, foil lengket ke inner tube serta foil masih lengket
/ 243
ke
inner
dan
outer
tube.
Untuk
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
identifikasi (No. Target, Tabel-1) dari Mo-target
menggunakan
yang masih ada di hot cel/1 02, sebagian besar cukup sulit untuk dilihat secara jelas atau
International (Nuclear Assurance Corporation). Dari pengalaman tersebut, dimensi utama dari
sebagian
konteiner yang didisain sama dengan elemen bakar nuklir RSG-GAS, yaitu penampang 76 x
sudah
hilang
selama
proses
pembongkaran. Decay Heat
transportation cask buatan NAC
80 mm dengan panjang sekitar 700 mm, berikut handle tetapi tanpa end fitting. Material Konteiner
[2]
Decay heat 2 pel at dari RI-SIE2, sebanyak 5 potong per 29 Februari 2004, sebesar 0,29 watt. Untuk 3 pelat dari RI-E01
Perhitungan seperti perhitungan
yang
sudah
kritikalitas,
dilakukan,
dengan
paket
0,45 watt.
program MONK6B, tabung yang digunakan untuk menyimpan elemen bakar nuklir di kc!am IPSB3 terbuat dari stainless steel tipe 321 [1].
Direncanakan 17 potong pelat tersebut dimasukan kedalam satu konteiner, sehingga
Jika stainless steel digunakan Kelt = 0,6910, dan apabila bukan stainless steel Kelt =
total decay heat sebesar 0,74 watt. Decay heat
0,8655
dari uranium foil dengan total uranium 121,383
sebagai penyerap neutron d§m berguna untuk [2) mempertahankan harga Keff < 0,95
sebanyak 12 potong diprediksi dari perbandingan decay heat dari bundel RI-E01, 2,74
watt
(18
pelat),
sebesar
gram diprediksi dengan perbandingan berat uranium dari RI-E01, 1090,6 gram dengan
Stainless
[2J.
steel
juga
berfungsi
Stainless steel tipe 321 dipilih sebagai material
decay heat L,74 watt. Decay heat dari uranium foil sebesar 0,30 watt. Direncanakan uranium
konteiner sama dengan material rak konteiner tersebut di kolam IPSB3.
foil yang akan disimpan menggunakan 4 konteiner, sehingga prediksi decay heat per konteiner sebesar 0,075 watt.
Diskripsi
Subkritikalitas
Konteiner yang dirancang yaitu; o Konteiner Logam Uranium Mo-target o Konteiner Pelat Elemen Bakar Nuklir
[4J
Dari perhitungan yang telah dilakukan, diasumsikan
Rancangan
Konteiner yang dirancang tersebut, terdiri dari
bahwa, elemen bakar nuklir yang
tiga bagian utama, yaitu wadah penampung (container body), tutup dan handle. Ukuran
tersimpan dalam tabung pad a rak kolam KHIPSB3 adalah elemen bakar nuklir segar. Dari
penampang potong~n konteiner 80 x 76
perhitungan didapat harga faktor perlipatan efektif Kelt = 0,6367 dan harga yang
melintang dari kedua mm, sesuai dengan
dalam
penampang MTR-fuel. Handle berdiameter 13 mm, juga disesuaikan dengan handle MTR-
tersebut diterapkan elemen bakar
fuel, sehingga tidak menambah handling tool di
nuklir bekas dengan burn-up = 56 %, maka akan diperoleh harga faktor perlipatan efektif Kelt lebih kecil dari 0,6367, karena elemen
IPSB3 dan hot cell. Konteiner menggunakan tutup non-permanen yang menggunakan 8 buah baut M-5 Penyimpanan 3isa Mo-target di
bakar
Konteiner
Kelt < 0,95.
dipersyaratkan, perhitungan
nuklir
bekas
Apabila
mempunyai
fraksi
bakar
dilakukan
dengan
menumpuk beberapa sisa Mo-target didalam konteinernya. Penyimpanan sisa pelat elemen
yang besar. Transportation
Cask
IPSB3 merupakan sementara,
Mo-target
maka
perlu
bakar nuklir dilakukan dengan menyisipkannya ke celah-celah di dalam konteinernya.
fasilitas penyimpan dipertimbangkan
dikemudian hari bahwa konteiner yang didisain harus dapat diangkut dengan transportation
KESIMPULAN
cask yang sesuai dengan
jenis
Konteiner yang didisain terdiri dari dua
IPSB3. Re-ekspof
konteiner.
spesimen
bahan bakar nuklir bekas dari RSG-GAS yang telah dilakukan melalui IPSB3 dengan
dan
244
masing-masing
untuk
sisa uji pasca iradiasi berupa pelat
logam
uranium.
Penampang
konteiner
ISSN 0854 - 5561
berukuran
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
80 x 76 mm, sama dengan ukuran
2.
LAMPIRAN
serta panjang 715 mm, sehingga dapat dimasukan ke basket dari MTR-fuel shipping
3.
Fuel Acceptance Criteria, Februari ?004 DOKUMEN MBA, RI-F, Radiometallurgy Instalation, 5 November 2003
cask. Material dari konteiner dipilih dari SS-321 sama dengan material dari rak konteiner di
4.
ROKHMADI,
penampang
elemen
bakar
kolam IPSB3. Disain
dari
nuklir
RSG-GAS,
konteiner
AGOES
yang
sehingga
5.
selanjutnya dapat
dituangkan kedalam bentuk dokumen rancang bangun untuk disahkan menjadi dokumen yang sah dengan melampirkan gambar rancangan, perhitungan dan data-data materia! radioaktif yang akan disimpan yang dianggap perlu.
serta
informasi
6.
lainnya
REAKTOR
BUDIONO,
SOEJOEDI,
ZUHAIR, Perhitungan
ENGINEERING,
Transfer
Channel
and ISSF, Preliminary Design Volume 1, December 1992
Package,
HASBULLAH
NASUTION, Implentasi
AGUS
Akunting
Bahan
Nuklir Terhadap LEU-Foil Target, Seminar SPPBN, 14-15 Oktober 1999. 7.
BIDANG OPERASI
AEA
SUNARTO,
DAFTAR PUSTAKA 1.
TA.
A, Spent Nuclear
Kritikalitas ISFSF, Prosiding Seminar HasilPenelitian PRSG Tahun 1996/1997, 1997
telah dibuat sudah memperhitungkan kriteriakriteria utama sesuai LAK KH-IPSB3 dan kriteria tambahan,
APPENDIX
EUGENE Handbook, Inc., 1995.
PUSBANG
TEKNOLOGI REAKTOR RISET _ BATAN, Laporan Analisis Keselamatan Kanal
8.
Hubung Dan Instalasi Penyimpanan Sementara Bahan Bakar Bekas (LAK KHIPSB3), No. Ident.: TRR.OR.16.04.43.02, Rev.: 1,2002
F.MEGYESY, Pr~ssure
Pressure Vessel
Vessel
Publishing,
S. TIMOSHENKO,
Strength
Part I, Elementary
Theory and Problems,
of Materials,
Third Edition, Robert E. Krieger Publishing Company, 1976.
245
/ .'
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
Lampiran-1 Tabel-1: Data Material RadioAktif di Hot Cel/1 03[3J
42
TOTAL I ]2.232 0.1810 I BSi45 I5.908 CPO CPS 18.8] ]2 12 2.054 5plate, 1.0913 14.443 6 U3Si2 132.341plate, oxyde BEAI BEA6 TSi45 0.] 2.395 2]6 553 RI-SIE2 TEAl TEA] ]2...7.365 TEA6 0.7655 10.435 BEAI] 23.594 53.427 24.641 23.475 21.952 ]U3Si2 18.8 0.1451 0.4290 0.2030 0.1937 0.]914 2.689 2.562 2.608 ].9]9 1015.092 8. ]BSi36/TSi36 ]470 ? 94.386 3924.641 Bundle, .553 ICPS II H:····· ..·• Culling 0.] 2.689 I:. »> I Culling I CPO: CPS: size of the clllling plate is 725 x SO.5 The biggest I,
....
1
/l1I1l
246
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Lampiran-2 Tabel-2: Kondisi Mo-target di Hot Cefl 102[6] diterima
21/8/1996 9/2/1996 17/3/1 999 27/3/1996 30/4/1997 19/8/1998 12/8/1998 10/3/1999 15/3/1999 1'-5 1'-4 B.4 2B Target 1'-1 2A Tandem-OS 1'-2 8.3 1'-3 38 Tandem-07 Tandem-3B 1'-6 1'-8 Tandem-AI IB 4A 4B 1'-7 14.254 Tandem-C5 Tandem-C6 Tandem-3A 4.73 1/12/1995 4.854 4.51 7.709 4.358 8.235 16.363 4.534 4.521 No. Tandem No. 4.676 7.012 4.644 5.24 8.715 7.34 7.26 7.72 14.929 16.442 6.97 Keterangan Foillepas l'11/7/1995 anggal Berat U outer (g) Inner Foillengket Foil Inner Foillengket terlepas ;cngket dan dan outer dengan disimpan tube tube di inner lengket terpisC1.h lengket di tube lube 121,383 Foillengket 4,072 Foillepas Foillellgket disimpan dengan berkeping-keping inner 102102 tube 14,688 di IRMTotal U (g)
Catatan: 1. Total/oil lengket inner lube = 13 buah 2. Total inner lengket dengan ouler lube = 4 buah 3. Total/oil disimpan di hol cellI 02 = 6 buah 4. Tahun 2005, f~lsilitas IRM menerima kembali lY!o-largel, dengan kondisi semua./hil terlepas dan dikirim ke Fasilitas Radio lsotop.
247
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Lampiran- 3
Gambar Rancangan Konteiner Pelat
Qj)
~~~~~
I~~~= ,~ ~~..
IS
~
~~~~~~.
1.:.
I
~l
T- fJi~ 1 !
: c=~_w~~~4T
I
:
r~~
'
\
(j)
.~ t-Il:
.. -_._-~- _-"--"-~~-,
".-;:-,...----,-:-;.,
,_
.. ..
1::0
,
-
-
, ..
.-.-----'
248
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
Lampiran-4 Gambar Rancangan Konteiner Target
----,
, - [ ()
--C====j r--i,
I d
- +- ---~:_--
-+ i
I
,---~
~======='--- -~
__ cc-~_~
--)/
I! 11
,=-:-~ij
o
-~-~~ ~-
I --~
.
i
~-~---:~----~~ ". I
--~~!~
----~ fG;
249
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
Lampiran-5 Perhitungan I" Perkiraan
Berat Konteiner
Berdasarkan
gambar
disain
material yang digunakan
yang diperoleh
7,8 kg/dm3,
Berat Isi dan wadah potongan Perkiraan berat total Untuk perhitungan
maka
volume
bisa didapat,
maka didapat berat konteiner sebesar
dan berat jenis 16 kg
yang keeil : ±2 kg
+ isi : ± 18 kg
berat diambil sebesar 20 kg
Tegangan tarik dari bahan yang digunakan SS-321, sebesar 586 Mpa 1 kg/em2
= 98060 pa
586 Mpa
= 5975
kg/em2
,W
t ____ . _I
I -, ---
~----f~------
I ,__ W(IO kg)
Luas penampang 1. penampang 11.penampang T"
paling kritis terhadap gaya geser dari beban yaitu;
pelat samping penahan handle potong dari handle yang berdiameter
- - SId 0 . 60 u,,' = O.))
IX
. , tegangan geser I e b"1 11 k eel"I d an " tegangan tan'"k
l1al62]
Tegal1!..!.antarik yanl.!.teriadi terhadap penampang P:s :(8-1.3) x 0.5] x 10~"::: -'.-') x Tw Tw Tw = 0,55 sid 0,60
u" = 3
10.55
1,3 em
kritis-I
h
'kl g = 101"--,,-,)= -'
cn12
0w
= 5,45
kgl cn/
«<
1530 kg/em2
Tegangan tarik yang teljadi terhadap penampang 10::; rr/4 X 1,32 x T" Tw = 10/1,33 = 7,5 kgl cm2 Uw = 7,5 10,55 = 13,6 kgl em2 «< 1530 kg/em2
250
kritis-II
ISSN 0854 - 5561
2.
Perhitungan Oiasumsikan
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Ketebalan
Minimal
bahwa konteiner
[7, hal. IS]
bebentuk silindris, maka tebal dinding konteiner
adalah:
t=--- PR SE - 0,6P P = design pressure (maximum allowable working pressure) = 1,10 x operating
pressure (kedalaman R
air 6,5 meter) = 1,10 x 0,65 kg/em2 = 0,715 kg/cm2
= inside radius = 7,6 em
S = stress value of material = 85000 psi = 5786 kg/em2
'fji . E =.JOln .. t ejjlClency
=,060
,
[7 hal.l72]
C.A = corrosion allowable, 1 mm
t
= -------0,715.7,6
5786.0,6 - 0,6.0,715
t
()em
5,434 3471- 0,429
= ----(el71)
t = 0,00156(cl71) = 0,0156(171171) minimal = 1,0156 mm
Dengan C.A 1 mm maka ketebalan
3.
«<
3 mm
Berat Oalam Air Gaya
apllng
sllatll benda
didalam
suatu eairan
sebanding
dengan
berat
calran
yang
dipindahkan. Volume
konteiner
didalam air:::: 4.2 dm3
Day::! apllng = 4.2 dm3 x densitas air 1 kg/ dm3 = 4,2 kg Volume
bahan
konteiner
= 1.25
dm3
I3nat kUIJtciner = 1,25 dn/ x 7.8 (kg/dm3) BercH isi
= 9,75 kg
± -/ kob
Bemt total kontciner Berat kanteiner
= 9,4 kg + 2 kg = 11,75 kg
didalam air
= 11,75
kg - 4,2 kg = 7,55 kg (tenggeIam)
L51
KE DAFTAR ISI
