Prosiding Presentasi Illniah Daur Bahan Bakor Nuklir PEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
ISSN 1410-1998
STUD I A W AL PENGKAJIAN
INTEGRIT AS ELEMEN DAKAR REAKTOR
RSG-GAS A. Socjocdi. Alim Tarigan, Saifill Sujalmo, SapIa Prayoga, Suhadi Pu5.11Reaktor Serba Guna
ABSTRAK Studi Awal Pengkajian bllegrita5 Elcmen Bnkar Rcaktor RSG-GAS. Selama 8 tabun operasi RSG-GAS telah tercapai 15 sikIus operasi renklor dcngan jumlah elemen bakar teriradia.o;iscbanyak 116 buah, yaitu 49 buah bahan bakar produksi NUKEM dan 67 buah bahan bakar produksi PEBN BATAN. Pada operasi reaktor teras XV, konfigurasi teras tersUS1ll1kc5cluruhaJu1yaata5 bnhan bakar reaktor produk5i PEBN BATAN, yaitu 40 elemen bakar standar dan 8 elemen kendali. Bcberapa kcgilltan telah dilakukan untuk pengkajian inlegritas elemen bakar, antara lain: pemeriksaa11 visual dcngau digunllknJI under water camera dan hasilnya direkam melalui Video Cassette, uji kualitas air primer selmna operasi rcaklor. pengujian 5istem pendelek5i kegagalm1 elemeJ1 bakar (Fuel Failure Detector=FFD) dan membandingkan dengaJ1ha5il pemeriksaan pascairndiasi elemen bakar bekas di mstalasi Radio Metalurgi (IRM). Dan ha5il pemeriksllaJl dun pemaJ1taulll15elllma irradiasi daJl setelah diirradiasi, integritas elemen bakar masih dalam keadalln baik dlll1 hclum lerlihat ndauya produk fisi yang lepa5 ke pendingin primer.
ABSTRACT After 8 years of operation, R.S'G-(jA.S'was able 10rI~ach J5 cych~s of reactor op(~ration with J J6 irradiated fuels, whereas 49 fuels were produc(~d b.v NUKEM, and the other 67 were prO£hlced by PEBN-BAT AN. At the J 5'h cycles, it have been used 40 standar(f fil(!l.y and 8 control filels (Fol1y standard fu(~ls and eight control fuels have been used in the J5'1tcore cycles). S(.'V(!ral activitie.y hav(! beenpeifo",I(!d in the reactor, to investigate the fuel integrity, among of them are : fuel visual test with una(!r }t'(lt(!r cam(~ra,which Ihe r(!sults were record(!d in the video cassette, primary water quality test during, r(!actor Op(!mlion. filel fllilure cfl!teclor systenl exanlination and compared the PIE results in the Radiometallurgy Installation (RAn). Th(! re.yult.y,yhowedthat the fil(!l integrity, before and after irradiation, have still good peifonnance ana the./i.y,Yionprochlct.yhave not be(!n reh!os(!dy(!t.
PENDAHULUAN Reaktor Serna Guna G.A. Siwabessy (RSGGAS) merupakan reaktor riset dengan daya nominal 30 MW, tipe kolam, menggtll\akan bahan bakar tipe MTR dengan pengkayaan 19.75 %. Susunan teras reaktor pada kondisi teras pemlh terdiri dari 40 elemen bakar dan 8 clemen kendali. Setiap elemen bakar terdiri dari 21 pclat clemen bakar daD 15 pelat elcmen bakar pada setiap elemen kendali. Bahan kelongsong bahan bakar terbuat dari paduan Aluminium. yaitu AIMg2. Dari awal operasi rcaktor terns I, yaitu mulai tanggal 20 Agustus 1987 sampai dcngan bulan September 1995 RSG-GAS tclah beroperasi sebanyak 15 siklus. Bahan bakar nuklir yang telah teriradiasi sudah berjumlah 116 buah bahan bakar. Dengan rincian 49 buah bahan bakar buatan NUKEM dan 67 buah bahan bakar buatan
BPEBRR-PEBN. Integritas bahan bakar yang tctap terjaga dalam reaktor akan menjamin opernsi reaktor tetap selamat dan handal. Hal ini dapat terjaga karena bahan bakar produksi BPEBRR -PEBN yang selama ini dipakai di RSG-GAS diproduksi melalui proses uji kualitas yang sangat ketal,
pengangkutan yang benar dan tahap operasi yang selalu mengik\lti prosedur yang benar dengan memperhatikan batasan-batasan disain yang ditentukan bagi ke\I"lhan integritas bahan bakar di reaktor. Pengamatan vis\lal bahan bakar dilakukan setiap selesai operasi reaktor dengan menggtlnakan under water camera dan pengujian k\lalitas air primer di laboratorium kimia air PRSG j\lga dilak\lkan secara kontinyu untuk mengantisipasi timbulnya kelainan pada bahan bakar rnlklir yang sedini mungkin. Sejak tahun 1993 di RSG-GAS telah dipaSc'1ngsistem deteksi kegagalan bahan bakar (Fuel Failure Detector .System=FFDS). Sistem FFD tersebut barn optimal digunakan pnda akhir 1995 ini. Sistem pencuplik dengan metode Sipping juga telah dipasang di RSG-GAS dan bcrfungsi sebagai sistem pengambil cuplikan air primer dari bahan bakar yang dicurigai cacat.
SEJARAH PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DI
RSG-GAS Dari kekritisan awal tanggal 20 Agustus 1987~lmpai denganawal operasiteras XVI pada tanggal 18 September 1995, telah ada sejarah 239
Prosidlnp, Pre.venta.viIImiah Dour Bahan Bokor Nuklir PEBN.BATAN. Jakarta /8./9Maret /996
pemakaian bahan bakar nuklir tersendiri di RSGGAS. Pada awal operasi teras pertama sampai dengan akhir operasi teras III. sellirnh bahan bakar yang teriradiasi adalah buatan NUKEM. Barn pada operasi teras IV yang dimulai tanggal I ]anuari 1990. uji coba pemakaian bahan bakar tipe Silisidc'1daD Oksida buatan BPEBRR-PEBN dilakukan sebagai penyusun operasi teras IV. Setelah RSG-GAS beroperasi selama 6 siklus, mulai terdapat bahan bakar berstatus bahan bakar bekas (Burn-up maksimum) serta tercapainya konfigurasi teras penuh (Gambar 1). Bahan bakar buatan BPEBRR-PEBN dengan lisensi NUKEM untuk pertama kali digtmakan sebagai penyusun kollfigurasi teras pada operasi teras VII. Hal tersebut terns berlangsung hingga siklus operasi teras terakhir. yaitu teras XVI yang dimulai tanggal 18 September 1995. Gambaran pemakaian bahan bakar buatan NUKEM dan BPEBRR-PEBN dari siklus operasi teras I sampai dengan siklus operasi teras XVI secara garis besar dapat terbaca pada Gambar 2. Dari Gambar 2 tersebut dapat terbaca bahwa mulai pertengahan tahun 1992, operasi teras RSG-GAS sangat tergantung pada pasokan dari BPEBRR-PEBN. INTEGRITAS
BAHAN
BAKAR
NUKLIR
BESERTA KAJIANNY A Dalam suatu reaktor nuklir. bahan bakar nuklir mempunyai nilai yang sangal slrategis sekaligus diperlukan kecermatan yang linggi oleh pihak pem,lkai. yaitu mencegah terjadinya kemungkinan adanya kemsakan stmktur bahan bakar nuklir akibat proses fisi. Kemsakan struktur dapat bempa korosi dan pclcpuh~ln radiI kelongsong, kcrctakan dan bli.\1er at~lIlpun swelling pada bahan bakar. Sebab kcmsakan iradiasi yang bersifat kecil atau lipis sckalipun dapat mcngganggu jal~lnnya opcrasi re~lklor maupun personal. Pelcpas~ln produk fisi dapal terjadi akibat hal terscbut di atas. Untuk menjaga bahan b~lk~lr ~lgar lelap dalam kondisi baik dan uluh m~lk~1scjak dari tahap analisis disain samp~li dengan tahap pascairadiasi, bahan bakar hams tclap pada batasan-batasan yang dilenhlk~m. Scpcrti p~ld~1 reaktor-reaktor risct lain di negara maju. di RSGGAS penanganan bahan b~lkar mlklir sccara sistcmatik daD tcrinci tclah dic~mlumkan p~lda Analisa Kesclamatan Rc~lklor scrta sistem pengelolaan bahan bakar nuklir tingkat RSGGAS. Beberapa sislem pcnanganan yang diterapkan daD dilakuk~ln .melipuli :
dilakukan setelall operasi reaktor berlangsung dan setelah shutdown untuk beberapa bari. Pelaksanaannya dilakukan di d.1Iam, Kolam penyimpcl/1bclhan bakar bekas. b. Pengujicl/1kucllitas air primer, yaitu basil uji cuplikan di laboratorium kimia air dibandingkan dengan harga batasan disain, yang terdapat pada SAR RSG-GAS Rev. 7. c. Pencuplikan cuplikan air primer dengan metodc} ,s.ipping. Pengujian ini ditujukan jika ditemukan atau dicurigai adanya kebocoran pada bahan bakar nuklir di kolam reaktor. d. Sistem pcmantauan bahan bakar selama operasi reaktor selang berlangsung pada daya tinggi, yaitu dengan mcnggunakan sistem pendetcksi kegagalan baban bakar (Fuel Failure Detector .System=FFDS). Sistem ini memclkai prinsip kerja pemantauan secara kontinytl neutron kasip dari produk fisi pada sistem primer Ycl/1gtimbul dari impuriti baban bakar, dengan menggunakan 2 detektor He-3 yang dipasang pada bagian hisap pendingin primer dekc}tpompa primer. Oi dalc}m makalah ini, hasil pengujian clemen bclkar pasca iradiasi oleh tim Instalasi Radiometcuurgi (IRM) secara garis besar ditampilkan. Hal terscbut dipakai sebagai pembcl/1dingdc}n gclmbaranyang lebih jelas dalam upaya pihak PRSG maupun PEBN memperoleb data tentclng kelayakan pemakaian bahan bakar di re.1ktor. Terntama mengenai integritas bahan bakar buc}tan NUKEM atau BPEBRR-PEBN dalam reaktor. BASIL PENGAMA TAN DAN PENGUJIAN Dari data pengamatan dan pengtljian bahan bakar di reaktor maupun data penelitian masalah terkait di RSG-GAS, dipcroleh hasil pengkajian sebagai berikut : a. Laboratorium kimia air RSG-GAS secara berkala melakukan analisis terhadap kualitas air pendingin primer RSG-GAS. Hasil pemant(luan dan pengujian menunjukkan kualitas air pendingin masih di bawah harga batas(ln disain yang dite-tapkan. Sebagai contoh hasil, d(lpat terbaca pada Tabel 1.
Tabcl
Uji Klialilas Air Primer RSG-GAS Dadadava ooerasi 23 MW ~--
Nama Radiol1uklida
Te -132 Sb -125
a. Pengamatan visual bahan bakar dengan menggunakan tcropong ~llau pcral~ll~m Under water camera. Sislcm pcngam~ltan lerscbut
240
I -132
Xe -135
--
Aklivit.'IS
Terukur (x 10" Ci/m')
0.1384 0.0148 0.0583 0.1791
Vnl" t""F.I\"I 23 AS'i"'L' 1993
Aktivitas St.mdar(x 10" CitmJ)
1.3900 2.43 x 10-5
18.3000 71.8000
Pro.viding Pre.venta!i IImiah Daur Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
b. Pengamatan visual yang sudah sccara berkala berlangsung. membcrikan pellinjuk masih adanya beberapa bahan bakar yang perlu dipantau. Hal tcrsebul akibal indikasi Icrdapal beberapa gores.1n ataupun tcbalan hilam pada pelat terluar clemen bakar yang leramati. Dari pengamatan visual lerhadap pclat lerluar elemen bakar teriradiasi. dapal diambil petunjuk bahwa elcmen bakar bualan NUKEM reratanya masih pada kondisi baik dibanding elemen bakar buatan BPEBRR-PEBN. Hasil ini belum menjamin benar scbab hams dibuktikan dahulu lewat bcbcrapa pcngujian di IRM secara lebih lanjul. c. Sistem FFDS di RSG-GAS telah dipasang dan mulai pengujian tahap akhir, unttlk selanjutnya dapat difungsikan scbagai sistem pemantauan kcmungkinan tcrjadi kegagalan bahan bakar selama operasi reaktor berlangsung pada daya tinggi. Sistem FFD ini diharapkan berfilngsi bClik. scperti hCllnyCldi reaktor JRR-2,3 dCln4 di Jepang. PCld~1 keligCl reaktor tersebut FFDS sudah terbukti keandalannya untuk mem~lntau integril~ls bahan bakar secara ClkurClt.Prinsip kerj~1FFDS menda&1rkan pada delcksi wljuk kcrja neutron lambat. Pendeleksian dilakuk~ln dcngan mengamati neutron lambat d~lri produk fisi, seperti N-17, 1-137, Br-87 dan Br-88 pada sistem pendingin primer. Lok~lsi delcktor ditentukan waktu transit dari pendingin dari teras reaktor keluar memlju bagian hisap aliran primer, yaitu sekitar 50 detik. FFDS sangat peka untuk mendctcksi kegagalan y~lng sangat kecil di bClhan bClkClr. P~lda bulan Agustus 1995 telah dilakukan perbClikClnFFDS RSG-GAS. Hasilnya menunjukk~ln bahwa indikasi FFDS berfungsi baik pad~1 daya operasi 23 MW. laju cacah Jatar belakang menunjukkan 14 cps. Sehingga apClbilClpadCl suatu operasi reaktor menunjukk~ln I~lju cac~lh FFDS lebih besar dari 14 cps bcr~lrti dapat dicurigai ada bClhanb~lkClrnuklir di tcrClsy~mg cacat. Lokasi FFDS di RSG-GAS dClpatlerbacCl pada Gambar 3. terlampir. Diagram instrumentasi FFDS dan contoh ~lnalisis air pendingin primer dapCltterbaca p:ld~1GambClr 4 daD 5 terlampir. d. Sistem pencuplik air primer dellgan metoda sipping di RSG-GAS telah tcrscdia. alaI pencuplik ini akan menyedot air Cllplikan yallg berasal dari bahan bakar yallg dicurigai cacat daD selanjutnya air cuplikall terscbut akan dianalisis dellgan mclIggllnakall MCA (Gambar 4 dan 5). Sistem idclltilikasi produk fisi yallg terlepas dari bahall bakar C:lcat
dcngan metode 5'ipping ini dapat diterapkan pada bahan bakar bekas di kolam bahan bakar bckas. Model alai ini dapat terlihat pada Gambar 6 dan 7 terlampir. Pengamatan daD pengujian clemen bakar pasca iradiasi juga telah dilakukan di IRM daD program tersebut terns berlanjut, Sekitar bulan Oktober 1995 ini pula pihak PEBN beserta koleganya merencanakan suatu uji korosi pada bagian kelongsong dari pada bahan bakar bekas dalam air. Sedangkan pada pertengal\an lahun 1993 barn lalu, tim IRM telah melak\lkan uji tak merusak atau merusak terhadap clemen bakar bekas buatan NUKEM, yaitu FERI19. Dilanjutkan pengujian terhadap eleman bakar buatan BPEBRR-PEBN, yaitu FERI-SIE2 dan FERI-EOI. Pemerik5<1andan pengujian meliputi pengamat.1nvisual, ketebalan dan uji metalografik dengan SEM. Dari hasil uji menunjukkan adanya pembenlukan lapisan oksida pada permukaan petal. serta terjadi bubble.\'pada butir-butir bahan bakarnya yang disebabkan oleh deposisi gas basil fisi. Hasil perolehan tersebut masih di bawah batas-batas yang diijinkan sesuai desain. Hasil selengkapnya dapat dipelajari pada makalah "Pemeriksaan Pascairadiasi Elemen Bakar Bekas RSG-GAS", yang disusun oleh H. Nasution dan A. Suripto, disajikan pada seminar pengembangan kemilraan antar lembaga melalui IPTEK Nuklir di Bandung bulan Maret 1995. EV ALUASI BASIL PENGUJIAN Dengan semakin banyaknya elemen bakar teriradiasi dan semakin teraturnya jadwal operasi RSG-GAS maka sistem pengelolaan bahan bakar perlu dioptimalkan. Langkah pengamatan daD pengtljian terhadap bahan bakar sampai saat ini adalah baik. Pcmbenahan terhadap sistem tersebut akan terns dimantapkan serta diakurasikan lagi. Hasil pengelolaan daD pemantauan terhadap integritas bahan bakar yang ada di RSG-GAS sampai saat ini masih terkendali. Apalagi dengan telah ditcrapkannya FFDS daD sistem pencuplik air primer dengan metode sipping maka integritas bahan bakar di RSG-GAS akan lebih terjamin lagi dari aspek keselamatan daD keamanannya. Hasil evaluasi peng\ljian dan pengamatan tahap laltjut terhadap bahan bakar bekas pascairadiasi RSG-GAS oleh Tim IRM, akan sangat membantu sekali bagi sistem operasi daD pengelolaan bahan bakar RSG-GAS. SIMPULAN
Pcngamalan dan pengtljian yang bersifat konlinyu ~mgat diperlukan sekali bagi
Prosiding Pre.fen/o.f; /lmioh Dour Bohon Bokor Nuklir PEflN-BATAN. Jokor/o 18-19 Morel 1996
pemonitoran bahan bakar RSG-GAS. Kegagalan bahan bakar yang berskala sangat kecil dapat mengganggu jalannya opcrasi reaktor dan personal. Untuk mengllrangi sekecil mungkin timbulnya bahan bakar yang cacat di RSG-GAS maka FFDS dan sistem uji metode sipping akan membantu sekali terhadap sistem opcrasi dan pengelolaan bahan bakar RSG-GAS secara kescluruhan. FFDS RSG-GAS akan bekcrja dengan baik pada operasi daya tinggi. dengan laju cacah latar belakang adalah 14 cps. Kajian yang lebih teliti daD terpadu sangat dibutllhkan untltk tetap tercapainya integritas bahan bakar sclama waktu masa hidup re.1ktor. Pcngamatan visual terhadap bahan bakar dcngan peralatan under water camera ditambah dengan sistem rekaman video dan teropong masih pcrlu dilal)jutnya.
diperoleh
melalui data yang berada di BFR-
RSG-GAS. .Unluk mcnanggtllanginya dapat dilakukan dengan melode FTB atau melakukan pengtljian kulaitas air, dan bukan dengan melode under water camera
2. KUSUMA DEWI .Sampai sejauh il1i manakemampuan alai uji integritas itu mel1deteksi kegagalan EB 1 Apakah mampu mendeteksi adanya retak kecil
( micro crack) & swelling1 AGOESSOEJOEDI
TANYAJAWAB
.Sudah mencapai uji awal. pemasangan sistem .Kecurigaan awal adanya cacat EB teriadiasi yang dapal dilaporkan. dala aktivitas dari EB terduga cacat d:lpal dilaporkanjuga
1. TUKIRAN
3. SOEDARJO
.Berapa jumlah bahan bakar yang telah mengalami iradiasi dan berapa jumlah bahan bakar bekas yang telall mencapai bllrn-up hingga 56 % selama RSG-GAS beroperasi sampai teras XIX (19 siklus) .Mohon dijelaskan apa indikasi yang tcrlihat pada camera dan bagaimana mcnang-
.Masalaha deviasi secara visual di media air dengan under watcr camera. apakah ada ? .Apakah erek cerenkov tidak ada dampaknya terhadap cuplikan dcngan under water camera, sehingga data yang didapat tidak akurat .Apakah data kondisi air primer yang tidak standar dapat menggangtl pemgambilan gambar yang asli '?
gulanginya. apabila tcrjadi
kegagalan pada
bahanbakar? AGOESSOEJOEDI .Jumlah elemen bakar yang tclah mengalami iradiasi dan mencapai burn-up hingga 56 % sampai teras XIX. infommsi terscbut dapat
242
AGOES SOEJOEDI .Masalah dcviasi adanya cfck cerenkov tidak ada, masalah hanya plat terlllar elemen bakar yang di rckmn/dilihat .Tidak ada
l'ro.riding l're.ren/asi IImiah Daur Bahan Bokor Nuklir
l'EBN-BArAN.Jakarta 18-19Mare/1996
~
.ELEMEN
BAK..a.R
.ELEMEN KENDALl EJ.
ELEMEN BERILIUM
PRTF. POWER RAr.IP TEST FACILITY 0
.IRRADIATION
0
.BtAM
CIP .CENTRAL IRRADiATION POSITION
0.
IP
{ill
.IRRADIATION
POSITION
POSITION
TUBE
FAST RABBIT SYSTE"I : NOR"IAL RABBIT SYSTE"I
NR. NEUTRON RADIOGRAPHY NTD: NEUTRON TRANSMUTATION DOPING FACILITY
Gambar I. Konfigtlrasi Tcras Pcnllh
243
Gambar 4. Sistem FFD
#NO
SALUR
MCA#
Gambar 5. Col1toh Hasil FFDS
245
Prosiding Presenlasi /lmioh Daur Bahan Bakar Nuklir PE1JN-BATAN. Jokarta /8-/9 Maret /996
Gambar 6. Bird',~ [~ve r/iew d:Jri Sistem Pcnyedot Air pada Bahan Bakar Reaktor
246
