Hasil Hasil Penelitian
KE DAFTAR ISI
EBN Tahun 2005
ISSN 0854 - 5561
STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN di KOREA SELATAN Suwardi ABSTRAK STATUS PENGEMBANGAN DI KOREA SELATAN.
INFRA-KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN
Bahan bakar U02 untuk PWR di dalam Negara Korea diizinkan
dibakar sampai pad a bakaran 60 MWd/Kg-U rerata batang. dan direncanakan peningkatan bakaran lebih lebih tinggi. Dalam rangka meneliti perilaku batang bahan bakar pada bakaran tinggi di bawah kondisi-kondisi mantap dan transien, INFRA (Analisis Batang bahan-bakar terintegrasi, sedang dikembangkan Kaeri. Model kinerja bahan bakar untuk meneliti perilaku kelongsong dan pelet pad a bakaran tinggi itu adalah baru saja dikembangkan,
dan modul analisa elemen hingga ditambahkan
untuk analisa
mekanik. Untuk mempelajari perilaku bahan bakar bakaran yang tinggi sepanjang RIA dan kondisi-kondisi LOCA transien, beberapa uji dalam sel panas direncanakan seperti pengujian post-irradiation (PASTEL) untuk bahan bakar bakaran tinggi, test pendinginan logam dari pelet bakaran tinggi dengan daerah bingkai, dan uji oksidasi temperatur tinggi dan uji mekanis menyangkut kelongsong yang diradiasi di bawah kondisi LOCA dengan penggunaan spesimen bahan bakar bakaran tinggi.
PENDAHULUAN
rerata tangkai, dan peningkatan
Dalam rangka meningkaUkan ekonomi
lanjut juga telah direncanakan. Oleh karena itu, Negara Korea adalah di dalam situasi yang
siklus bahan bakar dan mengurangi kwantitas bahan-bakar bekas, bakaran bahan bakar telah
ditingkatkan
secara
bakaran lebih
sama sebagaimana negara-negara yang lain di dalam isu keselamatan bahan bakar bakaran
terus-menerus
dengan peningkatan sifat ketahanan korosi kelongsong. Pada pertengahan 1990, Bahan
tinggi. Tabel 1 menunjukan status bakaran bahan bakar yang sedang diradiasi di dalam
bakar U02 bakaran mencapai 60 MWD/KG-U
PWR. Uji Keselamatan
bahan bakar di dalam
rerata
sel panes direncanakan
dengan penggunaan
tangkai.
Di
dalam
material batang bahan-bakar dan komponen-komponen
Negara
Korea,
maju (advanced) seperti paduan
perakitan bahan bakar bakaran tinggi yang telah diradiasi di dalam YGN-1. Puncak
logam zirconium mengedepan (advanced), suatu pelet baru, pengatur jarak panggangan
55.4
(spacer grid), dan ujung atas/bawah, sedang dikembangkan untuk peningkatan bakaran
Direncanakan pengujian di dalam sel panes seperti pengujian post-irradiation (PASTEL)
bahan bahan untuk batang
untuk bahan bakar bakaran tinggi,uji pending inan logam dari pelet bakaran tinggi dengan daerah bingkai, dan test oksidasi
bakaran
bakar dan juga kode analisis kinerja bakar, INFRA, sedang dikembangkan meneliti perilaku bakaran yang tinggi bahan-bakar di bawah posisi mantap
batang
MWD/KG-U
temperatur kelongsong
dan transien, sampai kepada bakaran yang lebih tinggi dari 70 MWd/Kg-U rerata tangkai.[1]. Karena ramalan perilaku kelongsong dan pelet pada bakaran tinggi,
LOCA
bahan-bakar -
tinggi dan yang diradiasi
dengan
adalah
rerata
tangkai.
mekanis di bawah
penggunaan
sekitar
bahan
untuk kondisi bakar
spesimen bakaran tinggi. PENGEMBANGAN
beberapa model kelongsong dan pelet telah dikembangkan. Bahan bakar domestik telah
BAHAN-BAKAR, Ketika
diradiasi di dalam PWR sampai kepada bakaran yang lebih tinggi dari 55 MWD/KG-U
meningkat
56
BATANG KODE KINERJA
INFRA bakaran
bahan
di luar 60 MWD/KG-U
bakar
, isu yang
Hasil Hasil Penelitian
ISSN 0854 - 5561
baru
untuk
bahan
bakar
perilaku
gelembung
sudah
EBN Tahun 2005
gas pembelahan,
dikembangkan-
muncul. Dalam rangka meramalkan perilaku dari bahan bakar bakaran tinggi, batang kode
lah model bengkak oleh gas [3]. Keterhantaran termal
kinerja bahan bakar, INFRA sedang dikembangkan [1]. Beberapa model adalah
diradiasi adalah suatu parameter penting di dalam bahan bakar perilaku yang berkenaan
dikembangkan
dengan panas seperti temperatur bahan bakar dan pelepasan gas pembelahan. Di dalam kode INFRA, model keterhantaran termal
~ahan
baru saja untuk
bakar
perilaku
meramalkan
bakaran
yang
tinggi.
Khususnya, adalah penting untuk meramalkan perilaku didalam pelet daerah microstructure
dikembangkan U02 telah pendinginan[4].
formasi microstructure bingkai, dan distribusi radial lokal dari bakaran adalah parameter
creep-out
dalam
kaitan
atas
data
Bahan bakar
diradiasi selama proses Karena itu mempertimbangkan
digunakan untuk menaksir keterhantaran termal U02 daerah microstructure bingkai di
dengan
lebih tinggi : pelepasan peningkatan korosi
U02
efek dari hasil belah-inti padat dan hasil belahinti berupa gas secara terpisah, hal itu dapat
penting di dalam penggambaran kesimpulan perilaku pelet pad a bakaran tinggi. Disamping itu perilaku
berdasarkan
difusivitas termal dari pengukuran
melingkar pad a bakaran tinggi. Keterhantaran termal di dalam daerah bingkai, mekanisme
bakaran yang pembelahan,
dari
mana
gas dan
nuklida
hasil belah-yang
bersifat
gas
pertumbuhan memanjang, dan pengurangan duktilitas kelongsong adalah di antara
bergabung ke dalam gelembung gas pembelahan. Mekanisme formasi microstructure
parameter yang penting di dalam perilaku kelongsong pada bakaran tinggi. Spektrum energi netron dan besaran
formasi microstructure bingkai itu tergantung tidak hanya bakaran lokal tetapi konsentrasi
divariasi
gas pembelahan
pad a posisi
bahan-bakar lokal
U02,
pembelahan
radial
di dalam
kemudian berubah
laju dan
bingkai dipelajari
pelet
densitas
untuk menunjukkan
di dalam
matriks
bahwa
U02
[5].
Pad a konsentrasi kritis dari gas pembelahan, gelembung gas pembelahan adalah distabilkan
diperlukan
untuk meramalkan gejala itu untuk meneliti efek bingkai bahan bakar bakaran yang tinggi.
dan diintikan,
Oleh karena itu, RAPID (Radial Power and Burnup Prediction by following fissile Isotope
itu. Oleh karenanya hal itu menunjukkan ketika temperatur meningkat, formasi microstructure
Distribution in the Pellet) Ramalan Daya Radial
melingkari
dan Bakaran dengan Distribusi Isotop fisil (cenderung membelah) di dalam Pelet
pelepasan gas pembelahan dan kemudian pada temperatur tinggi daerah pelet bagian
dikembangkan
untuk meramalkan
daya lokal,
dalam,
bakaran, dan distribusi isotop belah sebagai fungsi dari posisi radial, bakaran pelet dan pengayaan menunjukan
awal U-235 perbandingan
[2]. Gambar 1 tentang ramalan
RAPID dan Frapcon-3 dengan data yang eksperimen itu. Model RAPID meramalkan data terukur secara lebih baik. Ketika
bakaran
generasi
gelembung
meningkat pembelahan
secara yang
U02 gas
tertunda
bingkai
dengan
sub-division
microstructure
dalam
kaitan
microstructure
bingkai
dengan
tidak
akan
dibentuk sama sekali bahkan pada bakaran lebih tinggi. Dalam rangka meramalkan perilaku Zircaloy-4
kelongsong
pad a bakaran
tinggi,
dikembangkan model perilaku kelongsong Zircaloy-4 pad a bakaran tinggi di dalam area seperti creep-out dan korosi.
meningkat,
. Pada bakaran tinggi, tekanan dalam batang bahan-bakar dapat melebihi tekanan
pembelahan
berangsur-angsur terkumpulkan dan
mengikuti
butir untuk membentuk
oleh oleh
eksternal
oleh
pelepasan
gas
pembelahan,
yang mana bisa mengakibatkan pada bagian kelongsong itu menonjol keluar. Dalam rangka meneliti peristiwa ini, adalah diperlukan untuk
karena itu, bengkak oleh gelembung gas pembelahan menjadi takterabaikan. Dalam rangka menaksir bengkak disebabkan oleh
menaksir
57
menilai
creep-out
kelongsong
itu
ISSN 0854 - 5561
Hasil Hasil Penelitian
dengan tepat. Perbandingan menyangkut ramalan creep-out kelongsong dari kode analisis kinerja bahan bakar yang didasarkan atas data uji creep-down kelongsong itu dengan
Halden
menunjukkan
bahwa
EBN Tahun 2005
pertama sebagai pekerjaan pelopor dan ukuran-ukuran/kriteria kegagalan bahan bakar dan menggunakan peningkatan entalpi bahan bakar selama RIA sebagai ganti ental pi total bahan bakar telah diusulkan untuk kali
kode
under-estimate laju creep-out kelongsong itu. Oleh karena itu, berdasarkan atas model krip
pertama,
mempertimbangkan
kegagalan
bahan bakar pada PCMI.
yang ada, model baru creep-out kelongsong diperoleh dengan mengubah ketergantungan
juga melakukan analisa keselamatan untuk pembangkit daya nuklir domestik bahan bakar
dari laju krip atas perubahan fluks neutron cepat dan tekanan [6]. Gambar 2 menunjukan perbandingan hasil kalkulasi INFRA dan
di dalam kerjasama dengan organisasi nuklir lain seperti KINS (Korea Institute of Nuclear Safety- Institut Keselamatan Nuklir Negara
ramalan Frapcon-3 dengan data terukur. Model korosi kelongsong Zircaloy-4 telah dikembangkan melalui analisa dari mekanisme korosi dan model korosi lain.
Korea) dan KEPCO [10]. KAERI telah mengembangkan
teknologi
mekanisme KAERI
dan
terus
bahan bakar maju
Parameter yang mempengaruhi korosi kelongsong bahan bakar menjadi material dan
untuk PWR sebagai proyek nuklir nasional sejak 1997. Dalam rangka bersiap-siap menghadapi pengembangan dan
karakteristik
menyangkut
komersialisasi dari bahan bakar bakaran tinggi,
kelongsong, kimiawi air pending in, formasi hydride di dalam kelongsong, dan perubahan
sifat bahan bakar bakaran tinggi dan data test terkait telah dianalisis. Perilaku bahan bakar di
terus menerus neutron cepat. Model yang diperoleh dengan mempertimbangkan efek dari tiap parameter pada korosi Zircaloy. Model
bawah kondisi RIA dan isu keselamatan
Yang diperoleh dievaluasi
diperlukan dalam area tersebut
pabrikasi
bahan
bakar bakaran
Ditemukan
oleh kedua-duanya
bahwa
tinggi
test
telah
lebih
untuk
dianalisa.
lanjut
akan
sebagaimana
hal yaitu analisa kepekaan dari parameter dan kemungkinan meramalkan gejala seperti itu
kegagalan bahan bakar dan dispersi di bawah kondisi RIA, korosi kelongsong pada
dari seperti misalnya distribusi korosi di sekitar axis, efek kimiawi dan akselerasi korosi air
temperatur tinggi, kelainan bentuk mekanis di bawah LOCA. Bahan bakar domestik telah
pada bakaran tinggi [ 7]. Untuk analisa mekanik
diradiasi pelet bahan-
bakaran
rata-rata
bahan bakar dan pemakaian bahan bakar serta rencana pengembangan domestik [11]. Sasaran riset keselamatan bahan bakar adalah
menambahkannya ke kode INFRA. Kode itu menerima data yang perlu seperti sifat dan temperatur material dari kode INFRA dan
ditetapkan sebagai berikut: - Reevaluation Ukuran-Ukuran/kriteria
mengkalkulasi ketegangan dan regangan lokal tangkai bahan bakar. BAHAN
kepada
tangkai yang lebih tinggi daripada 55 MWD/KG-U . Rencana untuk riset keselamatan dibentuk setelah analisa isu keselamatan
bakar dan kelongsong yang akurat selama posisi mantap transien dan modul analisa elemen-hingga dikembangkan [8] dan
RISET KESELAMATAN BAKARAN TINGGI
sampai
Keselamatan
untuk
PWR
Bahan
bakar
Bakaran Tinggi -Test Keselamatan, Verifikasi dan pembangunan Database untuk Bahan bakar Domestik
BAKAR
Bakaran Tinggi -pengembangan Teknologi Analisa Keselamat-
Setelah hasil simulasi uji RIA di dalam CABRI Perancis disajikan pada 1994, KAERI melakukan analisa dan evaluasi keselamatan
an untuk Bahan bakar Bakaran Tinggi
untuk perilaku Bahan bakar U02 domestik [9], di mana jika analisis 3-dimensional transien pada teras selama RIA dilakukan untuk kali
58
Hasil Hasil Penelitian
ISSN 0854 - 5561 KESIMPULAN Kode
kinerja
bahan
bakar
sedang dan telah dikembangkan rangka meramalkan perilaku
[4] LEE, C.B. et aI., "Development of Irradiated U02 Thermal Conductivity Model", IAEA
INFRA
Technical
KAERI dalam bahan bakar
Fuel Behavior
[6] BANG, J.G. et aI., "Development
, model creep-out, model sifat mekanis, dan model korosi , dan modul analisa elemen-
of LWR
Zircaloy-4 Cladding Creep-out Model", Proceedings of KNS 1998 Fall Meeting, 1998. [7] BANG, J.G. et aI., "Development
hingga untuk analisa mekanik batang bahanbakar sepanjang kondisi transien. Bahan bakar domestik Korea Selatan
of LWR
Fuel Zircaloy-4 Cladding Corrosion Model", Proceedings of KNS 1999 Fall Meeting, 1999.
di dalam PWR sampai kepada
suatu bakaran rerata tangkai 55 MWd/Kg-U . Oleh karena itu, Negara Korea adalah di dalam sebagai
at High Burnup
Mater., vo1.279, p.207, 2000.
serta program RAPID untuk meramalkan bakaran dan daya lokal, dan untuk kelongsong
sama
Modelling
Explain High Burnup Structure Formation Mechanism in U02 Fuel", J. of Nuclear
bengkak oleh gas, model keterhantaran termal, model mekanisme formasi bingkai melingkar,
yang
Meeting on Nuclear
[5] LEE, C.B., and Y.H. JUNG, "An Attempt to
~nalisis kinerja bahan bakar baru saja mulai dikembangkan yaitu untuk menaksir perilaku bahan bakar bakaran tinggi: untuk pelet, model
situasi
Committee
and its Experimental Support, Windermere, UK, 2000.
bakaran yang tinggi di bawah posisi kondisikondisi mantap dan transien. Model untuk
telah diradiasi
EBN Tahun 2005
negara-negara
yang lain di dalam hal keselamatan bahan bakar bakaran tinggi. Suatu rencana riset
[8] KWON, Y.D. et aI., "Development Element Module Technology", 399/99, KAERI, 1999.
of Finite
KAERI/CM-
[9] LEE, C.B. et aI., "Analysis of the Fuel Rod
telah dibentuk. Simulasi uji untuk
Behavior Under the Rod Ejection Accident in the Pressurized Water Reactor",
RIA dan LOCA akan dilakukan dengan penggunaan spesimen bahan bakar dan ukuran-ukuran/kriteria keselamatan bahan
Transient Behavior of High Burnup Fuel, Cadarache, France, 1995.
keselamatan
bakar bakaran tinggi akan dievaluasi dan
perkakas
analisa
untuk
OECD/NEA
kembali
masalah
Performance
Analysis
Standard PWR", 1997 Int. Top. Mtg. on LWR Fuel Performance, Portland, 1997. [11] LEE, C.Bet aI., "Analysis of High Burnup
of U02 Fuel
Code,
Fuel Safety Issues", KAERIITR-1693/2000, KAERI, 2000.
INFRA",
Proceedings of KNS 2001 Fall Meeting, 2001
[12] J.G. BANG, C.B. LEE, D.H. KIM, Y.M. KIM, Y.S. YANG, Y.H. JUNG STATUS OF HIGH BURNUP FUEL SAFETY RESEARCH IN THE REPUBLIC OF
[2] LEE, C.B., , et aI., "RAPID model to predict radial burnup distribution in LWR U02 fuel", J. of Nuclear Mater., vol.282, p.196, 2000. [3] KIM, D.H. et aI., "Fission
on
During Rod Ejection Accident in the Korea
ACUAN Rod
Meeting
[10] LEE, C.B. et aI., "Analysis of Fuel Behavior
yang
terkait dengan transien akan dikembangkan.
[1] LEE, C.B. et aI., "Development
Specialists
KOREA, Institute, Korea
Gas Swelling
Model of high burnup Fuel", Proceedings of KNS Fall Meeting, 1998.
59
Korea Atomic Energy Research Yuseong, Daejeon, Republic of
ISSN 0854 - 5561
HasH Hasil Penelitian
EBN Tahun 2005
LAMPIRAN.
Tabel-1: Stataus tingka bakar bahan bakar PLTN di Korea 296.1 5.39 1.53 5.4453 291. 5.3743 286.2 287.7 7 000 1.55 Bakaran Panas Kanal Teras kW/ft Masuk MWD/MTU Faktor 328.3 47 6.4752 282.7 319.8 324.9 326.1 328.2 1.65 18 Siklus 15 Teras Tingkat Daya Pendingin Tipe Reaktor Diijinkan IRerata Keluar Temperatur 18
•
40
Measured Data
--INFRA ---
Frapcon-:l
C!)
C»
cm
..c
3D
C)
o {}
I 20
I 40
50
80
100
120
140
Irradiation Time, days Gambar-1: Perbandingan distribusi radial [dari] nuklida Pu dan bakaran.
GAMBAR-2:
Perbandingan Ramalan NFRA dengan Data Hasil pengukuran.
60
KE DAFTAR ISI
