TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN
BWRBERBAHAN
BAKAR CAMPURAN
OKSIDA
(JaIl Susl/o)
TRANSMUTASI AKTINIDA MINOR DENGAN BWR BERBAHAN BAKAR CAMPURAN OKSIDA Jati Susilo*) ABSTRAK TRANSMUTA.YI AKTINIDA MINOR DENGAN lJWR lJER1JAHAN lJAKAR CAMPURAN OK.\'IDA. Daur ulang bahall hakar bekas mel1/pullyai 11i/aipentillg yaitu penghematall sumber bahan nuklir dan pencegahall penyebarall hahan nuklir. Salah ~..atupemanfaatannya berupa bahall bakar campuran ok~..idayaitu campuran antara plutonium dan uranium oksida. Sedangkan untuk mengurangi hehall pengolahan limbah Iluklir tingkat tinggi dapat dilakukan trallsmuta~\'i aktinida mmor .yang merupakan nuklida-nuklida benvaktu paruh sangat panja/lg me/alui teknik kollversi nuklida da/am reaktor. Penelitian ini bertujuan ulltuk mengetahui pengaruh perubahall kisi sel bahan bakar terhadap persen berat transmuta~..iaktinida minor dalam BW1? yallg berbahan bakar campuran oksida. Perhitungan pembakaran digunakan kode komputaj'j .S'RACdengan cara merubah kisi ,..elbentuk hujursangkar ke dalam ...elsetara belltuk silinder dan menganggap model reaktor dalam siklus ke...eimbangan.l-'erj'en berat transmutasi aktinida minor optimal jika tingkat fra~..i bakar bahan bakar tinggi, rasio volume moderator don volume bahan bakar(Vm/Vf )besar, berat pembebanan aktinida minor j'ekitar 3%-6% don tingkat pengkayaan Pu (wt%) kecil. Nilai koefisien reaktivitas untuk standar reaktor berbahan bakar campuran oksida dellRan persen berat pembebanan aktinida minor ,..ebesar3%-6% menunjukkan hasil sekitar -.50pcm -230pcm untuk koefisien reaktivitas void don sekitar -1,8pcm --2,6pcm untuk koefisien reaktivitaj' ,..uhubahan bakar. AIJ..\'TRACT TRAN..\'MUTATIN OF MINOR AK11NIDE U..\'ING IJWR FUEI,ED MIXED OXIDE. Nuclear /'pent fuel recycle ha/,' a /,'trategic imp!>rtance in the aspec of nuclear fuel economy and prevention of its spread-out. One among other application of rec;:ycle i.\"to produce mixed oxide .fuel (MOX) namely mixed plutonium and uranium oxide. As .for decrea.\"ingthe burden of nuclear higth level waste (HLW) treatment, transmutation of minor actinide (MA) that has very long half life will be carried out hy conver.\"ion technique in nuclear reactor. The purpo.\"e of this .'itudy was to know in.fluene of transition .fuel cell regarding the percent weight C?ftran.'imutation MA in the BWR fuelled Max Calculation of cell BWR was used.~'RA(' computer code, )vith a/'"umsethat the reactor in equilibrium. The percent weight of tran/"mutation MA to he optimum by increa.'iing the discharge burn-up of nuclear fuel, rai.\"ing ratio of moderator to fuel volume(Vm~f), and loading MA with percent weight ahout 3%-6% and al/"o reducing amount of pL'rcent weight Pu in MaX fuel, For mixed .fuel standard reactor, reactivity value were obtained between about -50pcm --230pcm for void coefficient and -l,8pcm --2.6pcmfor
Kala Kunci:
fuel temperature coefficien.
Transmutasi,Aktinida Minor, CampuranOksida,BWR
Peneliti di Bidang PengembanganTeknologi Reaktor Riset, BPTR, Pusat Pcngcmbangan Teknologi ReaktorRiset. P2TRR,BAT AN 33
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLlR-1R1
DASA MEGA, Vo/.2,No.1,Pebroari, 2000: 33-45
PENDAHULUAN Pcmbangkit Listrik Tcnaga Nuklir jenis air ringan dengan menggunakan ballan bakar uranium oksida yang tclall dipcrkaya menghasilkcw encrgi fisi scbagai cncrgi tcrmis rec'lktor.juga hasil fisi (fL\'sio/1product) dan clemen Iransunmium. Unluk ilu bahml bakar bckas yang dikcluarkan daTi dalam rcaktor mcngmldung sclain uraniwn sisa pcmbakaran .juga hasil fisi daIl lransuraluwn. Oi ncgara-negara Eropa, Jcpang dli. dilakukcw pclnroscsan ulang balmn bakar bekas nuklir tcrscbut. Urmuum dan plutonium dipisahk;m d.1ri nukliilll-mIklida yang lain. dan kcmudian diolah mcnjadi bahan bakar nuklir barn. Sclclah bal1aJlbakar bckas diproscs kcmbali scbagai ballan bakar barn, pcnggW1<1an kcmbali uraluum dan plutonium membcrikml kcwlumgml scbagai bcrikul : pcnggunaan sumbcr bal1aJlbakar nuklir yang lcbih cfckli( bcban limball tcrhadap lingkungan bcrkurang dll. Hasil proses ulang mcnunjukkan bahwa 235Uyang tcrkandung dalam uranium sisa pcmbakaran banan bakar lcbih bmlyak daTi uraluum alamoUnluk ilu uranium siSCIpcmbakaran bisa dimaluaatkan kcmbali scbagai bahan bakar nuklir sccara cfcktif. Scdmlgkan pcnggw1ac1Jlplutonium sangat cfcktif dalam hal penghcmatan pcngglmac1Jlswnbcr ballan bakar uraniwn. mcmpcrbmlyak sumbcr ballml bakar nuklir dan pcngcndalian ballml plutoniwn. Kllususnya plutoniwn. karcna plutonium ini bisa dirubah dan dimanfaatkan scbagai scnjata nuklir. makc1pcnggunacwkcmbali plutonium scbagai bahan bakar sangat pcnting lultuk mcnccgah pcnycbaraIlllya. Salah satu cara pcngguffilml plutoniwn yaitu dcngml mencmnpurkannya dcngan llra1lium oksida atau apa yang dinamakml dcngcu1ballml bakar campuran oksida, yang kcmudiml digunakan unluk ballan bakar rcaktor jcnis air ringan. Sebagaimatrik balmn bakar campuran oksida ini dap.1tmcngglmakan uraniW11yang tclah dipcrkaya. uranium alam, alaupun uranium Yclng diambil daTi sisa pcmbakaran rcaktor. Ballan bakar cmnpuran oksida digunakan scbagai bal1mlbakar dalmn BWR maupun PWR dalam jumlah yang relatif sedikit scjak pcrtcngallan tallun I990-an. Oirencanakan sampai tallun 2010-an dipcrbanyak mcnjadi sckitar bclasan rcaktor. Sctclah uranium dml plutonium diambil daTi bahan bakar bckas, kcmudian limbah mIklir tingkc1t linggi Yclllg dihasilkc1Jl sclclall proses ulang dipisallkan SCCclra bcrkclompok. Khusus mengcnai proses pcngolallaD ulang limball nuklir tingkat tinggi dijclaskml dibawah. Oi dalmn limball nuklir tingkat tinggi sclain l1<1Silfisi juga tcrkandung aktinida lninor yang mcrupakan nuklida yang mempunyai waktu parul1 sclllgat lmna (misalnya : 237Npt;,=2.14EO6y, 241Am t;,=458y, 243 AIn t;,=7950y), karcna nuklida tcrsebut mcmpunyai sifat racun radioaktif maka 11arus dijaullkan dari lingkungan dalam waktu yang sangat lama. Limball nuklir tingkat tinggi ini karcna merupakan nuklida yang mcngeluarkan sinal aIplm, maka untUk proses pengolallaD ulmlg memerlukan cukup keamanan dalam jangka waktu yang lama pula. Oasar-daSc1f kebijaksanaml lmtuk pcngolal1<wlimball nuklir tingkat tinggi adalall dirnbah bcntuknya mcl1.jadi padalm1 gclas dalmn kcadaaIl yang stabil sctelall disimp.1Jlsclama 30 tahun hinggcl 50 lahun dCngaI1lujuml untuk pendinginan panas yang dikelu.1fkan kcmudian ditm1mn didalam taIla11yang 5aJlgat dalaml). Unluk mcmpcring.w bcban pcnanaman yang bcrtujuan w1tuk pengendalian aktinid.'1 minor yang terkandung d.1lam limbclh mIklir lingkal linggi Icrscbnl bisa dipcc;Ulkrul dcngan cara Imnsmulclsi mclalui Ickllik konvcrsi nuklidcl didalam rcclktor. Pcncliliml ini bcrtUjucUlwlluk mcngctallui pcngaruh pcruballm1 kisi sel ballaD bakar tcrlmdap pcrscn be rat transmutasi aktinid.1 minor dalmn BWR yang bcrbahan bakar cmnpuran oksida. Pcrlutungan pcmbakaran kisi scl
14
TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN
BWRBERBAHAN
BAKAR CAMPURAN
OKSIDA (Jail Susllo)
dilakukan dcngan menggunakankode komputasi SRAC. Dengan anggapanballwa model teras yang dipakai adalahteras BWR FukushimaJepangyang dalam kcadaan siklus keseimbanagan.Kisi sel terscbut merupakanpcrwakitan yang diambil dari kumpulan etemen bal1aDbakar BWR, kemudian diruball mcnjadi set sctara yang berbcntuksilinder. TEKNIK OPTIMALISASI TRANSMUTASI AKTINIDA MINOR Untuk mengoptilnalkan basil perscn berat transmut;lsi aktinida minor daIl juga penghernatanpemakaian bahan nuklir perlu dilakukan usaha-usaltaseperti ; pemisallan
limball tingkat tinggi dalam kelompok-kelompoktertcntu. pcmakaianballan bakar campuran oksida berfraksi bakar tinggi. Masing-masingcara tcrscbut ditcrangkan dibawahini.
"Partitioning"AktinidaMinor Sebelum pengolahan limball melalui transmutasi dengan mcnggunakan rcaktor jenis air ringan, penting dilakukan pelnisallan bcrdasar kelompok-kclompok tertcntu yaitu kelompok nuklida yang seharusnya ditransmutasi, riuklida yang scbaiknya diruball bcntuk mcnjadi padatan gelas dan nuklida-rnlklida yang masih bisa dilnanfaatkall kcmbali. Bcrdasclfkt;m tujuan lnUlsmutasi, limbah radiasi tingkat tinggi bisa dikclompokkan mcnjadi 5 kelompok yaitJI J; 1. Kclompok I : Np, Am, U d:m Pu; befUlnur panjang -+ transmutasi rcaktor tennis 2. Kclompok 2 : Cm, cr, aktinida minor bcnnassa bcrat: bcrumur panjang -+ transmutasi reaktor cepat 3. Kelompok A: Tc,l; -+ transmutasi Bff reaktor tennis 4. Kelompok B: Sr, Cs; non transmutasi -+ sumber encrgi radiasi 5. Kelompok R: basil fisi yang lain; lain-lain-+ disimpall dalam bcntuk padatan
gelas
Dari 5 kelompok nuklida diatas cara untuk proses pcngolalian kclompok 1 adcllall dengan transmutasi menggunakan teknik perubalian (konversi) didalam teras rcaktor BWR. Yaitu cara untuk merubah nuklida aktinida minor mcnjadi nuklida lain yang stabil (nuklida nonradioaktif) atau nuklida yang berwaktu paruh sangat pcndck dcngall menggunakan reaktor BWR. Salall satu carayang dilakukan agar aktinida minor nuklid.1 lebih banyak menyerap neutron tennis adalah menaikkan tingkat fluks teras rcaktor. Untuk itu bisa dilakukan dcngan merubah ukuran rasio volume moderator dengan volume bahan bakar (VlnNf) dari kisi sel bahan bakar BWR. Sebcrapa banyak pengarull peruballaIl ukuran rasio volume moderator dengan volume bahall bak.1r tcrlmdap transmutasi aktiluda minor bisa dilakukan dcngan mcmpcrbcsar aliiU mempcrkccil kisi set tcrsebut.
Dahan Dakar Dcrfraksi Dakar Tinggi Didalcun teras reaktor BWR, pembebanatl ballaD bakar menggunakatl formula bentuk distribusi. Yatlg dinatnakan pcnggantiatl ballaD bakar sCCt1radistribusi yaitu pacta saat pcrCnCancla1l penggatltiatl bal1an bakar. tatlpa mcmbagi ballan bakar tcrscbut kcdalcun dacrall-daerah klmsus tempi pcnggantiatl ballatl bakar dengatl cara mcmbagi kcdalatn bcbcrapa kmnpulan ballan bakar tcrtcntu. Saat irii. jangk.1 waktu pcnggantiatl
35
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLlR.TRI
DASA MEGA, Vo/.2,No.1.Pebruarl, 2000: 33-45
ballaD bakar sekitar kurang lebih satu tallun sekali. Sistem penggantian bahaIl bakar standar reaktor BWR adalah menggunakan sistem 3 sampai 4 kumpulan. Dinmsa yang akan d.'ltang, pengoperasian reaktor mengarah ke waktu yang lebih lama daTi reaktor saat ini. Salall satu tara untuk pelaksanaall operasi reaktor jangka pc'llljang yaitu dengan jalan mcmpcrtinggi tingkat fraksi bakar balk'lll bakar tetapi dengan jumlah kumpulan yang tetap. Kemltmlgan lain dari reaktor yang menggunakaIl ballan bakar bcrfraksi bakar tinggi yaitu akan bisa menghemat sumber balk'lll bakar uranium, d.'ln juga bisa mclllpcrkccil jumlah bahan bakar bckas yang dihasilkan. scrta bcrpcngaruh mcmpcrkccil/mcnckaIl biaya lUltllk daur ballaD bakar. Sclain itu, traIlsmntasi dcngan mcnggunakan rcaktor BWR ini, dcngan digunakannya bahan b.lkar yang tclah dipcrtinggi [raksi b.lkaruya diharapk.ul akan bisa bcrtamball banyaknya jumlall .lktinid.'l minor yang dapat ditransmutasi. Sebagai rec'lktor stand.'lf dalam pcnelitian ini ada.Iall BWR yang bcropcrasi di Fukushima JCpaIlg sac'llini yang bcrkckuatan IlOOMWcl21,
METODE PERHITUNGAN Di
dalam
penelitian
ini
dilakukan
anaIisa
perhitlU1gan
menganggap model teras reaktor dalam siklus keseimbangan.
pembakaran
dengan
Teras reaktor model ini
dikcmbaI1gkaI1 olch L.E. Strawbridge dari Westing HouseI3]. Siklus kescimbangan teras rcclktor diaI1ggap mempunyai sifat-sifat sebagai berikut 1. Di dalam teras reaktor, fluks neutron terdistribusi secara rata tak gayut posisinya. 2. Tcras rcaktor terdiri dari 4 daeral1 sesuai dcngan kelompok
fraksi bakar bahan
bakar, tiap-tiap dacraI1 menghasilkan 1/4 dari seluruh d.1ya panas. 3. Tiap kelompok fraksi bakar berubaI1 secara rata dengan berubaIu1ya kecepatan
pcmbakarcuu1ya. 4. Pcnggantian bal1aI1 bakar teras reaktor yaitu, ~ bagian d.1ri seluruh ballan bakar daI1 dilakukan pacta saat ballaD bakar barn mencapai kecepatan pembakaran '/4 dari [raksi bclkct[ "disckorgc" 5. Dari pcnggaIltian daeraIl bahaIl bakar barn scunpai pcnggaJ1tian baIlaIl bakar dacnu1 yang .lain dinamakan dengan satu sikIus 6. Masing-masing kclompok fraksi bakar setelaIl berada daIaIn teras rcaktor selama 4 siklus dikcluarkan dari daIaIn reaktor daD diganti dengaI1 baI1an bakar barn Untuk melakl\kaIl penglutlU1gan pcmbakaran digunakan kodc komputcr SRAC dengan cara merubaIl kisi sel bentuk bujursangkar yang merupakan perwakilan dari kumpulan clemen baIk1l1 bakar BWR ke dalam sel setara yang berbentuk silinder. Scl sctara tcrscbut tcrsusun atas bahan bakar, baI1all kelongsong (cladding) d.1l1moderator. PcU1jaI1gsel setara tersebut satna dengan tinggi teras rcaktor. Sebagai baI1an bakar BWR digunakan jclus baI1aII bakar catnpuran oksid... sebagai berikut; sebagai matrik baIIan bakar digunakan uranium aIaIn kemudian disesuaikan tingkat pengkayaan plutoniumnya, dill1 bal1all ~akar deng.1fl tin~kat !,engk~yaan plutoniwn ditetapkan scbcsar 2% dan 6% kemudian pengkayaan 2 5U dlsesualkan. Dengan catalan bahwa komposisi nuklida isotop plutonium diaIIggap saIna dengan komposisi plutonium yang diaIllbil d.1ri si&1 ballaD bakc'lf BWR. DaII kedaIaIn masing-masing baIIan bakc1r campuran oksida tersebut. dibebankan nuklida aktinid.1 minor sebesar 1% , 3%, 6%. 9'}\, dan 12% dcngan satucul persen berat. Kemudian merubah nilai rasio volUille
36
TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN
BWRBERBAHAN
BAKAR CAMPURAN
OKS IDA (Jail Susilo)
moderator dan volume ballan bakarkisi sel ballatl bakar menjadi sebeSc1r : 1.00, 1.43, 1.86, 2.31, dan 2.86. Nilai rasio volume moderator dengan volume ballan bakar d.1ri sel setara terscbut diperoleh mclalui tiga cara yaitu : mcmbah diameter clcmcu bahan bakar, memball jarak antara elemen ballan bakar yang satu dcngan yang lain, d.w memasukkan batang air kedalatll kumpulan elemen ballatl bakar. Dcngan syarat ballwa didalam penelitian iill, hanya dibahas nuklida aktinid.1 minor utama Sc1jayaitu 237Np(crc= 164.6b), 241 Am(crc=600.46b).. 243 Am(crc=78.56b). Unlltk nltklida Cm daD nltklida aktiluda minor yang lain. k,Ircna waklu parululya rclalif pcndck d.m lagi jumlalmya relatif sedikit. maka untuk nuklida-nuklida tersebut sebagai limbah tingkat tinggi ditcwam dalam tanah bersama-samadengan hasil fisi. Dalatll SRAC4), digmlakan pustaka tampang lintang JEND-3.2 (Japatl Evallli1tion Nuclear Data) dcngatl struktur 107 kelompok energi neutron yang tcrdiri dari 61 kclompok cnergi cepat dall 46 kclompok cnergi tennis. Pustaka rcaksi lampang linlang nltklida yang digmk1kan illltuk pcrhitung,m d.1lamSRAC yaitu : Nuklid.1 berat scbanyak 19 nuklid.1 yaitu dari L15Usampai dengan 245Cm.dan pustaka taInpang linlang rangkaian hasil fisi tcrdiri d.1fi 65 nuklid.1. PenilaiaIl hasil pcmbakaratl aktinida minor+campuran oksida dimmuskan dengan persaIna.:wberikut ilU.
HASIL DAN PEMBAHASAN Efek Masing-Masing Parameterke TransmutasiAktinida Minor Pengaruh perubalmn parameter-parameter yang telah ditetapk:m antara lain: tingk.1t fmksi bakar bal\ffi\ b,tkar. rasio volume moderator rum bahan bakar. tingkat pengkayaan plutolumR dffi\ persen berat pembebanan aktinida minor dalam bal\an bakar. terhadap persen berat tmnsmutasi aktiluda minor dijelaskan dibawah ini. Tingkat Fraksi Bakar Hubungwl ant.1fa tingkat fraksi bakar dcngan pcrscn bcrat tnlUSmUt.1Si ,lktiluda minor ditunjukk.1ll dalam Gambar 1. Pcrsen berat transmutasi aktinida minor bcrtamball bcsar dcngan membcsamya tingkat fraksi bakar. Hal Icrscbul karcna bcrtambahnya rcaksi pcny(.rapan/absorpsi neutron tcrmat, akibal dari scmakin bcrtambah lamanya .iumlah pcnyinaran ballWl aktinid.1 minor Icrscbut. Distribusi pcrscn bcrat transmulasi nuklida ulama aktinida minor adalall sbb; :!41 Am paling lillggi. bcrikutnya :!:l7Np kcmudian 24:1 Am. Hal tcrscbut diperkirakwl karcna bcrd.1sarkan urulan bcsamya lanlpang lintang mikroskopik masing-masing nuklida tcrhadap ncutron tcnnal. Nuklida 2:11N£dcngan mcnyerap neutron menjadi mlklida 2:ll!pumclalui 2.1I!Np.Nuklida 241 Am dan 4:1Ammasing-masing mcnjadi mlklida-nuklida :!4:!Cmd.1n244Cmsclclah mcnycrap ucutron. Hubungw1 antara tingkat fraksi bakar dcngan pcrscn bcrat pcnwnbahan plutonium dWl transuranimn ditunjukkan dalwn Gwnbar 2. Scnlt1kin besar tingkal [raksi bakar
37
~
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI
DASA MEGA. VoI.2,No.1.Pebroari.
2000: 33-45
mak.1 persen berat pel1aInbal1anplutoluum isotop dan transuranium semakin besar. Khususnya. penmnballan plutoniUlll adalall sebagian besar berasal daTi bertalnbalulya jumlall plutonimn yang bermc1ssaatom genap. sedangkan plutonimn yang bennasa atom gmljil tcrtransmutasi mclalui reaksi fisi. Disini komposisi mlklida plutonium isolOpyang dimnbil dari ballml bakar bekas menunjukkan basil yang bcrbcda dengml komposisi plulonimn sebelum dibebankan dalmn reaktor.
80 '0'
~=
70
..,
:5
~
60
.~
=
E
~ ~
50
~
I-
~ !>
~
401
/'
--r
30 -1130
Gambar.l.
Hubwlga11 a11taratulgkat fraksi bakar dcnga11bcrat transmutasi AktilUda Minor
Tin~kat Pcn~kayaanPlutonium Pcrubahan pcrscn bcrat transmutasi aktiluda minor untuk lnasing-masing jcnis bahan bakar campuran oksida dittll1jukkan dc..lamGalnbar 3. Pcrsen bcrat transmutasi :1ktinida minor akan mcmbcsar dcngal1 scmakin kccilnya pcrscn bcrat campuran plutonium dalam balu1 bakar campUral1 oksida. Hal tcrscbut discbabkan karcna sclama pcll1bakaran bahan bakar S
38
TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN BWRBERBAHAN
BAKAR CAMPURAN
OKSIDA (JaIl SUS/fO)
120 100 ? ~
80
C 01
~ .0
e01
60
~
40
"c 0... "
~ 20 0 30
50
40
60
70
80
Ting kat Fraksi
90
100
110
120
130
Bakar (M W OfT)
Gambar.2. HubtU\galJalJlara tu\gkat [raksi bakar dcngUl\ berat tral\Smutasi Pu dan TI{u
Vm I Vf
~
.86
80
~
70
8
c=
~ ~
.. -0
60
:5
50
"OJ
:3
40
2
30
~.,
20
~ "e
.. ~ :l)
10
0
2
4
BeralAklinida
6
8
10
Minor(o/.,)
Gambar.3. Perubahanberattr311smutasi Aktiluda Minor dalam berbagai bah311bakar MOX
12
. b -1
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI
DASA MEGA, Vo/.2,No.1,Pebroarl, 2000: 33-45
Rasio VolumeModerator Dan VolumeBahan Bakar (VmlVj) Pembahan persen berat transrnutasi aktinida minor untuk kisi sel baI\an bakar yang bcrbeda Vn1/Vf-nya ditunjukkan dalam Gambar 4. Kisi sel ballan bakar yang mcmpunyai V,nlVf bcsar, karcna dihasilkannya neutron tcnnis dalam jurnlall besar akibat tmnbukan elastis antara neutron ccpat dengaIl air, maka perscn berat transmutasi aktinida minor mcnunjukkall kearall menjadi lebih bcsar. Akan tetapi, jika nilai Vn1/Vf tcrscbut tcrlalu bcsar, maka ditaksirkan pcnyerapaIl ncutron olch modcmtor akan mcmbcsar daIl mcngakibatkan mcnunmnya faktor perlipatan tak bcrhingga. Yang kcmudian bcrakibat pcrscn bcrat transmutasi aktinida minor diperkirakan kearah yang mcngecil. Untuk kisi scl bahall bakar yang rasio bcrat pernbcbananaktinida nunor-nya bcsar, mcnwljukkan nilai pcrscn bemt transrnutasi aktinida minor yang Immpir sarna untuk scmua kisi bahanbakar. Pcrscn Bcr~lt Pcmbcbanan Aktinida
Minor
Hubungan pcrscn bcrat pcmbebananaktinida minor dcngan pcrscn bcrat transmutasi aktiluda minor ditunjukkan dalatll Gambar 3 daD Garnbar 4. Pcrscn bcrat tral1smutasiaktil1ida minor bcrtambah bcsar Silmpai batas lulai pcrscl1 bCrflt pcmbcbal1al1 aktil1id
~
70
~ '"m
60
;---;
t
5c
~i;{l ~~F~!~;~;j~~ :"'',
'c
~ ~ 'in
i...;:
'-: 'f
so i
I'
m
:5
"'Ec ~
.:
~
II)
1--':1'-
:
i
:
'i
I,: ,1'
II:
40 ~ .'-i:~~:-j--
I-
ro
.
..'.
30i 20 L--L 0
~i
i
i---
2
4
i
ii~--J
6
8
Berst A ktin ids Minor
10
12
(%)
Gambar.4. PerubahanbernttransmutasiMA denganperubahan Vm/Vfkisi
40
sel bahall bakar
.
~ ...2S0
TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN
BWRBERBAHAN
BAKAR CAMPURAN
OKSIDA
(JaIl Susl/o)
Karakteristik KeselamatanReaktor Hubungan antara tingkat fraksi bakar dengan kocfisicn rcaktivitas void terns reaktor ditunjukkan dalam Gambar 5. Inti rcaktor yang bcr-bahan bakar aklitudc1 minor+campurnn oksida, dengan mcmpcrtinggi tingkal frnksi bakanlya maka pcrubahatl nilai mutlak kocfisien reaklivit.1S void menunjukkan nilai yang mengccil. Dcngan kata lain ballwa jik.1 karena sebab-sebab tertentu bcsamya perscn void dc11amrcaktor saat opcrasi rcaktor mcbcsar, maka reaktor akan dc1pattcrjaga kcsclamatan-nya. hubungan antara tingkat fraksi bakar dcngan koefisicn rcaktivitas suhu bahan bakar ditunjukkan dalam Gatnbar 6. Jika tingk:cn frnksi bakar mcmbcsar. maka nilai mutlak koclisicn rcaktivitas sul1u bahan bakar mcngecil. Pada &1at tingkat rraksi bakar bahan bakar dipcrbc&1f dari 40 GWDff mcnjadi l20 GWDrr. akan mcnunjukkan koclisicn rcaktivitas sul1ubahan bakar yang negative. Hubungat1 antara bcrat pcmbcbanan aktinida minor dcngan koclisicn rcaktivitas void inti rcaktor yang mcnggUllak:culberbagai jcnis bahan bakar campur;m oksidc1 ditunjukkan dalam Gambar 7. Nilai mutlak koefisien rcaktivitas void teras rcaklor mcngccil jika tingkal pcngkayaan Pu dalam ballan bakar campuran oksidc1dipcrbcsar. Untuk masing-masing jenis ballaD bakar campuran oksida. bcrsamaan dcngan bertambah bcsamya rnsio berat pembcbanan aktinida minor maka koclisicn rcaktivit.1S void teras rcaktor mengarall tulai positif. daD perbcdaan nilainya mcnjadi kccil. Jika berat pembcbanan aktinida tninor sebesar 12%. Ul1tuk seluruh jcnis bahan bakar campurnn oksidc1 menunjukkan nilai void coefficient yang 11.1mpirsarna. Hubung~ul antara rasio berat pembebanan aktinida minor dcngan kocfisicn rcaktivitas SullUbal1aI1 bakar inti reaktor daTi masing-masing jcnis bal1atlbakar campuran oksida ditunjukk~m dalam G~unbar8. Bal1aIl bakar campllfan oksida yang mcmpUl1yai tingkat pcngk~lyaan Pu besar. menunjukkan nilai mutlak kocfisien reaktivitas SullUballat1bakar rcaktor yang paling besar. Untuk seluruI1 kisi bal1atlbakar. mcnunjukkan kocfisicn rcaktivitas sul1u bahan bak~1fyang negatif. Bersatnaan dengan mcmbcsamY~lbcrat pcmbcban~maklinidc1 minor maka nilai mutlak kocfisicn rc~lktivit.1Ssul1ubahan bakar ak~mscl11akinmcngccil. -
1 ... "0
.190
~
;.;.--""
-200
;..
B ":;"'"
;r
210
... ~~
220t
"~
-230
-t
~ ~
-240
-f
A
.. -
--
~.
50 ..i
-.
.-'
70 i
90j
110 i
30
130 Tingkat
Fraksi
Dakar
(M W nIT)
Gambar.5. Hubwlgan perubahaJlnilaikoetisienrcaklivitasvoid dengantingkat fraksi bakar
.2.3
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKL/R-TRI
DASA MEGA, Vo/.2,No.1,Pebruari, 2000: 33-45
M OX(2.71%PuO2)+3%Aktinida
Minor
.2.22
~ ~
2.24
a
-2.26
~" '"-3
.2.28
~
E
E "
...5 ...
~"
-2.32
~
.2.34
.2.36
-2.38
Gambar.6. HubWlgaJl )J<:rubahan nilai koefisien rektivitas suhu bahaJlbakar dengan tingkat fraksi bakar
standar reaktor (VIn/Vf= 1.86) 100 .,. ..:
50i E
g, '-'
: ;
&
i 0 .t
::r:::::::t~
:.
i
~
"0
;>
;g ">
-50 -100
.t .1
-150i jU -200-t ;~~l.:::j:: -" ..
.-:
~ 8 ~
.
i !
.
.:'
-250 ..r -300
..f
-350
-j-
0
. 1"
2
"--"1-
4
6
Berat Aktulida
8
10
Minor(%)
Gambar.7. Pcruba11aIl nilai koefisienreaktivitasvoid untuk bermacambahanbakarMaX
42
12
-..
TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN
standar
BWRBERBAHAN
reaktor
BAKAR CAMPURAN
(VmNf=
OKSIDA
(Jati Susilo)
1.86)
.4
.. .' -1.6
~
:
~ ~ ::I
""'-::'~~ '-;
: ~;d';:-;;:~:+
.,-.
-1.8
.c ::I ~
---
'"
~
.2
.;;
~.,
.~
~
.~
-2.2
u
~
'in
~
~
~'~
,'I"
.;..
i ..,-.
-
-2.4
"':;
.2.6
,--
0
.
2
.'
c
4
6
Berat Aktinida
'
,(.,.".
8 Minor
10
12
(%)
Gambar.8. Perubahanlulai kocfisien suhubahmlbakaruntuk bcnnacmn bahanbakarMOX M OX(2.71%PuO2) 300
eu
200
." '0
100
0. ---
:...
S
.;;
~ ~ 5 .~'8
~
0 -100
-200 -300
-400 0
2
4 Berat
6 Aktinida
10
8 Minor
(%)
Gambar.9. Nilai koefisicn reaktivitas void dCllgml berubahnya nilai Vm/Vfkisi sel bahml bakar
43
~.
JURNAL TEKNOLOGI REAKTOR NUKLIR-TRI
DASA MEGA, Vo/.2.No.1,Pebruarl, 2000: 33-45
Hubungal1 ~mtara bcrat pcmbcbanan aktinida nunor dcngan koefisicn rcaktivitas void teras rcaktor yang bcrbeda Vln/Vf-nya ditunjukkcw dalam Gambar 9. Dalalll inti
rcaktor yang mcnghasilkan void, dengan bcrubalmya jmlllall pcrscn void yang dihasilkaI1 maka l-Cruball pula dcnsitas moderator, scbagai akibatnya maka akan bcrubah pula rc.'1ktivitasnya. Untuk nilai Vn1/Vf yang bcsar (=2.31), saat tcrjadi bcrkurangnya dcnsitas moderator, dcngal1 kala lain pcrscn void bcrt.'1mball,maka c[ck rcduksi neutron ~tkall bcrkuraI1g d.w scbagai akibatIlya bcrtambal\ pula jmlllah neutron y~mg tcrscrap pacta d.1cral\rcsonansi. Oleh karena itu faktor pcrlip.1tan akan mcngccil. Kcmudian akan mcmbcrikan cfck yang ncgatif kcpada rcaktivik1S. Untuk kisi scl yang mcmpunyai Vln/Yf kccil (= 1.00), jika dcnsitas moderator mcnurun, maka akan tcrjadi jumlall neutron yang tcrserap kcdalam moderator mcngecil, maka faktor pcrlipatan tak bcrhingga jllga akall mengccil, d.w mcmbcrikan efck positi[ kcpada rcaktivitas. Bcrsamaan bcrtambal\ bcsamya Vnl/Yf, lulai mutlak kocfisicn rc~tklivil~\s void dipcrkirakal\ akan mel1jadi bcsar kLlrcna bcrdasark~u\dll3 cfck diatas. Dan lagi dalam m~lsing-m~lsing kisi b~l1\anbakar yallg tclah dibcbani aktinida minor, bcrs~m\~I~m 11Icmbcs~lmY~1 lingk~lt pcngk~lya~u\~iklinida minor maka kocfisiCl1 rc.1ktivit~ls void-nY~1 mcng~mlh kcnil~li yang positif. HlIbllngan antara bcral pcmbcban~m aklinid<1 minor dcng~m kocfisicn rcaklivitas suhll ball~m bakLlr d.1ri pcruball~m Vm/V[ kisi scl b~..h~m b~tkar dilunjukkan dalalll Gambar 10. BCrSallk1a11 mengccilnya nilai VIn/Vf-nya, maka koefisicn rcaktivitas sulru bal1anbakar mcngara11kenilai yang positif. Untuk scluruh kisi scl bal1anbakar dcngan mcmbesamya bcrat pcmbcbanan aktiluda minor lnakc1kocfisicn reaktivitas Sulill bal\aIl bakar akal1 membcsar. Aklumya, hampir seluruh kisi scl b~I1\~m bak~lf yang tclal\ dioebani aktinida nunor dengal\ bcral pembcbanan scbcsar 12'X.,jik.1 bahan bakar mcngalalni kcnaikan sulru n1aka d.1patdiharapkan mempwlyai k.1f~lktcrislik kcsclamatan yang baik.
1.5
o.s '""3 ~
a fico. .~ ';"
~ ~ ~ ~ .~
.aOJ
~
.~
0
~
-0.5 -I.1.5
-2
0
-2.5
~;J; ~~~ .~~~"""...t"'8:-':-:f.:;:~-:::=-:" .:
t
,
!~,
-3
4
6
Bcral Aktinida
8
10
12
Minor(%)
Gambar.lO. Nilai koefisien suhu ballan bakar dengan berubahnya nilai Vm/Vfkisi sel bal1anbakar
iJ.iJ.
TRANSMUTASI
AKTINIDA MINOR DENGAN
BWRBERBAHAN
BAKAR CAMPURAN
OKSIDA
(JaIl Susl/o)
KESIMPULAN DidalaIn penelitian ini diketallui bahwa dengan mcmpcrtinggi tingkclt fraksi bakar bahaIl bakar. memperkecil pcrsen berat Pu (wt%) yang tcrkandung dalam bahaIl bakar aktinidcl minor+ campuran oksida. daD memperbcsar rasio volume moderator dcngall volume bahan bakar dari kisi sel ballan bakar. maka akan bcrpcngaruh mcmpcrbcsar pcrscn bcrat transmut.lsi aktinida minor. Pcrscn transmutasi aktinida minor mcncapai plulcaknya pada saat bcrat pcmbcbanaIl aktinida lninor antara sckitar 3'X. samp
DAFTARPUSTAKA 1. SHOUMETSU SYORI KENKYUU SENMON IINKAI, "Shoumctsu Syori no Genjyou -Atarashii Gensh:ryoku Gijutsu no Kanousci 0 Motomctc-", SI1c1danl10ujin Nihon genshiryoku Gakkai. 1994 ncn 8 gatsu 2. FUKUSHIMA DAINI GENSHIRYOKUHATSUDENSYO. "Gcnshiryoku Setsubi Henbinkyouka Slunseisyo'" Tokyo Denryoku Kabusiki Gaisya. Hesei 3 nen 5 gatsu 3. H.W.GRAYBS (MIKAMI NAO, SHIMOMOTO HAKU), "Kakunenryou Kanrino Houhou to Kaiseki", Gcndc1i Kougakuslla (1983 ncn 10 gatsu) 4. JAERI-Dat.1/Code96-015, "SRAC95; Bmlyoukakukcisan Kodo Sllisulemu". Nihon Genshiryoku Kenkyuujyo, 1996 ncn 3 gatsu
Kembali ke Jurnal 45
