ISSN OS5~-5278
Prmidlllg Seminar l/asill'enelitianl'2TRR Tail/III lnn-l
VALIDASI PERHITUNGAN KRITIKALITAS FASILITAS MENGGUNAKAN PAKETPROGRAM MCNP
ISSF
Rokhmadi dan Pudjijanto MS Puasat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset - Batan
ABSTRAK VALIDASI PERHITUNGAN KRITIKALITAS FASILITAS ISSF MENGGUNAKAN PAKET PROGRAM MCNP. Telah dilakukan pemodelan dan perhitungan kritikalitas Fasilitas ISSF (Interim Storagefor Spent Fuel). Mula-mula dibuat pemodelan satu rak Kolam ISSF kemudian dihitung harga keff nya. Setelah itu dimodelkan ISSF yang berukuran 14,1 m x 5,0 m dan kedalaman 8,0 m dan disimulasikan dengan elemen bakar segar dan dihitung dengan paket program MCNP 48 dan diperoleh harga ketT= 0,6954. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa Fasilitas ISSF tidak dapat menjadi kritis meskipun diisi dengan bahan bakar segar. Karena dengan simulasi bahan bakar segarpun tidak kritis, sehingga keselamatan ISSF tersebut terjamin
ABSTRACTS VALIDATION OF ISSF FACILITY CRITICALITY CALCULA nON USING MCNP CODE. Modelling and criticality caJculation has been conducted for the facility ofInterim Storage for Spent Fuel. Firstly ISSF facility is modelled and then the keff is caJculated. FurthemlOre a model 14.1 x 5.0 dimension 8.0 m depth and consist of the fresh fuel, is calculated using MCNP48 Code. This caJculation gave a kefT= 0.6954. Finally we conclude that there is no criticality accident, it minds the ISSF facility can not get the criticality condition even though the facility is loaded with fresh fuel elements ..
PENDAHULUAN Instalasi fasilitas
ISSF ( Interim Storagefor Spent Fuel) yang berada disamping
gedung reaktor RSG-GAS dimaksudkan
untuk menyimpan bahan bakar bekas, terutama
dari reaktor RSG-GAS. Bahan bakar terse but sebelumnya didinginkan di kolam reaktor, kemudian
baru
FASILIT AS
disimpan
di fasilitas
ISSF berukuran
ISSF melalui
Transfer Channel. Kolam
14,1 m x 5 m dan kedalaman 8,0 m mampu menyimpan
1436 elemen bakar bekas I). Elemen bakar bekas tersebut masih mengandung uranium diperkaya
sejumlah
paparan radiasi yang sangat tinggi, maka perlu diperhatikan
segi
keselamatan baik instalasinya maupun terhadap manusia. Aspek keselamatan yang perlu diperhatikan pada instalasi seperti ini adalah kritikalitas. Tempat elemen bakar bekas berbentuk tabung stainless 12,76 terkungkung
air di dalam kolam fasilitas
57
OD
ISSF dan disusun secara periodik
berukuran 940 mm x 940 mm. Untuk menyederhanakan dibagi kedalam sel-sel satuan identik, dengan
steel berdiameter
perhitungan maka larik tabung
pemodelan sel satu dimensi yang dapat
ISSN 0854-5278 I\rilikalita.r
'"alida."";
I'crhitlll1g01J
.. Rokhmadi
dipandang sebagai pel at. Elemen bakar RSG-GAS merupakan multi pelat yang tersusun dari daerah meat, kelongsong,
moderator
dan daerah extra region. Setelah terbentuk
pemodelan elemen bakar dan kolam fasilitas
ISSF maka kritikalitas instalasi fasilitas
ISSF dapat diperoleh. Perhitungan
kritikalitas
pada
Instalasi
fasilitas
menggunakan
Paket Program
SA TAN
2 Diff dengan
memvalidasi
hasil perhitungan
tersebut
dilakukan
ISSF
ini
pemah
ketf =0,6367
perhitungan
dihitung •
Untuk
ulang dengan
paket
2)
program MCNP 4S dengan pustaka data nuklir ENDF/S-VI.
TEORI Model
Matematik
untuk
menggambarkan
populasi
neutron
dalam
reaktor
biasanya dinyatakan dalam bentuk persamaan transport Boltzman, integral transport dan persamaan
difusi. Penyelesaian
dalam reaktor yang dinyatakan
persamaan
di atas menghasilkan
distribusi
dalam besaran f1uks neutron. Persamaan
neutron
difusi atau
persamaan transport Soltzman statis sebagai berikut :
=S
(M-F)CP
(I)
dengan : S = Sumber FcJJ
= Sumber pembelahan,
F
= operator pembelah
MCP = Socoran dan kehilangan neutron, operator migrasi dan hilang neutron.
Untuk
menentukan
kritikalitas
reaktor,
maka
ditentukan
eigen
valuenya
dengan
F, sehingga persamaan (1) menjadi :
mengalikan faktor pengali ). pada operator
( M- ). F )l/> = 0 (M-)'
Eigen value}. akan diperoleh jika operator penyelesaian
non trivial
mengintegralkan
CPA.
Eigen
(2)
value
F
dapat
)cJJ
singular, sehingga diperoleh
diinterpretasikan
dengan
cara
persamaan (2) terhadap ruang dan energi.
A-I
=
f fFWEdV
HUWEdV
= k eif
(3)
Jadi Xl merupakan faktor perlipatan efektif atau kelTdari reaktor yang merupakan ukuran kekritisan reaktor tersebut.
58
Prosidil1g Semil1or/lasi!
ISSN 0854·5278
P£'IIelilial1 P2TRR
Tahlll1 200-1
METODE PERHITUNGAN Perhitungan
dilakukan
FASILITAS
dengan
1. Semua rak fasilitas
asumsi
ISSF DENGAN MCNP
:
ISSF diisi dengan bahan bakar segar
2. Semua rak diisi air dengan rapat massa 0,998 grm/cm3 3. Pengkayaan Uranium ( E w/o ) : 19,75 % 4. Massa U-235/elemen
Homogenisasi
: 250 gram
dan Pemodelan
Kolam fasilitas atau larikan
Sel
ISSF disusun dengan konfigurasi yang heterogen berbentuk kisi
yang periodik.
Pendekatan
umum untuk memperhitungkan
heterogen adalah dengan membagi larik periodik kolam fasilitas
efek kisi
ISSF kedalam sel-sel
satuan identik dan kemudian menghitung konstanta kelompok efektif yang mencirikan sel tersebut.
Selanjutnya
sel diperhitungkan
seeara
homogen
dengan
membobot
konstanta kelompok dengan tluks gayut ruang, sehingga diperoleh konstanta terbobot sel atau disebut konstanta sel
Perhitungan
Komposisi Sel
2)
Oimensi dan Komposisi Sel dihitung dengan persamaan :
N, = [p,x~~, .. }W-" = [PmixtA::XNAm
}10-24
Wi
= fraksi berat isotop i (%)
Pi
= densitas isotop i ( gram em-3
atom em-J barn-]
)
NAvo = Bilangan Avogadro =0,602252 x 1024 (gram mol)·]
Ai = Nomor atom isotop
Oensitas Campuran
pmixt
i ( gram/mol)
dihitung dengan persamaan :
1
P miXI = -/--
gram em
.J
I1Vi Pi i=1
59
"olidosi
ISSN 0854-5278 Kririkoliros.. .
PerhilJlngolJ
Rokhmodi
Tabel 1 : Rapat Atom No.
Fe Mn Cr Ni 0CH Isotop
i
2)
Berat Atom 12,01115 55,84730 15,9994 58,7100 51,9960 0,05538 0,00238 0,00460 0,00009 0,96298 54,9380 0,00048 1,00797 Rapat Atom 0,02768 N; ( atom cm·3 barns·1 )
0
:.:;
,.., F ~I >C']
0
I~
Gambar 1 : Penampang Rak Fasilitas
ISSF
1)
HASIL DAN PEMBAHASAN Oari hasil pemodelan dan perhitungan kolam fasilitas ISSF dengan menggunakan paket program MCNP4B dengan asumsi semua eIemen bakar segar, diperoleh harga rata-rata ke!T= 0,6954
± 0,0006 seperti terlihat pad a Tabel 2. Menurut hasil perhitungan 60
ISSN OR5.j·5278
f'rosidillg Semillor lias" I'elldili<m I' 2TRR TO/III11 2{){)-!
tersebut kolam fasilitas
ISSF tidak mengalami kritikalitas
sekalipun seluruh rak terisi
bahan bakar segar. Dengan logika di atas maka kolam fasilitas
ISSF tidak akan pernah
mengalami bahaya kekritisan sekalipun terisi penuh oleh bahan bakar bekas.
Tabel 2 : Harga
~fT
kolam FASILIT AS ISSF (Elemen bakar segar)
500.000 5.000.000 4.000.000 2.000.000 2.500.000 1.000.000 1.500.000 4.500.000 3.000.000 3.500.000 nps
No.
Kalau FASILIT AS
mengacu
dari
keff 0,6945 0,6961 0,6960 0,6954 0,6951 0,6948 0,6950 0,6962 0,6957
hasil
perhitungan
kritikalitas
oleh
ISSF yaitu AEA Technology dan para penulis sebeIumnya
pada Tabel 3 maka dapat disimpulkan mengalami
±±0,0015 0,0014 0,0015 0,0016 0,0017 0,0018
bahaya kekritisan
bahwa kolam FASILIT AS
desainer
kolam
seperti terlihat ISSF tidak akan
dan valid digunakan sebagai tempat penyimpan
bahan
bakar bekas secara aman.
Tabel 3: Harga No.
~fT
kolam FASILITAS
ISSF
Rokhmadi MONK6B dkk Rokhmadi Penulis dkk 2) MCNP4B2 3) kerf Sri Kuncoro Batan-2 Batan-2Diff Diff 0,6367 0,6353 0,6954 AEATechnology') 0,6873 Tagor M. Sembiring dkk Paket Program 4)0,6910
KESIMPULAN
DAN SARAN
Kolam FASILIT AS
ISSF valid digunakan untuk menyimpan bahan bakar bekas
dan terhindar dari bahaya kekritisan.
61
ISSN 0854-5278 Kririkaliras..
Validasi
I'crhiluflga"
.. Rokhmadi
Untuk
tetap menjaga
fasilitas
terhindarnya
bahaya
kekritisan,
kebersihan
air pad a kolam
ISSF dari zat-zat pengotor yang memungkinkan timbulnya korosi pada rak-rak
kolam FASILIT AS
ISSF harus dijaga.
DAFT AR PUST AKA 1.
AEA Engineering, "Transfer Channel and Fasilitas
2.
ROKHMADI
dkk, Perhitungan
Kritikalitas
ISSF", 1993
Fasilitas
ISSF, Prosiding Seminar
HasH Penelitian PRSG Tahun 1996/1997 (1998) 70-77 3.
KUNCORO, Sebagai
SRI DAN ROKHMADI,
Fungsi
Pertemuan
dan
Fraksi
Bakar
Presentasi
Untuk
Ilmiah
Analisis Bahan
Penelitian
Kritikalitas Bakar Dasar
Fasilitas
RSG-GAS, Ihnu
ISSF Prosiding
Pengetahuan
dan
Teknologi Nuklir PPNY - Batan, 1998 4.
SEMBIRING,TM
dkk, Criticallity
Fuel Storage For Antisipating
Safety Assessment
on The RSG-GAS
Spent
The Next Core Conversion Program, International
Conference on Nuclear Criticality Safety, Tokailllura Japan, Oktober 2003. 5.
BOOTH,T.E.
et.al, 1997, "MCNP4B2 - Monte Carlo N-Particle Transport Code
System ".. 6.
SAR RSG-GAS Vol I Chapter 4, 1989
7.
JR, LAMARSH,
"Introduction
to Nuclear Reactor Theory",
(1966) 555-561
62
Addison -Wisley
Prosidillg
Scmillar
Hasi! Pt'IIc/itiall
ISSN
P2TRR
Tail/lll 200./
Lampiran 1 : Spesifikasi Disain Elemen Bakar RSG-GAS No.
1,7-2,4 Mg, 0,3 Si, 0,4 Fe, 0,05 Cu, 0,3 21 x 76,1 bahan bakar silisida Ukuran Jenis Oksida 2,55 U3Si2-AI 19,75 U30s-AI 62,75 600,0 AIMg2 0,38 1,380,5 Lebar meat Jumlah pelat elemen bakar RSG-GASDeskripsi Grid Elemen Sakar, mmxmm 81,Ox77,1 8,3 Jarak antar pelat,mm Tebal elemen bakar,mm panjang meat elemen bakar,mm Ukuran bagian luar elemen bakar,mm x mm 2,68 U30S, gram/emo Rapat Rapat jenis jenis U3Sb,gram/em> AIMg2 12,2 Komposisi AIMg2,w/o Sahan Pengkayaan Material nominal,% Kelongsong Tebal kelongsong,mm
Mn, 0,3 Cr, 0,2 Zn, 0,1 Ti, Sisa AI
Lampiran 2. Konstanta Fisika 1
7)
Serat Serat Atom Atom AI H Si Serat Atom Ti C 0 Cr Mn Serat Atom Fe Ni Cu Zn Cd 26,9815 15,9994 14,50 55,8473 24,312 1,00797 28,086 47,90 51,996 54,9380 58,71 63,54 65,37 112,40 0,60225212,01115 x 10·" 2,7 (gram mol)-' Tekanan, Rapat jenis H20,gram/emo 1,0 Silangan Serat Avogadro Mg Rapat jenis Atom AI, psi gram/em>
63
6)
OS5-1-527X
ISSN 0854-5278 },:rilikalilas
Validasi
PerhilllJ1golJ
... Rakhmadi
DISKUSI 1. Penanya
: Dhandhang
Purwadi
Pertanyaan : Sudah perlukah kekritisan fasilitas ISSF dengan bahan bakar bekas yang riil (bukan bahan bakar baru) dihitung dengan kode komputer MCNP? bahan
bakar baru memang
lebih konservatif,
relatif mudah
Perhitungan
dengan
dan aman. Tetapi
perhitungan dengan bahan bakar bekas yang riil juga harus dilakukan Jawaban: Sudah
pernah
oleh
Sdr. Sri Kuntjoro,
dkk (prosiding
pertemuan
ilmiah
ilmu
pengetahuan dan teknoIogi nuklir, yogya Juli 1997)
2. Penanya
: Jati Susilo
Saran: Sebaiknya melakukan
konfirmasi besarnya fluks neutron di FasiIitas
nyata yang berguna sebagai inputan program MCNP Jawab : Fluk oleh perhitungan MCNP merupakan output (hasil)
64
ISSF secara
