ALTERNATIF TERAS KERJA RSG GA SIWABESSYdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PPTKR_93/pros... · mempunyai pola kesinambungan dari akhir ke awal daur, ... Kelas pcm

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasililas Nuklir

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - SATAN

ALTERNATIF TERAS KERJA RSG GA SIWABESSY

Oleh

As Natio LasmanPusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKAlternatifteras kerja RSG GA Siwabessy. Teras kerja yang didesain oleh Interatom ternyata tidak

mempunyai pola kesinambungan dari akhir ke awal daur, ditinjau dari segi jumlah elemen bakar keelemen bakar kontrol yang diperlukan. Hal ini diperbaiki oleh teras kerja alternatif dengan jalanmenurunkan pembakaran rerata per daur dari 8% menjadi 7%. Artinya bahwa k1as-klas pembakaran

terbagi menjadi 0, 7, 14,21,28,35,42,49 dan 56%. Fraksi bakar maksimum tetap diperhitungkansekitar 56%. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa meskipun daur operasi turon sekitar 3 hari, yaknimenjadi sekitar 22 hari, namun unjuk kerja yang ditampilkan oleh RSG-GA Siwabessy tidakmengalamui perubahan yang berati, bahkan pola teras kerja alternatif memberikan keuntunganpenggunaan elemen bakar dan elemen bakar kontrol.

ABSTRACTThe Alternative of the typical working core (TWC) ofRSG GA Siwabessy. The TWC Design of

Interatom had not continously pattern from end to begin of cycle, if it was looked into the number ofrequired fuel and control elements. It was improved by the alternative TWC with decreasing of averageburn-up per cycle from 8% to 7%. It means, that the classes of burn-up were divided into 0,7,14,21,35, 42, 49 and 56%. The Maximum burn-up was calculated amount 56%. The calculations resultshowed, although that the cycle duration less amount 3 days, i.e. tobe amount 22 days, but theperformance ofthe RSG-GAS did not have significant change. A loading pattern ofthe alternative TWChas the advantage of the use of the fuel and control element.

I. PENDAHULUAN

Reaktor Serbaguna GA Siwabessy (RSG-GAS) yangberdaya 3 0 MW sa at ini dioperasikan dengan konfigurasiteras ke delapan. Apabila teras kedelapan, telah dilalui,maka perlu dibuat lagi konfigurasi teras berikutnya, teraskesembilan. Demikian seteru~nya dikerjakan, sehinggateras kerja dicapai. \1 \

Teras kerja didefinisikan sebagai teras yangmempunyai konfigurasi tertentu, sehingga akanmemudahkan pola operasi reaktor. Pada teras ini, bilasik1us operasi telah dilalui, maka awal siklus dimulai

dengan konfigurasi teras yang senantiasa sarna.Interatom, pembuat RSG-GAS, membuatpola 6

buah elemen bakar dan 1 buah elemen bakar kontrol

masukdan keluar. Ternyata hal ini tidakmungkin dicapai,karena tak ada kontinuitas jumlah elemen bakar dankontrol yang masuk dan yang keluar.

Pada makalah ini hal tersebut diperbaiki, yakni denganjalan menuronkan prosentase pembakaran dari rancangansemula 8% menjadi 7% dan membuat konfigurasi teraskerja yang sesuai dengan hal tersebut.

Perhitungan dilakukan dengan membagi teanganeutron kedalam 5 kelompok sebagai hasil dari programRSYST \2\. Selanjutnya untuk program difusinyadigunakan CITATION \3\. (gambar 1 dan 2).

II. T E 0 R I

Untuk menjelaskan permasalahan dan penyelesai-

annya, maka dibawah ini diuraikan teras kerja versiintcratom dan teras kerja altcrnatif.

Teras kcrja vcrs! IntcratomPada gambar 3 dan 4 disajikan gambar teras kerja

RSG-GAS, pada awal siklus (BOC='Begin of Core') danakhir siklus (EOC='End of Core ') \1\. Elemen bakar dankontrol secata rerata dibakar 8%. Apabila tingktpembakaran telah mencapai 56%, maka elemen bakardan kontrol tersebut harus dikeluarkan dari teras reaktor,karena telah mencapai maksimum pembakaran yangdiijinkan.

Pada awal teras kerja diperlukan 40 buah elemenbakar dan 8 buah clemen bakar kontrol yang masing­masing terbagi ke dalam 7 masing kelas pembakaran ,yakni 0, 8,16,24,32,40, dan 48%. Masing-masing kelaspembakaran terdiri dari 6 buah elemen bakar dan sebuah

clemen bakar kontrol, kecuali untuk kelas pembakaran48% yang terdiri dari 4 buah clemen bakar dan 2 buahelcmen bakar kontrol (Tabcll).

215

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerra Fasjfjtas Nuklir

Kelas pcmbakaran, o/c

Awal sikltlSAkhir siklusAwal SikIusatatan

0

1 234

56

4 ED + 2 EDKeluar48

4 ED + 2 EDK6 EB + 1 EBK4 ED + 2 EBK40

6 ED + 1 EDK6 ED + 1 EDK6 ED + I EDK32

6 ED + 1 EDK6 ED + 1 EDK6 ED + J EDK24

6 ED + I EDK6 ED + I EDK6 ED + I EDK16

6 ED + 1 EDK6 ED + 1 EDK6 ED + I EDK8

6 ED + I EDK6 ED + I EDK6 Ell + I EDK0

6 ED + 1 EDK 6 ED + I EDKMasuk,baruJumlah

40 ED + 8 EDK40 ED + 8 EDK40 ED + 8 EDK

ED

: Elemen Bakar

EBK : Elemen Bakar Kontrol

Tabcl I. Jumlah elemen bakar dan clemen bakar kontrol

pada teras kcrja versi Interatom

lumlah elemen bakaryang diperlukan pada tingkatpembakaran 48% sebanyak 4 buah (lihat tabell kolom3). Padahal, dari hasil pembakaran sebelumnya (Iihatkolom 2 tabel 1) dipunyai 6 buah erlcmen bakar 48%yang tidak dimanfaatkan oleh teras kerja.

Pada tingkat pembakaran 48% dipcrlukan 2 buahelemen bakar kontrol (lihat kolom 3 tabcl 1). Namunhasil pembakaran scbelumnya tersedia sebuah elemenbakar kontrol (Iihat kolom 2 tabel 1). Berarti kurangsebuah elemen bakar kontrol 48% untuk memenuhi teras

kerja tersebut.

lelas, kondisi tersebut diatas tidak mcndukungtercapainya teras kerja scperti apa yang tertera padagambar 1 dan 2.

Teras kerja alternatifPada tcras kcrja ini tctap digunakan clcmen bakar

U)OSAI yang persis sama baik ditinjau dari bentuk,ukuran, pengkayaan maupun kerapatan Uraniumnya.Dengan rerata pembayaran maksimal tetapdiperhitungkan 56% \1\.Tingkat-tingkat pcmbakaran yang digunakan pada teraskerja altematifini adalah sebesar7%, yakni sejak dari 0,7, 14,21,28,35,42 dan 49%. Berarti terdapat 8 klaspem bakaran.

Kelas pcmbakaran,o/c

Awal siklusAkhir sikltlSAwal Siklus~atatan

o I

1 234

56

5 ED + I EDKKeluar49

5 ED + J EDK5 EB + J EBK5 EB + 1 EBK42

5 EB + ] EDK5 ED + J EDK5 ED + 1 EDK35

5 EB + 1 EBK5 EB + I EDK5 ED + I EDK28

5 ED + 1 EDK5 EB + 1 EBK5 EB + I EBK21

5 ED + I EBK5 ED + 1 EDK5 ED + I EBK]4

5 EB + J EDK5 ED + J EBK5 ED + J EDK7

5 EB + 1 EBK 5 EB + 1 EDK0

5 EB + 1 EBK 5 ED + 1EDKMasuk,baruJumlah

40 ED + 8 EDK40 ED + 8 EDK40 ED + 8 EDK

EB

: Elemen Bakar

EBK : Elemen Bakar Kontrol

Tabel 2. Jumlah clemen bakar dan clemen babr kontrol

pada teras kerja aItematif.

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - SATAN

lumlah elemen bakarpada setiap kelas pembakaranadalah masing-masing adalah 5 buyah, sementara itujumlah elemen bakar kontrolnya masing-masing sebuah.Dcngan demikian sccara kcscluruhan terdapat 40 buahelemen bakar dan 8 buah elemen bakar kontrol. Pada

tabel 2 disajikan secara rinci jumlah elemen bakar dankontrol dari sejak awal siklus (kolom 1) hingga ke akhirsiklus (kolom 2) dan kemudian mulai lagi ke awal siklus(kolom 3).Keteraturanjumlahelemen bakaryang masukdan keluar,demikianjuga halnya dengan elemen bakar kontrol yangdiperlukan sesuai denganjumlah yang tersedia dari hasilakhir siklus adalah merupakan syarat utama dalammendisain teras kerja ini.

III. TAT A KERJA

Metoda Perhltun!!anPerhitungan ini dilakukan dalam 2 tahapan yang

berbeda. Tahp pertama adalah pembuatan data pustakatampanglintang mikroskopis yang didasarkan atas ENDF/B-IY dan' kemudian pembuatan tampanglintangm ikroskopis dari berbagai nuklida yanag akan digunakandalam perhitungan, termasuk diantaranya perhitungansel dan kondensasi ke dalam kelompok energi sedikit.Disini diambil 5 kelompok energi, yakni:

820,85 keY < EI < 14,918 MeY5,531 keY < E2 ~ 820,85 keY1,8554 eY < E) ~ 5,5410 keY0,625 eY<E4~ 1,8554 eYI,OE-5 eY<E5~ 0,625 eY

Perhitungan diatas dilakukan dengan sistem pro­gram RSYST, yang memanfaatkan program-programa.!. SPEKTRUM, GAMII, WQS, SN-lD, ORIGEN dlsb.untuk mempersiapkan masukan bagi program difusicn ATION \3\. Pada sistem program RSYST digunakanlcbih kurang 120 buah program modul. Pada \4\ secararinci hal tersebutdijelaskan dan secara diagram disaj ikanpada gambar 1 clan 2.Akurasi hasil perhitungan telahdilakukan dengan mengujiRSYST dan CITATION untukmenyelesaikan soal Bench­mark \4\.

Perhitungan dilakukan untuk masing-masing versiteras kerja dalam 4 macam perhitungan, yakni :- perrhitungan pada awal siklus dan bebas pengaruh

Xenon,

- perhitungan pada awal siklus dengan Xenon dalamkeadaan setimbang,

- perhitungan pada awal siklus, shutdown.- perhitungan pada akhir siklus.

Sementara itu membuat konfigurasi teras versi altematifyang perludiperhatikan adalah tingkatpembakaran reratasekitar 7%, reaktivitas lebih untuk keperluan iradiasimaupun eksperimen, tempat-tempat iradiasi didalammaupun di luar faktor teras aktif dan juga faktor puncakdaya (=PPF='power peaking factor')

216

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTNSa/a Fasi/itas Nuklir

Pcralatan yang dlgunakan.Dua macam komputer telah digunakan, yakni IBM­

3081 yang berada di Forschungszetrum Juelich GmbHJerman dan VAX-8550 yang berada di PPT A Serpong,Indonesia.

Sistem program RSYST yang antara lain mempersiapkandaya makroskopis serapan, fisi, difusi, hamburan antarakolompok, dijalankan pada komputer IBM-308!.Sementara itu, untuk tujuan makalah ini, program difusiCITATION dimanfaatkan untuk perhitungan seluruhteras dengan menggunakan komputer VAX-8550.

IV. HASIL DAN PEMBAHASANKonfigurasi teras pada awal sikIus dan khir siklus

untuk teras kerja versi Interatom disajikan pada gambar3 dan 4. Sementara itu untuk versi Interatom terlihat,bahwa untuk setiap akhir siklus terdapat 2 buah elemenbakar pada tingkat pembakaran 48% yang tidak

dimanfaatkan, dan kekurangan 1 buah elemen bakarkontrol pada tingkat pembakaran yang sarna. Hal inimenyuIitkan dan tidak memungkikan untuk mencapaikonfigurasi awal siklus seperti yangtelah didesain semula.Sementara itu teras kerja alternatifmemberi kemungkinanseluruh keperluan elemen bakardan elemen bakar kontrol

awal siklus diberikan oleh hasil akhirsiklus sebelumnya.Faktor puncak daya kedua teras tersebut dibanding satusarna lain dan disajikan pada gambar 7 dan 8.

Teras kerja versi alternatif tidak merubah jumlahIrradiaton Position didalam teras (IP), demikian pulahalnya dengan Central of Irradiation Position (CIP).Dengan demikian untuk tujuan serbaguna dari reaktortersebut tidak mengalami perubahan sam a sekali.

Faktorpuncakdaya kedua teras secarajelas disajikanpada gambar 7 dan 8. Maksimum faktor puncak dayapada teras kerja versi Interatom sarna dengan yang adapada versi BAT AN, yakni 1,23. Faktor puncak daya

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

minimum sebesar 0,68 pada versi Interatom dan 0,69pada versi aItematif. Artinya bahwa faktor puncak dayaversi BAT AN untuk elemen bakar dan juga elemenkontrol bakar berada pada jangkau faktor daya versiInteratom. Dengan demikian hal ini tidak perlu ditinjaulebihjauh lagiguna keperluan tinjauan aspekkeselamatanelemen bakar.

V. KESIMPULAN :Teras kerja altematif memberikan kemungkinan

yang lebih baik, ini ditinjau dari kontinuitas pemanfaatanelemen bakardan elemen bakar kontrol dari akhir keawal

siklus, tanpa adanya elemen bakar yang tidak

dimanfaatkan pada sikIus berikutnya ataupun ke~nganelemen bakar kontrol seperti pada teras keIja versiInteratom. Untuksatu tahun dengan 4 kali operasi, makateras jerja aItematif dapat menghemat 8 elemen bakardan 4 buah elemen bakar kontrol, masing-mqasing padatingkat pembakaran 48%.Dari segi pemanfaatan fIuks neutron pada tempat-tempatiradiasi dapat dikatakan tidak mengalami perubahanyang berarti. Dengan demikian pemanfaatan RSG-GASdapat dilaksanakan seperti tujuan semula. Demukianpula halnya dengan faktor puncak daya antara keduaversi dapat dikatakan perlu adanya tinjauan khususdipandang dari dari sisi keselamatan dan kekuatan elemenbakar dan elemen bakar kontrol.

Ditinjau dari segi keselamatan, teras keIja aItematifmemberikan batas pemadaman reaktoryang lebih rendah0,2%. Lama siklus teras kerja yang lebih pendek 3 hari,artinya memberikan kemungkinan perawatan yang lebihcepat 3 hari dari jadwal semula, sangat bermanfaat darisegi perawatan.Secara keseluruhan, teras kerja altematif memberikanjalan keluar terhadap kesulitan yang dihadapi oleh teraskerja yang ada sekarang ini.

DAFTAR PUSTAKA1. Safety Analysis Report, version 7

Multipurpose Research rector, BATAN, GA Siwabessy, Sept.1987

2. R.Ruehle

RSYST, Ein integriertes Modulsystem mit Datenbasis zur automatisierten Berechnung yon Kemreaktorcn.IKE Bericht 4-12, Juli 1973, Universitaet Stuttgart.

3. T.B. Fowler, D.R. Vondy, G.W. CunninghamNuclear Reactor Core Analysis: CITATIONORNL-TM-2496

4. As Natio Lasman

Neutonenphysikalische Untersuchungen zu dem indonesischen Forschungsrcaktor MPR-30 im Hinblick auf denEinsatz yon Silicid-Brennelementen.

Juel-2604, Maret 1992, Forschungszentrum JueIich GmbH, Jem1an.

5. R.SchultenReaktortechnik

Vorlesung 1986-87, Fak. fuer Maschinenbau, RWTH Aachen

217

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasilitas Nuklir

(~jC;:Jr--- -J;~_~~~.c:~_~__1_~Lfi~

~L_

. 11(;\1H[1]

,'O! VY

;;-;J){

113

lIY

-----

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - SATAN

:~~="'://':::=-/~~~"-"',<] (rl::;f<ODX 5Jl ] Ij 51 ~-J(-'111UI'1 [------------! n' GUi\-,.j--jI--un-j

F-----~I r-----------------EFf: SPfCmUH OF I(ESGt·k'.::t: CAL.C.

,ILX~'-"JE: COI:1J II:If' r J7l~1V ~~,)ES 1. ._1

Fl.lJX.O.A<f1UnS r-t_LJX. cunncurs( 17.3 CnCU[.)S) I rl /,1 (~)9 (';f((Xl!rS I

------ \-----____JI(~~~~!X..53] __. _/·\OlX...C-smlDti FOGC-Ci,HA::>:::: ·":·:Ol·j II·lIO

S3 CJf'\().;PS (JOll n:1\I,V\1 .. )

[lj;:'-;;;;)}~';;:'IJi~[~~1;;'--~;()~;;;IJ1--\'Ins];-~;~(;~J~IIE511\'1("';' L_II .

C;-;;J ~J~

I-\II<no- xs'1/

ILA\. If)( S

'-..._---

Gambar 1. Diagram alir pembuatan perpustakaan 55 kelompok

218

Prosiding Seminar Teknoiogi dan Kese/amatan PLTNSerta Fas{/{/as Nuk/ir

Cfli\Tml JXY-COnE- CALCUlAl KJtl

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR -BArAN

Gambar 2. Diagram alir perhitungan-perhitungan sel kondensasi,difusi dan pembakaran

219

NElemen-bakar1>1

DEl.bakar kontrol~

~

EI. BerilliumN ~

N Sistem rabbit0

cepat~

Sistemrabbit

BPosisiirradiasi

pusatGJPosisiirradiasi

IIII

Ii

Gambat 3.. Awal siklus·,rWC-:I:nte;r.~tOD;1

6;

[] Elemen-bakc..r..

D El.bakarkontrol

~

EI.Berillium

[®J

Sistemr ab bit ....McepatM

~S istem

rabbit

BPosisiirradiasi

pusatGJPosisiirradiasi

Gambar 4. Akhir.siklus, TWC-Interatom

LJElemen-bakar...

f:JEl.bakar

kontrol

~

EI.Berillium

~~

Sistemr ab bit~ ~

[ffi]

cepat

Sistem

rabbit

BPosisiirradia{;i

pus atI

G1Posisiirradiasi

Ii

•

Garnbar 5. Awal siklus, TWC-Alternatif

D. IElemen-bakar.. I

/1".=I IEl.bakar kontrolI=-...ci

~

EI. 8erillium r")

[®J

N

Sistem rabbit

N

cepat [®JSistem rabbit

BPosisiirradiasi

p.usa tGJ

Posisiirradiasi

Gambar 7. PPF, TWC-Interatom

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamaran PLTNSerra Fasililas Nllklir

<.:1,..'-

....(I)CI), .

.•...... -(\1 (\I

(lj.-_ ..

c.~ I:'.0 .0.--" .-,', r ) ,C1TJ '1.1('J

•• '>.C

:':J.0(V(V.0.-

(UC\J,- L_- L..I

L..-L.. ,-,-.- r:: C1.JL..E .•~Efl)

.xQJ<lJ

C/) -+-'C/)r=

C\J

OJQJ<U-+-'

._ <U.-.0 .•~o.C/)C/)C/)C/)(I)C/)

QJ.-0:J0.-. --.-

111WW(f)0(/)0_0.O.

r· ..·.. fl' m [\~~j1(6')1 r(:~~)1[{~:~~jI?'~jlI.~:.__.~I ~\\ \ >..-:. _\~~.;-:-/...~,.~~':.~~.

224

Serpong, 9-10 Febrllari 1993PRSG, PPTKR -BATAN

l-f~ ',-<·1-.4

c'ij

C1~(1.)

•••.1-(

<~I

(J>~[-(

00