Top Banner
/SSN /4/0-1998 Prosiding Presentasi lliah Dallr Bahan Bakar Nilklir PEBN-BATAN. Jakarta /8-/9Maret /996 PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN URANIUM-235 DAN DOSIS RADIASINY A lndro Yuwono Pusat Elemen Bakar Nllklir Abstrak Perhitungan basil fisi kritikalitas larutan uranium-235 dan dosis radiasinya. Telah dilakukan perhitungan perkiraan basil fisi larutan \lrwu\IIn-235 dan paparan radiasinya pada unit ekstraksi dan unit evaporasi hila terjadi kecelakaan kritikalitas dalam prod\lksi elemen bnkar reaktor riset. Dalam hal ini digunakan metode Grover Tuck dan metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi total dengan metode kebolehjadian distribusi fisi adalah 2,7 x 1018 fisi untuk konsentrasi uranium 200 gram/liter dan 2,5 x 1018 fisi wuuk konsentrasi 40 gram/liter pada unit ekstraksi. Perhitlmgan pada unit evaporasi memberikan hasil3,1 x 1018 fisi untuk konsentrasi 400 gram/liter dan 1,77 x 1018fisi untuk konsentrasi 80 gram/liter. Unulk metode Grover Tuck basil perhiumgan masing-masing adalah sebesar 8,267 x 1017 fisi daD 2,878 x 1017 fisi. Dosis rndiasi yang ditimbulkan untuk larutan 200 gram/liter sekitar 1450,29 Rad unulk netron dan 4785,96 Rad. Wlulk ganuna. Abstract The criticality calculation offission yield of U-235 solution and its radiation dose.The calculation assesment of fission yield of U-235 solution in the the extractionand evaporationunits has beenperformed for the prediction of that whenthe criticallity accidentoccursin the production of fuel element for the research reactor. The Grover Tuck andfission distribution probability methods are used in this case. The calculation result using the fission distribution probability method showthe fission of 2.7 X 10/8 for the uranium concentration of 200 grams/litre and that of 2,5 x 10/8 fissions for U of 40 grams/litre in theextraction unit. The calculation result from the evaporationunit revealed the fission of 3,1 x 10/8 for 400 grams/litre uranium and 1.77x 10/8 fissions for 80 grams/litre uranium. Using the Grover Tuck calculation method give re.",lt., that 8,267x 10/7 fissions and 2.878fissions respectively. Radiaton dose of200 gram/litre solutitJnis about 1450,29 Rod. for neutronand 4785,96 Rad. for gamma ray. PENDAHULUAN faktor-faktor penyebab kritikalitas daD sarana lainnya. Pada kecelakaan kritikalitas, jumlah fisi yang dihasilkan dapat mencapai antara 10lS - 1019fisi pada rentang waktu 5 detik, mulai saat kritis daD dengan waktu paparan antara 10 menit sampai dengan 40 jam2. Padajarak 3 m daTi pusat kritikalitas, pekerja masih dapat menerima dosis dalam tingkat dosis lethal. Semakin tinggi fisi yang dihasilkan, semakin jauh jarak yang memungkinkan penerimaan dosis lethal. Misalnya untuk basil fisi pada tingkat 1020,jarak dosis lethal mencapai 100 m dari pusat kritikalitas. Kritikalitas ini dapat terjadi pada uranium bentuk padat, serbuk, maupun bentuk cair/larutan. Untuk bentuk larutan, kecelakaan kritikalitas semakin mudah terjadi, karena faktor homogenitas. Data kecelakaan kritikalitas yang pernah terjadi dalam fasilitas nuklir menunjukkan bahwa kritikalitas larutanlah yang paling banyak terjadi3. Klasifikasi kecelakaan kritikalitas untuk larutan U-235 dibedakan atas jumlah uranium-235, diameter t.lflgki/volume dan reaktivitasnya. Kecelakaan kritikalitas yang terjadi pacta instalasi mlklir non reaktor pacta umumnya disebabkan oleh 3 faktor, yaitu faktor kesalahan manusia, faktor kesalahan analisis daD faktor kegagalan proses. Dalam produksi clemen bakar reaktor riset GA.Siwabessy yang dilakukan di Instalasi Produksi Elemen Bakar Reaktor Riset (IPEBRR), bahan dasar yang digunakan adalah uranium diperkaya 19,75%. Karena kapasitas produksi minimum IPEBRR sebesar 70 clemen bakar tiap tahun atas dasar 8 jam kerja per hari, jumlah uranium-235 yang ditangani cukup banyak. Salah satu potensi bahaya yang hams di~rhitungkan dalam menangani uranium-235 yang merupakan salah satu bahan fisil adalah bahaya kritikalitas. Kritikalitas adalah re.1ksi fisi berantai yang terjadi secara spontan. Secara umum reaksi ini dapat digambarkan sebagaiberikut: U23S + n XI + X2 + n + E Reaksi tersebut terjadi apabila perbandingan neutron yang dihasilkan dengan neutron sebelumnya lebih besar atau sarna dengan satu, harga perbandingan ini dikenal dengan istilah K effektif (KelT). Pacta fasilitas yang menangani uranium-235 diatas batas tertentll, yailu 700 graml atau diatas 500 gram menurut NRC, perancangan fasilitasnya hams memperhitlmgkan 3()()
8

PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Apr 03, 2019

Download

Documents

lamliem
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

/SSN /4/0-1998 Prosiding Presentasi lliah Dallr Bahan Bakar NilklirPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9Maret /996

PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT ASLARUT AN URANIUM-235 DAN DOSIS RADIASINY A

lndro YuwonoPusat Elemen Bakar Nllklir

Abstrak

Perhitungan basil fisi kritikalitas larutan uranium-235 dan dosis radiasinya. Telah dilakukan perhitunganperkiraan basil fisi larutan \lrwu\IIn-235 dan paparan radiasinya pada unit ekstraksi dan unit evaporasi hila terjadikecelakaan kritikalitas dalam prod\lksi elemen bnkar reaktor riset. Dalam hal ini digunakan metode Grover Tuck danmetode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi total dengan metode kebolehjadian distribusi fisi adalah2,7 x 1018 fisi untuk konsentrasi uranium 200 gram/liter dan 2,5 x 1018 fisi wuuk konsentrasi 40 gram/liter pada unitekstraksi. Perhitlmgan pada unit evaporasi memberikan hasil3,1 x 1018 fisi untuk konsentrasi 400 gram/liter dan 1,77x 1018 fisi untuk konsentrasi 80 gram/liter. Unulk metode Grover Tuck basil perhiumgan masing-masing adalahsebesar 8,267 x 1017 fisi daD 2,878 x 1017 fisi. Dosis rndiasi yang ditimbulkan untuk larutan 200 gram/liter sekitar1450,29 Rad unulk netron dan 4785,96 Rad. Wlulk ganuna.

Abstract

The criticality calculation offission yield of U-235 solution and its radiation dose. The calculation assesment offission yield of U-235 solution in the the extraction and evaporation units has been performed for the prediction ofthat when the criticallity accident occurs in the production of fuel element for the research reactor. The Grover Tuckandfission distribution probability methods are used in this case. The calculation result using the fission distributionprobability method show the fission of 2.7 X 10/8 for the uranium concentration of 200 grams/litre and that of 2,5 x10/8 fissions for U of 40 grams/litre in the extraction unit. The calculation result from the evaporation unit revealedthe fission of 3,1 x 10/8 for 400 grams/litre uranium and 1.77 x 10/8 fissions for 80 grams/litre uranium. Using theGrover Tuck calculation method give re.",lt., that 8,267 x 10/7 fissions and 2.878fissions respectively. Radiaton doseof 200 gram/litre solutitJn is about 1450,29 Rod. for neutron and 4785,96 Rad. for gamma ray.

PENDAHULUAN faktor-faktor penyebab kritikalitas daD saranalainnya. Pada kecelakaan kritikalitas, jumlah fisiyang dihasilkan dapat mencapai antara 10lS -1019 fisi pada rentang waktu 5 detik, mulai saatkritis daD dengan waktu paparan antara 10 menitsampai dengan 40 jam2. Pada jarak 3 m daTi pusatkritikalitas, pekerja masih dapat menerima dosisdalam tingkat dosis lethal. Semakin tinggi fisiyang dihasilkan, semakin jauh jarak yangmemungkinkan penerimaan dosis lethal. Misalnyauntuk basil fisi pada tingkat 1020, jarak dosislethal mencapai 100 m dari pusat kritikalitas.Kritikalitas ini dapat terjadi pada uranium bentukpadat, serbuk, maupun bentuk cair/larutan. Untukbentuk larutan, kecelakaan kritikalitas semakinmudah terjadi, karena faktor homogenitas. Datakecelakaan kritikalitas yang pernah terjadi dalamfasilitas nuklir menunjukkan bahwa kritikalitaslarutanlah yang paling banyak terjadi3.Klasifikasi kecelakaan kritikalitas untuk larutanU-235 dibedakan atas jumlah uranium-235,diameter t.lflgki/volume dan reaktivitasnya.Kecelakaan kritikalitas yang terjadi pacta instalasimlklir non reaktor pacta umumnya disebabkanoleh 3 faktor, yaitu faktor kesalahan manusia,faktor kesalahan analisis daD faktor kegagalan

proses.

Dalam produksi clemen bakar reaktor risetGA.Siwabessy yang dilakukan di InstalasiProduksi Elemen Bakar Reaktor Riset (IPEBRR),bahan dasar yang digunakan adalah uraniumdiperkaya 19,75%. Karena kapasitas produksiminimum IPEBRR sebesar 70 clemen bakar tiaptahun atas dasar 8 jam kerja per hari, jumlahuranium-235 yang ditangani cukup banyak. Salahsatu potensi bahaya yang hams di~rhitungkandalam menangani uranium-235 yang merupakansalah satu bahan fisil adalah bahaya kritikalitas.

Kritikalitas adalah re.1ksi fisi berantai yangterjadi secara spontan. Secara umum reaksi inidapat digambarkan sebagai berikut:

U23S + n XI + X2 + n + E

Reaksi tersebut terjadi apabila perbandinganneutron yang dihasilkan dengan neutronsebelumnya lebih besar atau sarna dengan satu,harga perbandingan ini dikenal dengan istilah Keffektif (KelT). Pacta fasilitas yang menanganiuranium-235 diatas batas tertentll, yailu 700graml atau diatas 500 gram menurut NRC,perancangan fasilitasnya hams memperhitlmgkan

3()()

Page 2: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Prosiding Presentasi /lmiah Dour Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN..Jakarta 18-19Maret 1996

Dalam proses produksi elemen bakar nuklirtersebut, salah satu t.'lhapan proses yang dilaluiadalah proses produksi kimia. Pada tahapan inibanyak uranium ditangani dalam bentuk larutanterutarna pada proses pengendapan AUC,pelarutan gagalan dan ekstraksi. Untukmengetahui penerimaan dosis maksimum pekerjabila terjadi kritikalitas pada larutan uraniumdengan pengkayaan 19,75% daD perkiraantekanan maksimum yang dihasilkan bila terjadikecelakaan tersebut, perlu dilakukan perhitunganhasil fisi maksimum daD hasil fisi totalnya.Metode perhitungan dapat dilakukan secaraempiris maupun teoritis. Dengan menget.'lhui fisi

maksimumnya dapat diperhitungkan juga jenisshielding dan pola evakuasi bagi para pekerja.Dalam analisis ini akan diperhitungkan basil fisilarutan U-235 dengan cara Grover Tuck daDkebolehjadian distribusi rantai fisi.

Beberapa rumus empiris yang digunakan dalammetode ini adalah seperti di bawah ini :

Fisi maksimlrm dalam interval waktu 5 detik

Persamaan yang digunakan untuk menentukanfisi maksimum adalah :

(ISO -HXO,8)af=4,6x 1016a"exp(0,0177D-I (I)

DDalam hubungan itu :f = jumlah fisi maksimum dalam interval waktu

5 detik,a = kecepatan pengisian liter/detik,D = diameter dalam tangki (cm),H = tinggi tangki sampai 150 cm, hila lebih

gunakan 150 cm.

Untuk larutan uranium Persamaan (1) tersebutdapat disederhanakan menjadi :

TEORI f = 2,4 X 10lS V

volume dalam liter..(2), dimana V adalah

Akurasi daTi Persamaan (1) adalah +100%, -70%,sedangkan Persamaan (2) adalah +70%, -90%.

Total fisi

Untuk larutan yang tidak mempunyai sistemexternal shutdown ekskursi biasanya terhentikarena pengenceran larutannya. Persamaan untuktot,! fisi adalah sebagai berikut :

Tf= V X 1017 fisi .(3)

dimana V ad.'1lah volume dalam liter danakurasinya :!: 20% .

Perhitungan perkiraan basil fisi dari larutanyang mengandung bahan fisil (uranium,plutonium) dapat dilakukan dengan 2 cara yaitucara perhitungan oleh Grover Tuck4 dan caraperhitungan yang dikembangkan olehG.E.Hansens atas dasar teori kebolelljadiandistribusi rantai fisi. Dalam ekskursi kritikalitaslarutan ada 3 karakteristik yang ada kaitannyadengan proses rancang bangun, yaitu :41. Jumlah fisi maksimum yang terjadi dalam

rentang waktu 5 detik. Kondisi ini diperlukanuntuk mengestimasi dosis personil, desainperisai dan optimasi rote evakuasi.

2. Waktu daD jumlah fisi dari ekskursi digtmakanuntuk desain kungkungan, sistem penyaringandan pembuangan udara.

3. Kecepatan maksimum fisi untuk menentukantekanan yang ditimbulkan akibat ekskursi. Dataini digunakan untuk mendisain tangki,pemipaan serta penentuan kecepatanmaksimum perpindahan larutan.

Total fisi dapat pula ditentukan dari kecepatanspesifik fisi. Kecepatan spesifik ini padaumumnya digunakan untuk dampak kerusakanphisik karena ekskursi. Kecepatan spesifik padapuncak diperhitungkan dengan persamaan :

7,7 x 1023

H3D2Metode Grover Tuck (kXaXUS)'!' fisi/det.liter ..(4)fr=

Dalam hubungan tersebut :D = diameter t...nki (cm)L = dimensi terpanjang (cm)S = dimensi terpendek (cm)a = kecepatan pengisian (liter/detik)H = tinggi kritis (cm)

= 20 cm untuk tinggi 29 -40 cm= 10 cm untuk tinggi lebih dari 40 cm.

k = sumber parameter awal, untuk Pu= 1sedangkan untuk U perlu ditentukan (tabel).

Metode ini dapat digtmakan dengan beberapabatasan yaitu :1. Variasi volume dapat diwakili dengan ukuran

silinder dalam sisi vertikal.2. Dasar silinder harus 30 cm atau lebih di alas

reflektor yang baik, misal beton berat.3. Diameter tanki harus antara 28 dan 156 cm.4. Kecepatan pengisian t.:1nki (fill rate) antara

0,47 dan 0,006 liter/detik.5. Konsentrasi larutan dapat bervariasi sampai

500 g/Iiter uranium atau plutonium.

301

Page 3: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Prosidiltg Preselttasi Ilmiah Daur Bahalt Bakar NuklirPEBN-BATAN...Jakarta 18-19 Maret 1996

yang dapat digunakan untuk menghitung hargaini adalah :

Tekanan maksimum dapat diperhitungkan denganpersamaan :

Pmak = 6 X 10.18 fr kg/cm2 .(5) nfK.. z ["" "'."~. 1

(I +L 282)(1+82)(1+26.2782) (1+2.2682)

.(8)

Tekanan rata-rata adalah sebagai berikut

P = 2,6 X 1012 VR fisi/detik. (6)

dimana V = volume dan R = diameter.

dalam hubungan ini :K..x = faktor kelebihan multiplikasi.

n = produksi netron tiap absorsi netron dalam

U-235.f = utilisasi netron termal.L = jarak difusi termal.B2 = buckling

Kecepatan spesifik ini telah dikembangkan jugaoleh Rocky Flats d..'llam code EXCUR. Denganmengetahui tekanan maksimum d..'lpatdiperhitungkan kemungkinan kemsakan tangkiakibat tekanan hila terjadi kritikalitas.

Shutdown coefficient

.S'hutdown coefficient (b) pada umumnyakebalikan dari proposional volume larutan.Maksirnum burst terjadi pada volume larutansarna atau lebih besar dari pada volume larutandimana Kex diperoleh. Oleh sebab itu dalam ha1ini hanya ditinjau volume larutan daD kapasitastotallarutan. Dari penurunan persamaan :

Waktu ekskursi

Lama ekskursi tergantung pada kondisi awaldan mekanisme shutdown system yang ada padaalat. Apabila tak ada sistem tersebut biasanyawaktu minimum dan maksimum ekskursidiestirnasikan. Perkiraan waktu ekskursi menurutdata minimum 15 menit dan maksimum 37,5 jam.Untuk mengestirnasi secara konservatif umumnyadiambil minimum 10 menit dan maksimum 40jam. Perkiraan hubungan antara jumlah fisi yangdihasilkan dandosis radiasi adalah :

I dKb = K dE .(9)

diperoleh hubungan1 X 106 f/detik atau 5 x 10-6 watt yaitu sekitar 0,1mR/jam pada jarak 3 m. L22v

b=--(t+Vo

Ev

Vn

)B2)0(1+ .(10)+ L 2B2Metode kebolehjadian distribusi fisi

Teori atau cara ini telah dikembangkan olehG.E. Hansen dari Los Alamos.s Melalui penjabar-an yang cukup panjang diperoleh persamaanpedekatan uotuk menghitung basil fisi total yaitu :

dalam hubungan ini :v = kecepatan pembentukan kekosongan (void

production rate)tiap pelepasan energi,

Vo = volume awal t.'lnki/silinder,E = energi yang dilepas per fisi.2 a t2

b.(7)E=

Persamaan (10) ini dapat dihitung, tetapi harga vsukar ditentukan secara pasti. Harga inidiperkirakan sebesar 20% dari perubahan volumesetiap fisi yaitu 1,4 x 10-16 liter/fisi. Sedangkanharga E tergantung dari volume larutao.Hubungan antara volume larutan daD energi yangdilepas per fisi dapat ditentukan secara gratis. S .

dalam hubungan ini :a = kecepatan penambahan reaktivitasb = shutdown coefficientt2 = waktu yang diperlukan untuk mencapai

reaktivitas maksimilm.

Waktu untuk mencapai reaktivitas maksimumKecepatan reaktivitas

Untuk menentukan waktu ini (t2) digunakanpers.'lmaan :

Kecepatan penambahan reaktivitas linear (a)ditentukan dari excess multiplication (K..) yangtergantung dari spesifikasi tanki, misal ukuran,volume, inventory U-235 dan waktu minimumdimana penambahan dapat terjadi. Persamaan

21t! = 1.2 + In a/bWI .(11)

111')

Page 4: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN...Iakarta 18-19Maret 1996

geometri kedua alat yang digunakan dirancang dibawah kondisi kritis dengan batasan : I

-45 % daTi massa kritis-80 % daTi volume kritis-90 % daTi dimensi kritis

dalam hubungan ini :t2 = waktu untuk mencapai reaktiitas maksimumt, = waktu rata-rata yang diperlukan setelah

kritikalitas untuk reaksi berantaiI = waktu generasi netron cepat

WI =waktu inversUnit ekstraksi

Harga ItWI ini dapat didekati dengan harga Itatl

Harga tl dapat didekati dengan persamaan

t = tl + f3/a..(12)

Data teknis dari unit ini adalah sebagai berikut :-Variasi konsentrasi umpan : 40 -200 g/l UN

Keluaran sekitar 80 grarn/liter-Moderasi optimum dan reflektor 30 cm

ketebalan air-Tebal slab aman : 8,5 cm-Diameter aman : 17,1 cm-Kelf : 0,56-Tinggi kolom : 3600 rom.

dalam hubungannya :t = delay time from criticallity (dianggap 10

detik)t, = waktu untuk mencapai reaksi berantai

P = fraksi netron lambat ( 0,0065) 8 Unit Evaporasi

Data teknis dati unit ini adalah sebagai berikut :-Kemampuan evaporasi dati 80 gram/litermenjadi 400 gram/liter UN-Tebal slab aman : 8,2 cm-Diameter aman : 18,9 cm-K.,ff : 0,56-Tinggi : 1026 rom.

Sedangkanpersarnaan

harga diperhil.ungkan dengan

1=(2,2x lO~E.(l +L2B2)j .(13)

dimana t. adalah t.'1mpang lintang per cm3 intiatom.

Perhitungan dengan tara Grover dibatasi olehbeberapa asumsi/ anggapan yang diambilsedangkan dengan tara kebolehjadian distribusidiperlukan banyak data. Namun demikian karenaorde fisinya cukup besar, perhitungan yangdilakukan dengan kedua tara tersebut dapatmemberikan paparan radiasi yang masih sangatbesar dibandingkan dengan batasan penerimaandosis radiasi yang ditet.1pkan. Ditinjau dari segipenerimaan dosis radiasi kedua metode tersebutdapat digunakan. Untuk perhitungan desain alatyang dikaitkan dengan faktor keselamatan makaperhitungan dengan metode kebolehjadiandistribusi fisi akan memberikan basil yang lebihbaik.

Hubungan jumlah netron yang dihasilkan (N)dengan laju dosis (r) dinyatakan dalam persamaan

1,08 X 10-13

7t4r2

N(r) = rad/fisi .(14)

Untuk radiasi gamma besamya 3,3 kali netron.

BASIL PERHITUNGAN DAN BAHASAN

Dalam tahap proses kimia produksi elemenbakar di IPEBRR penanganan U-235 berupalarntan dilakukan di beberapa bagian alat yaitul.6:

Dengan Persamaan (2) yaitu metode GroverTuck, fisi maksimum yang dihasilkan hila terjadikritikalit.'1S adalah 19,842 x 10lS fisi daD fisi totalmenurut Persamaan (3) sebesar 8,267 x 1017 fisi.

3.Perhitungan dengan metode kebolehjadian

distribusi fisi untuk unit ekstraksi dipengaruhioleh konsentrasi larutan uranium yang ada.Dengan Persamaan (7) sampai dengan (13) danhubungan konsentrasi dengan berbagai variabel (C,M2, B2, k, serta H/U) seperti yang disarnpaikandalam Gambar 1 sampai dengan Gambar 5. Untukunit ekstraksi daD unit evaporasi diperhitungkan

Konversi AUC dari bahan dasar UF6 atau UN.Pelarutan untuk gagalan berupa UAlx. U3OS.UO2 dan UN.Ekstraksi untllk mengektraksi UN hasil

pelarutan.Evaporasi I pemekatan hasil ekstraksi UN.Tanki penyimpan limbah cair.

4.

Bagian proses yang mempunyai potensibahaya terbesar atau yang menangani lamtandengan konsentrasi cukup besar adalah bagianekstraksi daD evaporasi. Kondisi, persyaratan daD

303

Page 5: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Prosiding Presenlasi J/miah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN..Jakarla 18-19Marel 1996

pada konsentrasi maksimum sesuai kapasitas alaidan konsentrasi minimumnya.

Seperti halnya pada unit ekstraksi, pada unitevaporasi fisi maksimum yang dihasilkan unit iniadalah 6,908 x 10lS fisi dan fisi total ya~gdihasilkan sebesar 2,878 x 1017 fisi denganmetode Grover Tuck. Perhitungan dengan metodekebolehjadian distribusi fisi memberikan basil fisisebesar 3,1 x 1018 untuk konsentrasi 400gram/1iter dan 1,77 x 10\8 untuk konsentrasiuranium 80 gram/1iter.

Dari dua metode perhitungan tersebut diatasterlihat bahwa perhitungan dengan metode GroverTuck memberikan basil yang berbeda denganmetode distribusi daD sesuai dengan pendekatanyang dilakukannya, sehingga akurasi dari caraperhitungan ini memamg tidak terlalu baik.Akurasi dari metode Grover Tuck ini kurang baikdisebabkan karena dalam perhitungan basil fisipengaruh konsentrasi tidak diperhitungkansedangkan dengan metode distribusikebolehjadian fisi pengaruh konsentrasi selaludiperhitungkan. Dengan demikian, untuk variasikonsentrasi unit ekstraksi maupun unit evaporasitidak akan terlihat pada cara pertama tetapi akanterlihat pada perhitungan dengan cara yangkedua. Dengan demikian, untuk proses disainpemakaian metode kebolehjadian distribusi fisilebih dianjurkan.

Contoh perhitungan :Digunakan konsentrasi maksimum unit

ekstraksi yaitu = 200 gram/liter larutan uranium

235.H/U = 117,5 (perhitungan atau Gambar 1).f = 0,93 k = 1,94M2 = 32,4 82 = 0,0285Harga L 2 = (1-f) Lo2 = 0,53

Harga T = 32,4 -0,53= 31,87, harga n untukU235 = 2,7Fisi total = E = 2at2/b (persamaan 7)

-Harga a dihitung dengan Persamaan (8) yaitudari faktor K.,..

2,7 x 0,93a = K. = -I = 0,22

(I,OI5XI,O285XI,75XI13)

-Harga b dihitung dengan persamaan (10).v = kecepatan pembentukan kekosongan (void

production rate) tiap pelepasan energi.= 20 % (1,4 x 10.16Iiter/fisi).

E = energi yang dilepas per fisi dan menurutpustaka (5) = 7,5 x 1017.

b = 16,18 X 10-19SIMPULAN

-Harga t2 dihitung mengg1makan persamaan (11),(12) dan (13).

t2 = 9,96

Kesimpulan yang bisa diambil adalah sebagaiberikut :1. Hasil perhitungan perkiraan basil fisi lamlan

U-235 di unit ekstraksi dan unit evaporasiIPEBRR hila terjadi kecelakaan kritikalitasmenghasilkan fisi tolal pada orde 1017 dan 1018masing-masing dengan metode perhitunganGrover Tuck dan kebolehjadian distribusi fisi.

2. Perhitungan dari kedua metode akanmenghasilkan paparan radiasi pada operatoryang sangat tinggi dan dapat memberikan dosisle 1 pada jarak 4-5 meter tanpa pelindung.Untuk itll evakuasi karyawan lain yang beradadalam S<1tu gedllng tersebut hams segeradilakukan agar penerimaan paparan radiasipekerja lain dapat ditekan serendah mungkin.

3. Perhitllngan alaI yang berkaitan dengan faktorkeselamatan sebaiknya dilakukan dengan carakebolehjadian distribllsi.

Dengan demikian harga E = (2XO,22X9,96Y(16.18X 10.19) = 2,7 X 1018 fisi.

Dengan tara yang sarna untuk konsentrasiuranium minimum yaitu 40 graln/liter fisi sebesar2,5 x 1018 fisi.

Dengan demikian paparan radiasi yangditimbulkan hila terjadi kritikalitas masih dapatmemberikan dosis letal pada jarak sekitar 4-5meter dari pusat kritikalitas tanpa pelindung(Persamaan 14). Misalnya untuk jarak 4 meterdari pusat kritikalitas maka besar dosis radiasipada konsentrasi maksimum (200 grarn/liter)mencapai 1450,29 fad untuk radiasi netron dansekitar 4785,96 fad untuk radiasi gamma.

Penentuan tekanan maksimum didasarkanpada kecepatan spesifik fisi (a) (mmus 4), dariperhitungan diperoleh hubungan 362 x a(liter/detik) kg/cm2. Pada operasi nonnalkecepatan lamtan uranium yang digunakansebesar 24 liter/jam. Oalam hal ini tekananmaksimumnya sekitar 2,42 kg'cm2.

UCAP AN TERiMA KASIB

Terima kasih penulis sampaikan pada teman-ternan semua yang telah membantuterselesaikannya tulisan ini baik secara langsungmaupun tak langsung. Khususnya pada

304

Page 6: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Prosiding Presentasi /lmiah Daur Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN..Jokorta 18-19Maret 1996

Sdri.Darmini yang membantu pengetikkan daDpencetakan karya tulis ini.

pada kondisi yang mana keadaan tersebutbenar-benar akan terjadi kritis.

.Apakah sudah dilakukan perhitungan untukpadatan atau serbuk.DAFTAR PUSTAKA

Indro Yuwono.Perhitungan ini hanya untuk rnernperkirakan

hila terjadi kecelakaan kritikalitas, berapabesar jurnlah fisi total dan paparan radiasiyang terjadi/ditirnbulkan pada kondisi kritis.

.Perhitungan untuk padatan daD serbuk belurndilakukan.

2. Taufik Usman.Bagaimana pengarub kritikalitas terhadap

subu daD tekanan pada bahan fisi daDwadabnya.

lndro Yuwono

.Kritikalitas sangat mempengaruhi wadah, olehkarena itu wadah telah diperhitungkan dalambentuk geometri aman, daD suhu tidakmempengaruhi kondisi kritis.

3. Siti AminiApa arti dari orde basil fisi sebesar 101'-1018 ,sedangkan di tempat penyimpanan tidak ada natau fulks n tidak sampai 101',

I. Nukem GmbH, "Basic and Engineering ProcessElement Fabrication Plants", Nukem VI" -No.20080 Vol. 10 Gem1any.

2. Roland Allen Knief,"Nuclear Criticality Safety"Theory and Practice, American NuclearSociety, La Grange Park, Illiois USA.

3. Indro Yuwono,"Keselamatan Kekritisan DiLingkungan PEBN Khususnya Di BPEBRR ",Prosiding Pertemuan dan Presentasi Nuklir,Yogyakarta April 1987.

4. Grover Tuck,"Simplified Methods ofEstimating the Results of Accidental SolutionExursions", Dowwn Chemical USA" RockyFlats Divisions, Colorado, 1974.

5. NYO 2980,"Safety Analysis of EnrichedUranium Processing",AEC Research andDevelopment Report, UC-46, Criticality Studies(1'10-4500, 15th Ed).

6. Nukem GmbH,"Basic and Detail EngineeringProcess Element Fabrication Plant" Nukem VI"-No.20080. Vol. 10. Germany.

7. Diktat kuliah teknik nuklir Pakistan.8. Samuel Glasstone, "Nuclear Reactor

Engineering" Van Nostrand ReinholdCompany, New York.

9. Soetaryo Supadi,"Diktat kuliah Teknik NllklirUGM"

lndro ¥uwono.Arti daTi orde 1017-1018 adalah apabila terjadi

kondisi kritikalitas, sehingga fisi yang terjadiSc1mpai ordenya an tara 1017-1018, Perlu diingatbahwa netron dapat berasal daTi sinar kosmis,dan tid,lk hams daTi sumber netron, seperti dire,lktor,

TANYAJAWAB

1. Siti Nurhayati.Apakah sudah diperoleh data perhitungan

basil fisi kritikalitas, sehingga dapat diketahui

305

Page 7: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

o.viding Pre.venla,vi lltnioh Dour Bahan Bokor NuklirPEHN-BATAN..Jakarlo 18-19 Maret 1996

"'1'

"/irl"

.".

'.001

,..

""""-""""--"'_-1---:, '--..-, .o. -.-':11,. ,. It. -~~~ : "-I'f

.WI

Hubungan amara kollscmrasi U23S

g/liter dclIg:111 pcrb:1l1dillgall H/ty3S

Gambar

."0

"'Jr"",

Gambar 4. Hubungan anlara konsenlrasi U23S g/ldengan migration area (M)

IlIA

Page 8: PERHITUNGAN HASIL FISI KRITIKALIT AS LARUT AN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/PEBN_Maret_96...metode kebolehjadian distribusi fisi. Hasil perhitungan fisi

Prosiding Pre.,entasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATA/','..Jakarta 18-.J9Maret /996

Gambar 5. Hubungan antara konscntrasi U235 g/l

dcngan buckling B

307