Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854 - 5561 STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN di KOREA SELATAN Suwardi ABSTRAK STATUS PENGEMBANGAN INFRA-KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN DI KOREA SELATAN. 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 Dalam rangka meningkaUkan ekonomi siklus bahan bakar dan mengurangi kwantitas bahan-bakar bekas, bakaran bahan bakar telah ditingkatkan secara terus-menerus dengan peningkatan sifat ketahanan korosi kelongsong. Pada pertengahan 1990, Bahan bakar U02 bakaran mencapai 60 MWD/KG-U rerata tangkai. Di dalam Negara Korea, material batang bahan-bakar maju (advanced) dan komponen-komponen seperti paduan logam zirconium mengedepan (advanced), suatu pelet baru, pengatur jarak panggangan (spacer grid), dan ujung atas/bawah, sedang dikembangkan untuk peningkatan bakaran bahan bakar dan juga kode analisis kinerja bahan bakar, INFRA, sedang dikembangkan untuk meneliti perilaku bakaran yang tinggi batang bahan-bakar di bawah posisi mantap 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, beberapa model kelongsong dan pelet telah dikembangkan. Bahan bakar domestik telah diradiasi di dalam PWR sampai kepada bakaran yang lebih tinggi dari 55 MWD/KG-U 56 rerata tangkai, dan peningkatan bakaran lebih lanjut juga telah direncanakan. Oleh karena itu, Negara Korea adalah di dalam situasi yang sama sebagaimana negara-negara yang lain di dalam isu keselamatan bahan bakar bakaran tinggi. Tabel 1 menunjukan status bakaran bahan bakar yang sedang diradiasi di dalam PWR. Uji Keselamatan bahan bakar di dalam sel panes direncanakan dengan penggunaan perakitan bahan bakar bakaran tinggi yang telah diradiasi di dalam YGN-1. Puncak bakaran batang bahan-bakar adalah sekitar 55.4 MWD/KG-U - rerata tangkai. Direncanakan pengujian di dalam sel panes seperti pengujian post-irradiation (PASTEL) untuk bahan bakar bakaran tinggi,uji pending inan logam dari pelet bakaran tinggi dengan daerah bingkai, dan test oksidasi temperatur tinggi dan mekanis untuk kelongsong yang diradiasi di bawah kondisi LOCA dengan penggunaan bahan bakar spesimen bakaran tinggi. PENGEMBANGAN BATANG KODE KINERJA BAHAN-BAKAR, INFRA Ketika bakaran bahan bakar meningkat di luar 60 MWD/KG-U , isu yang
5
Embed
STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISIS KINERJA BAHAN ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/P2TBDU_2005... · KINERJA BAHAN BAKAR PL TN di KOREA SELATAN Suwardi
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
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854 - 5561
STATUS PENCEMBANCAN INFRA - KODE ANALISISKINERJA BAHAN BAKAR PLTN di KOREA SELATAN
Suwardi
ABSTRAK
STATUS PENGEMBANGAN INFRA-KODE ANALISIS KINERJA BAHAN BAKAR PLTN
DI KOREA SELATAN. 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
Dalam rangka meningkaUkan ekonomi
siklus bahan bakar dan mengurangi kwantitas
bahan-bakar bekas, bakaran bahan bakar
telah ditingkatkan secara terus-menerus
dengan peningkatan sifat ketahanan korosi
kelongsong. Pada pertengahan 1990, Bahan
bakar U02 bakaran mencapai 60 MWD/KG-U
rerata tangkai. Di dalam Negara Korea,
material batang bahan-bakar maju (advanced)
dan komponen-komponen seperti paduan
logam zirconium mengedepan (advanced),
suatu pelet baru, pengatur jarak panggangan
(spacer grid), dan ujung atas/bawah, sedang
dikembangkan untuk peningkatan bakaran
bahan bakar dan juga kode analisis kinerja
bahan bakar, INFRA, sedang dikembangkan
untuk meneliti perilaku bakaran yang tinggi
batang bahan-bakar di bawah posisi mantap
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,
beberapa model kelongsong dan pelet telah
dikembangkan. Bahan bakar domestik telah
diradiasi di dalam PWR sampai kepada
bakaran yang lebih tinggi dari 55 MWD/KG-U
56
rerata tangkai, dan peningkatan bakaran lebih
lanjut juga telah direncanakan. Oleh karena itu,
Negara Korea adalah di dalam situasi yang
sama sebagaimana negara-negara yang lain didalam isu keselamatan bahan bakar bakaran
tinggi. Tabel 1 menunjukan status bakaran
bahan bakar yang sedang diradiasi di dalam
PWR. Uji Keselamatan bahan bakar di dalam
sel panes direncanakan dengan penggunaan
perakitan bahan bakar bakaran tinggi yangtelah diradiasi di dalam YGN-1. Puncak
bakaran batang bahan-bakar adalah sekitar
55.4 MWD/KG-U - rerata tangkai.
Direncanakan pengujian di dalam sel panes
seperti pengujian post-irradiation (PASTEL)
untuk bahan bakar bakaran tinggi,uji
pending inan logam dari pelet bakaran tinggi
dengan daerah bingkai, dan test oksidasi
temperatur tinggi dan mekanis untuk
kelongsong yang diradiasi di bawah kondisi
LOCA dengan penggunaan bahan bakar
spesimen bakaran tinggi.
PENGEMBANGAN BATANG KODE KINERJA
BAHAN-BAKAR, INFRAKetika bakaran bahan bakar
meningkat di luar 60 MWD/KG-U , isu yang
ISSN 0854 - 5561
baru untuk bahan bakar perilaku sudah
muncul. Dalam rangka meramalkan perilaku
dari bahan bakar bakaran tinggi, batang kode
kinerja bahan bakar, INFRA sedang
dikembangkan [1]. Beberapa model adalah
dikembangkan baru saja untuk meramalkan
~ahan bakar perilaku bakaran yang tinggi.
Khususnya, adalah penting untuk meramalkan
perilaku didalam pelet daerah microstructure
melingkar pad a bakaran tinggi. Keterhantaran
termal di dalam daerah bingkai, mekanisme
formasi microstructure bingkai, dan distribusi
radial lokal dari bakaran adalah parameter
penting di dalam penggambaran kesimpulan
perilaku pelet pad a bakaran tinggi. Disamping
itu perilaku creep-out dalam kaitan dengan
bakaran yang lebih tinggi : pelepasan gas
pembelahan, peningkatan korosi dan
pertumbuhan memanjang, dan pengurangan
duktilitas kelongsong adalah di antara
parameter yang penting di dalam perilaku
kelongsong pada bakaran tinggi.
Spektrum energi netron dan besaran
divariasi pad a posisi radial di dalam pelet
bahan-bakar U02, kemudian laju densitas
lokal pembelahan berubah dan diperlukan
untuk meramalkan gejala itu untuk meneliti
efek bingkai bahan bakar bakaran yang tinggi.
Oleh karena itu, RAPID (Radial Power and
Burnup Prediction by following fissile Isotope
Distribution in the Pellet) Ramalan Daya Radial
dan Bakaran dengan Distribusi Isotop fisil
(cenderung membelah) di dalam Pelet
dikembangkan untuk meramalkan daya lokal,
bakaran, dan distribusi isotop belah sebagai
fungsi dari posisi radial, bakaran pelet dan
pengayaan awal U-235 [2]. Gambar 1
menunjukan perbandingan tentang ramalan
RAPID dan Frapcon-3 dengan data yangeksperimen itu. Model RAPID meramalkandata terukur secara lebih baik.
Ketika bakaran U02 meningkat,
generasi gelembung gas pembelahan
meningkat secara berangsur-angsur oleh
pembelahan yang terkumpulkan dan oleh
karena itu, bengkak oleh gelembung gas
pembelahan menjadi takterabaikan. Dalam
rangka menaksir bengkak disebabkan oleh
57
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
gelembung gas pembelahan, dikembangkan
lah model bengkak oleh gas [3].Keterhantaran termal dari U02
diradiasi adalah suatu parameter penting di
dalam bahan bakar perilaku yang berkenaan
dengan panas seperti temperatur bahan bakardan pelepasan gas pembelahan. Di dalam
kode INFRA, model keterhantaran termal
dikembangkan berdasarkan atas data
difusivitas termal dari pengukuran Bahan bakar
U02 telah diradiasi selama proses
pendinginan[4]. Karena itu mempertimbangkan
efek dari hasil belah-inti padat dan hasil belah
inti berupa gas secara terpisah, hal itu dapat
digunakan untuk menaksir keterhantaran
termal U02 daerah microstructure bingkai di
mana nuklida hasil belah-yang bersifat gas
bergabung ke dalam gelembung gas
pembelahan.Mekanisme formasi microstructure
bingkai dipelajari untuk menunjukkan bahwa
formasi microstructure bingkai itu tergantung
tidak hanya bakaran lokal tetapi konsentrasi
gas pembelahan di dalam matriks U02 [5].
Pad a konsentrasi kritis dari gas pembelahan,
gelembung gas pembelahan adalah distabilkan
dan diintikan, mengikuti dengan sub-division
butir untuk membentuk microstructure bingkai
itu. Oleh karenanya hal itu menunjukkan ketika
temperatur meningkat, formasi microstructure
melingkari tertunda dalam kaitan dengan
pelepasan gas pembelahan dan kemudian
pada temperatur tinggi daerah pelet bagian
dalam, bingkai microstructure tidak akan
dibentuk sama sekali bahkan pada bakaran
lebih tinggi.
Dalam rangka meramalkan perilaku
Zircaloy-4 kelongsong pad a bakaran tinggi,
dikembangkan model perilaku kelongsongZircaloy-4 pad a bakaran tinggi di dalam area
seperti creep-out dan korosi.
. Pada bakaran tinggi, tekanan dalambatang bahan-bakar dapat melebihi tekanan
eksternal oleh pelepasan gas pembelahan,
yang mana bisa mengakibatkan pada bagian
kelongsong itu menonjol keluar. Dalam rangka
meneliti peristiwa ini, adalah diperlukan untuk
menaksir menilai creep-out kelongsong itu
ISSN 0854 - 5561
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 kode
under-estimate laju creep-out kelongsong itu.
Oleh karena itu, berdasarkan atas model krip
yang ada, model baru creep-out kelongsong
diperoleh dengan mengubah ketergantungan
dari laju krip atas perubahan fluks neutron
cepat dan tekanan [6]. Gambar 2 menunjukan
perbandingan hasil kalkulasi INFRA dan
ramalan Frapcon-3 dengan data terukur.
Model korosi kelongsong Zircaloy-4
telah dikembangkan melalui analisa darimekanisme korosi dan model korosi lain.
Parameter yang mempengaruhi korosikelongsong bahan bakar menjadi material dan
karakteristik pabrikasi menyangkut
kelongsong, kimiawi air pending in, formasi
hydride di dalam kelongsong, dan perubahan
terus menerus neutron cepat. Model yang
diperoleh dengan mempertimbangkan efek dari
tiap parameter pada korosi Zircaloy. Model
Yang diperoleh dievaluasi oleh kedua-duanya
hal yaitu analisa kepekaan dari parameter dan
kemungkinan meramalkan gejala seperti itu
dari seperti misalnya distribusi korosi di sekitar
axis, efek kimiawi dan akselerasi korosi air
pada bakaran tinggi [ 7].
Untuk analisa mekanik pelet bahan
bakar dan kelongsong yang akurat selama
posisi mantap transien dan modul analisa
elemen-hingga dikembangkan [8] dan
menambahkannya ke kode INFRA. Kode itu
menerima data yang perlu seperti sifat dan
temperatur material dari kode INFRA dan
mengkalkulasi ketegangan dan regangan lokal
tangkai bahan bakar.
RISET KESELAMATAN BAHAN BAKAR
BAKARAN TINGGI
Setelah hasil simulasi uji RIA di dalam
CABRI Perancis disajikan pada 1994, KAERImelakukan analisa dan evaluasi keselamatan
untuk perilaku Bahan bakar U02 domestik [9],
di mana jika analisis 3-dimensional transienpada teras selama RIA dilakukan untuk kali
58
Hasil Hasil Penelitian 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 totalbahan bakar telah diusulkan untuk kali
pertama, mempertimbangkan mekanisme
kegagalan bahan bakar pada PCMI. KAERI
juga melakukan analisa keselamatan untuk
pembangkit daya nuklir domestik bahan bakar
di dalam kerjasama dengan organisasi nuklirlain seperti KINS (Korea Institute of Nuclear
Safety- Institut Keselamatan Nuklir Negara
Korea) dan KEPCO [10].KAERI telah dan terus
mengembangkan teknologi bahan bakar maju
untuk PWR sebagai proyek nuklir nasional
sejak 1997. Dalam rangka bersiap-siap
menghadapi pengembangan dan
komersialisasi dari bahan bakar bakaran tinggi,
sifat bahan bakar bakaran tinggi dan data testterkait telah dianalisis. Perilaku bahan bakar di
bawah kondisi RIA dan isu keselamatan untuk
bahan bakar bakaran tinggi telah dianalisa.
Ditemukan bahwa test lebih lanjut akan
diperlukan dalam area tersebut sebagaimana
kegagalan bahan bakar dan dispersi di bawah
kondisi RIA, korosi kelongsong pada
temperatur tinggi, kelainan bentuk mekanis dibawah LOCA. Bahan bakar domestik telah
diradiasi sampai kepada bakaran rata-rata
tangkai yang lebih tinggi daripada 55MWD/KG-U . Rencana untuk riset keselamatan
dibentuk setelah analisa isu keselamatan
bahan bakar dan pemakaian bahan bakar
serta rencana pengembangan domestik [11].Sasaran riset keselamatan bahan bakar adalah
ditetapkan sebagai berikut:- Reevaluation Ukuran-Ukuran/kriteria
Keselamatan untuk PWR Bahan bakar
Bakaran Tinggi-Test Keselamatan, Verifikasi dan pembangun
an Database untuk Bahan bakar Domestik
Bakaran Tinggi
-pengembangan Teknologi Analisa Keselamat
an untuk Bahan bakar Bakaran Tinggi
ISSN 0854 - 5561
KESIMPULAN
Kode kinerja bahan bakar INFRA
sedang dan telah dikembangkan KAERI dalam
rangka meramalkan perilaku bahan bakar
bakaran yang tinggi di bawah posisi kondisikondisi mantap dan transien. Model untuk
~nalisis kinerja bahan bakar baru saja mulaidikembangkan yaitu untuk menaksir perilaku
bahan bakar bakaran tinggi: untuk pelet, model
bengkak oleh gas, model keterhantaran termal,
model mekanisme formasi bingkai melingkar,
serta program RAPID untuk meramalkan
bakaran dan daya lokal, dan untuk kelongsong
, model creep-out, model sifat mekanis, danmodel korosi , dan modul analisa elemen
hingga untuk analisa mekanik batang bahan
bakar sepanjang kondisi transien.Bahan bakar domestik Korea Selatan
telah diradiasi di dalam PWR sampai kepada
suatu bakaran rerata tangkai 55 MWd/Kg-U .
Oleh karena itu, Negara Korea adalah di dalam
situasi yang sama sebagai negara-negara
yang lain di dalam hal keselamatan bahan
bakar bakaran tinggi. Suatu rencana riset
keselamatan telah dibentuk. Simulasi uji untuk
RIA dan LOCA akan dilakukan dengan
penggunaan spesimen bahan bakar danukuran-ukuran/kriteria keselamatan bahan
bakar bakaran tinggi akan dievaluasi kembali
dan perkakas analisa untuk masalah yang
terkait dengan transien akan dikembangkan.
ACUAN
[1] LEE, C.B. et aI., "Development of U02 Fuel
Rod Performance Analysis Code, INFRA",
Proceedings of KNS 2001 Fall Meeting, 2001
[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 Gas Swelling
Model of high burnup Fuel", Proceedings of
KNS Fall Meeting, 1998.
59
Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005
[4] LEE, C.B. et aI., "Development of Irradiated
U02 Thermal Conductivity Model", IAEA
Technical Committee Meeting on Nuclear
Fuel Behavior Modelling at High Burnup
and its Experimental Support, Windermere,
UK, 2000.
[5] LEE, C.B., and Y.H. JUNG, "An Attempt to
Explain High Burnup Structure FormationMechanism in U02 Fuel", J. of Nuclear
Mater., vo1.279, p.207, 2000.
[6] BANG, J.G. et aI., "Development of LWR
Zircaloy-4 Cladding Creep-out Model",
Proceedings of KNS 1998 Fall Meeting,1998.
[7] BANG, J.G. et aI., "Development of LWR
Fuel Zircaloy-4 Cladding Corrosion Model",
Proceedings of KNS 1999 Fall Meeting,1999.
[8] KWON, Y.D. et aI., "Development of Finite
Element Module Technology", KAERI/CM
399/99, KAERI, 1999.
[9] LEE, C.B. et aI., "Analysis of the Fuel Rod
Behavior Under the Rod Ejection Accidentin the Pressurized Water Reactor",
OECD/NEA Specialists Meeting on
Transient Behavior of High Burnup Fuel,Cadarache, France, 1995.