Evaluasi Karakteristik Neutronik Reaktor Triga 2000 Bandung

EVALUASI KARAKTERISTIK NEUTRONIK REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG SETELAH BEROPERASI SELAMA 5 TAHUN Oleh:

Putranto Ilham Yazid

Latar Belakang • 5 tahun operasi reaktor dengan aman dan selamat; • Timbul gelembung yang semakin banyak dan jelas; • Pembatasan operasi reaktor pada daya maksimum 1250 kW; • Pembersihan penukar panas belum berhasil mengatasi masalah. Tujuan • Melakukan kajian neutronik untuk mencoba menerangkan mengapa terjadi fenomena kemunculan gelembung yang berlebihan; • Menyediakan besaran termohidrolik untuk kajian lanjut.

Metode • Kaji banding karakteristik neutronik pada dua kurun waktu, yakni: awal kurun operasi (13 Mei 2000) dan akhir kurun operasi (11 Maret 2005); • Menggunakan MCNP-5 dan ORIGEN-2.1.

Konfigurasi Teras

Model Geometri Untuk MCNP

Pustaka Bahan Yang Digunakan di Dalam MCNP No.

Isotop

No Pustaka

No.

Isotop

No Pustaka

No.

Isotop

No Pustaka

1

H-1

1001.60c

2

H-2

1002.55c

3

H-3

1003.60c

4

Br-79

35079.55c

5

Br-81

35081.55c

6

Kr-78

36078.50c

7

Kr-80

36080.50c

8

Kr-82

36082.50c

9

Kr-83

36083.50c

10

Kr-84

36084.50c

11

Kr-86

36086.50c

12

Y-89

39089.60c

13

Zr-nat

40000.60c

14

Nb-93

41093.60c

15

Rh-103

45103.50c

16

Rh-105

45105.50c

17

Pd-105

46105.50c

18

Pd-108

46108.50c

19

Ag-107

47107.60c

20

Ag-109

47109.60c

21

Cd-nat

48000.50c

22

In-nat

49000.60c

23

I-127

53127.60c

24

I-129

53129.60c

25

I-135

53135.50c

26

Xe-131

54131.50c

27

Xe-135

54135.50c

28

Cs-133

55133.55c

29

Cs-134

55134.60c

30

Cs-135

55135.60c

31

Cs-136

55136.60c

32

Cs-137

55137.60c

33

Ba-138

56138.60c

34

Pr-141

59141.50c

35

Nd-143

60143.50c

36

Nd-145

60145.50c

37

Nd-147

60147.50c

38

Nd-148

60148.50c

39

Pm-147

61147.50c

40

Pm-148

61148.50c

41

Pm-149

61149.50c

42

Sm-147

62147.50c

43

Sm-149

62149.50c

44

Sm-150

62150.50c

45

Sm-151

62151.50c

46

Sm-152

62152.50c

47

Eu-151

63151.60c

48

Eu-152

63152.50c

Pustaka Bahan Yang Digunakan di Dalam MCNP (lanjutan..) No.

Isotop

No Pustaka

No.

Isotop

No Pustaka

No.

Isotop

No Pustaka

49

Eu-153

63153.60c

50

Eu-154

63154.50c

51

Eu-155

63155.50c

52

Gd-152

64152.60c

53

Gd-154

64154.60c

54

Gd-155

64155.60c

55

Gd-156

64156.60c

56

Gd-157

64157.60c

57

Gd-158

64158.55c

58

Gd-160

64160.60c

59

Ho-165

67165.60c

60

Er-166

68166.50c

61

Er-167

68167.50c

62

Pb-206

82206.60c

63

Pb-207

82207.60c

64

Pb-208

82208.60c

65

Bi-209

83209.60c

66

Th-230

90230.60c

67

Th-232

90232.60c

68

Th-233

90233.42c

69

Pa-231

91231.60c

70

Pa-233

91233.50c

71

U-232

92232.60c

72

U-233

92233.60c

73

U-234

92234.60c

74

U-235

92235.60c

75

U-236

92236.60c

76

U-237

92237.50c

77

U-238

92238.60c

78

Np-237

93237.60c

79

Np-239

93239.60c

80

Pu-236

94236.60c

81

Pu-237

94237.60c

82

Pu-238

94238.60c

83

Pu-239

94239.60c

84

Pu-240

94240.60c

85

Pu-241

94241.60c

86

Pu-242

94242.60c

87

Pu-243

94243.60c

88

Pu-244

94244.60c

89

Am-241

95241.60c

90

Am-242

95242.50c

91

Am-243

95243.60c

Komposisi Kandungan Nuklida dalam Bahan Bakar • Setiap elemen bakar, pada awal kurun operasi, dianggap hanya mengandung nuklida U-235, U-238, Zr, Er dan H; • Massa U-235 di dalam setiap elemen bakar dianggap sesuai seperti yang tertera di dalam dokumen pembukuan bahan nuklir; • Dalam setiap elemen bakar yang pernah dipakai, massa U-238, Zr, Er dan H dianggap sama seperti yang terkandung di dalam elemen bakar segar.

Penentuan Selang Waktu Dan Daya Reaktor Dalam Perhitungan Burnup D a y a

P2 P1 Pn P4

P3

T0

T1

T2

T3T4

T5

Tn-1

T6

Tn

Waktu

∑ P * (T −T ) P= T n

D a y a

i =1

P

i

i

i −1

op

T T0

Top

Waktu

sh

Tsh

T

op

=

n

∑T − T i =1

i

= T n − T 0 − T op

Tn

i −1

Alur Perhitungan

Berat awal U-ZrH- Er semua elemen bakar, Konfigurasi Teras

FreshPCH Data kandungan nuklida dalam elemen bakar

ORIGEN

PchExcel Arsip basis data PCH Model Geometri dan Bahan Teras

PchMCNP

Model Geometri dan Bahan Teras

Data Waktu Operasi, Daya Rata-rata dan Waktu Padam Reaktor

Data daya dan fluks

BuildORI

TrigaMCNP

MCNP

Distribusi daya dan fluks dalam elemen bakar

Extract

HASIL dan PEMBAHASAN 1. Data operasi reaktor selama reaktor kurun waktu operasi 5 tahun Energi Total Yang Dibangkitkan (MWd)

Waktu Operasi Total, Top (hari)

Waktu Padam Total, Tsh (hari)

Daya Rerata, P (kW)

215,98

139,21

1623,69

1551,406

2. Burnup

No.

Elemen/Isotop

Maksimum burnup dalam satu elemen bakar Burnup (g)

Burnup (%)

1

U-235 di posisi B-4

4,329

10,496

2

U-235 total di teras

263,026

6,130

3

H

-1,94636E-03

-5,43707E-03

4

Zr

-4,66452E-01

-2,32079E-02

5

Er

1,13698E-01

1,72443E+00

6

U-238

9,92694E-02

4,41276E-02

2. Burnup (lanjutan..) Distribusi persen burnup U-235 dalam elemen bakar

12

8 6 4 2

Posisi Elemen Bakar Dalam Teras

G-28

G-20

G-11

F-29

F-23

F-17

F-11

F-05

E-22

E-16

E-09

E-02

D-14

D-08

D-02

C-08

C-02

0 B-01

Burnup (%)

10

3. Reaktivitas teras Awal Kurun Operasi Faktor multiplikasi

Reaktivitas ($)

1,07946 +/- 0,00031

Reactivity Loss = $ 2,45.

10,08

Akhir Kurun Operasi Faktor multiplikasi 1,05896 +/- 0,00030

Reaktivitas ($) 7,63

4. Distribusi daya total dalam elemen bakar 35

Awal Kurun Operasi Akhir Kurun Operasi

30

20 15 10

Posisi Elemen Bakar dalam Teras

E-24

E-22

E-20

E-18

E-16

E-14

E-12

E-10

E-8

E-6

E-4

E-2

D-18

D-16

D-14

D-12

D-10

D-8

D-6

D-4

D-2

C-12

C-10

C-8

C-6

C-4

C-2

B-6

B-4

0

B-2

5

A-1

Daya (kW)

25

4. Distribusi daya total dalam elemen bakar (lanjutan..) 35 30

Awal Kurun Operasi Akhir Kurun Operasi

Daya (kW)

25 20 15 10 5 0 Posisi Elemen Bakar dalam Teras

5. Distribusi rapat daya dalam elemen bakar terpanas

Posisi D-10

1.20E-01

1.20E-01

1.00E-01

1.00E-01

Rapat Daya (kW/cm3)

Rapat Daya (kW/cm3)

Posisi B-1

8.00E-02 6.00E-02

Awal Kurun Operasi

4.00E-02

Akhir Kurun Operasi

2.00E-02 0.00E+00

8.00E-02 6.00E-02

Awal Kurun Operasi

4.00E-02

Akhir Kurun Operasi

2.00E-02 0.00E+00

0

5

10

15

20

25

30

Ketinggian Elemen Bakar (cm)

35

40

0

5

10

15

20

25

30

Ketinggian Elemen Bakar (cm)

35

40

6. Distribusi rapat daya maksimum dan faktor puncak daya aksial 2.00E-01

1.45E+00

1.80E-01

Awal kurun Operasi

1.40E+00

Rapat daya maximum

1.40E-01

1.30E+00

1.20E-01

1.25E+00

1.00E-01

1.20E+00

8.00E-02

1.15E+00

6.00E-02

1.10E+00

4.00E-02

1.05E+00

2.00E-02

Faktor Puncak Daya Aksial

1.35E+00

1.00E+00 C-4

C-12

D-8

D-16

E-6

E-16

F-1

F-9

F-17

F-25

G-5

G-20

G-33

Posisi Elemen Bakar

2.00E-01

1.45E+00

1.80E-01

1.40E+00

Rapat daya maksimum Faktor puncak daya aksial

Akhir kurun Operasi

1.60E-01

1.35E+00

1.40E-01

1.30E+00

1.20E-01

1.25E+00

1.00E-01

1.20E+00

8.00E-02

1.15E+00

6.00E-02

1.10E+00

4.00E-02

1.05E+00

2.00E-02

1.00E+00 B-1

C-4

C-12

D-8

D-16

E-6

E-16

F-1

Posisi Elemen Bakar

F-9

F-17

F-25

G-5

G-20

G-33

Faktor Puncak Daya

B-1

Rapat Daya (kW/cm3)

Rapat Daya (kW/cm3)

Faktor puncak daya aksial 1.60E-01

7. Harga parameter yang terkait erat dengan termohidrolik

No.

• •

Parameter

Awal kurun operasi

Akhir kurun operasi

Nilai

Posisi

Nilai

Posisi

1

Faktor puncak daya radial maksimum

1,763

B-1

1,753

D-10

2

Faktor puncak daya aksial maksimum

1,405

D-2

1,396

D-2

3

Faktor puncak daya aksial di elemen bakar terpanas

1,280

B-1

1,322

D-10

4

Faktor puncak daya total di elemen bakar terpanas (= No. 1 * No. 3)

2,257

B-1

2,316

D-10

5

Fluks panas maksimum di teras (W/cm2)

101,114

C-4

100,121

D-10

6

Fluks panas maksimum di elemen bakar terpanas (W/cm2)

97,554

B-1

100,121

D-10

Semua parameter > dari yang tercantum di LAK; Pada akhir kurun operasi, di elemen bakar terpanas, terdapat perbedaan sekitar 5,3 % harga perkalian antara (4) dan (6).

KESIMPULAN •

Setelah beroperasi selama 5 tahun, beberapa parameter neutronik reaktor TRIGA 2000 Bandung tidak menampakkan perubahan signifikan, baik pada distribusi daya, fluks neutron, faktor puncak daya aksial maupun faktor puncak daya elemen bakar;

•

Walaupun daya total maksimum dalam elemen bakar menurun dari 33,251 menjadi 33,048 kW, rapat daya maksimum mengecil dari 1,144e-1 menjadi 1,133e-1 kW/cm3, faktor puncak daya aksial maksimum berubah dari 1,405 menjadi 1,396, akan tetapi harga dari perkalian faktor puncak daya total dan fluks panas maksimum di elemen bakar terpanas membesar sekitar 5,3 %, yang menyebabkan kinerja (termohidrolik) reaktor TRIGA 2000 Bandung semakin memburuk saat ini;

•

Selama 5 tahun beroperasi, teras TRIGA 2000 Bandung membakar 263,026 gram U-235 atau 6,13 % dari jumlah semula serta kehilangan reaktivitas sebesar $ 2,46.

SARAN •

Perlu dilakukan kajian neutronik yang lebih mendalam, termasuk penggunaan pustaka nuklir untuk suhu yang sesuai dengan keadaan teras sebenarnya;

•

Perlu dilakukan kajian termohidrolik yang lebih mendalam, karena semua harga faktor puncak daya ternyata lebih besar dari yang diprediksi di dalam LAK;

•

Agar reaktor TRIGA 2000 dapat kembali dioperasikan dengan aman dan stabil pada daya 2000 kW, antara lain perlu dilakukan tindakan berikut: pengaturan kembali (reshuffling) posisi elemen bakar dalam teras, serta penutupan posisi teras yang kosong dengan dummy grafit atau elemen bakar.