RIZKI BUDI RAHAYU M0213082
EVALUASI TINGKAT KESELAMATAN HIGH TEMPERATURE
REACTOR 10 MW DITINJAU DARI NILAI SHUTDOWN MARGIN
Rizki Budi Rahayu1, Riyatun1, Azizul Khakim2
Prodi Fisika, FMIPA, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
2
Bidang PRND, PPSTPIBN, Badan Pengawas Tenaga Nuklir, Jakarta
e-mail: rizkibudirahayu007@gmail.com
1
ABSTRAK
Telah dilakukan simulasi HTR-10 dengan metode berbasis Monte Carlo
menggunakan perangkat lunak kode MVP. Tujuan simulasi ini untuk menentukan
nilai shutdown margin dari variasi batang kendali serta melakukan kajian status
keamanan HTR-10 jika ditinjau dari nilai shutdown marginnya. HTR-10
merupakan jenis reaktor yang berbahan bakar pebble dengan lapisan TRISO.
Bahan bakar HTR-10 adalah uranium oksida (UO2). Pengayaan 235U di dalam
UO2 sebesar 17%. Moderator dan reflektor bermaterial grafit. Pendingin HTR-10
bermaterial gas helium. Batang kendali HTR-10 bermaterial boron karbida dengan
tinggi 258,764 cm dan berdiameter 13 cm. Simulasi dilakukan menggunakan
variasi batang kendali dengan posisi fully up dan fully down untuk dikaji nilai
nya. Dari nilai
kemudian dapat dihitung nilai reaktivitas dan shutdown
margin. Hasil penelitian menunjukkan nilai SDM sebesar 4,24 % ∆k/k.
Kata kunci : HTR-10, kode MVP, reaktivitas, shutdown margin
ABSTRACT
Neutronic simulation of HTR-10 has been performed with Monte Carlo based
method of MVP Code. The purpose of this simulation is to determine the shutdown
margin value from control rod variation and to assess about safety state of HTR10 if in term of shutdown margin value. HTR-10 is fueled with pebble with TRISO
layer. Pebble bed of HTR-10 is a Uranium oxide (UO 2). Enrichment of 235U in
the UO2 fuel is 17%. Graphit isi a material of Moderator and reflector. Helium
gas is a material coolant of HTR-10. Control rod HTR-10 have a Boron Carbide
material, control rod height is 258.764 cm dan diameter is 13 cm. simulation are
performed using fully up and fully down control rod variation to assess
value. From
value, and then can be calculation of reactivity and
shutdown margin value. From the result can be observed that SDM value about
4.24 % ∆k/k.
Keyword : HTR-10, MVP Code, reactivity, shutdown margin
1
2
PENDAHULUAN
(INET),
Technology
Meningkatnya
permintaan
University,
China.
Tsinghua
Suhu
rerata
akan energi yang bersih dan efisien
helium inlet dan outlet adalah 250oC
di dunia sangat tinggi. Implementasi
dan 700oC. HTR – 10 mempunyai
teknologi baru yang dapat digunakan
diameter teras 1,8 m dan ketinggian
adalah pembangkit listrik tenaga
rata-rata teras adalah 1,97 m yang
nuklir (PLTN). Salah satu tujuan
berisi
penerapan PLTN untuk mengurangi
Bahan bakar HTR-10 berbentuk
pengoperasian
pemeliharaan
pebble yang di dalamnya berisi
mengimbangi
lapisan TRISO.
guna
dan
membantu
dunia[2].
ekonomi
Untuk
sekitar
dapat
pebbles[5].
27.000
Salah satu komponen utama
mencapai salah satu tujuan tersebut
HTR-10
adalah dengan memanfaatkan energi
Batang
dari reaktor nuklir. Salah satu jenis
mengendalikan reaksi fisi di dalam
reaktor yang dapat dimanfaatkan
reaktor. HTR-10 mempunyai 10
energinya adalah High Temperature
batang kendali, dimana masing-
(HTR).
adalah
kendali
batang
berfungsi
kendali.
untuk
HTR
masing batang kendali terdiri dari
diklasifikasikan oleh International
lima segmen cincin B4C (Boron
Reactor
Atomic
Energy
Agency
(IAEA)
carbide). Batang kendali terletak
sebagai
reaktor
generasi
ke-IV.
diantara bagian sisi dalam dan luar
Reaktor Gen IV ini tidak hanya
stainless
memiliki keselamatan pasif tetapi
diameter bagian dalam dan luar
juga
cincin adalah 6 cm dan 10,5 cm [3].
mempunyai
keselamatan
inheren[1].
steel
reflektor.
Ukuran
HTR-10 didesain dengan tingkat
High Temperature Reactor
keselamatan yang tinggi.
reaktor
Ketika dalam kondisi darurat,
berpendingin gas helium. Salah satu
reaktor harus dipadamkan dengan
jenis HTR adalah HTR-10 yang
cara menjatuhkan batang kendali ke
dioperasikan dengan daya 10 MW.
dalam teras. Untuk mengetahui jarak
Pengoperasian HTR – 10 pertama
dari
kali di Intitute of Nuclear Energy
subkritis sebagai batas ketika batang
(HTR)
merupakan
jenis
kondisi
kritis
ke
kondisi
3
kendali dijatuhkan, maka diperlukan
METODE PENELITIAN
nilai shutdown margin. Shutdown
Metode
margin (SDM) dapat didefinisikan
penelitian ini adalah metode simulasi
sebagai
pengurangan
HTR-10
reaktivitas
total
antara
batang
kendali
kode
yang
digunakan
menggunakan
MVP.
Parameter
pada
software
HTR-10
dengan reaktivitas lebih. Nilai SDM
mengacu pada penelitian Terry et al.
akan
(2006) seperti yang ditunjukkan pada
bervariasi
untuk
tiap-tiap
reaktor. Nilai batas minimum SDM
tabel 1.
reaktor riset sekitar 0,5 %
Tabel 1. Parameter HTR-10
.
Nilai SDM yang diperoleh dari
penelitian ini, harus lebih besar sama
dengan nilai minimum desain yang
yang ditetapkan (SDM
[6]
.
Penentuan
0,5 %
nilai
SDM
dilakukan saat posisi batang kendali
fully up dan fully down.
Dalam pengkajian neutronik,
pemanfaatan
simulasi
komputer
mutlak diperlukan. Tersedia cukup
banyak kode neutronik, diantaranya
kode MCNP, kode MORSE, kode
MVP, dan sebagainya. Kode MVP
merupakan metode berbasis Monte
Carlo, yang didasarkan pada model
energi
kontinu.
Kode
MVP
dikembangkan oleh Japan Atomic
Energy Research
Institute,
yang
dapat digunakan untuk menganalisis
gerakan suatu partikel, baik neutron,
foton, dan lain-lain[4].
Tahap
pertama
adalah
pembuatan geometri reaktor dan
input material penyusun HTR-10.
Geometri HTR-10 berbentuk silinder
yang terdiri dari beberapa komponen,
diantaranya reflektor. top cavity,
teras reaktor, pendingin, dummy
moderator,
batang
kendali
dan
carbon bricks. Geometri HTR-10
untuk batang kendali fully down dan
fully
up
dapat
ditampilkan
4
menggunakan CGVIEW seperti yang
terlihat pada Gambar 1 dan 2.
(a)
(a)
(b)
Gambar 2. Geometri HTR-10 dengan
posisi batang kendali fully up,
(a) Bidang XZ (b) Bidang XY
Berdasarkan
Gambar
1,
(b)
nomor (1) merupakan lapisan boron
Gambar 1. Geometri HTR-10 dengan
karbida (B4C) yang mengelilingi
posisi batang kendali fully down,
reflektor, nomor (2) adalah reflektor,
(a) Bidang XZ (b) Bidang XY
nomor (3) adalah top cavity, nomor
(4) adalah teras berisi pebble bahan
bakar, nomor (5) adalah batang
kendali, nomor (6) adalah pendingin
gas helium, nomor 7 adalah dummy
moderator, nomor (8) adalah carbon
5
bricks, nomor (9) adalah void, dan
Posisi
nomor (10 a, b, c) adalah iradiator.
Kendali
Tahap
running
selanjutnya
adalah
program. Hasil running
menunjukkan nilai
Batang
Fully down
0,950984
Fully up
1,060020
saat batang
Kemampuan
suatu
reaktor
kendali fully up dan fully down. Dari
untuk menuju sistem pemadaman
nilai
dapat diketahui melalui parameter
yang diperoleh, dapat
dilakukan
perhitungan
nilai
reaktivitas dan perhitungan SDM.
SDM. Nilai SDM dari batang kendali
fully up dan fully down diperoleh
nilai sebesar 4,24 % ∆k/k. Nilai yang
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
simulasi
running
dengan variasi batang kendali fully
diperoleh
dari
melebihi
batas
hasil
kalkulasi
minimum
yang
ditetapkan.
up dan fully down adalah nilai
yang ditampilkan pada tabel 2. Tabel
2 terlihat bahwa
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang
saat batang
kendali fully down berada pada
telah
dilakukan,
kondisi subkritis yang mana kondisi
disimpulkan
bahwa
maka
dari
dapat
nilai
sistem
yang telah diperoleh, maka hasil
Sedangkan,
kalkulasi nilai SDM HTR-10 dari
ketika posisi batang kendali fully up,
variasi batang kendali fully up dan
kondisi reaktor adalah superkritis
fully down sebesar 4,24 % ∆k/k.
sehingga
Status
tersebut
menuju
pemadaman
ke
reaktor.
reaktivitasnya
bernilai
keamanan
HTR-10
jika
positif. Agar reaktor berada pada
ditinjau dari nilai shutdown margin,
kondisi kritis dan dapat melakukan
dapat dikatakan aman untuk sistem
reaksi fisi, maka perlu dilakukan
pemadaman reaktor. Hal tersebut
penambahan
dikarenakan
material,
misalnya
nilai
SDM
yang
penambahan material di dalam teras.
diperoleh melebihi batas minimum
Tabel 2.
nilai SDM yang ditetapkan. Akan
batang kendali fully
down dan fully up
tetapi dari segi sistem shutdown
reaktornya, belum dapat dikatakan
6
aman
jika
pemadaman
kondisi
reaktor
darurat.
dikarenakan
salah
menuju
satu
saat
Hal
hanya
dari
sistem
terjadi
tersebut
menggunakan
tiga
Physics of Fuel Cycles and
Advanced Nuclear
systems,
April, 25-29, 2004.
sistem
pemadaman reaktor yaitu batang
kendali.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abdullah, A. G., & Su’ud, Z.,
Analisis kecelakaan reaktor
akibat
kegagalan
sistem
pembuangan panas pada reaktor
nuklir generasi IV, Jurnal
Pendidikan Fisika Indonesia , 8,
106-114, 2012.
[2] Hugo, J. V., & Gertman, D. I., A
method to select human –
system interfaces for Nuclear
power plant,. Journal Nuclear
Engineering and technology, 48,
87-97, 2015.
[3] IAEA, The high temperature gas
cooled reactor test module core
physics
benchmarks, IAEA
Publication, 2003.
[4] JAERI, MVP/GMVP II : General
purpose monte carlo codes for
neutron and photon transport
calculations
based
on
continuous
energy
and
multigroup methods, Tokyo:
Japan Atomic Energy Research
Institute, 2005.
[5] Nagaya, Y., Okumura, k., Mori,
T., & Nakazato, W., Analysis of
the HTR-10 initial core with a
Monte Carlo code MVP, Journal
[6] Sutondo, T., & Yulianti, N.,
Analisis batas reaktivitas sampel
eksperimen pada reaktor kartini.
Prosiding PPI – PDIPTN Pustek
Akselerator dan Proses Bahan,
Juli, 380-385, 2006.
REACTOR 10 MW DITINJAU DARI NILAI SHUTDOWN MARGIN
Rizki Budi Rahayu1, Riyatun1, Azizul Khakim2
Prodi Fisika, FMIPA, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
2
Bidang PRND, PPSTPIBN, Badan Pengawas Tenaga Nuklir, Jakarta
e-mail: rizkibudirahayu007@gmail.com
1
ABSTRAK
Telah dilakukan simulasi HTR-10 dengan metode berbasis Monte Carlo
menggunakan perangkat lunak kode MVP. Tujuan simulasi ini untuk menentukan
nilai shutdown margin dari variasi batang kendali serta melakukan kajian status
keamanan HTR-10 jika ditinjau dari nilai shutdown marginnya. HTR-10
merupakan jenis reaktor yang berbahan bakar pebble dengan lapisan TRISO.
Bahan bakar HTR-10 adalah uranium oksida (UO2). Pengayaan 235U di dalam
UO2 sebesar 17%. Moderator dan reflektor bermaterial grafit. Pendingin HTR-10
bermaterial gas helium. Batang kendali HTR-10 bermaterial boron karbida dengan
tinggi 258,764 cm dan berdiameter 13 cm. Simulasi dilakukan menggunakan
variasi batang kendali dengan posisi fully up dan fully down untuk dikaji nilai
nya. Dari nilai
kemudian dapat dihitung nilai reaktivitas dan shutdown
margin. Hasil penelitian menunjukkan nilai SDM sebesar 4,24 % ∆k/k.
Kata kunci : HTR-10, kode MVP, reaktivitas, shutdown margin
ABSTRACT
Neutronic simulation of HTR-10 has been performed with Monte Carlo based
method of MVP Code. The purpose of this simulation is to determine the shutdown
margin value from control rod variation and to assess about safety state of HTR10 if in term of shutdown margin value. HTR-10 is fueled with pebble with TRISO
layer. Pebble bed of HTR-10 is a Uranium oxide (UO 2). Enrichment of 235U in
the UO2 fuel is 17%. Graphit isi a material of Moderator and reflector. Helium
gas is a material coolant of HTR-10. Control rod HTR-10 have a Boron Carbide
material, control rod height is 258.764 cm dan diameter is 13 cm. simulation are
performed using fully up and fully down control rod variation to assess
value. From
value, and then can be calculation of reactivity and
shutdown margin value. From the result can be observed that SDM value about
4.24 % ∆k/k.
Keyword : HTR-10, MVP Code, reactivity, shutdown margin
1
2
PENDAHULUAN
(INET),
Technology
Meningkatnya
permintaan
University,
China.
Tsinghua
Suhu
rerata
akan energi yang bersih dan efisien
helium inlet dan outlet adalah 250oC
di dunia sangat tinggi. Implementasi
dan 700oC. HTR – 10 mempunyai
teknologi baru yang dapat digunakan
diameter teras 1,8 m dan ketinggian
adalah pembangkit listrik tenaga
rata-rata teras adalah 1,97 m yang
nuklir (PLTN). Salah satu tujuan
berisi
penerapan PLTN untuk mengurangi
Bahan bakar HTR-10 berbentuk
pengoperasian
pemeliharaan
pebble yang di dalamnya berisi
mengimbangi
lapisan TRISO.
guna
dan
membantu
dunia[2].
ekonomi
Untuk
sekitar
dapat
pebbles[5].
27.000
Salah satu komponen utama
mencapai salah satu tujuan tersebut
HTR-10
adalah dengan memanfaatkan energi
Batang
dari reaktor nuklir. Salah satu jenis
mengendalikan reaksi fisi di dalam
reaktor yang dapat dimanfaatkan
reaktor. HTR-10 mempunyai 10
energinya adalah High Temperature
batang kendali, dimana masing-
(HTR).
adalah
kendali
batang
berfungsi
kendali.
untuk
HTR
masing batang kendali terdiri dari
diklasifikasikan oleh International
lima segmen cincin B4C (Boron
Reactor
Atomic
Energy
Agency
(IAEA)
carbide). Batang kendali terletak
sebagai
reaktor
generasi
ke-IV.
diantara bagian sisi dalam dan luar
Reaktor Gen IV ini tidak hanya
stainless
memiliki keselamatan pasif tetapi
diameter bagian dalam dan luar
juga
cincin adalah 6 cm dan 10,5 cm [3].
mempunyai
keselamatan
inheren[1].
steel
reflektor.
Ukuran
HTR-10 didesain dengan tingkat
High Temperature Reactor
keselamatan yang tinggi.
reaktor
Ketika dalam kondisi darurat,
berpendingin gas helium. Salah satu
reaktor harus dipadamkan dengan
jenis HTR adalah HTR-10 yang
cara menjatuhkan batang kendali ke
dioperasikan dengan daya 10 MW.
dalam teras. Untuk mengetahui jarak
Pengoperasian HTR – 10 pertama
dari
kali di Intitute of Nuclear Energy
subkritis sebagai batas ketika batang
(HTR)
merupakan
jenis
kondisi
kritis
ke
kondisi
3
kendali dijatuhkan, maka diperlukan
METODE PENELITIAN
nilai shutdown margin. Shutdown
Metode
margin (SDM) dapat didefinisikan
penelitian ini adalah metode simulasi
sebagai
pengurangan
HTR-10
reaktivitas
total
antara
batang
kendali
kode
yang
digunakan
menggunakan
MVP.
Parameter
pada
software
HTR-10
dengan reaktivitas lebih. Nilai SDM
mengacu pada penelitian Terry et al.
akan
(2006) seperti yang ditunjukkan pada
bervariasi
untuk
tiap-tiap
reaktor. Nilai batas minimum SDM
tabel 1.
reaktor riset sekitar 0,5 %
Tabel 1. Parameter HTR-10
.
Nilai SDM yang diperoleh dari
penelitian ini, harus lebih besar sama
dengan nilai minimum desain yang
yang ditetapkan (SDM
[6]
.
Penentuan
0,5 %
nilai
SDM
dilakukan saat posisi batang kendali
fully up dan fully down.
Dalam pengkajian neutronik,
pemanfaatan
simulasi
komputer
mutlak diperlukan. Tersedia cukup
banyak kode neutronik, diantaranya
kode MCNP, kode MORSE, kode
MVP, dan sebagainya. Kode MVP
merupakan metode berbasis Monte
Carlo, yang didasarkan pada model
energi
kontinu.
Kode
MVP
dikembangkan oleh Japan Atomic
Energy Research
Institute,
yang
dapat digunakan untuk menganalisis
gerakan suatu partikel, baik neutron,
foton, dan lain-lain[4].
Tahap
pertama
adalah
pembuatan geometri reaktor dan
input material penyusun HTR-10.
Geometri HTR-10 berbentuk silinder
yang terdiri dari beberapa komponen,
diantaranya reflektor. top cavity,
teras reaktor, pendingin, dummy
moderator,
batang
kendali
dan
carbon bricks. Geometri HTR-10
untuk batang kendali fully down dan
fully
up
dapat
ditampilkan
4
menggunakan CGVIEW seperti yang
terlihat pada Gambar 1 dan 2.
(a)
(a)
(b)
Gambar 2. Geometri HTR-10 dengan
posisi batang kendali fully up,
(a) Bidang XZ (b) Bidang XY
Berdasarkan
Gambar
1,
(b)
nomor (1) merupakan lapisan boron
Gambar 1. Geometri HTR-10 dengan
karbida (B4C) yang mengelilingi
posisi batang kendali fully down,
reflektor, nomor (2) adalah reflektor,
(a) Bidang XZ (b) Bidang XY
nomor (3) adalah top cavity, nomor
(4) adalah teras berisi pebble bahan
bakar, nomor (5) adalah batang
kendali, nomor (6) adalah pendingin
gas helium, nomor 7 adalah dummy
moderator, nomor (8) adalah carbon
5
bricks, nomor (9) adalah void, dan
Posisi
nomor (10 a, b, c) adalah iradiator.
Kendali
Tahap
running
selanjutnya
adalah
program. Hasil running
menunjukkan nilai
Batang
Fully down
0,950984
Fully up
1,060020
saat batang
Kemampuan
suatu
reaktor
kendali fully up dan fully down. Dari
untuk menuju sistem pemadaman
nilai
dapat diketahui melalui parameter
yang diperoleh, dapat
dilakukan
perhitungan
nilai
reaktivitas dan perhitungan SDM.
SDM. Nilai SDM dari batang kendali
fully up dan fully down diperoleh
nilai sebesar 4,24 % ∆k/k. Nilai yang
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
simulasi
running
dengan variasi batang kendali fully
diperoleh
dari
melebihi
batas
hasil
kalkulasi
minimum
yang
ditetapkan.
up dan fully down adalah nilai
yang ditampilkan pada tabel 2. Tabel
2 terlihat bahwa
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang
saat batang
kendali fully down berada pada
telah
dilakukan,
kondisi subkritis yang mana kondisi
disimpulkan
bahwa
maka
dari
dapat
nilai
sistem
yang telah diperoleh, maka hasil
Sedangkan,
kalkulasi nilai SDM HTR-10 dari
ketika posisi batang kendali fully up,
variasi batang kendali fully up dan
kondisi reaktor adalah superkritis
fully down sebesar 4,24 % ∆k/k.
sehingga
Status
tersebut
menuju
pemadaman
ke
reaktor.
reaktivitasnya
bernilai
keamanan
HTR-10
jika
positif. Agar reaktor berada pada
ditinjau dari nilai shutdown margin,
kondisi kritis dan dapat melakukan
dapat dikatakan aman untuk sistem
reaksi fisi, maka perlu dilakukan
pemadaman reaktor. Hal tersebut
penambahan
dikarenakan
material,
misalnya
nilai
SDM
yang
penambahan material di dalam teras.
diperoleh melebihi batas minimum
Tabel 2.
nilai SDM yang ditetapkan. Akan
batang kendali fully
down dan fully up
tetapi dari segi sistem shutdown
reaktornya, belum dapat dikatakan
6
aman
jika
pemadaman
kondisi
reaktor
darurat.
dikarenakan
salah
menuju
satu
saat
Hal
hanya
dari
sistem
terjadi
tersebut
menggunakan
tiga
Physics of Fuel Cycles and
Advanced Nuclear
systems,
April, 25-29, 2004.
sistem
pemadaman reaktor yaitu batang
kendali.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abdullah, A. G., & Su’ud, Z.,
Analisis kecelakaan reaktor
akibat
kegagalan
sistem
pembuangan panas pada reaktor
nuklir generasi IV, Jurnal
Pendidikan Fisika Indonesia , 8,
106-114, 2012.
[2] Hugo, J. V., & Gertman, D. I., A
method to select human –
system interfaces for Nuclear
power plant,. Journal Nuclear
Engineering and technology, 48,
87-97, 2015.
[3] IAEA, The high temperature gas
cooled reactor test module core
physics
benchmarks, IAEA
Publication, 2003.
[4] JAERI, MVP/GMVP II : General
purpose monte carlo codes for
neutron and photon transport
calculations
based
on
continuous
energy
and
multigroup methods, Tokyo:
Japan Atomic Energy Research
Institute, 2005.
[5] Nagaya, Y., Okumura, k., Mori,
T., & Nakazato, W., Analysis of
the HTR-10 initial core with a
Monte Carlo code MVP, Journal
[6] Sutondo, T., & Yulianti, N.,
Analisis batas reaktivitas sampel
eksperimen pada reaktor kartini.
Prosiding PPI – PDIPTN Pustek
Akselerator dan Proses Bahan,
Juli, 380-385, 2006.