VERIFIKASI RANCANGAN REAKTOR MAJU ANALISIS UNJUK KERJA KISI BAHAN BAKAR - e-Repository BATAN
Verifikasl Rancangan Reaktor Maju
Htlman Ram/i, As Natio Lasman
VERIFIKASI RANCANGAN REAKTOR MAJU
ANALISIS UNJUK KERJA KISI BAHAN BAKAR
Hilman
Pusat
Ramli, As Natio Lasman
Reaktor
Serba
Guna
-BA TAN
ABSTRACT
DESIGN
VERIFICATION
OF ADVANCED
REACTOR.
FUEL
LATTICE
PERFORMANCE
ANALYSIS.
The neutronics analysis of fuel performance
of the advanced reactor, has been
succesfully done with the computer simulation. In this case, the AP600 reactor, one of a few
advanced reactor types, was chosen. as an object. The analysis was limited on the fuel lattice
characteristics to get connections between the infinity multiplication factor and the atomic ratio of
moderator to fuel, and also to determine the characteristic of the moderator temperature coefficients.
The simulations were done with using of WIMS-D4 code and assummed that core is regularly
arranged by homogeneous cell units within cold, clean, unborated conditions only. The results
showed that AP600's fuel lattice has undermoderated behavior and the moderator temperature
coefficients are negative and agreed in safety aspects of nuclear reactor operations.
ABSTRAK
VERIFIKASI RANCANGAN REAKTOR MAJU. ANALISIS UNJUK KERJA KISI BAHAN BAKAR.
Telah dilakukan analisis neutronik dengan simulasi komputer terhadap unjuk kerja bahan bakar
reaktor maju. Dalam kasus ini, dipilih reaktor AP600 sebagai obyek. Analisis dibatasi pada tinjauan
karakteristik parameter kisi bahan bakar untuk mendapatkan hubungan di antara faktor perlipatan
tak-hingga dengan nisbah atom moderator terhadap atom bahan bakar, dan juga untuk menentukan
karakteristik koefisien reaktivitas suhu moderator. Simulasi dilakukan dengan menggunakan program
WIMS-D4 dan teras reaktor dianggap tersusun dari satuan-satuan sel bahan bakar yang tercampur
serba-sama pada keadaan reaktor dibatasi hanya pada keadaan ding in, tanpa xenon, dan tanpa
boron terlarut dalam air. Dari hasil anal isis, diperoleh bahwa kisi bahan bakar AP600 bersifat
undermoderated, dengan koefisien reaktivitas suhu moderator berharga negatif. Dapat disimpulkan
bahwa rancangan bahan bakar AP600 memenuhi aspek keselamatan operasi reaktor nuklir.
AP600
PENDAHULUAN
Sejak lebih dari satu dasawarsa
lalu, BAT AN telah merencanakan
pembangkit
pertama
dari
listrik tenaga
di Indonesia.
sisi
ekonomi
terhadap tipe-tipe
pembangunan
nuklir
Kajian
yang
(PL TN) yang
dilakukan,
maupun
baik
keselamatan,
PL TN yang sudah beroperasi
di dunia atau yang ditawarkan
oleh pemasok.
Untuk itu, studi kelayakan dan studi tapak untuk
lokasi PL TN dikerjakan.
Berangkat
sebagai
usaha
dari
lebih
rencana
lanjut
BATAN
dari
kegiatan tersebut di atas, penelitian
dari sisi teknik perancangan
PL TN
tertentu
itulah, penelitian
perlu
dan
kegiatandan kajian
(design) untuk tipe
dilakukan.
ini dilakukan,
Atas
dasar
dengan reaktor
dipilih
sebagai
pengkajiannya
Penelitian
bahan
dan
rancangan
suatu reaktor
sejak
dari
unjuk
unjuk
kerja reaktor
pengkajian
meliputi
kerja
bahan
keseluruhan
sasaran, yaitu menganalisis
keselamatan
bayaknya
penelitian
reaktor
dan
kriteria
banyak
bakar
hal,
sampai
dengan
satu
dan menilai tingkat
yang
ditinjau.
Kar,ena
kriteria yang perlu diteliti dan dikaji,
maka pada umumnya penelitian perlu dilakukan
secara bertahap
Menurut
perancangan
umumnya
H.W.
suatu
diawali
bakarnya
Graves,
reaktor
dari
Tahapan
nuklir
bahan
pertama
dalam
bahan
normal
dari kajian terhadap
TKRD-13
Hal 13-1 dari13-11
pada
perancangan
perancangan
terdiri
Jr.[1],
bakar
reaktor
secara
hubungan
Prosiding Seminar ke-3 Teknologi den Keselamatan PLTN serle Fasilitas Nuk1lr
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
antara karakteristik
unjuk kerja reaktor dengan
parameter-parameter
pemilihan
kisi
terhadap
parameter
kisi
rencangan
bahan
kombinasi
yang
yang terbaik.
rancangan
operasi
akan
tersebut,
dapat
kisi bahan
dipahami
bahan
bakar
konsep
maka penelitian
ini dilakukan
dengan
pacta unjuk
kerja
sistem
bahan
moderator
Dari
segi
pembawa
untuk
sebagai
dan
sebagai
bahan
neutron.
moderator,
perlu
diketahui harga nisbah atom hidrogen terhadap
atom bahan bakar (atom 235u
merupakan
fungsi
kerapatan
+ 238U) yang
air,
kerapatan
bahan bakar dan geometri kisi.
R~
yang dianalisis
kisi
panas
perlambatan
dan
Berdasarkan
pokok permasalahan
dalam
kriteria
tersebut.
membatasi
hanya
unjuk kerja reaktor
rancangan
manajemen
reaktor
kriteria
Dengan menganalisis
dan parameter-parameter
maka
dan
parameter-
memenuhi
interaksi antara karakteristik
bakar,
bakar,
bahan
bakar
AP600.
Analisis
unjuk kerja kisi bahan bakar
AP600
yang dilakukan,
cara
simulasi
mempergunakan
perhitungan
Dalam
sebagai
dengan
pada
komputer
dan
program
WIMS-D4
untuk
Deskripsi
tentang
yang dilakukan.
program WIMS-D4
dan [3].
dilaksanakan
dapat dilihat pada acuan [2]
perhitungan,
satuan-satuan
reaktor
sel
Gambar 1. Kurva k- versus NH/NU untuk dua
jenis pengkayaan.
Nisbah
didekati
bahan
bakar
bahan
bakar
atomik
moderator
mempengaruhi
terhadap
faktor
perlipatan
homogen yang terdiri dari daerah bahan bakar,
neutron dalam sistem. Tinjau persamaan
sela (gap), kelongsong.
perlipatan
moderator
dan daerah
TEORI
Bahan
disusun
bakar
di dalam
dalam
barisan
teras
reaktor
geometris
didihan (PWR atau BWR), barisan bahan bakar
dengan
dalam
Barisan
dari
batang
kelongsong
Zircaloy
air dan diatur
ini biasanya
(lattice) reaktor,
bahan
dalam
dinyatakan
di
Air
sebagai
kelongsong,
batang
bahan
di
Moderator
antara
serta
bakar
kisi.
dan Bahan Bakar
batang
berfungsi sebagai zalir (fluid) kerja
bahan
dengan
v L~
(2)
'1=
L:
):::F
f=~=
.~_-!-
I.
bakar
NF
aF
NM
a.
sehingga
(3)
M
F
k ~ = --:--.,-va,
NF
(4)
NM
kisi
bahan
pusat batang bahan bakar
antara
(1)
persegi.
batang
sebagai parameter-parameter
Nisbah Antara
silindris
diletakkan
barisan
dinyatakan
(pitch), bahan dan ketebalan
air
yang
dan diameter
bakar, jarak antara
volume
bakar
k..,=1].f
yang
teratur. Untuk reaktor air ringan bertekanan atau
ini terdiri
tak-berhingga[4]
untuk sistem
:
ekstra [1]. [3].
nuklir
neutron
faktor
Dengan
NMtNF
meningkat.
neutron
akan lebih banyak termoderasi
sehingga
neutron
energi
yang
bertambah.
lebih
Dengan neutron termal
banyak
bakar
mencapai
fisi
sehingga
Meskipun
yang
k-
demikian,
bahan
menjadi
lebih
besar.
harga NMtNF yang
traksi
moderator
TKRD-13
Hal 13-2 dari 13-11
meningkat.
dalam
diserap
Sehingga,
termal
terjadi
menyebabkan
oleh
traksi
neutron
termal
juga
dengan NMtNF bertambah
besar
yang
bertambah.
besar, k-
Venfikasl
Rancangan
Reaktor
MaJu
Hi/man Ram/i. As Nalio Lasman
meningkat
hingga
ke suatu
harga
mana neutron termal cenderung
dan
k-
kemudian
bertambahnya
NM/NF di
berkurang
serapan
Pengaruh
neutron
Perubahan
karena
termal
dalam
k- terhadap
Perubahan
perubahan
harga
harga
k-
nisbah
Untuk
terhadap
untuk
meninjau
bahan
bakar.
unjuk
parameter
bakar
grafik
harga
kisi
undermoderated
dan di kanan
adalah
bersifat
keselamatan
akan
reaktor,
mempunyai
negatif.
Oengan
meningkat
undermoderated
koefisien
daya
reaktivitas
reaktor
naik,
yang mengakibatkan
berkurang
bahan
reaktor
lebih
bakar
cepat
atau
pada aspek
suhu
air
kerapatan
air
daripada
struktur
suhu
kerapatan
sehingga
NH/Nu
berkurang.
Oengan pengurangan
NH/Nu, kakan berkurang,
suatu
konsekuensi
yang
diinginkan
dari titik dasar keselamatan
Sebaliknya
akan
untuk
reaktor
bertambah
bertambah,
kitan
dikehendaki
dalam
untuk
karena
lebih
rendah
akan
Hal
pembangini
keselamatan
itu,
bersifat
lebih
Nilai
peningkatan
239pu
NH/Nu
nisbah
banyak
Karena 239pu
ringan
undermoderated
memperbesar
besar
yang rendah
daripada
untuk
tingkat
harga
yang
konversi,
239pu
tingkat
peranan
rancangan
kompatibilitas
pengkayaan
penting,
baik
dalam
maupun
operasi
reaktor.
reaktor,
dengan
menjaga
mekanis
tingkat
pengkayaan
mendapatkan
daripada
terhadap
rancangan
bahan
bakar
untuk
unjuk kerja bahan bakar terbaik
'memainkan'
diameter
batang
reaktor
Oi
samping
reaktor,
itu,
tingkat
peranan
dalam
didapatkan
dalam
pengoperasian
pengkayaan
pengaturan
agihan
memegang
agihan
daya agar
yang relatif rata di semua
posisi teras.
METODE
DAN
BATASAN-BATASAN
PERHITUNGAN
Analisis
simulasi
ini dilakukan
komputer
perhitungan
dengan
menggunakan
konstanta
metode
program
group WIMS-D4.
Datadiambil
dari pustaka untuk reaktor AP600 (Iampiran
1)
[5]. Perhitungan yang dilakukan meliputi :
1. Penentuan model set kisi bahan bakar.
2. Perhitungan
k- dengan
volume
moderator
divariasikan.
3
akan
biaya susutan (depletion cost).
bahan
bakar ataupun jarak antara batang bahan bakar
[1].
yang
dapat menyebabkan
dalam
NH/Nu
internal teras reaktor, lebih mudah 'memainkan'
tidak
melekat
air
1
tinggi,
Konsekuensinya,
data yang digunakan dalam perhitungan
reaktor
ekonomis.
menyebabkan
menurunkan
reaktor.
moderator
safety) pada reaktor.
dirancang
fisi,
memperbesar
kriteria
Oi samping
dihasilkan.
suhu
lebih
k-
dalam operasi reaktor karena tidak
memenuhi
(inherently
dengan
sehingga
panas
operasi.
overmoderated,
lebih
Oalam perancangan
air
pada kondisi
operasi daya. Karena, didasarkan
akan
memainkan
kriteria
undermoderated
berkurang.
Perubahan
grafik
reaktor dengan moderator
yang
yang sarna.
dinyatakan sebagai overmoderated.
Seluruh
k-
sebagai
puncak
pada Gambar
pengkayaan
akan
pengkayaan
untuk nisbah
dinyatakan
bahan
lebih banyak sehingga sera pan relatif di dalam
bakar yang terletak di bagian
puncak
pengkayaan
besar dan bentuk kurva
NH/NU seperti
tingkat
moderator
yang digunakan
kerja
Kisi bahan
moderator/bahan
kiri
grafik
Bahan Bakar
kandungan isotop fisil dalam bahan bakar akan
moderator/bahan
bakar dapat dilihat pada Gambar 1. Grafik pada
1 merupakan
tingkat
bakar mempengaruhi
moderator.
Gambar
Tingkat Pengkayaan
menjadi jenuh
Perhitungan
k-
dengan
volume
petet
divariasikan
4. Perhitungan
k-
dengan
suhu
moderator
divariasikan
Penentuan
mendapatkan
TKRD-13
Hal 13-3 dari 13-11
model sel dilakukan
model sel yang akan dipakai
untuk
dan.
Prosldlng Seminar ke-3 Teknologi dan Keselamatan PL TN serta Fasilitas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
mudah
divariasikan
perhitungan
pada
selanjutnya.
perhitungan-
2. Model M-2:
daerah
Dalam perhitungan ini,
diasumsikan
ditinjau 3 model sel yang mungkin :
1. Model M-1:
daerah
ekstra
diasumsikan
dalam
tercampur
sel
hetero-
gen dan sel diperlakukan
dalam
sebagai
yang tercampur
ekstra
sel
gai pin-cell dalam WIMS-D4.
bahan
3. Model M-3
secara
homo-
gen dan sel diperlakukan
seba-
seba-
sel diperlakukan
sebagai cluster
dalam WIMS-D4.
gai pin-cell dalam WIMS-D4.
Pelet
M-1
-t
R1
~~==~tR2
Ek8t..
Mode,.lo,
R3
~t-
1
R4
R5
Ekatra
Ipetet
I Oep I Kelang8Ong I
_ratar",
~~~
I~I 2~f
M-2
R1
R2
~ f
~~I ~61 ~8
R3
R5
R7
Gambar 2.Model sel yang digunakan (model M-1 dan M-2)
Tabel1.
Data geometri dan komposisi bahan dalam sel (untuk penkayaan 3.0 % 235U)
Model M-1
Jari-jari
luar
o.
o. 475711
o.
o.743
R5
R6
R7
R8
Model M-1
Komposisi
Model M-2
(% berat)
o.410418
R1
R2
R3
R4
Model M-2
1. Pelet
235U
0.410
0.418
0.475
0.711
238U
0
0.712
0.731
0.736
0.743
-
2. Gap
He (asumsi)
2.64
85.35
11.83
2.64
85.35
11.83
100
100
100
100
100
100
60.02
39.98
100 (2 dan 4)
3. Kelongsong
Zircaloy-4
5. Moderator
H?O
6. Daerah ekstra
H2O
~oy-4
1~(jdan
Tabel 2. Hasil Perhitungan k- untuk model sel yang ditinjau.
Westinghouse
k-
1.394
I Deviasi*)
'Deviasi
(%)
=
I
Model M-1
Model M-2
1.396807
1.396894
0.201
kmode/-k_..i~e
..-*100%
TKRD-13
Hal 13-4 dari 13-11
0.208
Model M-3
1.392926
-0.066
3)
---~~
--~u.-
Verifikasl
Rancangan
Reaktor
MaJu
HI/man Rami; As Natio Lasman
Data geomefri
model
sel M-1 dan M-2 dapat
dilihat pada Gambar
2 dan Tabel 1. Sedangkan
untuk
data
model
seperti
M-3,
pad a
geometrinya
perangkat
bahan
sarna
bakar
(fuel
assembly) AP600 (Iampiran 2).
Perhitungan
rator
atau
untuk
k- dengan volume mode-
volume
pelet bervariasi
mendapatkan
NH/Nu. Sedangkan
kurva
perhitungan
kan untuk mendapatkan
suhu
moderator.
diperlakukan
k-
dilakukan
versus
Nisbah
keempat dilaku-
karakteristik
Perhitungan
1
koefisien
sampai
3
untuk keadaan reaktor clean, cold,
unborated.
HASIL PERHITUNGAN
Hasil
model
DAN PEMBAHASAN
perhitungan
set disajikan
perhitungan
hasil yang
disajikan
oleh
sebesar
-0.066%
neutron
M-3
dengan
deviasi
rancangan
besaran
parameter
terhadap
nilai
rancangan
relatif kecil (0.201%),
sel
di
dalam
dan
pertimbangan
besaran-
dengan
Westinghouse
ditampilkan
yang
perhitungan-perhitungan
tersebut,
dari
dalam
terlihat
undermoderated.
perhitungan
kedua
Gambar
3. Oari
bahwa
AP600
Oari
gambar
bersifat
perhitungan
yang
keempat, yang hasilnya diberikan pada Tabel 3,
diperoleh karakteristik
moderator
untuk
Kedua
hasil
bahwa
AP600
operasi
keselamatan
diharapkan
koefisien reaktivitas suhu
AP600 yang bernilai
tersebut
dan
memberikan
memenuhi
aspek
melekat,
negatif.
gambaran
keselamatan
mempunyai
suatu
karakteristik
hal
"
Gambar 4. Kurva k- vs NH/Nu dengan volume
pelet divariasikan.
Pada perhitungan ketiga, yang hasilnya
ditampilkan
dari
pada Gambar
perhitungan
overmoderated
selanjutnya.
Hasil
I---x--
.,.
deviasi
dipilih model M-1 sebagai
untuk
.
.~~-~
cluster.
memvariasikan
kisi
karena
menggambarkan
dengan
untuk
Hasil
nilai yang
nilai
mampu
demikian,
kemudahan
model
model
terhadap
lebih
reaksi
Meskipun
2.
Hal ini dapat dipahami
M-3
perilaku
penentuan
Tabel
mendekati
Westinghouse
Westinghouse.
model
untuk
dalam
menunjukkan
memberikan
Gambar 3. Kurva k- vs NH/Nu dengan volume
moderator divariasikan.
untuk
Sedangkan
terletak
dan
tingkat
4, harga rancangan
terletak
dekat titik
pengkayaan
tingkat
di daerah
di
daerah
puncak
2.0%
pengkayaan
kurva
dan
2.5%
3.0%
masih
undermoderated,
meskipun
mendekati titik puncak kurva. Dalam kasus ini,
karakteristik
karena
overmoderated
pengaruh
perubahan
dapat
diabaikan
diameter
batang
bahan bakar (setara dengan perubahan volume
pelet)
terhadap
faktor
relatif kecil dibandingkan
perlipatan
dari perubahan volume moderator [1).
yang
dari segi operasi reaktor.
TKRD-13
Hal 13-5 dari 13-11
tak-hingga
efek yang ditimbulkan
4.
Proslding Seminar ke-3 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasllitas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
Tabel 3. Perubahan
k- terhadap perubahan suhu moderator
KESIMPULAN
2.
Dari hasil perhitungan
dapat disimpulkan
moderator
:1
hasil yang sesuai
bahan
bakar
undermoderated
yang diperoleh,
sehingga
Mode! sel yang digunakan untuk perhitungan
k- memberikan
Kisi
AP600
dengan
mempunyai
memenuhi
bersifat
koefisien
harga
suhu
negatif
aspek
keselamatan
of the Lattice
Code WIMS,
dalam operasi reaktor.
dengan
nilai yang diberikan oleh Westinghouse.
DAFTARPUSTAKA
Harvey W. Graves Jr., Nuclear Fuel Manaaement,
2
3.
J.R. Askew,
F.J. Fayers,
P.B. Kemshell,
Reprinted
from the October
Regional
Training
Research
Reactor, 27 September-15
T. Kulikowska,
Course
on Calculation
Regional
Training
Research
Reactor, 27 September-15
Analysis
Passive
Description
Advanced
ReDort, 4th Volume,
and Measurement
Energy Society, Diktat
of Neutron
Oktober 1993, PRSG-BATAN,
Flux Spectrum
for
Serpong.
Siowina Down Theorv and Computer Code WIMS, Diktat
on Calculation
J.J. Duderstadt, L.J. Hamilton,
SimDlified
A General
issue of the Journal of the British Nuclear
Lattice Cell Calculations.
Course
John Wiley & Sons, 1977.
and Measurement
of Neutron
Oktober 1993, PRSG-BATAN,
Flux Spectrum
for
Serpong.
Nuclear Reactor Analysis, John Willey & Sons, 1976
Licht Water
Reactor
DE-ACO3-90SF18495,
26, 1992.
TKRD-13
Hal 13-6 dari 13-11
Plant Procram.
Westinghouse
AP600
Standard
Electric Corporation,
Safety
June
Verifikasi Rancangan Reaktor MaJu
HI/man RamI;
As NalkJ Lasman
Lampiran 1
DESKRIPSI
PARAMETER
TERAS
REAKTOR
AP600
(Siklu5
Pertama)
[6)
Teras aktif
Diameter ekivalen (in.)
115.0
Tinggi teras aktif (in.), cold
144.0
Nisbah tinggi terhadap diameter
1.25
Totalluasan
72.17
melintang
(ft2)
2.40
Nisbah molekuler H20/U, sel, cold
Ketebalan
dan komposisi
reflektor
Atas: water plus steel (in.)
10.0
Bawah : water plus stell (in.)
10.0
Samping : primarily steel plus water (in)
15.0
Perangkat
bahan bakar (fuel assembly)
Jumlah
145
Barisan batang bahan bakar
17x17
Batang bahan bakar per perangkat
264
Jarak antara titik pusat batang bahan bakar (pitch) (in.
0496
Dimensi keseluruhan
Jumlah
8.426 x 8.426
(in.)
grid per perangkat
2
Atas dan bawah (ni-Cr-Fe Alloy 718)
Intermediete
(Zircaloy-4)
7 atau 7 ZIRLO TM
Intermediate
flow mixing (Zircaloy-4)
4 atau 4 ZIRLOTM
Guide thimble:
24
Jumlah per perangkat
Zircaloy-4 atau ZIRLO TM
Komposisi
Diameter, bagian teratas (in.)
0.442 ID x 0.474 aD
Diameter, bagian terbawah (in.)
0.397 ID x 0.430 aD
Instrument
guide thimble:
1
Jumlah per perangkat
Batang
Komposisi
Zircaloy-4 atau ZIRLO
Diameter (in.)
0.442 10 x 047400
bahan bakar (fuel rod)
00 (in.)
Gap diametris
(in.)
Tebal kelongsong
.
0.374
\
0.00325
00225
(in.)
Zircaloy-4 atau ZIRLO TM
Material kelongsong
Pelet bahan bakar
Material
UO2
Kerapatan (% kerapatan teoritis)
95
TKRD-13
Hal 13-7 dari 13-11
Proslding Seminar ke-3 Teknologl dan Keselamatan Pl TN serta Fasllitas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
Pengkayaan
bahan bakar (% berat)
Daerah/Region
1
Daerah/Region
2
250
Daerah/Region
3
3.00
2.00
Diameter (in.)
0.3225
Panjang (in.)
Massa UO2 per satuan panjang batang bahan bakar (Ib/tt)
0.387
Perangkat
batang
kendali
pengatur
(RCCA=Rod
Cluster
0.364
Control
Assembly)
Material penyerap neutron
Diameter
Ag-ln-Cd
(in.)
Kerapatan
0.341
(lb/in.3)
Ag-ln-Cd 0.367
Material kelongsong
Tebal kelongsong
88-304
(in.)
0.0185
Jumlah cluster
45
Jumlah batang penyerap per cluster
24
Perangkat
batang
kendali
kompensasi
(GRCA=Gray
Rod Cluster
Material penyerap neutron
Diameter
Assembly)
Ag-ln-Cd 1 55-304
(in.)
Kerapatan
0.341
(lb/in.3)
Ag-ln-Cd 0.367/55-3040.285
Material kelongsong
55-304
Tebal kelongsong
0.0185
(in.)
Jumlah cluster
16
Jumlah batang penyerap per cluster
Penyerap
dapat bakar (burnable
4 Ag-ln-Cd 120 55-304
absorber)
Jumlah
1424
Tipe
Material
WABA
00 (in.)
A1203-B4C
0381
Tabung dalam, 00 (in.)
0267
Material kelongsong
Zircaloy
Material tabung dalam (inner tube)
Zircaloy
Kandungan
6.03
810 (Mg/cm)
Reaktivitas
Reaktivitas
k
lebih (tanpa
maksimum
satuan)
untuk perangkat bahan bakar (cold,
1.394
clean, unboroted water)
Reaktivitas teras maksimum
(cold,
203
zero power, BOC, zero soluble boron)
Reaktivitas
padam (%)
a. Seluruh RCCA dan GRCA (61 cluster) disisipkan
b. Satu cluster paling kuat di keluarkan,
(BOC)
60 cluster disisipkan
TKRD-13
Hal 13-8 dari 13-11
10.99
(BOG)
8.46
""
'",
'y
~
0
II
"ALAM
Verifikasl
Hilman
Rancangan
Ramh
Reaktor
MaJu
As NallO Lasman
Lampiran 2
Tampang lintang perangkat bahan bakar AP600 [5)
1".""""'" H"""""
r."""',"c""""""
""""'" c""",.
1426 kFJ'
roAlI).'I ATAS
II
00.'
iall"" AlA."
~
V
mOO!
~..s~!::.
t
¥
01)0
:) 1>
0
').J.
I
:~;:
6
~8g:CV
I
'J
~-!\
IIIMIIII; i'f.N{iARAII
/
I. ~I.I JAM!: ~ 0496
-79'"
O.24~
u..II1.'I ATA-'I
~
\:4
Q
@
0
TiONI;AI
0
0
0
0
0
0
e
0
()
0
()
() -- I
0
()
e
e
6"
()
0 :
eo
0
0
()
I'iRI.Nt;I;I.TIIAIII.NIIAI:AR
I'lltll
Nt'l.
0
//
..
C
0
1"\~1"\f"\f"\f"\r.f"\I"\I"\I"\I"\I"\I"\,
000000000000000
)
)
~~~
)
0
"
"
)
~
~ e.
e ,. ~
,.,.. If)
;,'
.'.',~,.0
0:)
0
00000000
0
0:)
0
a
;: 0--~J
-::-~:~'
I.'-~~::~:;=;;'.'
-e':o:--'e
0
-~::~:~,...I '-'~::~:;~;:~e='0;:.'
~ "':.:-'0-"::-0 0
:
0
.
.;.
0" n'r1;.11.."
b
2 970
,.
:~~O
;"0
,iV
OO
00
0oe.
,,"7\
IIAN
~',.,.
ii
000000,
000
0
0
0
,.
0-
0 c
I.M"'.'
~I~.'
I
II~" H"W~II
t
1/
--
j
---~::::~=:~J
a
0
0
0
0
.~.. '::'
'0..,;;,-00
~
«}
0
e
I
,,0
o~Ooooooo6.~OOOOOO
1"\"
/
AllIiN'; INSrklIMEN"rA.'i
'
a
0
a
QooOOOOOOlJ()()()()(;
0
Ot
(
(
()I ,
Pl-kA"f;UT
HAllA" HA~AR
lA""A
(UI~TF.R HATANc; ~I-NI
000 Tyr
, ';0"'" ""
lol'o"I"""',"":.!;I:"""!1
H"T"No;
H"'t"" H"~R
':""'tRI't'.IlA"';I;"l"""""""I;"R
""'M"lIR 1""11-11174
"'"""1 1;1-1
'"'" .."'1;,; -01:'
.'4ATIIAN INCHI (N"MINAL
TKRD-13
Hal 13-9 dari 13-11
""""",
fI"""11-
"AlIA
PI AT AIIA""'k
"I"';ARAII
"01/1"
"A';IA"
Al A."
Prosiding Seminar ke-3 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nukllr
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
DISKUSI
Penanya
Utaja
a. Apakah keadaan boron sudah dipertimbangkan
?
b. Kapan koefisien reaktivitas moderator menjadi positif ?
Jawaban
a. Keadaan boron tidak dipertimbangkan.
Perhitungan
hanya meninjau sistem pada keadaan
clean, cold, unborated.
b. Koefisien
Kondisi
reaktivitas
NH/NU
membesar
menjadi
fungsi geometri,
positif
densitas
pada kondisi
pendingin
NH/NU
dan bahan
besar
dapat
sistem berubah : volume moderator »
dari volume bahan bakar,
boron di dalam sistem.
Untuk sistem PWR, perubahan suhu yang ekstrim (yang menyebabkan
tidak terjadi.
Tetapi
suhu moderator
2.
yang
bakan)
bila :
-geometri
-adanya
suhu moderator
(sebagai
pada BWR,
perubahan
karena terbentuknya
ini dapat mempengaruhi
terjadinya
koefisien
didihan)
reaktivitas
didihan pada sistem.
Penanya : Arief H. Kuncoro
a. Program WIMS-D4
b. Bagaimana
dapat dipakai untuk simulasi apa saja ?
tingkat keakuratan hasil simulasi dengan program tersebut ?
Jawaban
a. Program WIMS-D$
tersebut
dapat digunakan
sebenarnya
perhitungan
adalah
untuk simulasi "cell calculation"
generasi
konstanta
group
yang
Tujuan dari program
akan
digunakan
pad a
teras dengan program CITATION atau UM2DB. Sehingga secara umum, WIMS-
0$ dapat digunakan untuk simulasi satuan sel bahan bakar.
b.
Tingkat akurasi hasil simulasi
dapat dipercaya.
Ini didasarkan
hasil benchmark
test untuk
program tersebut yang ada di RSG. Test ini dilakukan oelh sdr. Ir. Tagor M. Sembiring
kejelasan lebih lanjut, dapat menghubungi
3.
untuk
sdr. Tagor.
Penanya : M. Sugiyanto
a. Mengapa verifikasi
ini tak sekaligus dilakukan
borated dengan sistem WABA-nya,
dalam kondisi hot, Xe equilibrium
dan water
supaya analitis kisi bahan bakar AP-600 menjadi lebih
utuh dan lengkap ?
b. Apakah ada kendala yang menyebabkan
Mohon penjelasannya
tidak dilakukannya
kondisi seperti tersebut di atas?
!
Jawaban
a. dan b. Verifikasi
tidal
dilakukan
kondisi-kondisi
serta sistem
Meskipun
untuk kondisi hot, Xe equilibrium
karena tidak
ada data dari Westinghouse
tersebut. Data-data
WABA
demikian
adalah
dan borated serta dengan sistem WABA
dari Westinghouse
data untuk perhitungan
perhitungan-perhitungan
teras,
tersebut
TKRD-13
Hal 13-10 dari 13-11
untuk sel bahan
bakar
pad a
untuk kondisi hot, Xe-equil., borated
bukan pada perhitungan
akan
dilakuakn
Demikian
sel.
juga
Verffikasl
HI/man
verifikasinya
komputasi
yang diberikan
yang
cukup
untuk Westinghouse
lama.
Untuk
Rancangan
Ramfl
Reaktor
MaJu
As NallO Lasman
Hanya hal tersebut memerlukan
tahap-tahap
selanjutnya.
verifikasi
tersebut
waktu
akan
dilakukan
4
Penanya : Zaki Su'ud
a
Apakah
perbedaan/kelebihan
kisi bahan bakar AP-600 dibandingkan
dengan
PWR-PWR
generasi sebelumnya secara netronik ?
b. Fasilitas
pemodelan
kluster PWR pada WIMS-D$
(apakah
satu assembly
dapat dihitung
sekaligus ?)
Jawaban
a. Perbedaan/kelebihan
kisi bahan bakar AP-600 dengan PWR generasi sebelumnya
teknis belum dibandingkan
karena kendala waktu untuk melakukan
secara
studi banding dari sisi
netronik.
b. Satu assembly
dengan
adanya
(cluster
bahan bakar dalam
option-option
hal ini) dapat dimodelkan
di WIMS-D4.
Secara
program tersebut untuk melakukan perhitungan/model
-option
Cell: CLUSTER (untuk tipe set yang ditinjau)
-option
ARRAY,
ANNULUS
dan RODSUB
garis
besarnya
TKRD-13
Hal 13-11 dari 13-11
pad a
1 cluster antara lain:
untuk mementukan
posisi tiap batang bahan bakar di dalam cluster.
pada WIMS-D4,
option-option
geometri
sel dan posisi-
Htlman Ram/i, As Natio Lasman
VERIFIKASI RANCANGAN REAKTOR MAJU
ANALISIS UNJUK KERJA KISI BAHAN BAKAR
Hilman
Pusat
Ramli, As Natio Lasman
Reaktor
Serba
Guna
-BA TAN
ABSTRACT
DESIGN
VERIFICATION
OF ADVANCED
REACTOR.
FUEL
LATTICE
PERFORMANCE
ANALYSIS.
The neutronics analysis of fuel performance
of the advanced reactor, has been
succesfully done with the computer simulation. In this case, the AP600 reactor, one of a few
advanced reactor types, was chosen. as an object. The analysis was limited on the fuel lattice
characteristics to get connections between the infinity multiplication factor and the atomic ratio of
moderator to fuel, and also to determine the characteristic of the moderator temperature coefficients.
The simulations were done with using of WIMS-D4 code and assummed that core is regularly
arranged by homogeneous cell units within cold, clean, unborated conditions only. The results
showed that AP600's fuel lattice has undermoderated behavior and the moderator temperature
coefficients are negative and agreed in safety aspects of nuclear reactor operations.
ABSTRAK
VERIFIKASI RANCANGAN REAKTOR MAJU. ANALISIS UNJUK KERJA KISI BAHAN BAKAR.
Telah dilakukan analisis neutronik dengan simulasi komputer terhadap unjuk kerja bahan bakar
reaktor maju. Dalam kasus ini, dipilih reaktor AP600 sebagai obyek. Analisis dibatasi pada tinjauan
karakteristik parameter kisi bahan bakar untuk mendapatkan hubungan di antara faktor perlipatan
tak-hingga dengan nisbah atom moderator terhadap atom bahan bakar, dan juga untuk menentukan
karakteristik koefisien reaktivitas suhu moderator. Simulasi dilakukan dengan menggunakan program
WIMS-D4 dan teras reaktor dianggap tersusun dari satuan-satuan sel bahan bakar yang tercampur
serba-sama pada keadaan reaktor dibatasi hanya pada keadaan ding in, tanpa xenon, dan tanpa
boron terlarut dalam air. Dari hasil anal isis, diperoleh bahwa kisi bahan bakar AP600 bersifat
undermoderated, dengan koefisien reaktivitas suhu moderator berharga negatif. Dapat disimpulkan
bahwa rancangan bahan bakar AP600 memenuhi aspek keselamatan operasi reaktor nuklir.
AP600
PENDAHULUAN
Sejak lebih dari satu dasawarsa
lalu, BAT AN telah merencanakan
pembangkit
pertama
dari
listrik tenaga
di Indonesia.
sisi
ekonomi
terhadap tipe-tipe
pembangunan
nuklir
Kajian
yang
(PL TN) yang
dilakukan,
maupun
baik
keselamatan,
PL TN yang sudah beroperasi
di dunia atau yang ditawarkan
oleh pemasok.
Untuk itu, studi kelayakan dan studi tapak untuk
lokasi PL TN dikerjakan.
Berangkat
sebagai
usaha
dari
lebih
rencana
lanjut
BATAN
dari
kegiatan tersebut di atas, penelitian
dari sisi teknik perancangan
PL TN
tertentu
itulah, penelitian
perlu
dan
kegiatandan kajian
(design) untuk tipe
dilakukan.
ini dilakukan,
Atas
dasar
dengan reaktor
dipilih
sebagai
pengkajiannya
Penelitian
bahan
dan
rancangan
suatu reaktor
sejak
dari
unjuk
unjuk
kerja reaktor
pengkajian
meliputi
kerja
bahan
keseluruhan
sasaran, yaitu menganalisis
keselamatan
bayaknya
penelitian
reaktor
dan
kriteria
banyak
bakar
hal,
sampai
dengan
satu
dan menilai tingkat
yang
ditinjau.
Kar,ena
kriteria yang perlu diteliti dan dikaji,
maka pada umumnya penelitian perlu dilakukan
secara bertahap
Menurut
perancangan
umumnya
H.W.
suatu
diawali
bakarnya
Graves,
reaktor
dari
Tahapan
nuklir
bahan
pertama
dalam
bahan
normal
dari kajian terhadap
TKRD-13
Hal 13-1 dari13-11
pada
perancangan
perancangan
terdiri
Jr.[1],
bakar
reaktor
secara
hubungan
Prosiding Seminar ke-3 Teknologi den Keselamatan PLTN serle Fasilitas Nuk1lr
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
antara karakteristik
unjuk kerja reaktor dengan
parameter-parameter
pemilihan
kisi
terhadap
parameter
kisi
rencangan
bahan
kombinasi
yang
yang terbaik.
rancangan
operasi
akan
tersebut,
dapat
kisi bahan
dipahami
bahan
bakar
konsep
maka penelitian
ini dilakukan
dengan
pacta unjuk
kerja
sistem
bahan
moderator
Dari
segi
pembawa
untuk
sebagai
dan
sebagai
bahan
neutron.
moderator,
perlu
diketahui harga nisbah atom hidrogen terhadap
atom bahan bakar (atom 235u
merupakan
fungsi
kerapatan
+ 238U) yang
air,
kerapatan
bahan bakar dan geometri kisi.
R~
yang dianalisis
kisi
panas
perlambatan
dan
Berdasarkan
pokok permasalahan
dalam
kriteria
tersebut.
membatasi
hanya
unjuk kerja reaktor
rancangan
manajemen
reaktor
kriteria
Dengan menganalisis
dan parameter-parameter
maka
dan
parameter-
memenuhi
interaksi antara karakteristik
bakar,
bakar,
bahan
bakar
AP600.
Analisis
unjuk kerja kisi bahan bakar
AP600
yang dilakukan,
cara
simulasi
mempergunakan
perhitungan
Dalam
sebagai
dengan
pada
komputer
dan
program
WIMS-D4
untuk
Deskripsi
tentang
yang dilakukan.
program WIMS-D4
dan [3].
dilaksanakan
dapat dilihat pada acuan [2]
perhitungan,
satuan-satuan
reaktor
sel
Gambar 1. Kurva k- versus NH/NU untuk dua
jenis pengkayaan.
Nisbah
didekati
bahan
bakar
bahan
bakar
atomik
moderator
mempengaruhi
terhadap
faktor
perlipatan
homogen yang terdiri dari daerah bahan bakar,
neutron dalam sistem. Tinjau persamaan
sela (gap), kelongsong.
perlipatan
moderator
dan daerah
TEORI
Bahan
disusun
bakar
di dalam
dalam
barisan
teras
reaktor
geometris
didihan (PWR atau BWR), barisan bahan bakar
dengan
dalam
Barisan
dari
batang
kelongsong
Zircaloy
air dan diatur
ini biasanya
(lattice) reaktor,
bahan
dalam
dinyatakan
di
Air
sebagai
kelongsong,
batang
bahan
di
Moderator
antara
serta
bakar
kisi.
dan Bahan Bakar
batang
berfungsi sebagai zalir (fluid) kerja
bahan
dengan
v L~
(2)
'1=
L:
):::F
f=~=
.~_-!-
I.
bakar
NF
aF
NM
a.
sehingga
(3)
M
F
k ~ = --:--.,-va,
NF
(4)
NM
kisi
bahan
pusat batang bahan bakar
antara
(1)
persegi.
batang
sebagai parameter-parameter
Nisbah Antara
silindris
diletakkan
barisan
dinyatakan
(pitch), bahan dan ketebalan
air
yang
dan diameter
bakar, jarak antara
volume
bakar
k..,=1].f
yang
teratur. Untuk reaktor air ringan bertekanan atau
ini terdiri
tak-berhingga[4]
untuk sistem
:
ekstra [1]. [3].
nuklir
neutron
faktor
Dengan
NMtNF
meningkat.
neutron
akan lebih banyak termoderasi
sehingga
neutron
energi
yang
bertambah.
lebih
Dengan neutron termal
banyak
bakar
mencapai
fisi
sehingga
Meskipun
yang
k-
demikian,
bahan
menjadi
lebih
besar.
harga NMtNF yang
traksi
moderator
TKRD-13
Hal 13-2 dari 13-11
meningkat.
dalam
diserap
Sehingga,
termal
terjadi
menyebabkan
oleh
traksi
neutron
termal
juga
dengan NMtNF bertambah
besar
yang
bertambah.
besar, k-
Venfikasl
Rancangan
Reaktor
MaJu
Hi/man Ram/i. As Nalio Lasman
meningkat
hingga
ke suatu
harga
mana neutron termal cenderung
dan
k-
kemudian
bertambahnya
NM/NF di
berkurang
serapan
Pengaruh
neutron
Perubahan
karena
termal
dalam
k- terhadap
Perubahan
perubahan
harga
harga
k-
nisbah
Untuk
terhadap
untuk
meninjau
bahan
bakar.
unjuk
parameter
bakar
grafik
harga
kisi
undermoderated
dan di kanan
adalah
bersifat
keselamatan
akan
reaktor,
mempunyai
negatif.
Oengan
meningkat
undermoderated
koefisien
daya
reaktivitas
reaktor
naik,
yang mengakibatkan
berkurang
bahan
reaktor
lebih
bakar
cepat
atau
pada aspek
suhu
air
kerapatan
air
daripada
struktur
suhu
kerapatan
sehingga
NH/Nu
berkurang.
Oengan pengurangan
NH/Nu, kakan berkurang,
suatu
konsekuensi
yang
diinginkan
dari titik dasar keselamatan
Sebaliknya
akan
untuk
reaktor
bertambah
bertambah,
kitan
dikehendaki
dalam
untuk
karena
lebih
rendah
akan
Hal
pembangini
keselamatan
itu,
bersifat
lebih
Nilai
peningkatan
239pu
NH/Nu
nisbah
banyak
Karena 239pu
ringan
undermoderated
memperbesar
besar
yang rendah
daripada
untuk
tingkat
harga
yang
konversi,
239pu
tingkat
peranan
rancangan
kompatibilitas
pengkayaan
penting,
baik
dalam
maupun
operasi
reaktor.
reaktor,
dengan
menjaga
mekanis
tingkat
pengkayaan
mendapatkan
daripada
terhadap
rancangan
bahan
bakar
untuk
unjuk kerja bahan bakar terbaik
'memainkan'
diameter
batang
reaktor
Oi
samping
reaktor,
itu,
tingkat
peranan
dalam
didapatkan
dalam
pengoperasian
pengkayaan
pengaturan
agihan
memegang
agihan
daya agar
yang relatif rata di semua
posisi teras.
METODE
DAN
BATASAN-BATASAN
PERHITUNGAN
Analisis
simulasi
ini dilakukan
komputer
perhitungan
dengan
menggunakan
konstanta
metode
program
group WIMS-D4.
Datadiambil
dari pustaka untuk reaktor AP600 (Iampiran
1)
[5]. Perhitungan yang dilakukan meliputi :
1. Penentuan model set kisi bahan bakar.
2. Perhitungan
k- dengan
volume
moderator
divariasikan.
3
akan
biaya susutan (depletion cost).
bahan
bakar ataupun jarak antara batang bahan bakar
[1].
yang
dapat menyebabkan
dalam
NH/Nu
internal teras reaktor, lebih mudah 'memainkan'
tidak
melekat
air
1
tinggi,
Konsekuensinya,
data yang digunakan dalam perhitungan
reaktor
ekonomis.
menyebabkan
menurunkan
reaktor.
moderator
safety) pada reaktor.
dirancang
fisi,
memperbesar
kriteria
Oi samping
dihasilkan.
suhu
lebih
k-
dalam operasi reaktor karena tidak
memenuhi
(inherently
dengan
sehingga
panas
operasi.
overmoderated,
lebih
Oalam perancangan
air
pada kondisi
operasi daya. Karena, didasarkan
akan
memainkan
kriteria
undermoderated
berkurang.
Perubahan
grafik
reaktor dengan moderator
yang
yang sarna.
dinyatakan sebagai overmoderated.
Seluruh
k-
sebagai
puncak
pada Gambar
pengkayaan
akan
pengkayaan
untuk nisbah
dinyatakan
bahan
lebih banyak sehingga sera pan relatif di dalam
bakar yang terletak di bagian
puncak
pengkayaan
besar dan bentuk kurva
NH/NU seperti
tingkat
moderator
yang digunakan
kerja
Kisi bahan
moderator/bahan
kiri
grafik
Bahan Bakar
kandungan isotop fisil dalam bahan bakar akan
moderator/bahan
bakar dapat dilihat pada Gambar 1. Grafik pada
1 merupakan
tingkat
bakar mempengaruhi
moderator.
Gambar
Tingkat Pengkayaan
menjadi jenuh
Perhitungan
k-
dengan
volume
petet
divariasikan
4. Perhitungan
k-
dengan
suhu
moderator
divariasikan
Penentuan
mendapatkan
TKRD-13
Hal 13-3 dari 13-11
model sel dilakukan
model sel yang akan dipakai
untuk
dan.
Prosldlng Seminar ke-3 Teknologi dan Keselamatan PL TN serta Fasilitas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
mudah
divariasikan
perhitungan
pada
selanjutnya.
perhitungan-
2. Model M-2:
daerah
Dalam perhitungan ini,
diasumsikan
ditinjau 3 model sel yang mungkin :
1. Model M-1:
daerah
ekstra
diasumsikan
dalam
tercampur
sel
hetero-
gen dan sel diperlakukan
dalam
sebagai
yang tercampur
ekstra
sel
gai pin-cell dalam WIMS-D4.
bahan
3. Model M-3
secara
homo-
gen dan sel diperlakukan
seba-
seba-
sel diperlakukan
sebagai cluster
dalam WIMS-D4.
gai pin-cell dalam WIMS-D4.
Pelet
M-1
-t
R1
~~==~tR2
Ek8t..
Mode,.lo,
R3
~t-
1
R4
R5
Ekatra
Ipetet
I Oep I Kelang8Ong I
_ratar",
~~~
I~I 2~f
M-2
R1
R2
~ f
~~I ~61 ~8
R3
R5
R7
Gambar 2.Model sel yang digunakan (model M-1 dan M-2)
Tabel1.
Data geometri dan komposisi bahan dalam sel (untuk penkayaan 3.0 % 235U)
Model M-1
Jari-jari
luar
o.
o. 475711
o.
o.743
R5
R6
R7
R8
Model M-1
Komposisi
Model M-2
(% berat)
o.410418
R1
R2
R3
R4
Model M-2
1. Pelet
235U
0.410
0.418
0.475
0.711
238U
0
0.712
0.731
0.736
0.743
-
2. Gap
He (asumsi)
2.64
85.35
11.83
2.64
85.35
11.83
100
100
100
100
100
100
60.02
39.98
100 (2 dan 4)
3. Kelongsong
Zircaloy-4
5. Moderator
H?O
6. Daerah ekstra
H2O
~oy-4
1~(jdan
Tabel 2. Hasil Perhitungan k- untuk model sel yang ditinjau.
Westinghouse
k-
1.394
I Deviasi*)
'Deviasi
(%)
=
I
Model M-1
Model M-2
1.396807
1.396894
0.201
kmode/-k_..i~e
..-*100%
TKRD-13
Hal 13-4 dari 13-11
0.208
Model M-3
1.392926
-0.066
3)
---~~
--~u.-
Verifikasl
Rancangan
Reaktor
MaJu
HI/man Rami; As Natio Lasman
Data geomefri
model
sel M-1 dan M-2 dapat
dilihat pada Gambar
2 dan Tabel 1. Sedangkan
untuk
data
model
seperti
M-3,
pad a
geometrinya
perangkat
bahan
sarna
bakar
(fuel
assembly) AP600 (Iampiran 2).
Perhitungan
rator
atau
untuk
k- dengan volume mode-
volume
pelet bervariasi
mendapatkan
NH/Nu. Sedangkan
kurva
perhitungan
kan untuk mendapatkan
suhu
moderator.
diperlakukan
k-
dilakukan
versus
Nisbah
keempat dilaku-
karakteristik
Perhitungan
1
koefisien
sampai
3
untuk keadaan reaktor clean, cold,
unborated.
HASIL PERHITUNGAN
Hasil
model
DAN PEMBAHASAN
perhitungan
set disajikan
perhitungan
hasil yang
disajikan
oleh
sebesar
-0.066%
neutron
M-3
dengan
deviasi
rancangan
besaran
parameter
terhadap
nilai
rancangan
relatif kecil (0.201%),
sel
di
dalam
dan
pertimbangan
besaran-
dengan
Westinghouse
ditampilkan
yang
perhitungan-perhitungan
tersebut,
dari
dalam
terlihat
undermoderated.
perhitungan
kedua
Gambar
3. Oari
bahwa
AP600
Oari
gambar
bersifat
perhitungan
yang
keempat, yang hasilnya diberikan pada Tabel 3,
diperoleh karakteristik
moderator
untuk
Kedua
hasil
bahwa
AP600
operasi
keselamatan
diharapkan
koefisien reaktivitas suhu
AP600 yang bernilai
tersebut
dan
memberikan
memenuhi
aspek
melekat,
negatif.
gambaran
keselamatan
mempunyai
suatu
karakteristik
hal
"
Gambar 4. Kurva k- vs NH/Nu dengan volume
pelet divariasikan.
Pada perhitungan ketiga, yang hasilnya
ditampilkan
dari
pada Gambar
perhitungan
overmoderated
selanjutnya.
Hasil
I---x--
.,.
deviasi
dipilih model M-1 sebagai
untuk
.
.~~-~
cluster.
memvariasikan
kisi
karena
menggambarkan
dengan
untuk
Hasil
nilai yang
nilai
mampu
demikian,
kemudahan
model
model
terhadap
lebih
reaksi
Meskipun
2.
Hal ini dapat dipahami
M-3
perilaku
penentuan
Tabel
mendekati
Westinghouse
Westinghouse.
model
untuk
dalam
menunjukkan
memberikan
Gambar 3. Kurva k- vs NH/Nu dengan volume
moderator divariasikan.
untuk
Sedangkan
terletak
dan
tingkat
4, harga rancangan
terletak
dekat titik
pengkayaan
tingkat
di daerah
di
daerah
puncak
2.0%
pengkayaan
kurva
dan
2.5%
3.0%
masih
undermoderated,
meskipun
mendekati titik puncak kurva. Dalam kasus ini,
karakteristik
karena
overmoderated
pengaruh
perubahan
dapat
diabaikan
diameter
batang
bahan bakar (setara dengan perubahan volume
pelet)
terhadap
faktor
relatif kecil dibandingkan
perlipatan
dari perubahan volume moderator [1).
yang
dari segi operasi reaktor.
TKRD-13
Hal 13-5 dari 13-11
tak-hingga
efek yang ditimbulkan
4.
Proslding Seminar ke-3 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasllitas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
Tabel 3. Perubahan
k- terhadap perubahan suhu moderator
KESIMPULAN
2.
Dari hasil perhitungan
dapat disimpulkan
moderator
:1
hasil yang sesuai
bahan
bakar
undermoderated
yang diperoleh,
sehingga
Mode! sel yang digunakan untuk perhitungan
k- memberikan
Kisi
AP600
dengan
mempunyai
memenuhi
bersifat
koefisien
harga
suhu
negatif
aspek
keselamatan
of the Lattice
Code WIMS,
dalam operasi reaktor.
dengan
nilai yang diberikan oleh Westinghouse.
DAFTARPUSTAKA
Harvey W. Graves Jr., Nuclear Fuel Manaaement,
2
3.
J.R. Askew,
F.J. Fayers,
P.B. Kemshell,
Reprinted
from the October
Regional
Training
Research
Reactor, 27 September-15
T. Kulikowska,
Course
on Calculation
Regional
Training
Research
Reactor, 27 September-15
Analysis
Passive
Description
Advanced
ReDort, 4th Volume,
and Measurement
Energy Society, Diktat
of Neutron
Oktober 1993, PRSG-BATAN,
Flux Spectrum
for
Serpong.
Siowina Down Theorv and Computer Code WIMS, Diktat
on Calculation
J.J. Duderstadt, L.J. Hamilton,
SimDlified
A General
issue of the Journal of the British Nuclear
Lattice Cell Calculations.
Course
John Wiley & Sons, 1977.
and Measurement
of Neutron
Oktober 1993, PRSG-BATAN,
Flux Spectrum
for
Serpong.
Nuclear Reactor Analysis, John Willey & Sons, 1976
Licht Water
Reactor
DE-ACO3-90SF18495,
26, 1992.
TKRD-13
Hal 13-6 dari 13-11
Plant Procram.
Westinghouse
AP600
Standard
Electric Corporation,
Safety
June
Verifikasi Rancangan Reaktor MaJu
HI/man RamI;
As NalkJ Lasman
Lampiran 1
DESKRIPSI
PARAMETER
TERAS
REAKTOR
AP600
(Siklu5
Pertama)
[6)
Teras aktif
Diameter ekivalen (in.)
115.0
Tinggi teras aktif (in.), cold
144.0
Nisbah tinggi terhadap diameter
1.25
Totalluasan
72.17
melintang
(ft2)
2.40
Nisbah molekuler H20/U, sel, cold
Ketebalan
dan komposisi
reflektor
Atas: water plus steel (in.)
10.0
Bawah : water plus stell (in.)
10.0
Samping : primarily steel plus water (in)
15.0
Perangkat
bahan bakar (fuel assembly)
Jumlah
145
Barisan batang bahan bakar
17x17
Batang bahan bakar per perangkat
264
Jarak antara titik pusat batang bahan bakar (pitch) (in.
0496
Dimensi keseluruhan
Jumlah
8.426 x 8.426
(in.)
grid per perangkat
2
Atas dan bawah (ni-Cr-Fe Alloy 718)
Intermediete
(Zircaloy-4)
7 atau 7 ZIRLO TM
Intermediate
flow mixing (Zircaloy-4)
4 atau 4 ZIRLOTM
Guide thimble:
24
Jumlah per perangkat
Zircaloy-4 atau ZIRLO TM
Komposisi
Diameter, bagian teratas (in.)
0.442 ID x 0.474 aD
Diameter, bagian terbawah (in.)
0.397 ID x 0.430 aD
Instrument
guide thimble:
1
Jumlah per perangkat
Batang
Komposisi
Zircaloy-4 atau ZIRLO
Diameter (in.)
0.442 10 x 047400
bahan bakar (fuel rod)
00 (in.)
Gap diametris
(in.)
Tebal kelongsong
.
0.374
\
0.00325
00225
(in.)
Zircaloy-4 atau ZIRLO TM
Material kelongsong
Pelet bahan bakar
Material
UO2
Kerapatan (% kerapatan teoritis)
95
TKRD-13
Hal 13-7 dari 13-11
Proslding Seminar ke-3 Teknologl dan Keselamatan Pl TN serta Fasllitas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
Pengkayaan
bahan bakar (% berat)
Daerah/Region
1
Daerah/Region
2
250
Daerah/Region
3
3.00
2.00
Diameter (in.)
0.3225
Panjang (in.)
Massa UO2 per satuan panjang batang bahan bakar (Ib/tt)
0.387
Perangkat
batang
kendali
pengatur
(RCCA=Rod
Cluster
0.364
Control
Assembly)
Material penyerap neutron
Diameter
Ag-ln-Cd
(in.)
Kerapatan
0.341
(lb/in.3)
Ag-ln-Cd 0.367
Material kelongsong
Tebal kelongsong
88-304
(in.)
0.0185
Jumlah cluster
45
Jumlah batang penyerap per cluster
24
Perangkat
batang
kendali
kompensasi
(GRCA=Gray
Rod Cluster
Material penyerap neutron
Diameter
Assembly)
Ag-ln-Cd 1 55-304
(in.)
Kerapatan
0.341
(lb/in.3)
Ag-ln-Cd 0.367/55-3040.285
Material kelongsong
55-304
Tebal kelongsong
0.0185
(in.)
Jumlah cluster
16
Jumlah batang penyerap per cluster
Penyerap
dapat bakar (burnable
4 Ag-ln-Cd 120 55-304
absorber)
Jumlah
1424
Tipe
Material
WABA
00 (in.)
A1203-B4C
0381
Tabung dalam, 00 (in.)
0267
Material kelongsong
Zircaloy
Material tabung dalam (inner tube)
Zircaloy
Kandungan
6.03
810 (Mg/cm)
Reaktivitas
Reaktivitas
k
lebih (tanpa
maksimum
satuan)
untuk perangkat bahan bakar (cold,
1.394
clean, unboroted water)
Reaktivitas teras maksimum
(cold,
203
zero power, BOC, zero soluble boron)
Reaktivitas
padam (%)
a. Seluruh RCCA dan GRCA (61 cluster) disisipkan
b. Satu cluster paling kuat di keluarkan,
(BOC)
60 cluster disisipkan
TKRD-13
Hal 13-8 dari 13-11
10.99
(BOG)
8.46
""
'",
'y
~
0
II
"ALAM
Verifikasl
Hilman
Rancangan
Ramh
Reaktor
MaJu
As NallO Lasman
Lampiran 2
Tampang lintang perangkat bahan bakar AP600 [5)
1".""""'" H"""""
r."""',"c""""""
""""'" c""",.
1426 kFJ'
roAlI).'I ATAS
II
00.'
iall"" AlA."
~
V
mOO!
~..s~!::.
t
¥
01)0
:) 1>
0
').J.
I
:~;:
6
~8g:CV
I
'J
~-!\
IIIMIIII; i'f.N{iARAII
/
I. ~I.I JAM!: ~ 0496
-79'"
O.24~
u..II1.'I ATA-'I
~
\:4
Q
@
0
TiONI;AI
0
0
0
0
0
0
e
0
()
0
()
() -- I
0
()
e
e
6"
()
0 :
eo
0
0
()
I'iRI.Nt;I;I.TIIAIII.NIIAI:AR
I'lltll
Nt'l.
0
//
..
C
0
1"\~1"\f"\f"\f"\r.f"\I"\I"\I"\I"\I"\I"\,
000000000000000
)
)
~~~
)
0
"
"
)
~
~ e.
e ,. ~
,.,.. If)
;,'
.'.',~,.0
0:)
0
00000000
0
0:)
0
a
;: 0--~J
-::-~:~'
I.'-~~::~:;=;;'.'
-e':o:--'e
0
-~::~:~,...I '-'~::~:;~;:~e='0;:.'
~ "':.:-'0-"::-0 0
:
0
.
.;.
0" n'r1;.11.."
b
2 970
,.
:~~O
;"0
,iV
OO
00
0oe.
,,"7\
IIAN
~',.,.
ii
000000,
000
0
0
0
,.
0-
0 c
I.M"'.'
~I~.'
I
II~" H"W~II
t
1/
--
j
---~::::~=:~J
a
0
0
0
0
.~.. '::'
'0..,;;,-00
~
«}
0
e
I
,,0
o~Ooooooo6.~OOOOOO
1"\"
/
AllIiN'; INSrklIMEN"rA.'i
'
a
0
a
QooOOOOOOlJ()()()()(;
0
Ot
(
(
()I ,
Pl-kA"f;UT
HAllA" HA~AR
lA""A
(UI~TF.R HATANc; ~I-NI
000 Tyr
, ';0"'" ""
lol'o"I"""',"":.!;I:"""!1
H"T"No;
H"'t"" H"~R
':""'tRI't'.IlA"';I;"l"""""""I;"R
""'M"lIR 1""11-11174
"'"""1 1;1-1
'"'" .."'1;,; -01:'
.'4ATIIAN INCHI (N"MINAL
TKRD-13
Hal 13-9 dari 13-11
""""",
fI"""11-
"AlIA
PI AT AIIA""'k
"I"';ARAII
"01/1"
"A';IA"
Al A."
Prosiding Seminar ke-3 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nukllr
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 September 1995
DISKUSI
Penanya
Utaja
a. Apakah keadaan boron sudah dipertimbangkan
?
b. Kapan koefisien reaktivitas moderator menjadi positif ?
Jawaban
a. Keadaan boron tidak dipertimbangkan.
Perhitungan
hanya meninjau sistem pada keadaan
clean, cold, unborated.
b. Koefisien
Kondisi
reaktivitas
NH/NU
membesar
menjadi
fungsi geometri,
positif
densitas
pada kondisi
pendingin
NH/NU
dan bahan
besar
dapat
sistem berubah : volume moderator »
dari volume bahan bakar,
boron di dalam sistem.
Untuk sistem PWR, perubahan suhu yang ekstrim (yang menyebabkan
tidak terjadi.
Tetapi
suhu moderator
2.
yang
bakan)
bila :
-geometri
-adanya
suhu moderator
(sebagai
pada BWR,
perubahan
karena terbentuknya
ini dapat mempengaruhi
terjadinya
koefisien
didihan)
reaktivitas
didihan pada sistem.
Penanya : Arief H. Kuncoro
a. Program WIMS-D4
b. Bagaimana
dapat dipakai untuk simulasi apa saja ?
tingkat keakuratan hasil simulasi dengan program tersebut ?
Jawaban
a. Program WIMS-D$
tersebut
dapat digunakan
sebenarnya
perhitungan
adalah
untuk simulasi "cell calculation"
generasi
konstanta
group
yang
Tujuan dari program
akan
digunakan
pad a
teras dengan program CITATION atau UM2DB. Sehingga secara umum, WIMS-
0$ dapat digunakan untuk simulasi satuan sel bahan bakar.
b.
Tingkat akurasi hasil simulasi
dapat dipercaya.
Ini didasarkan
hasil benchmark
test untuk
program tersebut yang ada di RSG. Test ini dilakukan oelh sdr. Ir. Tagor M. Sembiring
kejelasan lebih lanjut, dapat menghubungi
3.
untuk
sdr. Tagor.
Penanya : M. Sugiyanto
a. Mengapa verifikasi
ini tak sekaligus dilakukan
borated dengan sistem WABA-nya,
dalam kondisi hot, Xe equilibrium
dan water
supaya analitis kisi bahan bakar AP-600 menjadi lebih
utuh dan lengkap ?
b. Apakah ada kendala yang menyebabkan
Mohon penjelasannya
tidak dilakukannya
kondisi seperti tersebut di atas?
!
Jawaban
a. dan b. Verifikasi
tidal
dilakukan
kondisi-kondisi
serta sistem
Meskipun
untuk kondisi hot, Xe equilibrium
karena tidak
ada data dari Westinghouse
tersebut. Data-data
WABA
demikian
adalah
dan borated serta dengan sistem WABA
dari Westinghouse
data untuk perhitungan
perhitungan-perhitungan
teras,
tersebut
TKRD-13
Hal 13-10 dari 13-11
untuk sel bahan
bakar
pad a
untuk kondisi hot, Xe-equil., borated
bukan pada perhitungan
akan
dilakuakn
Demikian
sel.
juga
Verffikasl
HI/man
verifikasinya
komputasi
yang diberikan
yang
cukup
untuk Westinghouse
lama.
Untuk
Rancangan
Ramfl
Reaktor
MaJu
As NallO Lasman
Hanya hal tersebut memerlukan
tahap-tahap
selanjutnya.
verifikasi
tersebut
waktu
akan
dilakukan
4
Penanya : Zaki Su'ud
a
Apakah
perbedaan/kelebihan
kisi bahan bakar AP-600 dibandingkan
dengan
PWR-PWR
generasi sebelumnya secara netronik ?
b. Fasilitas
pemodelan
kluster PWR pada WIMS-D$
(apakah
satu assembly
dapat dihitung
sekaligus ?)
Jawaban
a. Perbedaan/kelebihan
kisi bahan bakar AP-600 dengan PWR generasi sebelumnya
teknis belum dibandingkan
karena kendala waktu untuk melakukan
secara
studi banding dari sisi
netronik.
b. Satu assembly
dengan
adanya
(cluster
bahan bakar dalam
option-option
hal ini) dapat dimodelkan
di WIMS-D4.
Secara
program tersebut untuk melakukan perhitungan/model
-option
Cell: CLUSTER (untuk tipe set yang ditinjau)
-option
ARRAY,
ANNULUS
dan RODSUB
garis
besarnya
TKRD-13
Hal 13-11 dari 13-11
pad a
1 cluster antara lain:
untuk mementukan
posisi tiap batang bahan bakar di dalam cluster.
pada WIMS-D4,
option-option
geometri
sel dan posisi-