DAFTAR ISI - ANSN

DAFTAR ISI
BAB I. Pendahuluan
BAB II. Reaktor
1
2
A. Dasar Neutronik Reaktor
2
1. Proses dan Produk Pembelahan
2
2. Distribusi Fluks neutron di dalam Teras
3
B. Pembangkitan Panas di dalam Reaktor
5
C. Komponen Dasar Reaktor (Bahan Bakar, Moderator, Batang
Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi, Pendingin)
BAB III. Deskripsi Umum Reaktor Penelitian (TRIGA, Kartini,
6
8
RSG)
8
A. Reaktor Kartini.
13
B. Reaktor Triga 2000
18
C. Reaktor GA Siwabessy.
BAB IV. Instalasi Nuklir Non Reaktor.
26
A. Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi
26
B. Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU,
26
C. Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU
26
D. Instalasi Recovery Uranium - P2RR
26
E. Interim Storage Facility for Spent Fuel - P2TRR
26
F. Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG
BAB V. Inspeksi Keselamatan Nuklir ( Batasan dan Kondisi
27
28
Operasi)
28
A. Batas Keselamatan
29
B. Penetapan Batas Sistem Keselamatan
33
C. Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman
DAFTAR PUSTAKA
48
1
OBJEK INSPEKSI DALAM BIDANG INSTALASI NUKLIR
BAB I
PENDAHULUAN
Obyek Inspeksi Instalasi nuklir adalah obyek yang berkaitan Reaktor nuklir
dan Fasilitas yang digunakan untuk pemurnian, konversi, pengayaan bahan
nuklir, fabrikasi bahan bakar nuklir dan/atau pengolahan ulang bahan bakar
nuklir bekas; dan/atau Fasilitas yang digunakan untuk menyimpan bahan bakar
nuklir dan bahan bakar nuklir bekas.
Diktat ini dibuat untuk memberi informasi mengenai hal-hal yang berkaitan
dengan obyek Inspeksi Instalasi Nuklir, yaitu obyek kegiatan inspeksi pada tiga
reaktor penelitian di Yogya, Bandung, Serpong dan obyek kegiatan inspeksi
pada instalasi nuklir non reaktor seperti Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan
Teknologi, Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU, Instalasi Radio
Metalurgi - P2TBDU,
Instalasi Recovery Uranium - P2RR, Interim Storage
Facility for Spent Fuel - P2TRR dan Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG.
Setelah mengikuti kuliah ini, para siswa diharapkan mampu mengenal obyekobyek inspeksi Instalasi Nuklir tersebut diatas. Disamping itu para siswa
diharapkan mampu memahami Dasar Neutronik Reaktor, Reaksi pembelahan,
konsep kritikalitas, fluks neutron
di dalam teras reaktor, memahami
pembangkitan panas pada reaktor dan mengenal komponen Dasar Reaktor
seperti Bahan Bakar, Moderator, Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi
dan Pendingin.
Para siswa diharapkan juga mampu mengetahui obyek utama Inspeksi
Keselamatan Nuklir pada reaktor yaitu yang dinamakan Batasan dan Kondisi
Operasi (BKO) diantaranya Batas Keselamatan, Penetapan Batas Sistem
Keselamatan dan mengetahui Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian
Reaktor Secara Aman.
1
BAB II
REAKTOR
A. Dasar Neutronik Reaktor
1. Proses dan produk pembelahan
Bila sebuah neutron bertumbukkan dan diserap (absorsi) oleh sebuah inti
yang dapat membelah misal uranium 235, maka inti tersebut akan
tereksitasi dengan suatu tingkat energi. Energi eksitasi ini adalah oleh
gabungan antara energi ikat neutron didalam inti dengan energi kinetik
neutron sebelum tumbukkan. Inti yang tereksitasi kemudian membelah
dengan reaksi pembelahan sebagai berikut :
U235 + 0n1
92
[92U236 ] tak stabil
pembelahan
Jika energi eksitasi tidak cukup besar maka akan kembali ke keadaan
semula sambil melepaskan foton gamma atau sebuah partikel. Peristiwa
ini disebut reaksi bukan pembelahan dan kebolehjadiannya hanya sebesar
16 % dalam peristiwa absorsi oleh uranium 235.
Jika energi eksitasi cukup besar inti maka inti akan membelah dan
membentuk dua bagian sebagai hasil pembelahan yang biasa disebut
produk fisi dengan reaksi sebagai berikut :
U235 + 0n1
92
Xe140 + 38Sr94 + 2 0n1
54
Contoh diatas adalah salah satu reaksi pembelahan yang paling mungkin
terjadi dan memberikan produk 54Xe140 dan 38Sr94 . Selain kedua produk
fisi yang radioaktif tersebut masih banyak kebolehjadian terbentuknya
produk fisi yang lain. Secara statistik kebolehjadian tersebut dapat dilihat
pada berbagai literatur.
2
2. Distribusi Fluks Neutron di dalam Teras
Untuk menentukan fluks neutron terlebih dahulu harus diketahui sifatsifat neutron didalam media. Sejak neutron dilahirkan dalam reaksi
pembelahan, bergerak dengan kecepatan tinggi di dalam teras dan
berinteraksi dengan berbagai material, berdifusi serta kemudian
diperlambat, neutron berada dalam berbagai tingkatan energi dan
bergerak kesegala arah.
Pada suatu titik tertentu neutron lahir dan diserap secara terus menerus
selama reaksi pembelahan berlangsung. Perkalian antara rapat neutron (n
= n/cm3) dengan kecepatannya (v = cm/det) didalam teras selama reaksi
pembelahan disebut fluks neutron (ϕ = n/det cm2).
ϕ = n.v
(1)
Fluks neutron mempunyai satuan n/det cm2, hal ini menunjukkan jumlah
atau kuantitas neutron yang berinteraksi dengan inti dalam suatu titik di
dalam teras dalam satuan waktu. Interaksi dalam satuan waktu disebut
juga laju reaksi antara neutron dengan inti atom. Fluks neutron biasanya
dinyatakan dalam Fluks neutron cepat dan Fluks neutron lambat atau
termal. Di dalam teras reaktor Fluks neutron bervariasi, paling besar
dibagian tengah dan paling kecil pada daerah tepi teras. Fluks neutron
cepat maksimum berada pada bahan bakar dan Fluks neutron lambat
maksimum berada daerah moderator. Moderator adalah bagian dari
reaktor yang bersifat memperlambat laju neutron dari energi saat
membelah sekitar 2 Mev ke energi termal 0,0252 ev.
Secara umum, neutron dengan energi tertentu yang lahir di dalam teras
dalam reaksi pembelahan dapat berdifusi dan hilang melalui hamburan
serta hilang melalui absorsi. Laju perubahan rapat neutron n dalam waktu
θ diberikan melalui persamaan difusi sebagai berikut :
3
∂n / ∂θ = D∇ 2φ − ∑ φ + S
(2)
dalam keadaan tunak (steady state), ∂n / ∂θ = 0 sehingga persamaan
diatas menjadi :
∇ 2φ − ∑ φ / D = − S / D
Σ
= tampang makroskopik
ϕ
= fluks neutron, n/det cm2
(3)
S = sumber neutron, n/det cm3
D
= koefisien difusi yang dapat diperoleh dari harga panjang difusi
L
dan sebagai fungsi dari bahan moderator, untuk air misalnya, harga
L = 2,88 cm.
Persamaan (3) diturunkan dengan asumsi neutron diperlambat atau
diabsorsi dari suatu grup energi ke grup energi dibawahnya. Untuk
seluruh grup energi persamaan (3) menjadi :
∇ 2φ + B 2φ = 0
(4)
B2 = buckling reaktor, suatu besaran yang dipengaruhi oleh sifat-sifat
bahan pada reaktor, mempunyai satuan (cm)-2
= ( π / H c ) + ( 2,405 / Rc ) untuk reaktor berbentuk silinder, dimana Hc
2
2
tinggi teras dan Rc radius teras.
cepat
termal
Teras
4
Gambar 1 : Distribusi fluks fluks neutron pada reaktor tak bereflektor
B. Pembangkitan Panas di dalam Reaktor
Permasalahan yang paling mendasar dalam merancang sebuah reaktor
adalah masalah perpindahan panasnya. Reaktor dapat dibuat dengan daya
yang besar dalam arti panas yang dibangkitkan besar, namun dalam
pembuatan tersebut perlu dipertimbangkan bagaimana perpindahan panas
yang besar itu dipindahkan. Pembangkitan panas yang besar ini perlu
dirancang agar dapat dipindahkan dari satu sistem ke sistem lain dengan
seefektif mungkin dan sekaligus mengubah bentuk energinya menjadi
energi yang diperlukan.
Laju pembangkitan panas persatuan volume dari sebuah elemen bakar
dapat diberikan melalui persamaan :
q’’’ = G N τ f φ
Mev/det cm3
G
= energi per pembelahan, Mev
N
= jumlah bahan bakar yang dapat membelah, atom/cm3
τf
= tampang pembelahan mikroskopik, cm2
φ
= fluks neutron, n/det cm2
Bila N konstan dalam setiap bahan bakar, pembangkitan panas proporsional
dengan perkalian antara tampang pembelahan mikroskopik dengan fluks
neutron. Tampang pembelahan mikroskopik tergantung dari bahan bakar
yang dapat membelah dan energi neutron, dengan demikian tergantung
pada jumlah neutron yang di perlambat ke energi termal. Dalam suatu
reaktor tertentu, panas yang dibangkitkan proporsional dengan fluks
neutron. Dengan perkataan lain bila fluks neutron berlipat dua, maka
pembangkitan panasnya pun dua kali lipat.
5
C. Komponen Dasar Reaktor
Suatu reaktor terdiri dari komponen dasar yaitu Bahan Bakar, Moderator,
Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi dan Pendingin. Bahan Bakar
adalah suatu perangkat terdiri dari bahan yang mengandung U-235 atau Pu239 yang terbungkus di dalam sebuah kelongsong yang dapat
menghasilkan reaksi inti berantai. Bahan bakar reaktor riset dapat berupa
silinder atau pelat. Gabungan dari beberapa bahan bakar bundel bahan
bakar. Susunan bahan bakar berbentuk silinder atau kotak disebut teras
reaktor.
Moderator adalah bahan yang dapat memperlambat laju kecepatan neutron
pada energi tinggi menjadi neutron termal pada energi rendah agar dapat
berinteraksi menghasilkan reaksi inti berantai. Bahan moderator dapat
berupa air yang sekaligus berfungsi sebagai pendingin dan penahan radiasi
arah vertikal. Untuk reaktor tipe kolam, Moderator dan/atau pendingin ini
ditampung dalam suatu wadah yang disebut tangki reaktor. Teras reaktor
berada pada bagian bawah tangki reaktor.
Batang Kendali adalah suatu perangkat penyerap neutron yang dipasang
pada teras reaktor yang berfungsi mengendalikan laju pertumbuhan fluks
neutron agar daya reaktor dapat dikendalikan. Bahan penyerap neutron
dapat berupa Boron atau AgInCd. Batang kendali dihubungkan dengan
suatu perangkat elektronik untuk keperluan pengendalian daya reaktor.
Reflektor adalah bahan yang dapat memantulkan neutron ke dalam teras
untuk memperkecil kebocoran neutron pada bagian tepi teras. Bahan
reflektor dapat berupa grafit atau karbon. Reflektor dipasang melingkar
pada tepi teras.
Perisai Radiasi adalah bahan yang dapat menahan laju paparan radiasi
neutron maupun radiasi gamma dari dalam teras keluar teras reaktor. Bahan
6
perisai radiasi pada reaktor biasanya berupa beton dengan massa jenis
sebesar 3 kg/dm3. dipasang pada tepi bagian luar tangki reaktor.
Pendingin atau lebih tepat sistem pendingin adalah suatu sistem yang dapat
memindahkan panas yang terbentuk di dalam teras ke sistem pendingin di
luar teras reaktor. Sistem pendingin terdiri dari pompa primer, pipa primer,
pipa sekunder, pompa sekunder, pemindah panas (HE) dan blower.
7
BAB III
DESKRIPSI UMUM REAKTOR PENELITIAN
A. Reaktor Kartini
Reaktor Kartini merupakan reaktor penelitian jenis kolam mempunyai daya
nominal 250 kilo Watt dan saat ini beroperasi steady state pada daya 100
kilo Watt.
Reaktor ini dibangun berdasarkan beberapa pertimbangan,
diantaranya jenis reaktor ini paling sederhana, murah dalam biaya operasi
dan pemeliharaannya. Selain itu reaktor kolam mempunyai fleksibilitas
besar dalam susunan teras dan sifat intrinsik yang aman.
Dengan
dilengkapi beberapa sarana eksperimen dan penelitian, reaktor ini dapat
digunakan untuk berbagai keperluan.
Reaktor Kartini di Yogyakarta adalah reaktor TRIGA 250 yang berasal dari
Bandung. Daya reaktor saat diresmikan adalah 250 kW. Bangunan reaktor,
sistem pelepasan panas primer dan fasilitas eksperimen lainnya didesain
tahan gempa sehingga SSE (Safety Shutdown Eartquake). Luas bangunan
kurang lebih 900 m2, sebagian bangunan berlantai tiga. Serambi reaktor
(reactor hall) berukuran 20 x 20 m2, tinggi 12 m dengan atapnya sebagian
datar, sedang bagian tengah berbentuk lengkung-cembung.
Pintu masuk personel terdapat pada latai 1 dan 2, pada masing-masing
lantai terdapat pintu yang berfungsi sebagai pintu darurat. Pintu masuk
untuk barang dengan volume besar terdapat pada lantai 1.
Uraian dari masing-masing level bangunan reaktor adalah,
1) Ground level (level dasar ) sekitar 0 meter, meliputi: pintu masuk,
lokasi
eksperimen
dengan
beam
port,
lokasi
pompa
primer/demineralizer, panel listrik daya, lokasi perangkat subkritik,
lokasi barang/peralatan ekseperimen.
2) Intermediate level (lantai II) sektar 3,5 meter, meliputi: lokasi
eksperimen dengan bulk shielding, pintu darurat.
8
3) Operation level (lantai III) sekitar 8 meter, meliputi: dek reaktor, lokasi
ruang kontrol reaktor, lokasi percobaan pada dek reaktor.
Untuk perisai pada bangunan reaktor digunakan beton bertulang, dengan
menggunakan batu dan pasir barit. Perisai dengan tinggi 6,5 meter
mempunyai pondasi 6 meter, dan didesain tahan gempa. Tebal perisai
bagian bawah sampai ketinggian 3,84 meter adalah 2,5 meter, sedang tebal
di atasnya 70 cm. Pada bagian atas perisai dibuat piringan beton bertulang,
dengan garis tengah 7 meter, sehingga orang dapat ke dalam tangki reaktor
dari atas. Ruang gedung raktor selalu tertutup rapat dan udara dalam
ruangan disedot ke luar gedung dengan menggunakan mesin penyedot
khusus (blower). Udara yang disedot dilepaskan ke udara bebas, melewati
saringan melalui cerobong ventilasi yang tingginya 32,5 meter. Di bagian
bawah cerobong dipasan saringan khusus untuk menyaring gas-gas
radioaktif, bila terjadi di dalam gedung reaktor. Udara masuk ke dalam
gedung reaktor melalui lubang ventilasi yang terdapat pada dinding
gedung.
Pada daya maksimum (100 kW) kondisi berikut ini dapat tercapai :
1) Paparan radiasi tepat di atas permukaan air tangki, di sekeliling perisai
dan ruang kendali masih di bawah batas keselamatan yang diijinkan.
2) Suhu permukaan air tangki reaktor berkisar antara 35-38°C dan
maksimum 40°C. Suhu bahan bakar (di pusat/tengah) maksimum 110°
C.
3) Fluks neutron (n/cm2s) rerata pada daya 100 kW di lokasi :
Central Thimble
Pneumatic
Cepat
: 2,4 x1012
Thermal
: 1,2 x1012
Cepat
: 6 x 1011
Thermal
: 3 x 1011
Rotary Specimen Rack Cepat
Thermal
: 1,5 x1011
: 2,2 x 1011
9
1. Bahan Bakar
Bahan bakar reaktor yang digunakan pada saat ini terdiri dari bahan
bakar: Tipe-104 : UzrH1.7 , perkayaan 20%, 8 w/o U = 36,5 gram U235
per elemen.
Selain itu digunakan pula bahan bakar berinstrumen
termokopel (instrumented fuel element/ IFE) Tipe-204 : dengan
kandungan uranium 8,5 w/o U = 37 gram U235 per elemen. Jumlah
elemen bakar di dalam teras pada saat daya 100 kW adalah 66 buah
dengan burn-up bervariasi antara : 3% - 10%.
2. Siklus Operasi
Reaktor Kartini dioperasikan pada jam kerja (6 jam per hari) kecuali ada
permintaan khusus dapat dioperasikan secara kontinu 1x24 jam sampai
dengan 3x24 jam. Operasi reaktor pada umumnya digunakan untuk :
iradiasi sampel dalam rangka analisis unsur-unsur, penelitian dalam
bidang kinetika dan kendali reaktor, bidang netronik dan termohidrolik,
layanan pendidikan dan pelatihan, eksperimen/ praktikum fisika reaktor.
3. Instrumentasi dan Kendali
Sistem instrumentasi dan kendali Reaktor Kartini sebagian besar dibuat
oleh BATAN dengan menggunakan beberapa komponen buatan General
Atomics (GA) yang terdiri dari :
a. Konsol sistem kendali digital (BATAN)
b. Unit kendali dan data akuisisi digital (BATAN)
c. Kanal pemantau daya linier + detektor 2 buah (GA)
d. Kanal pemantau daya lebar + detektor 2 buah (GA)
e. Batang kendali + penggerak batang kendali 3 buah (GA)
10
Rangkaian keselamatan yang tersedia adalah Rangkaian Scram dan
Sistem Peringatan. Rangkaian scram tersedia untuk :
A. Daya (>110 %, 3 kanal)
B. Perioda (< 7 detik, 1 kanal)
C. Neutron source interlock (1 kanal)
D. Catu daya detektor (4 buah)
E. Watchdog komputer
F. Manual
a. Sistem Peringatan (alarm) tersedia untuk : Suhu air tangki
b. Suhu bahan bakar maksimum
c. Tingkat paparan radiasi
4. Sistem Pendingin
Tersedia dua jalur sitem pendingin primer dan sekunder masing-masing
dengan kapasitas 100%. Setiap jalur terdiri dari satu pompa dengan daya
5 kW mengalirkan pendingin primer dengan laju alir 280 lpm. Dengan
menggunakan sebuah penukar panas tipe plat atau tipe shell and tube,
panas yang dihasilkan ini dipindahkan ke aliran sekunder yang mengalir
dengan laju 600 lpm dengan didorong oleh satu pompa berkekuatan 20
kW. Panas sekunder ini kemudian dipindahkan ke udara melalui cooling
tower. Sistem pendingin reaktor dimurnikan secara terus menerus dengan
sistem demineralisasi.
5. Fasilitas Iradiasi
a. Central Thimble (CT)
b. Pneumatic Transfer System
c. Rotary Specimen Rack (Lazy Suzan/LS)
d. Empat buah beamport
e. Thermal Column
f. Thermalizing Column
11
Seluruh fasilitas iradiasi, seperti : Lazy Susan, Pneumatic Transfer Tube,
dan CT, berfungsi secara baik, demikian pula dengan beamport.
Table 1 : Spesifikasi Reaktor Kartini
Spesifikasi
panjang total
panjang aktif
panjang grafit
diameter luar
diameter luar bahan bakar
lapisan racun dapat bakar
berat kandungan U-235
material kelongsong
tebal kelongsong
gap bahan bakar-kelongsong
titik leleh kelongsong
Spesifikasi Teras Reaktor :
Jumlah elemen bakar (e.b.)
Volume aktif e. b.
Volume total e.b. dalam teras
Tekanan operasi
Jarak antar pusat e.b.
Koef pp konveksi
Massa alir pendingin
Daya rerata teras
Daya max teras
Heat flux rerata
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
72,06 cm
38,1 cm
bagian atas 7,2 cm, bagian bawah 9,5 cm
37,34 mm
36,32 mm
0,7874 mm
36,5 gram (rerata)
SS-304
0,5 mm
0,0635 mm
1000 OC
68 batang
413,96 cm3
28149 cm3
5,39. 104 Pa
4 cm
779,72 W/m2 oC
0,0325 kg/s
0,00171 kW/cm3
0,00332 kW/cm3
9700 W/m2
B. Reaktor Triga 2000 Bandung
Reaktor TRIGA 2000 yang berada di Bandung adalah reaktor penelitian
pertama di Indonesia. Reaktor ini dibangun pada tahun 1964 dan diresmikan
oleh Presiden pertama RI Ir. Sukarno. Daya reaktor saat diresmikan adalah 250
kW, pengelolaannya ditangani oleh Pusat Reaktor Atom Bandung, Badan
Tenaga Atom Nasional.
Dalam perkembangannya, reaktor ini pernah ditingkatkan dayanya sampai
1000 kW. Saat ini daya maksimum reaktor adalah 2400 kW, yakni 120% x
2000 kW.
12
TRIGA adalah singkatan dari Training Research and Isotop Production by
General Atomic. Berdasarkan arti nama, reaktor ini berfungsi sebagai reaktor
untuk latihan, penelitian dan untuk produksi radioisotop.
Pembuat reaktor TRIGA adalah General Atomic sebuah perusahaan dari
Amerika Serikat. Reaktor TRIGA dirancang sedemikian rupa agar selama
dioperasikan aman. Terdapat beberapa faktor keselamatan yang diterapkan
pada reaktor, misalnya sifat bawaan (inherent safety) yang dipunyai oleh
elemen bakar UZrH yang mempunyai koefisien temperatur negatip.
Selain itu faktor puncak daya aksial dan radial masing-masing tidak boleh lebih
dari 1,6 dan 1,3. batasan ini diambil dari batas rancangan
(design limit)
termohidrolik Reaktor TRIGA 2000 Bandung yang menjamin bahwa batasbatas keselamatan suhu bahan bakar dan kelongsong elemen bakar tidak akan
terlampaui.
1. Air kolam Reaktor
Reaktor berada di dalam suatu kolam air, tinggi permukaan air kolam
reaktor dari permukaan atas teras reaktor (lempeng kisi atas) tidak
kurang dari 550 cm. Selama teras teaktor seluruhnya terendam di dalam
air pendingin, ia akan memperoleh pendinginan yang cukup secara
konveksi alami. Sehingga terhindar dari kerusakan kelongsong maupun
pelelehan bahan bakar.
Penurunan tinggi air kolam reaktor sampai melebihi batas keselamatan di
atas selama ini tidak pernah terjadi secara idak sengaja/ akibat
kecelakaan. Akan tetapi bila hal tersebut terjadi, maka berarti sistem
tangki reaktor mengalami kebocoran, baik akibat pecah/bocornya tangik
ataupun lubang berkas (beam port). Dengan pembatasan di atas maka
paling sedikit reaktor sudah padam selama sekitar 188 detik pada saat
ketinggian air pendingin tepat mencapai permukaan atas teras reaktor,
bila terjadi peristiwa pecahnya lubang berkas (beam port) yang bergaris
tengah 16 cm. Selang waktu ini adalah lebih dari cukup untuk memberi
13
kesempatan kepada perangkat pendingin teras darurat untuk bekerja
secara
penuh
menggantikan
sistem
pendingin
primer
dalam
mendinginkan reaktor.
Selain itu, penurunan tinggi air pendingin akan menyebabkan pula
perlindungan terhadap radiasi secara efektif berkurang, terutama di
daerah tepat di atas kolam reaktor. Pada saat ketinggian air kolam
mencapai 550 cm di atas teras, akan terjadi pengurangan perlindung
radiasi setebal 100 cm yang setara dengan kenaikan paparan radiasi
gamma (dengan energi 1 MeV) sebesar 22,4 kali dari keadaan normal. Ini
berarti pula bahwa pembatasan tinggi air kolam reaktor seperti di atas
akan mencegah paparan radiasi yang berlebihan.
2. Sistem Peringatan Dini
Perangkat-perangkat keselamatan berikut ini harus dapat memberikan
peringatan dini kepada operator reaktor, bila terjadi keadaan dimana batas
sistem keselamatan hampir tercapai. Peringatan dini tersebut dapat berupa
bunyi, nyala lampu, tulisan-tulisan pada layar monitor, atau cara-cara
lainnya. Pada saat tanda peringatan muncul, para operator harus segera
bersiaga dan segera melakukan tindakan yang diperlukan untuk
mencegah terjadinya keadaan yang lebih buruk.
a.
Perangkat keselamatan daya reaktor harus dapat memberikan tanda
peringatan bagi para operator reaktor bila daya reaktor mencapai
2100 kW (105%) atau lebih. Hal ini dapat membantu para operator
reaktor untuk dapat mencegah keadaan scram yang tidak diinginkan,
dengan cara menurunkan batang kendali secara manual, sehingga
reaktor bekerja secara normal dan stabil kembali pada daya penuh
2000 kW.
b.
Untuk dapat mencegah kecelakaan reaktor akibat kecerobohan
operator dan sekaligus membantu para operator dalam menaikkan
daya/menjalankan reaktor dengan lancar dan stabil, perangkat
keselamatan daya reaktor harus dapat memberikan tanda peringatan
kepada para operator pada saat terdeteksi periode reaktor lebih kecil
14
atau sama dengan 7 detik. Dengan cara ini operator akan memiliki
cukup kesempatan untuk bersiaga maupun segera bertindak
menghentikan gerakan naik batang kendali bahkan menurunkan
batang kendali bila diperlukan.
Batas di atas cukup dapat untuk menjamin kelancaran operasi reaktor
karena berada 4 detik di atas periode terkecil reaktor yang
diperbolehkan oleh sistem keselamatan daya reaktor.
c. Perangkat pengukur laju alir air pendingin primer reaktor harus dapat
memberikan peringatan dini bila terdeteksi laju alir <600 gpm. Bila
keadaan ini terjadi, para operator harus segera memadamkan reaktor
(shutdown) dan segera memeriksa dan menangani apa penyebabnya.
Batas ini cukup aman dan menjamin kelancaran operasi reajtir jareba
abja tersebut sekitar 150-200 gpm di bawah nilai norma laju alir
pendingin primer.
Dalam hal terjadi kegagalan fungsi perangkat pengukur laju alir
pendingin primer ini, reaktor masih dapat dioperasikan kembali apabila
perangkat-perangkat lainnya masih bekerja baik, yaitu: pengukur suhu
elemen bakar (IFE), pengukur suhu air kolam reaktor serta pompapompa pendingin primer dan skunder.
d. Perangkat keselamatan ketinggian air kolam reaktor harus dapat
memberikan peringatan dini bila ketinggian air kolam turun 20 cm dari
keadaan normal. Bila keadaan ini tercapai, para operator harus segera
memeriksa apakah perangkat penyedia air tambahan (make-up water
supply system) bekerja dengan baik untuk menambah air pendingin
reaktor. Bila perangkat tersebut mengalami kegagalan maka operator
harus segera menambahkan air pendingin secar manual.
Batas ini cukup aman dan menjamin cukupnya waktu (sebelum scram
terjadi) bagi perangkat pemasok air tambahan ataupun para operator
untuk menambah air pendingin reaktor ke ketinggian normal, karena
masih berada 30 cm di atas batas sistem keselamatan ketinggian air
kolam.
e. Perangkat pemantau ketinggian air kolam pendingin skunder harus
dapat mengeluarkan peringatan dini kepada para operator jika air
kolam tersebut turun 20 cm di bawah normal. Bila hal ini terjadi maka
15
para operator harus memeriksa apakah teradi kebocoran pada kolam air
pendingin sekunder ataupun apakah terjadi kegagalan pada perangkat
pemasok air tambahan untuk pendingin sekunder
Jika memang demikian maka operator harus segera menurunkan daya
reaktor atau bahkan memadamkan reaktor agar batas sistem
keselamatan tiak terlewati.
f.
Perangkat pemantau radiasi di atas permukaan kolam air reaktor harus
mengeluarkan tanda peringatan apabila terdeteksi paparan radiasi
melebihi 80 mRem/jam. Bila hal ini tejadi, para operator reaktor,
didampingi oleh petugas proteksi radiasi, harus memeriksa keadaan
kolam air pendingin reaktor, karena kejadian tersebut merupakan
pertanda bahwa telah terjadi kebocoran pada kelongsong elemen bakar
ataupun munculnya gelembung-gelembung udara ke atas permukaan
kolam air pendingin secara berlebihan.
Jika tidak terjadi pemunculan gelembung udara yang berlebihan, ada
kemungkinan besar bahwa kebocoran elemen bakar terjadi. Untuk
mengatasinya, operator reaktor harus segera menurunkan daya reaktor
atau bahkan memadamkan reaktor bila diperlukan.
Sebaliknya, bila terjadi pemunculan gelembung udara yang berlebihan,
maka ada kemungkinan perangkat difuser tidak bekerja dengan
sempurna akibat masuknya udara ke dalam pipa penghubung perangkat
tersebut. Kemungkinan lain adalah kerapatan daya reaktor terlampau
tinggi, sehingga air pendingin di dalam teras terlalu panas.
Untuk mengatasi kejadian-kejadian di atas, maka para operator harus
melakukan tindakan seperlunya sesegera mungkin, seperti: mengatur
katup pada pipa penghubung difuser (agar udara keluar dari pipa
tersebut) ataupun menurunkan daya reaktor sedemikian sehingga
paparan radiasi kembali normal. Apabila tindakan-tindakan di atas tidak
berhasil mengatasi permasalahan, reaktor harus segera dipadamkan.
Batas kondisi operasi di atas diberlakukan agar para operator maupun
pekerja radiasi lain terhindar dari paparan radiasi yang berlebihan,
sekaligus melindungi reaktor dari kerusakan elemen bakar yang fatal,
apabila terjadi kebocoran kelongsong elemen bakar.
16
g. Jika terdeteksi beda tekanan udara di luar dan di dalam ruang reaktor
sebesar 0,2 cm air atau lebih kecil, perangkat pengukur tekanan udara
ruang reaktor harus mengeluarkan tanda peringatan dini. Hal ini
menandakan bahwa ada kemungkinan ruang reaktor bocor, atau pintu
masuk ke ruang reaktor terbuka. Bila hal ini terjadi, maka operator
reaktor harus segera bertindak untuk mengatasi hal tersebut. Jika
masalah
tersebut
tidak
dapat
teratasi,
maka
operator
harus
memadamkan reaktor.
Dengan cara ini pelepasan gas radioaktif (yang mungkin terkandung di
dalam udara di dalam ruang reaktor) ke udara luar tanpa melewati
penyaring udara absolut (yang berada di dalam cerobong udara ruang
reaktor) dapat dicegah semaksimal mungkin. Sekaligus dengan cara ini
dapat dipantau lalu lintas orang dari dan ke dalam reaktor, sehingga
masuknya orang yang tidak berkepentingan dapat dicegah sedini
mungkin.
h. Perangkat pemantau catu daya listrik pompa primer dan pompa
sekunder harus memberikan tanda peringatan kepada para operator
reaktor bila terdeteksi catu daya perangkat-perangkat tersebut
mengalami kegagalan/mati. Bila hal ini terjadi maka operator harus
segera memadamkan reaktor, agar batas-bats sistem keselamatan suhu
bahan bakar dan air pendingin tidak terlampaui.
i.
Perangkat pemantau catu daya listrik motor kipas menara pendingin
harus memberikan tanda peringatan kepada para operator reaktor bila
terdeteksi catu daya tersebut mengalami kegagalan/mati. Bila hal ini
terjadi maka operator harus segera memadamkan reaktor dan
memerikasa keadaan semua motor kipas menara pendingin. Jika
kegagalan motor tidak tertangani, tetapi masih ada sebagian motor
kipas yang berfungsi dengan baik, operator dapat mengoperasikan
kembali reaktor ke daya yang lebih rendah, yang masih dapat
menjamin batas-batas sistem keselamatan suhu bahan bakar dan air
pendingin tidak terlampaui.
C. Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS)
17
Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) merupakan reaktor riset
jenis MTR (Material Testing Reactor) pertama di dunia yang dioperasikan
langsung dengan menggunakan bahan bakar dengan pengkayaan uranium
rendah, LEU. low enriched uranium. Pada saat rancang bangun Reaktor
RSG-GAS dilaksanakan, hanya tersedia bahan bakar LEU jenis oksida
(U308-AL) yang dapat digunakan untuk memenuhi spesifikasi yang
ditentukan. Oleh karena itu RSG-GAS menggunakan bahan bakar oksida
dengan densitas uranium 2,96 gU/cc dengan pengkayaan U235 sebesar
19,75%.
Dalam rangka meningkatkan kinerja reaktor, direncanakan untuk
melakukan konversi teras reaktor RSG-GAS dari bahan bakar oksida
menjadi silisida. Hal ini dilakukan karena penggunaan densitas uranium
yang lebih tinggi dapat meningkatkan panjang siklus operasi reaktor.
Program konversi teras RSG-GAS dilakukan secara bertahap. Tahap
pertama adalah konversi bahan bakar dari oksida menjadi silisida dengan
densitas sarna yaitu 2.96 gU/cc. Tahap kedua adalah konversi bahan bakar
silisida dari kerapatn 2.96 gU/cc ke kerapatan yang lebih tinggi. Sampai
saat ini keputusan untuk langkah kedua belum dilakukan mengingat
penyediaan bahan bakar silisida dengan kerapatan lebih tinggi bergantung
pada pabrikasi elemen bakar.
Konversi tahap pertama dimulai sejak tahun 1999 dengan menggunakan
konversi teras campuran bahan bakar oksida dan silisida. Diperlukan 10
(sepuluh) siklus operasi teras campuran untuk mendapatkan teras
setimbang silisida penuh. Teras setimbang silisida penuh dicapai pada teras
ke-45 pada bulan Agustus 2002.
Blok reflektor berilium dan posisi-posisi eksperimennya, terutama
tabungberkas menutup dua sisi teras sisanya. Blok berilium dipisahkan dari
teras reaktor dengan selubung teras.
18
Elemen bakar didasarkan pada teknologi MTR (Material Testing Reactor).
Setiap elemen bakar standar terdiri atas bagian ujung di bagian bawah, dan
perangkat penegang di bagian atas, dua buah pelat sarnping dan 21 buah
pelat bahan bakar. Setiap pelat bahan bakar terdiri atas rangka AIMg2 dan
dua buah lernbaran penutup dari bahan yang sarna, yang rnernbungkus
pelat daging dispersi U3Si-AI.
Elemen bakar kendali dirancang untuk dapat disisipi penyerap jenis-garpu
(fork type). Bagian yang berisi bahan bakar pada elemen kendali identik
dengan bagian yang berisi bahan bakar pada elemen bakar. Sebanyak 15
buah pelat bahan bakar bagian dalam ditahan oleh dua buah pelat samping.
Sebanyak 3 pelat bahan bakar diambil pada setiap ujung dari daerah yang
berisi bahan bakar untuk memberikan ruang untuk memasukkan bilah
penyerap (absorber blade).
Pelat-pelat aluminum menggantikan dua dari tiga buah pelat bahan bakar
yang diambil. Perangkat penyerap terdiri atas dua buah bilah Ag-In-Cd
yang diberi lapisan baja tahan karat.
Sistem kendali berfungsi untuk mengendalikan fluks reaktor dengan
gerakan perangkat penyerap pada arah vertikal ke dalam dan ke luar
elemen kendali untuk mengatur reaktivitas teras reaktor. Elemen berilium
terdiri atas sebuah ujung fitting bawah, batang berilium berbentuk persegi
dan pegangan di bagian atas.
19
1. Elemen Bakar
a. Elemen Bakar Standar
Elemen bakar didasarkan pada teknologi MTR. Setiap elemen bakar
terdiri atas:
1) Ujung bawah fitting yang tepat rnasuk ke dalarn lubang petal kisi
untuk ternpat. elernen bahan bakar.
2) Qua petal sarnping (side plate) dengan alur pengencang daft
penahan petal bahanbakar.
3) Pegangan di bagian alas sebagai perlengkapan penanganan yang
pas dengan handling tool.
4) Sebanyak 21 petal bahan bakar dengan lebar daft ketebalan yang
sarna rnasing-rnasing terdiri alas angka AIMg2 daft dualernbaran
penutup dari bahan yang sarna yang rnernbungkus petal daging
dari dispersi UjSbAI.
5) Sebuah comb spacer dengan lebar 3 mm di ujung alas dari petal
bahan bakar untuk mernastikan agar jarak antara pelat bahanbakar
tidak berubah.
Bahan bakar (daging) dari pelat bahan bakar terdiri~atas dispersi U3SiAL dalam aluminum. Kerapatan uranium di dalam daging adalah 2,96
g/cm3. Pengkayaan uranium rendah (LEU) adalah 19,75% berat U235.
b. Elemen Bakar Kendali
Elemen bakar kendali dirancang untuk menerima penyerap jenis
garpu. Dari semua desain penyerap yang ada dan telah terbukti untuk
teras reaktor berbahan bakar MTR, desain penyerap ini memberikan
keefektifan tertinggi untuk kendali dan pemadaman reaktor.
Bagian yang berisi bahan bakar pada elemen bakar kendali identik
dengan yang terdapat pada elemen bakar standar. Sebanyak 15 buah
pelat bahan bakar bagian dalam ditahan kedua sisinya oleh dua pel at
samping. Sedangkan 3 buah pelat bahan bakar diambil di masing20
masing ujung dari zona yang berisi bahan bakar untuk memberikan
tempat agar pelat penyerap dapat masuk ke dalamnya.
Dua dari tiga tersebut ditukar dengan pelat alumunium dengan
pengarah keeil di satu permukaan sehingga pelat penyerap bergerak
dengan lanear di dalam eelah diantara pelat-pelat tersebut.
2. Sistem Pendingin
Fungsi reaktor serba guna RSG-GAS antara lain adalah untuk melayani
penelitian
dengan
menggunakan
sumber
neutron
dan
produksi
radioisotop. Pada aliran pendingin yang stabil. temperatur maksimum
permukaan pelat pemanfaatan lainnya. Dengan demikian maka
diperlukan penyediaan kerapatan fluks neutron yang tinggi kepada
pengguna,
dengan
kerapatan
fluks
neutron
yang
tinggi
akan
menghasilkan rapat daya yang tinggi pula di dalam teras reaktor.
Pada sistem-sistem reaktor bertekanan rendah, rapat daya dibatasi oleh
persyaratan bahwa aliran pendingin harus dijamin stabil secara
hidrodinamis sepanjang kanal pendingin. Pelanggaran alas kriteria ini
akan mengakibatkan proses perpindahan panas yang buruk disertai oleh
kenaikan tiba-tiba temperatur pelat bahan bakar ke tingkat yang tidak
dapat ditolerir sehingga pada akhirnya dap bahan bakar tidak boleh
melebihi 140°C sampai 150°C dimana terjadi pendidihan sub-cooled,
rejim yang merupakan bentuk perpindahan panas yang paling efisien.
Temperatur maksimum dari bahan bakar adalah sekitar 5.0 K di alas
temperatur permukaan pelat. Korosi kelongsong dapat menimbulkan
lapisan tipis oksida yang mempunyai sifat hantaran panas yang buruk
sehingga akan menyebabkan kenaikan temperatur maksimum 25 K.
Pada operasi normal, pendingin primer disirkulasikan di dalam sistem
pendingin primer oleh dua buah pompa primer yang bekerja secara
paralel satu sarna lain. Pendingin yang berasal dari dua buah alat
penukar panas (HE-Heat Exchanger) memasuki kolam reaktor melalui
21
pipa distribusi balik horizontal yang terletak lebih kurang 1.2 m di
bawah bidang tengah teras reaktor.
Laju alir minimum sistem pendingin primer adalah 800 kg/det. Sekitar
89% dari total laju afir atau 715 kg/det afiran mendinginkan teras reaktor
den sekitar 11 % atau 85 kg/det melalui reflektor. Laju alir teras reaktor
dapat dipecah menjadi laju alir teras reaktor aktif dan laju alir bypass
teras reaktor.
Sebagian panas peluruhan yang dihasilkan oleh teras reaktor dikeluarkan
dari kolam dengan menggunakan sistem pendingin kolam yang terdiri
dari 3 buah pendingin kolam dan sebagian lagi digunakan untuk
memanasi air di dalam kolam reaktor.
Desain termohidrolik diverifikasi dengan pengukuran yang dilaksanakan
selama tase start-up pada reaktor sub-kritis dan selama operasi reaktor.
Parameter-parameter utama dari desain termohidrolik adalah laju alir
teras reaktor, laju alir elemen bakar dan distribusi rapat daya.
Laju alir teras reaktor diukur dengan menggunakan turbine flow-meter
yang dipasang pada fitting ujung bawah aleman bakar dummy. Flowmeter memberi distribusi kecepatan pada penampang silang teras reaktor
dan setelah merata-ratakan nilai-nilai ini, diperoleh totallaju alir melalui
elemen bakar dan elemen kendali.
3. Kolam Reaktor
Kolam reaktor berbentuk silinder merupakan bagian integral dari
Gedung Reaktor yang tahan gempa burni. Letaknya adalah di tengahtengah Gedung Reaktor dan menjulang dari ketinggian -0,6 m sampai +
13,15 m, untuk tujuan sebagai perisai maka digunakan beton dengan
kerapatan yang tinggi, kerapatan nominal 3,6 kg/dm3, di daerah bawah
dari kolam reaktor sampai ketinggian +8,25 m.
22
Sebuah kanal ventilasi dalam lapisan aluminum pada kedua kolam di
atas, tinggi permukaan air mengelilingi kolam. Fasilitas ini dan ventilasi
yang terletak di atas kolam reaktor berfungsi untuk mengeluarkan udara.
Penetrasi untuk pemipaan untuk sistem bantu terletak di bawah
permukaan air kolam, sehingga permukaan itu sendiri bebas dari
pemipaan. Semua penetrasi dilengkapi dengan katup isolasi ganda yang
secara otomatis menutup apabila permukaan air mencapai nilai minimum
yang telah ditetapkan sebelumnya.
Kolam penyimpanan dihubungkan ke sistem hot-cell pada ketinggian
+13,0 m dengan sebuah poros vertikal untuk memindahkan bahan-bahan
dan komponen-komponen yang telah diiradiasi. Kolam ini dilengkapi
dengan dua rak penyimpan, yang masing-masing dapat menampung 150
elemen teras reaktor. Sebuah transport wagon disediakan untuk
pemindahan komponen-komponen teras reaktor dari kolam penyimpanan
ke poros vertikal.
4. Tabung Berkas
Sebanyak 6 tabung berkas tersedia dari kolam ke balai eksperimen di
lantai +1,45 m dan +1,65 m. Seperti halnya tabung berkas, linier flanges
disisipkan di dalam beton perisai.
Setiap tabung berkas dilengkapi
dengan thimble yang kedap air yang berakhir pada suatu jarak sekitar 150
mm dari dinding lapisan tabung berkas. Apabila terjadi retakan pada
tabung berkas, thimble yang tidak terbuka terhadap stress patah akan
mencegah kebocoran air kolam.
Ruang antara dinding lapisan tabung berkas dan tabung berkas diisi
dengan air kolam yang harus dipertukarkan dari waktu ke waktu untuk
mencegah korosi dan untuk mengurangi produk-produk aktivasi. Ruang
ini secara otomatis terisi dengan air yang masuk melalui celah yang
sangat sempit, masing-masing terbentuk oleh cakram di sekeliling
tabung berkas. Cakram ini dihubungkan secara kencang ke lapisan
kolam.
23
Apabila tabung berkas tidak digunakan, maka dapat diisi dengan air dan
thimble ditutup dengan memasukkan penutup beton ke dalamnya. Pintu
tabung berkas yang terletak di dalam balai eksperimen diberi perisai
untuk menjaga agar paparan radiasi tetap rendah. Keenam tabung berkas
dilengkapi dengan pelindung kedua yang akan mencegah kebocoran air
kolam reaktor, kendatipun ada retakan pada tabung berkas. Pelindung
kedua ini dibentuk oleh thimble.
Table 1.a : Spesifikasi Reaktor Kartini, TRIGA dan RSG-GAS (perbandingan)
Kartini
1
2
3
4
5
6
7
Daya Maximum
Minimum period
% Daya Maximum
Suhu air Tangki Max.
Suhu bahan bakar Max.
Laju alir Primer
100 kW
7 second
110 %
≤ 40
530 °C
76 GPM
2000 kW
7 second
120 %
≤ 40
530 °C
<600 GPM
T inlet HE
≤ 10 upper
≤ 10 upper
room temp.
room temp.
Toutlet HE
≥ 5 upper
≥ 5 upper
room temp.
Laju alir Sekunder
room temp.
160 GPM
T inlet HE
≤ 2 upper
room temp
8
TRIGA
-
RSG-GAS
3000 kW
≤ 40
150 °C
800 kg/det
-
T outlet HE
≥ 7 upper
Pemanfaatan
room temp
Training,
Training,
Training,
Penelitian
Penelitian,
Penelitian, Produksi
Produksi
Isotop, Uji
Isotop
Material, Silicon
Doping, Uji Elemen
Bakar PLTN.
24
BAB IV.
INSTALASI NUKLIR NON REAKTOR
A. Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi
Divisi Elemen Bakar Nuklir yang berada dalam pengelolaan PT Batan
Teknologi adalah suatu divisi yang dapat membuat elemen bakar reaktor
riset, khususnya elemen bakar reaktor jenis MTR (material test reactor)
seperti RSG-GAS Serpong. Instalasi ini berada di kawasan Puspiptek
Serpong dan telah beroperasi sejak tahun 1988.
B. Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU
Instalasi Elemen Bakar Eksperimental berada dalam pengelolaan Pusat
Pengembangan Teknologi Bahan Bakar dan Daur Ulang (P2TBDU) Badan
Tenaga Nuklir Nasional. Instalasi ini mampu membuat prototipe elemen
bakar yang digunakan dalam PLTN serta sarana pengembangan elemen
bakar PLTN.
C. Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU
Instalasi Radio Metalurgi mempunyai kemampuan untuk mengkarkterisasi
berbagai elemen bakar reaktor, baik reaktor air berat, reaktor air biasa
maupun reaktor uji material. Instalasi ini berada dalam pengelolaan Pusat
Pengembangan Teknologi Bahan Bakar dan Daur Ulang (P2TBDU) Badan
Tenaga Nuklir Nasional.
D. Interim Storage Facility for Spent Fuel - P2TRR
Interim Storage Facility for Spent Fuel adalah suatu fasilitas penyimpanan
sementara elemen bakar bekas reaktor riset. Elemen bakar bekas tersebut
sudah tidak dipakai lagi di reaktor dan biasanya dikembalikan ke negara
pembuat. Instalasi ini terdiri dari sebuah kolam penyimpanan yang
dilengkapi dengan sistem kanal pemindah. Kanal ini menghubungkan
25
kolam dengan hot cell reaktor yang berada dalam pengelolaan Pusat
Pengembangan Teknologi Reaktor Riset (P2TRR-BATAN).
E. Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG
Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT Petro Kimia Gresik di Jawa Timur
adalah sebuah instalasi yang dapat menghasilkan yellow cake yaitu suatu
bahan dasar pembuatan bahan bakar yaitu uranium. Instalasi ini sudah tidak
menghasilkan lagi uranium sejak pemurnian asam fosfatnya berhenti oleh
karena itu Pabrik ini dalam waktu dekat akan di dekomisioning.
26
BAB V.
INSPEKSI KESELAMATAN NUKLIR
( BATASAN DAN KONDISI OPERASI)
A. Batas-batas Keselamatan
Untuk dapat menjamin agar reaktor selalu berada dalam keadaan aman
dalam segala keadaan/tingkat operasi, terdapat batas-batas keselamatan
safety limits yang perlu dipatuhi. Selama batas-batas keselamatan terebut
tidak terlewati, maka bisa dipastikan bahwa kecelakaan reaktor seperti:
pecahnya kelongsong elemen bakar, melelehnya bahan bakar, paparan
radiasi yang berlebihan dan lain-lain dapat dicegah.
Batas-batas
tersebut
ditetapkan
sedemikian
rupa
sehingga
dapat
memberikan tenggang margin yang cukup terhadap suatu keadaan dimana
reaktor mulai berada di dalam keadaan yang berbahaya. Dengan demikian
keselamatan reaktor masih bisa dipertahankan pada saat terjadi peristiwa
luar biasa yang menyebabkan batas-batas tersebut tidak terlampaui dan
apabila terlampaui maka reaktor harus sudah berada dalam keadaan padam
seketika scram dan selanjutnya reaktor sama sekali tidak dapat
dioperasikan, selama kondisi yang menyebabkan terlampauinya batas-batas
keselamatan belum ditemukan dan ditanggulangi.
B. Suhu Air Pendingin reaktor
Suhu air pendingin reaktor bulk Temperature, adalah suhu air pendingin
yang diukur di permukaan kolam raktor atau suhu masukan air pendingin
ke perangkat penukar panas. Suhu ini biasanya tidak melebihi 49ºC. Suhu
air masuk tangki reaktor lebih kecil atau sama dengan 40ºC. Batas ini
didasarkan pada pertimbangan proses pendinginan konveksi alam natural
convection yang terjadi, yakni mencegah secara dini terjadinya pendidihan
selaput yang akan mengakibatkan kekerontangan (burn out) pada
kelongsong elemen bakar.
27
C. Penetapan Batas Sistem Keselamatan
Untuk menjamin keselamatan reaktor, terdapat sistem keselamatan reaktor
yang dapat bekerja/berfungsi sedini mungkin sebelum suatu peristiwa yang
menyebabkan terlewatinya batas-batas keselamatan reaktor terjadi. Bila
suatu perangkat/sistem keselamatan reaktor mendeteksi bahwa batas sistem
keselamatan
tercapai atau bahkan terlewati, perangkat/sistem tersebut
harus mengaktifkan rangkaian scram sesegera mungkin. Dengan demikian
dapat dijamin/dipastikan bahwa reaktor sudah berada dalam keadaan pdam
pada saat terjadi suatu keadaan luar biasa yang menyebabkan batas-batas
keselamatan reaktor terlampaui.
Berikut adalah penetapan batas sistem keselamatan (safety system settings)
yang perlu dipenuhi dalam segala keadaan/tingkat operasi reaktor.
1. Sistem Keselamatan Suhu Bahan Bakar
Seluruh perangkat keselamatan suhu bahan bakar harus segera
mengaktifkan rangkaian scram bila mendeteksi suhu bahan bakar setinggi
750ºC atau lebih. Batasan ini cukup aman dan konservatif karena berada
200ºC di bawah batas keselamatan suhu bahan bakar dalam keaadaan
paling buruk, sehingga sifat kelembaman perangkat pengukur suhu
(termokopel)
terkompensasi.
dalam
Selain
mendeteksi
itu,
perubahan
batasan
di
atas
suhu
cukup
dapat
dapat
memperkecil
kemungkinan kecelakaan bahan bakar akibat suhu maupun bakaran (burn
up) yan tinggi (sehingga baik tekanan disosiasi hidrogen maupun tekanan
dalam kelongsong akan menjadi semakin tinggi), efek radiasi dan suhu
terhadap dimensi bahan bakar (pengembangan/perubahan ukuran bahan
bakar). Batasan tersebut di atas juga akan menjamin bahwa batas
keselamatan klongsong elemen bakar tidak akan terlampaui.
Batas sistem keselamatan di atas akan dapa pula menjamin kelancaran
operasi raktor, karena berada sekitar 50ºC sampai 100ºC di atas suhu
28
bahan bakar normal pada saat reaktor bekerja dengan daya penuh 2000
kW, yang cukup untuk mengatasi ketidak stabilan alat ukur ataupun
fluktuasi acak sesaat bahan bakar.
Di dalam praktek, perangkat pengukur suhu elemen bakar, yakni elemen
bakar berinstrumentasi (instrumented fuel element, IFE), diusahakan
sedapat mungkin ditempatkan di posisi yang terpanan (hot channel),
sehingga pemantauan suhu elemen bakar tersebut benar-benar mewakili
keselamatan teras reaktor. Akan tetapi, bila hal tersebut di atas tidak
dapat dipenuhi maka batas scram suhu elemen bakar harus diturunkan (<
750ºC) jika:
a.
IFE yang digunakan memiliki kandungan bahan bakar (U-235) yang
lebih sedikit dibandingkan dengan elemen bakar yang terpanan,
dan/atau
b. IFE terletak di posisi (ring) yang lebih jauh dari pusat teras
dibandingkan dengan posisi elemen bakar yang terpanas.
2. Sistem Keselamatan Suhu Air Pendingin Reaktor
Perangkat keselamatan suhu air pendingin reaktor akan segera
mengaktifkan rangkaian scram pada saat mendekati suhu air pendingin
reaktor bulk temperature, yakni suhu air di permukaan tangki reaktor atau
suhu air pendingin primer yang masuk ke perangkat penukar panas
sebesar 49ºC atau lebih.
Hal ini akan mencegah terjadinya pendidihan selaput, sehingga
kelongsong elemen bakar akan terhindar dari kekerontangan. Alasan lain
dalam menentukan batas sistem keselamatan ini adalah bahwa
kemampuan resin yang digunakan dalam perangkat pemurni air
(demineralizer) akan semakin buruk jika suhu air melebihi 49ºC.
Batas ini selain mencegah keamanan operasi reaktor juga menjamin
kestabilan dan kelancaran operasi reaktor, karena berada antara 4ºC
29
sampai 7ºC di atas suhu normal air pendingin reaktor pada saat daya
reaktor mencapai 2000 kW.
3. Sistem Keselamatan Daya Reaktor
a.
Perangkat pemantau daya reaktor harus memadamkan seketika
reaktor pada saat terukur daya reaktor sebesar 2200 kW (110%) atau
lebih. Hal ini selain menjamin bahwa reaktor masih dalam keadaan
aman (karena berada 200 kW di bawah batas keselamatan reaktor),
juga menjamin kelancaran operasi reaktor pada saat bekerja pada
daya maksimum 2000 kW, yakni dengan memberi tenggang yang
cukup terhadap ketidakstabilan alat ukur maupun fluktuasi acak
sesaat daya reaktor.
b.
Untuk mencegah kenaikan daya reaktor yang tak terkendali, sistem
keselamatan daya raktor harus memadamkan seketika reaktor pada
saat terdeteksi periode reaktor sebesar sama dengan atau lebih kecil
dari 3 detik (setara dengan penyisipan cepat reaktifitas sebesar $
0.61). Batasan ini cukup konservatif mengingat bahwa Reaktor
TRIGA dapat dengan aman dipulsa dengan penyisipan reaktifitas
sebesar $ 3.80. Selain itu, kecepatan jatuh batang kendali yang tinggi
(hanya dibutuhkan sekitar 0,3 detik sampai 0,4 detik untuk mencapai
dasar teras dari kedudukan tertinggi), akan cukup cepat untuk dapat
menanggulangi keadaan terlampauinya batas sistem keselamatan di
atas. Pengaktifan rangkaian scram akibat terpenuhinya kondisi
periode reaktor tersebu di atas harus sdapat dilaksanakan oleh
perangkat keselamatan daya reaktor pada tingkat daya sembarang,
baik rendah maupun tinggi.
c.
Rangkaian scaram harus pula segera diaktifkan oleh sistem
keselamatan daya reaktor pada tingkat daya sembarang, apabila catu
daya tegangan tinggi detektor neutron berada 100 Volt atau lebih di
bawah tegangan normalnya. Batasan ini diberlakkan untuk mencegah
kesalahan pengukuran daya reaktor, karena sensitivitas detektor akan
30
semakin kecil bila tegangan tinggi detektor semakin renadah. Selain
aman terhadap ketidakstabilan alat, angka bats tersebut cukup
konservatif karena reantang daerah tegangan datar (plateau) detekteor
berkisar antara 200 Volt sampai 400 Volt, sedangkan tegangan tinggi
normal detektor selalu diatur berda di tengah daerah tegangan datar.
d. Jika pada saat reaktor padam (shutdown) sistem keselamatan daya
reaktor mendeteksi bahwa daya reaktor adalah lebih kecil dari 1 mW,
rangkaian interlock harus teraktifkan sehingga selurh batang kendali
tidak dapat dinaikkan. Hal ini diberlakukan mengingat bahwa neutron
akan selalu ada di dalam teras, baik yang berasal dari sumber neutron
luar maupun yang berasal dari peluruhan inti hasil fisi yang tersimpan
di dalam elemen bakar. Jika detektor tidak dapat mendeteksi mereka,
maka terdapat kemungkinan detektor neutron tersebut mengalami
masalah/kerusakan. Sebab lainnya adalah bahwa apabila detektor
tidak rusak akan tetapi daya reaktor terdeteksi terlalu rendah, maka
ada kemungkinan sumber neutron berada di luar teras reaktor. Dalam
keadaan normal, reaktor harus tidak dapat dimulai-jalankan (start up)
apabila tidak ada sumber neutron luar di dalam teras reaktor. Akan
tetapi apabila ternyata reaktor dapat dimulaijalankan walaupun tidak
terdapat sumber neutron luar, maka hal ini akan menunjukkan bahwa
reaktifitas lebih reaktor terlampau tinggi. Untuk mencegah kenaikan
daya yang tidak terkendali yang diakibatkan oleh peristiwa tadi,
diberlkukanlah batasan sistem keselamatan tersebut di atas.
4. Sistem Keselamatan Laju Alir Air Pendingin Reaktor
Perangkat sistem keselamatan laju alir pendingin reaktor akan segera
memberikan peringatan dini kepada operator reaktor jika terdeteksi air
pendingin primer tidak menalir atau laju alir <600 gpm. Bila hal ini
terjadi, operator reaktor harus segera memadamkan reaktor (shutdown)
kemudian segera mencari dan menangani penyebabnya.
31
Hal ini adalah untuk mencegah sedini mungkin terjadinya pendidihan
selaput, yang dapat mengakibakan kekerontangan kelongsong elemen
bakar.
Batasan ini diberlakukan tidak untuk mengaktifkan rangkaian scram
dengan mengingat bahwa sebenarnya reaktor akan selalu berada dalam
keadaan aman (yakni terdinginkan dengancukup secara konveksi alami),
apabila teras reaktor seluruhnya terendam air. Pengaruh berhentinya
aliran air pendingin pada saat reaktor beroperasi tidak akan serta merta
menaikkan suhu elemen bakar/teras, melainkan akan terjadi secara
perlahan, sehingga cukup waktu bagi operator untuk menurunkan
daya/memadamkan reaktor dengan aman. Selain itu, batas keselamatan
reaktor lain yang berhubungan langsung dengan suhu teras reaktor, yakni:
suhu bahan bakar dan suhu air pendingin reaktor, sudah cukup untuk
mencegah kemungkinan paling buruk yang dapat terjadi di teras reaktor,
yakni pecahnya kelongsong elemen bakar dan melelehnya bahan bakar.
5. Sistem Keselamatan Ketinggian Air Kolam Reaktor
Batas sistem keselamatan penurunan ketinggian air kolam reaktor
ditetapkan sebesar 50 cm. Dengan demikian, perangkat keselamatan
ketinggian air kolam reaktor harus memadamkan seketika reaktor pada
saat terpantau penurunan ketinggian air kolam reaktor 50 cm atau lebih
dari ketinggian normal.
Batasan ini cukup konservatif, karena pada saat itu permukaan air kolam
reaktor masih berada 600 cm dia atas permukaan teras bagian atas, yang
berarti masih 50 cm di atas keselamatan air kolam reaktor. Kelancaran
operasi reaktorpun masih sangat tejamin, karena berdasarkan pengalaman
sampai saat ini reaktor tidak pernah sekalipun (tidak sengaja/akibat
kecelakaan) mengalami penurunan air kolam reaktor setinggi itu.
32
D. Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman
Selama persyaratan-persyaratan operasi berikut ini ditaati, maka reaktor
akan selalu dapat dijalankan dengan aman serta akan menjamin tenggang
yang cukup sebelum batas-batas sistem keselamatan terlampaui, sehingga
operasi reaktor dapat selalu berlangsung dengan stabil dan lancar. Selain
itu, batas-batas tersebut juga akan mencegah terjadinya paparan radiasi
yang berlebihan, baik terhadap pekerja radiasi maupun lingkungan serta
akan menjamin umur pemakaian reaktor yang panjang.
1. Rancangan Teras
a.
Elemen bakar yang digunakan harus memiliki sifat selamat bawaan
(inherent safety), yaitu harus mengandung bahan bakar yang
mempunyai koefisien reaktifitas suhu negatif yang besar (seperti:
elemen bakar jenis TRIGA yang mengandung UZrH1.6). Hal ini
ditetapkan dengan mengingat bahwa sifat tersebut merupakan salah
satu bagian utama dari sistem keselamatan Reaktor TRIGA 2000
Bandung.
b.
Jumlah dan susunan elemen bakar di dalam teras harus sedemikian
rupa sehingga menjamin bahwa faktor puncak day aksial dan radial
masing-msing tidak lebih dari 1,6 dan 1,3. Hal ini diterapkan dengan
mengingat bahwa angka tersebut digunakan sebagai acuan di dalam
rancangan Reaktor TRIGA 2000 Bandung.
c.
Jumlah dan susunan elemen bakar di dalam teras harus sedemikian
sehingga menjamin bahwa apabila batang kendali yang memiliki
reaktivitas (rod worth) tertinggi sepenuhnya berada di luar teras dan
empat batang kendali lainnya sepenuhnya berada di dalam teras,
maka reaktor harus berada di dalam keadaan sub kritis.
d. Dengan persyaratan tersebut di atas maka bisa dijamin bahwa reaktor
akan selalu dapat berada dalam keadaan padam dan aman, walaupun
33
salah satu dari lima batang kendali tidak dapat dimasukkan ke dalam
teras reaktor dengan sempurna (seperti: akibat macet atau terjepit).
e.
Hal ini diambil dengan mengingat bahwa semakin tinggi bakaran
bahan bakar, maka semakin buruk sifat-sifat selamat bawaannya
maupun sifat-sifat fisika lainnya, terutama pada suhu yang tinggi.
Dengan batasan ini setiap elemen bakar dapat digunakan semaksimal
mungkin tanpa mengurangi tingkat keselamatan reaktor secara
keseluruhan.
2. Pengendalian Reaktifitas
a.
Paling sedikit harus tersedia 5 batang kendali, yang mengandung
bahan penyerap neutron yang baik, seperti: B4C.
b. Jumlah minimum tersebut adalah sesuai dengan batas rancangan
Reaktor TRIGA 2000 Bandung, yang menjamin reaktor akan dapat
dioperasikan dengan aman dan selamat.
c.
Perangkat penggerak batang kendali (control rod drive mechanism)
harus bekerja berdasarkan prinsip gagal selamat (fail safe), yang
setidak-tidaknya memanfaatkan gaya gravitasi untuk menjatuhkan
batang kendali serta menggunakan magnet yang dihasilkan oleh
induksi listrik untuk memegang batang kendali.
d. Perangkat penggerak batang kendali harus dapat menjamin waktu
jatuh batang kendali dari kedudukan tertinggi di luar teras ke dasar
teras yang sesingkat-singkatnya.
e.
Hal ini adalah untuk dapat sesegera mungkin mengatasi penyisipan
reaktifitas yang berlebihan pada saat keselamatan periode reaktor
terlampaui.
3. Parameter Rancangan Elemen Bakar
a.
Elemen bakar yang dipakai adalah jenis TRIGA yang berbentuk
batang/tabung, yang menggunakan UZrH1.6 sebagai bahan bakarmoderator dengan isotop U-235 sebagai bahan dapat belah yang
utama. Hal ini diberlakukan dengan mengingat bahwa Reaktor
34
TRIGA 2000 Bandung itu memang dirancang hanya untuk
menggunakan elemen bakar jenis tersebut saja.
b.
Pengayaan U-235 yang tertinggi adalah 20% dengan fraksi berat
Uranium di dalam setiap elemen bakar berkisar antara 8,5% sampai
20%. Elemen-elemen bakar dengan spesifikasi di atas telah benarbenar teruji keandalannya selama puluhan tahun.
c.
Kelongsong elemen bakar harus terbuat dari baja tahan karat SS304 dengan ketebalan minimum 0,508 mm.Hal ini diterapkan dengan
mengingat bahwa analisis yang digunakan dalam penentuan batasbatas keselamatan didasarkan pada penggunaan SS-304 dengan
spesifikasi tersebut di atas sebagai bahan kelongsong elemen bakar.
4. Penyisipan reaktivitas
Laju penyisipan reaktifitas (baik yang diakibatkan oleh penaikan batang
kendali, pemasukan bahan dapat-belah ke dalam teras reaktor maupun
cara-cara lain) harus dibatasi sedemikian sehingga periode reaktor tidak
melebihi 7 detik. Hal ini untuk menjamin agar kelancaran operasi reaktor
dapat terjaga yakni dengan mencegah pemadaman seketika reaktor akibat
periode reaktor yang terlampau kecil.
Tabel 2 : Batasan Dan Kondisi Operasi Reaktor Kartini
1.
2
3
4
5
6
Maximum power level
Minimum period
Maximum % power
Max. Temp. of water tank surface
Max. Fuel Temp.
Primary Flow Rate
: 100 kW
: 7 second
: 110 %
: ≤ 40
: 530
: 76 GPM
T inlet HE
: ≤ 10 upper room
Toutlet HE
temp.
: ≥ 5 upper room
7
8
Secondary Flow Rate
temp.
: 160 GPM
T inlet HE
: ≤ 2 upper room temp
T outlet HE
Isotopic Concentration of water tank
: ≥ 7 upper room temp
: < 1 ppm
35
9
010
(Si, Mg, Ca, Na)
Conductivity of cooling water tank
Resistivity of cooling water tank
-
Inlet of Demineralizer
: 0.2 to 0.5 µ ohm
: > 2 Mohm/cm
11
- Outlet of Demineralizer
Max. Permisible Concentration
: > 6 Mohm/cm
: < 5 x 10 -4 µ Ci/cc
12
13
(MPC) of water tank
Radioactivity in reactor hall
Radiation exposure rate :
: < 12 µ Ci/cc
-
Over cooling water tank
: < 100 mR/hour
-
Control room
: < 2.5 mR/hour
-
Deck reactor
: < 10 mR/hour
-
Demineralizer
: < 25 mR/hour
-
Therma column
: < 2.5 mR/hour
-
Sub critical assembly
: < 10 mR/hour
-
Bulk shielding
: < 2.5 mR/hour
Tabel 3 : Jadwal Kalibrasi dan Perawatan Reaktor Kartini
No
Component
1
Environmental monitoring
2
Isotopic investigation of cooling
Schedule Measurement
: 1 x / month
water tank (Si, Mg, Na, Ca)
Fuels visual inspection
Control rods drop calibration
Control rods reactivity calibration
: 1 x / month
: 1 x /2 years
: 1 x / year
: 2 x /year or after
Power calibration
loading/reshuffling
: 2 x /year or after loading
7
Resin (demineralizer) treatment
(reshuffling)
: 2 x/2 years or 2400 hours
8
Filter treatment of demineralizer
operation.
: 2 x/2 years or 2400 hours
Treatment of primary system
Treatment of secondary system
Treatment of bulk shielding
Visual supervising of primary
operation.
: 1 x/year
: 1 x/year
: 1 x /2years
: done before/after
cooling (Temp. water level, etc.)
operation
pH and conductivity measurement
: done before/after
3
4
5
6
9
10
11
12
13
operation
36
14
15
Temp. fuel measurement
Temp. measurement of cooling
: every reactor operation
: every reactor operation
16
17
system
MPC of cooling water
Control panel testing
: 1 x/3 months
: check list before reactor
18
Radioactivity measurement of
operation
: reactor operation and not
operation
19
reactor hall air
Filter treatment of Ventilation
system (blower)
: 1 x/ 2 years
•
: 1 x/ 5 years
Pre filter
20
• Absolute filter
Visual inspection test of reactor
: 1 x/ 3 years
21
tank condition
Ultrasonic test for
: 1 x/3 years
thickness/corrosion of reactor tank.
Gambar 2 :
Reaksi Fisi
37
Upper top (SS)
Graphite
35,6 cm
Burnable
poison
SS tube
Thickness tube 0,7
mm
72,5 cm
3,56
cm
10,2 cm
3,7 cm
Lower top (SS)
Gambar 3 : Elemen Bakar Reaktor Triga/Kartini
38
F30
9542
F29
9541
F28
G1
F27
G4
F26
G3
F25
9349
F24
G5
E21
9978
D16
9879
D15
9350
E20
9889
F23
9540
F22
G 2799
F21
9535
E15
9595
F19
F18
9543
IFE
F17
AmBe
F6
G 1247
E5
9354
E6
9596
D4
9593
C3
9985
C4
9976
B3
9996
D10
9873
D5
9984
C5
Safety
Rod
C6
9983
D9
9870
E13
9874
F16
G8
F5
9538
E4
9887
D3
9982
B2
9987
C7
9975
E14
9888
G9
G6
F7
G7
IFE
B4
9995
D11
9980
E16
9641
F20
G 2810
F4
E3
9636
C2
9592
CT
C8
9892
F3
9353
D2
9997
B1
9883
A
B5
9994
D12
9871
E17
9872
B6
9988
C9
Shim
Rod
D13
9881
E18
9539
C1
9977
C12
9597
C10
9998
D1
9981
D18
9979
C11
9598
D14
9880
E19
9639
E2
9876
Reg.
Rod
E23
9637
D17
9877
F2
9891
E1
E24
9878
E22
9635
F1
9875
F15
G 2821
D6
9986
D7
9886
D8
9352
E12
9890
F14
G 2792
E8
9882
E9
9885
E10
9640
E11
9594
F8
PN
E7
9869
F9
G 2666
F10
9537
F11
9536
F12
G 2812
F13
PN
Gambar 4 : Teras Reaktor Triga/Kartini
39
197
aluminum
tank
graphite
core
384 cm
379 cm
255
923
Gambar 5 : Tangki Reaktor Kartini
40
graphite
Radial beam
Thermal column
Thermal column
Aluminum cover
boral
Tangential
179
254
Subcritical
reflecto
r
Steel
Core
Reactor
graphi
te
Irradiation
facility
Radial piercing
lead
Aluminum cover
polyethyle
bora
Thermalizing
column
Gambar 6 : Reaktor Kartini dan Fasilitas Penunjang
41
Gambar 7 : Tangki Reaktor Triga
42
43
Gambar 8 : Reaktor Triga dan Fasilitas Penunjang
44
Gambar 9 : Tangki Reaktor RSG-GAS
45
Gambar 10 : Tangki Reaktor RSG-GAS dan Fasilitas Penunjang
PPP CVP T
FP- F
T
VPVP-
T
TP-
Primar
y
PPP CVP
Primar
y
VP-
VM
VD
TP-
VD P D
F
FD
CV
VD
PD-1
Ven R Ven P
Reflect
t
tFilter
or
1VDF
Deminer
Drai
Reactor
alizer
VD
Tank
P PD-2
Dr
R
FPTPVD
T
F
PP-
TPT
P
PP-
T
Vent
Filter
2
VS-
HE.
P
P PSDrai P SF FST
T STSV
T
SVS-
VSPP- VP-
VS- VS-
VS-
VS-
Secunda
ry
VS-
Control
VSPPS V V PPS
SSV
VS- VS-
Strai
Second
ary
Drain
VSDrain
PPP
PPS
VS-
Secondary
Make-up
VS-
VS-
PSP
TS- T
FS- F
Vent
VS-
VSControl
VS-
P
Cooling
tower 1
Cooli
Deminer
alizer
P
P S-4
TS-
HE Tube
Makeup
VM
“Scim
P
S-
Strai
Second
ary
VP-
Gambar 11 : Skema Sistem Pendingin Reaktor Riset
46
DAFTAR PUSTAKA:
1. El-Wakil, M.M., Nuclear Heat Transport, International Textbook
Company, New York, 1971.
2. El-Wakil, M.M., Nuclear Power Engineering, Mc Graw-Hill Book
Company, Inc., New York, 1962.
3. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Serba Guna GA Swabessy,
P2TRR-BATAN, Revisi 9, 2005.
4. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Kartini, P3TM-BATAN, Revisi
4, 2005.
5. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor TRIGA 2000, PPTkN-BATAN,
Revisi 2, 2000.
47