80 PERHITUNGAN KRITIKALITAS DESAIN TERAS - Digilib

PERHITUNGAN KRITIKALITAS
DESAIN TERAS APR1400 DENGAN MCNP5
Elfrida Saragi∗, Tukiran S.∗∗
ABSTRAK
PERHITUNGAN KRITIKALITAS DESAIN TERAS APR1400 DENGAN MCNP5.
Evaluasi desain neutronik teras reaktor APR1400 telah dilakukan dengan menggunakan komputer
MCNP5 dengan tujuan untuk memahami karakteristik salah satu desain teras PWR yaitu teras APR. Teras
APR1400 (Advanced Power Reactor) merupakan PLTN tipe PWR dengan keselamatan pasif. Salah satu
parameter yang penting untuk memahami karakteristik desain adalah kritikalitas teras. Evaluasi
perhitungan desain dilakukan untuk teras reaktor APR yang menggunakan bahan bakar UO2 solid fuels
dengan daya 4000 MWt. Komposisi pengayaan elemen bakar 1,60%, 3,28% dan 2,78% dengan gadolinia
sebagai racun dapat bakar. Teras APR1400 menggunakan perangkat bahan bakar dengan grid 16x16 dan
jumlah rod 236 buah serta tabung pengarah dan tabung instrumen masing-masin 4 dan 1 buah. Jumlah
perangkat bahan bakar di dalam teras adalah 241 buah yang tersusun dengan matriks 17x17. Program
MCNP5 merupakan program perhitungan teras reaktor dengan metode Monte Carlo yang telah tervalidasi
dengan baik. Hasil perhitungan menunjukan bahwa nilai keff teras APR1400 adalah 1,202 dan jumlah
konsentrasi boron pada moderator pada saat reaktor kritis 1390 ppm. Maka dapat dikatakan bahwa teras
reaktor APR1400 merupakan teras yang LBC (Low Boron Consentration) dibanding dengan PLTN tipe
sejenis.
Kata kunci: teras APR1400, konsentrasi boron, kritikalitas teras, desain neutronik
ABSTRACT
CRITICALITY CALCULATION OF THE APR1400 CORE DESIGN USING MCNP5
CODE. Evaluation of neutronics design of the APR1400 reactor core has been done using MCNP5
computer code. The aim of calculation is to know the characteristic one of the cores of PWR 1400 MWe
namely APR1400 core. The APR1400 reactor is one of PWR types NPP with passive safety condition. One
of the important parameter to understand the design characteristic is a core criticality. Evaluation of the
design calculation was done for the APR core which used solid fuels UO2 with power thermal 4000 MWt.
The enrichment fuel compositions were 1.60%, 3.28% and 2,78% with gadolinia as a burnable poison. The
APR core used 16x16 grids of fuel assemblies with 236 pin rods, 4 guide tubes and 1 instrument tube. The
APR reactor has 241 fuel assemblies in the core in matrix of 17 x17. MCNP5 code is one of the core
calculation code used Monte Carlo method which has good validation. The result of calculation showed that
the value of keff for APR1400 core is 1,202 and boron concentration in the moderator when critical condition
is 1390 ppm. So it can be concluded that the APR1400 core is a low boron concentration compare to other
NPP in the same type.
Keywords: APR1400 core, Boron Concentration, Core Criticality, Neutronic Design
∗
∗∗
Pusat Pengembangan Informatika Nuklir - BATAN Serpong, e-mail: [email protected]
Pusat TeknologiReaktor dan Keselamatan Nuklir - BATAN Serpong
80
Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir, 10 Oktober 2012 (79-91)
PENDAHULUAN
Batan saat ini terus mengkaji Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yang
layak digunakan di Indonesia. Kajian dilakukan baik dari sisi ekonomi, budaya dan
keselamatan terhadap PLTN yang telah beroperasi di dunia. Namun kajian tersebut
dilakukan secara bertahap dan kontinu karena kajian satu tipe PLTN meliputi banyak
hal, mulai dari unjuk kerja bahan bakar hingga unjuk kerja teras reaktor secara
keseluruhan sehingga dapat dipahami karakteristik teras reaktor PLTN khususnya tipe
PWR.
Untuk mendukung kajian tersebut di atas telah dilakukan analisis perhitungan
kritikalitas teras reaktor APR1400 dengan tujuan untuk mengetahui karakteristik teras
PWR 1400 yang merupakan reaktor maju desain Korea [1]. Saat ini reaktor APR1400
telah memasuki generasi ke III dimana reaktor PLTN APR1400 telah menggunakan
keselamatan pasif. Evaluasi desain ini dilakukan agar dapat dipahami karakteristik salah
satu teras reaktor PWR1400 yaitu teras APR1400 (Advanced Power Reactor). Teras
reaktor APR1400 dikembangkan dari teras reaktor OPR1000 didesain oleh KHNP
(Korean Hydro and Nuclear Power). Dalam makalah ini yang dibahas adalah APR1400
desain KHNP, Korea yang saat ini 2 reaktor tersebut sedang konstruksi di Shinkori,
Korea, unit 3 dan 4 dimulai Januari 2008 dan akan selesai pada September 2013 dan
2014. Reaktor APR1400 merupakan generasi maju yang sering disebut dengan Korean
Next Generation Reactor (KNGR). Karakteristik teras APR1400 secara neutronik sangat
tergantung dari jenis bahan bakar dan pengkayaan serta dimensi dan jumlah pin bahan
bakar pada perangkat bahan bakar yang digunakan. Evaluasi desain neutronik teras
APR1400 dilakukan dengan menggunakan program MCNP5 yang merupakan program
komputer perhitungan teras reaktor dengan metode Monte Carlo [2]. Program ini telah
divalidasi dengan perhitungan benchmark teras ANS-IAEA dengan baik [3].
Evaluasi perhitungan desain dilakukan pada teras APR1400 yang telah beroperasi
di Korea. Teras APR1400 menggunakan bahan bakar solid fuel UO2 dengan daya 4000
MWt [4]. Komposisi pengayaan elemen bakar 1,60%, 3,28% dan 2,78% dengan
gadolinia sebagai racun dapat bakar. Teras APR1400 menggunakan perangkat bahan
bakar dengan matrik 16x16 dan jumlah batang bahan bakar 236 buah serta tabung
pengarah dan tabung instrumen masing-masing 4 dan 1 buah. Jumlah perangkat
bahan bakar di dalam teras adalah 241 buah yang tersusun dengan matriks 17x17.
Evaluasi dilakukan pada kondisi teras semua batang kendali berada pada posisi ditarik
keatas dimana tabung pengarah dan tabung instrument berisi air. Perhitungan teras
dilakukan dengan model teras 3 dimensi dan perangkat elemen bakar dengan model
bacth dengan susunan square pitch. Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan batasan
parameter yang ditinjau SSAR APR14000.
81
Perhitungan Kritikalitas Desain Teras APR1400 Dengan MCNP5 (Elfrida Saragi, Tukiran S.)
TEORI
Bahan bakar didalam teras reaktor nuklir disusun dalam barisan geometris yang
teratur. Untuk reaktor air ringan tertekanan (PWR) barisan ini terdiri dari batang bahan
bakar silindris dengan kelongsong Zirkaloy4 yang diletakkan dalam air dan diatur dalam
barisan persegi. Barisan ini biasanya disebut dengan kisi (lattice) reaktor dan diameter
batang bahan bakar, jarak antara pusat batang bahan bakar (pitch) , bahan dan ketebalan
kelongsong serta volum air diantara batang bahan bakar dinyatakan sebagai parameterparameter kisi.
Nisbah Antara Moderator dan Bahan Bakar
Air diantara batang bahan bakar berfungsi sebagai zat alir (fluida) kerja dalam
sistem pembawa panas dan sebagai bahan moderator untuk pelambatan neutron. Dari
segi sebagai bahan bakar moderator, perlu diketahui harga nisbah atom hidrogen
terhadap harga nisbah atom bahan-bahan (atom U235 dan U238) yang merupakan fungsi
kerapatan air, kerapatan bahan bakar dan geometri kisi.
Nisbah atomik moderator terhadap bahan bakar mempengaruhi faktor
perlipatan neutron dalam sistem. Persamaan faktor perlipatan neutron untuk sistem
tak terhingga adalah sebagai berikut[5]
k ∞ = η. f p ε
(1)
dengan,
(2)
keff = f. Pth .p.Pf.ε.η.
sehingga,
keff = k∞ Pth.Pf
(3)
keff = 1, jumlah neutron atau kerapan neutron dalam reaktor tetap tidak berubah.
keff > 1, kerapan neutron bertambah dan reaktor dikatakan super kritis
keff < 1, kerapan neutron berkurang dan reaktor dikatakan subkritis
di mana,
η = banyaknya neutron yang dihasilkan tiap neutron termis yang diserap dalam bahan
bakar ε = faktor fisi cepat
Pf= faktor kebolehjadian tidak bocor neutron cepat.
Pth= faktor kebolehjadian tidak bocor neutron termal.
p = kebolehjadian bebas resonansi
f = faktor kegunaan termal
k∞= faktor multiplikasi tak berhingga
keff = faktor multiplikasi effektif
82
Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir, 10 Oktober 2012 (79-91)
Nilai keff tergantung pada rasio jumlah molekul moderator (NM) dan (NF) atom
bahan bakar di dalam teras. Apabila NM/ NM meningkat maka neutron akan lebih
banyak termoderasi sehingga fraksi neutron yang mencapai energi termal bertambah.
Dengan neutron termal meningkat maka lebih banyak fisi yang terjadi dalam bahan
bakar sehingga k∞ menjadi lebih besar. Meskipun demikian harga NM/NF yang besar
menyebabkan fraksi neutron termal yang diserap oleh moderator juga bertambah,
sehingga dengan NM/NF bertambah besar maka k∞ meningkat hingga ke suatu harga
NM/NF dimana neutron termal cenderung menjadi jenuh dan k∞ kemudian berkurang
karena bertambahnya serapan neutron termal dalam moderator.
Perubahan harga k∞ terhadap perubahan harga nisbah moderator/bahan bakar
yang digunakan untuk meninjau unjuk kerja parameter kisi bahan bakar. Kisi bahan
bakar untuk nisbah moderator/bahan bakar sangat menentukan kondisi teras yang
bersifat undermoderated atau overmoderated [6].
Seluruh reaktor dengan moderator air adalah bersifat undermoderated pada
kondisi operasi daya. Karena, didasarkan pada aspek keselamatan reaktor, reaktor
undermoderated akan mempunyai koefisien reaktivitas suhu negatif. Dengan daya
reaktor naik, suhu air meningkat yang mengakibatkan kerapatan air berkurang lebih
cepat daripada kerapatan bahan bakar atau struktur sehingga lebih aman.
DISKRIPSI TERAS REAKTOR DAYA APR1400
Reaktor daya APR adalah suatu reaktor daya jenis air tekan (Pressurized Water
Reactor) yang didesain oleh Korea, dengan daya 4000 MWth dan 1455 MWe,
efisiensinya 3,64%. Reaktor APR1400 merupakan reaktor PWR generasi ke III
memiliki keselamatan pasif dan konfigurasi teras seperti yang dilampirkan pada
gambar 1. Teras APR pada awal siklus (BOC) disusun atas 3 jenis pengkayaan yaitu
1,60 %, 3,28% dan 2,78% dengan gadolinia sebagai racun dapat bakar. Jumlah
perangkat bahan bakar yang menyusun teras reaktor APR adalah 241 buah dengan
kondisi seperti Tabel 1.
Reaktor APR1400 mempunyai bahan bakar jenis pelet silindris dengan bahan
bakar UO2 dan kelongsongnya Zircalloy-4. Di dalam kelongsong bahan bakar baik
dibagian atas maupun bagian bawah terdapat ruang yang dimanfaatkan untuk
menampung gas-gas hasil produk fisi.
Setiap perangkat bahan bakar terdiri dari 16 x 16 grids dengan jumlah pin rod
236 buah elemen bakar dan 4 buah elemen guide thimble dan satu instrumentation tube.
Bahan bakar juga dilengkapi perangkat kendali yang jumlahnya 4 buah pada satu
perangkat bahan bakar yang sering disebut RCCA (rod cluster control assemblies).
Material utama dari pembentuk elemen kendali adalah B4C, sedangkan kelongsongnya
adalah meterial stainless steel (SS). Perangkat elemen kendali RCCA digunakan untuk
mengontrol perubahan reaktivitas dan distribusi daya aksial. Selain RCCA ada juga
perangkat elemen kendali GRCA (gray rod cluster assemblies) pada teras reaktor APR
yang digunakan untuk mengatur reaktivitas teras sesuai dengan perubahan beban.
83
Perhitungan Kritikalitas Desain Teras APR1400 Dengan MCNP5 (Elfrida Saragi, Tukiran S.)
Air ringan digunakan sebagai pendingin dan moderator yang dicampur dengan
boron cair yang berfungsi sebagai penyerap neutron. Konsentrasi boron cair bervariasi
jumlahnya sesuai dengan perubahan reaktivitas yang berubah karena perubahan fraksi
bakar di dalam teras.
METODOLOGI
Perhitungan evaluasi desain teras APR1400 dilakukan dengan menggunakan
program MCNP5 dengan kondisi teras APR semua bahan bakar masih baru, daya nol,
tanpa boron, keadaan teras dingin dan bersih. Perhitungan dilakukan dalam beberapa
tahap. Pertama dihitung parameter teras yaitu parameter kekritisan teras APR1400
saat batang kendali semua di atas. Kemudian dihitung jumlah boron dalam teras pada
kondisi kritis. Kemudian nilai kekritisan teras APR1400 berdasarkan desain Korea
dibandingkan dengan nilai desain yang ada di dalam SSAR( Safety Analysis Report).
Nilai SSAR APR1400 yang merupakan hasil perhitungan desain Korea hanya sebagai
pembanding. Selanjutnya dihitung parameter koefisien reaktivitas moderator yang
merupakan faktor keselamatan desain teras. Batasan parameter desain neutronik yang
dievaluasi untuk teras APR1400 yang mempunyai daya termal 4000 MWt adalah:
1. nilai K efektif awal teras siklus < 1,214 (lebih besar dari 1)
2. nilai koefisien reaktivitas doppler dan moderator negatif
3. fraksi bakar buang rata-rata 60 GWD/MTU
Pemodelan Perangkat Bakar Teras APR1400
Data geometri dan densitas bahan bakar digunakan untuk membuat masukan
program MCNP5 yang mampu melakukan perhitungan transport neutron tiga dimensi
dengan metode Monte Carlo, sehingga perlu dilakukan pemodelan terhadap pin dan
perangkat bahan bakar di dalam teras APR1400. Pemodelan perangkat bahan bakar
digunakan untuk perhitungan pembangkitan konstanta kelompok dalam energi neutron
yang kontinyu. Perhitungan dengan paket program MCNP5 dari satuan perangkat
perangkat bahan bakar di dalam teras reaktor APR1400 yang terdiri dari cluster bahan
bakar dengan susunan square pitch seperti pada gambar 1. Secara umum, data masukan
paket program MCNP-5 meliputi: Geometri objek yaitu geometri yang dibuat sesuai
dengan ukuran dimensi objek yang sebenarnya dan divisualisasikan dengan program
vised (visual editor) untuk mengecek kebenaran model yang dibuat.
Selanjutnya, jenis dan kerapatan nuklida yang menempati objek. Jenis objek yang
dimasukkan sesuai dengan penamaan yang tertera di dalam pustaka tampang lintang.
Kerapatan nuklida yang dianalisis dapat berupa rapat atom atau rapat massa tiap-tiap
nuklida yang hadir.
84
Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir, 10 Oktober 2012 (79-91)
Perhitungan teras dengan MCNP5
Program MCNP (Monte Carlo N-Partikel) digunakan untuk menyelesaikan
masalah transport neutrón, foton dan elektron yang dikembangkan oleh LOS Alamos
National Laboratory (LANL). MCNP5 dapat menggunakan model geometri 3-D yang
rinci tanpa penyederhanaan. Setelah mendefenisikan konfigurasi geometri, MCNP5
dengan energi neutrón yang kontinue menyelesaikan persamaan integral transport
dengan simulasi histori partikel. Trayek setiap partikel neutrón direkam sesuai dengan
hukum interaksi partikel. Sejumlah partikel yang random digunakan sebagai sample dan
menentukan interaksi probabilistik yang terjadi. Perhitungan kritikalitas reaktor yang
sangat penting adalah dalam menentukan nilai kcode, sehingga MCNP5 dapat
menghitungnya secara benar dan akurat. Nilai Kcode adalah suatu sumber neutrón yang
didistribusikan melalui material yang dapat belah seperti U-235 sebagai bahan bakar di
dalam reaktor. Ketika reaksi fisi terjadi, lokasinya disimpan untuk generasi berikutnya
atau siklus neutrón berikutnya. Pada akhir setiap siklus nilai keff dihitung sebagai ratio
dari jumlah neutrón yang berfisi dengan sumber neutrón. Laju reaksi di bahan bakar
dapat diperoleh melalui estimasi panjang lintasan. Perhitungan evaluasi teras APR1400
dengan MCNP5 menggunakan library ENDF6. Sebagai input dalam program MCNP5
adalah jenis bahan bakar, pengkayaan, jumlah boron serta ukuran dan geometri bahan
bakar. Kemudian dimodelankan pin sel dan perangkat bahan bakar didalam teras
reaktor. Sedangkan output dari MCNP5 adalah nilai keff teras.
Perhitungan teras APR1400 dilakukan dengan program MCNP5 yang data
perangkat bakarnya seperti Tabel 1. Konfigurasi teras APR1400 dimodelkan dengan 241
jumlah perangkat bahan bakar. Dimana perangkat bahan bakar kondisi dan posisinya di
dalam teras tertentu. Dengan berubahnya posisi dan komposisis perangkat bahan bakar
di dalam teras akan mempengaruhi nilai keff. Nilai keff menunjukan karakteristik teras
APR1400 yang nilainya tertentu disetiap siklus. Sebelum melihat hasil perhitungan
terlebih dahulu dipastikan bahwa model yang dibuat sudah sesuai dengan keadaan
aslinya melalui program vised. Jika masih terdapat kesalahan didalam pemodelan maka
modelnya harus diperbaiki sampai diperoleh gambar yang sesuai dengan kebenarannya.
Kemudian nilai keff yang diperoleh dibandingkan dengan hasil desain yang ada dan
dengan teras reaktor APR1400 yang sejenis namun desain Westinghouse. Nilai yang
hampir sama dipastikan bahwa perhitungan dengan MCNP5 dianggap cukup baik.
Selanjutnya dilakukan perhitungan nilai keff teras APR1400 dengan menggunakan
MCNP5 dengan cara membuat model 3-D. Kemudian dilanjutkan dengan perhitungan
konsentrasi boron pada kondisi kritis serta koefisien temperatur moderator teras
APR1400.
85
Perhitungan Kritikalitas Desain Teras APR1400 Dengan MCNP5 (Elfrida Saragi, Tukiran S.)
Gambar 1. Susunan perangkat bahan bakar teras APR1400[8]
Gambar 1. adalah rancangan perangkat bahan bakar yang menunjukkan pola
pemuatan bahan bakar dalam teras dari masing masing bahan bakar sesuai
pengkayaan. Jumlah elemen bahan bakar 241 disusun dalam matrik 17 x 17.
86
Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir, 10 Oktober 2012 (79-91)
Tabel 1. Kondisi Perangkat bahan bakar di dalam teras APR1400
Tipe
perangkat
A0
B0
B1
B2
C0
C1
Jumlah
Jumlah
FA
81
28
48
4
20
60
241
Pengkayaan %
Jumlah rod
1,6
3,28
3,28/2,78
3,28/2,78
3,78/3,28
3,78/3,28
236
236
172/52
124/100
184/52
120/100
Jumlah
Gadolinia
12
12
16
% berat
8
8
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil perhitungan program MCNP5 diperoleh gambar model teras reaktor
APR1400 kelihatan dari atas seperti pada gambar 2. Sedangkan gambar 3 adalah
kelihatan dari samping atau ke arah tingginya. Ada 6 jenis perangkat bahan bakar yang
dimodelkan yaitu perangkat bakar A0 dan B0. Jumlah batang bahan bakar 16 x16 dalam
satu perangkat A0 dengan pengkayaannya 1,6%, di dalam teras pada siklus pertama
terdapat 81 buah perangkat A0. Sedangkan perangkat B0 pengkayaannya adalah 3,28%
dan di dalam teras terdapat 28 buah perangkat B0. Perangkat bakar B1 di dalam teras
jumlahnya 48 buah sedangkan B2 hanya 4 buah berada di tengah teras. Dimana setiap
perangkat B1 dan B2 di dalam teras pertama APR1400 memiliki gadolinium. Perangkat
B1 terdiri dari 172 pin bahan bakar dengan pengkayaan 3,28 % dan 124 pin bahan bakar
dengan pengkayaan 2,78 % dan 12 buah batang bahan bakar berisis racun dapat bakar
gadolinium oksida. Sedangkan perangkat B2 di dalam teras awal APR1400 ada 16 buah
dengan jumlah batang bahan bakar 172 yang pengkayaannya 3,28 % dan 52 buah batang
bahan bakar yang pengkayaannya 2,78 % serta 12 buah batang bahan bakar racun dapat
bakar. Perangkat C0 terdiri dari 184 batang bahan bakar dengan pengkayaan 3,28% dan
52 batang bahan bakar dengan pengkayaan 2,78 tanpa racun dapat bakar. Perangkat ini
didalam teras APR1400 ada 16 buah. Sedangkan perangkat C1 terdiri dari 120 batang
bahan bakar dengan pengkayaan 3,78% dan 100 batang bahan bakar dengan pengkayaan
3,28% serta 16 buah batang racun dapat bakar. Hasil pemodelan menunjukan kesesuaian
dengan kebenaran yang sesuai dengan posisi dan komposisinya. Gambar 2 adalah posisi
241 buah perangkat bakar di dalam teras APR1400 desain KHNP (Korean Hydro and
Nuclear Power), Korea.
Nilai keff teras APR1400 dapat dilihat pada tabel 2 Nilai keff teras ini tidak jauh
berbeda dari referensi yang ada hanya berbeda sekitar 1,0 % . Namun kecendrungannya
nilai yang diperoleh lebih kecil dari nilai referensi. Hal ini disebabkan mungkin metode
dan tampang lintang yang digunakan untuk menghitung nilai keff berbeda degan
referensi. Sumber deviasi ini juga disumbangkan oleh model yang digunakan ada
87
Perhitungan Kritikalitas Desain Teras APR1400 Dengan MCNP5 (Elfrida Saragi, Tukiran S.)
beberapa penyederhanaan karena kurang lengkapnya data yang diperoleh.
Nilai konsentrasi boron pada saat teras kritis adalah 1390 ppm yang artinya
bahwa jika reaktor pada saat beroperasi dimasukkan boron cair dengan jumlah
konsentrasi lebih besar dari 1390 akan menjadikan kondisi reaktor subkritis, sedangkan
menurut referensi kondisi reactor subkritis 1400 ppm. Hal ini ada perbedaan namun
tidak signifikan, sehingga desain teras teras APR1400 sangat baik karena bersifat low
boron consentration yang dapat menyebabkan desain teras OPR1400 dengan desain
KHNP sangat diminati khusunya di Korea.
Gambar 2. Penampang atas teras APR1400 dari atas
Gambar 3. Penampang atas teras APR1400 ke arah tinggi
88
Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir, 10 Oktober 2012 (79-91)
Tabel 2. Nilai keff teras APR1400
Parameter
BOC, tanpa boron, dingin, tanpa Xe (20oC)
BOC, tanpa boron, Panas, tanpa Xe (290oC)
Keff
1,202
1,142
Ref [7]
1,214
1,155
Gambar 4. Nilai Keff fungsi konsentrasi boron
Dari gambar 4 diketahui bahwa nilai konsentrasi boron pada saat teras
APR1400 kritis adalah 1390 ppm sedangkan pada desainnya sekitar 1400 ppm,
sehingga dikatakan teras APR1400 desain HKNP, Korea bersifat low boron
consentration yang artinya untuk membuat reaktor subkritis dibutuhkan konsentrasi
boron yang rendah dibanding tipe reaktor yang sejenis yaitu APR1400. Sedangkan
teras APR nilai konsentrasi boron sekita 1400 ppm [8]. Jika nilai konsentrasi boron
rendah hal ini sangat mendukung pada nilai koefisien reaktivitas moderator yang lebih
negatif yang artinya umpan balik negatif dari moderator sangat baik. Jika jumlah
boron lebih besar di dalam moderator dapat menyebabkan kerugian bagi reaktor
tersebut baik dari segi keselamatan maupun korosinya. Sehingga diinginkan nilai
konsentrasi boron yang lebih kecil didalam desain teras PWR. Hal ini juga
menyebabkan konsentrasi litium di dalam moderator sangat minimal sehingga
mengurangi korosi terhadap kelongsong.
Tabel 3. Nilai k-eff pada kondisi BOL
k-eff
- 50 oC
- 25 oC
BOL
1,150
1,147
Suhu operasi
normal
1,142
+ 25 oC
+ 50 oC
1,137
1,133
BOL= begining of life
89
Perhitungan Kritikalitas Desain Teras APR1400 Dengan MCNP5 (Elfrida Saragi, Tukiran S.)
Dari tabel 3 dapat dilihat bawa semakin turun suhu moderator maka nilai k-eff
semakin besar dan jika suhu pendingin bahan bakar dinaikkan maka nilai k-eff akan
turun. Maka berdasarkan hasil perhitungan tersebut koefisien reaktivitas suhu
moderator pada teras awal siklus adalah negatif sehingga dapat dikatakan bahwa
umpan balik reaktivitas dari moderator sangat baik dan merupakan faktor utama
keselamatan pada dirinya sendiri yaitu inherently safety sesuai dengan desain
keselamatan APR1400.
KESIMPULAN
Hasil perhitungan program MCNP5 menunjukkan bahwa nilai Keff teras APR1400
tanpa boron, bersih dan dingin adalah 1,20223±0,00014. Hal ini sesuai dengan hasil
desain pada SSAR APR1400. Parameter neutronik seperti koefisien reaktivitas suhu
bahan moerator bernilai negatif dan teras APR1400 bersifat undermoderated sehingga
dari segi keselamatan memenuhi standar disain. Konsentrasi boron pada moderator pada
saat kristis adalah 1390 ppm sehingga dapat dikatakan teras APR1400 bersifat low
boron consentration.
DAFTAR PUSTAKA
1. AUNG THARN DAING, MYUNG-HYUN KIM, ”Engineering Design Feasibility
of Low Boron Concentration Core in PWR” Document, KEPCO Nuclear Fuel
Company, Rep. of Korea, 2010.
2. GLASSTONE, S., Sesonske, A., “Nuclear Reactor Engineering, Van Nostrand
Reinhold Company”, New York, 1981.
3. ROKHMADI, SEMBIRING TM., ”Perhitungan Kritikalitas MCNP4C-2 pada
teras benchmark kisi bahan bakar PWR dengan lubang air dan pertubing rod”,
Proseding Seminar Nasional ke-16 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas
Nuklir, ITS, Surabaya, 28 Juli 2010.
4. SANG YOUN JEON, NAM GYU PARK, GYU TAE CHOI and HYEONG KOO
KIM, “An Investigation on the Hold down Margin using Monte-Carlo Algorithm
for the PWR Fuel Assembly”, Korea Nuclear Fuel Co. Ltd., 493 Deogjin-Dong
Youseong-Gu Daejeon, Korea 2000.
5. SSAR APR1400 chapter 4, Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. 2000.
6. THOMPSON, T.J. BECKERLEY, J.G., ‘The Technology of Nuclear Reactor
Safety”, The M.I.T Press, Massachusetts, 1973.
90
Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir, 10 Oktober 2012 (79-91)
7. TUKIRAN S, IMAN K, “Analisis karakteristik perangkat bahan bakar maju teras
PWR”, Proseding Seminar Nasional ke-16 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta
Fasilitas Nuklir, ITS, Surabaya, 28 Juli 2010.
8.
"Simplified Passive Advanced Light Water Reactor Plant Program”, PWR
Standard Safety Analysis Report, 4th Volume, DE-AC03-90SF18495,
Westinghouse Electric Corporation, 1992.
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
1. Nama
: Elfrida Saragi
2. Instansi / Unit Kerja
: PPIN - BATAN
3. Pekerjaan / Jabatan
: Staf Bidang Komputasi/ Peneliti
4. Riwayat Pendidikan
: S1 Fisika , FMIPA -USU
5. Pengalaman Kerja
: Batan mulai tahun 1991 sampai sekarang
6. Organisasi Profesional
:Publikasi Ilmiah yang pernah disajikan/diterbitkan :
Elfrida Saragi1,Tundjung Indrati Y2, Moch Setyadji 3, Analisis Panas Steady
State pada Rancang Bangun Tungku Kalsinasi ZrO2 Berbasis Metoda Elemen
Hingga, ISSN 0853-9812, Risalah Lokakarya Komputasi Dalam Sains Dan
Teknologi Nuklir 2010, Tangerang Selatan, 14 Oktober 2010
E. Saragi,Transient Temperature Distribution Analysis at an Orthotropic
Metal Bar by Finite Element Method, The 2nd International Conference On
Advances in Nuclear Science and Engineering 2009-ICANSE 2009, Bandung,
Indonesia 3-4 November 2009, AIP (American Institute of Physics), Melville,
New York 2010
Elfrida Saragi, Solusi Numerik Aliran Laminar Dalam Sistem Perpipaan
dengan Fluks Panas Seragam, ISBN:978-979-16353-5-6, Prosiding Seminar
Nasional Matematika Dan Pendidikan Matematika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan, Universitas Negeri Yogyakarta, 27 November 2010
dan lain-lain
91