Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan PLTNSerla Fasilitas Nuklir

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR-BATAN

PEMANTAPAN SISTEM PROGRAM KOMPUTERUNTUKANALISIS-RANCANGAN REAKTOR NUKLIR

Oleh

Iyos R. Subkl, Budl Santoso, Ahmad SyaukatBadan Tenaga Atom Nasional, Indonesia

S.M. Lee

Indira Gandhi Center for Atomic Research, Kalpakkam, India

•ABSTRAK

Pemantapan Sistem Program Komputer untuk Analisis Rancangan Reaktor Nuklir dikemukakandalam makalah ini. Pemantapan ini merupakan usaha untukmenyiapkan kemampuan dalam menjalankandan menggunakan berbagai paket program komputer mulai dari data nuklir sampai rancangan reaktordan meningkatkan kemampuan untuk analisis rancangan reaktor nuklir khususnya aspek neutronik dankeselamatan nuklir. Pemantapan ini adalahjuga suatu usaha untuk meningkatkan koordinasi aplikasiprogram komputer dan pengembangannya yang dilaksanakan di berbagai pusat penelitian nuklir diIndonesia. HasH yang sangat prospektif telah didapat denganbantuan dari asistensi teknis lAEA.

I. PENDAHULUANPada saat ini berbagai kemampuan analisis reaktor

telah dikembangkan di Pusat Pcnelitian BAT AN untUtcmenganalisa Reaktor Riset di Serpong, Bandung danYogyakarta. Untuk Reaktor TRIGA tt~lah digunakanprogram komputerTRIGAP yang menggunakan pustakatampang lintang untuk analisis teras reaktor. Demikianpula Analisis Perisai dan Kinetika reaktor jugadilaksanakan dengan menggunakan .ANISN dan EU­REKA masing-masingnya. Selanjutnya usaha untuk me­manfaatkan program komputer lainnya seperti NJOY,WIMS, CITATION dilaksanakan di berbagai pusat pene­titian di BATAN.

Tetapi suatu sistem program komputer yang utuhdan menyeluruh untuk analisis rancangan reaktor nuklirbelum tersedia. Sistem ini harus terdiri dari modul­

modul perhitungan yang dapat dihubungkan sesuai alirperhitungan yang dpat dihubungkan sesuai alirperhitungan untuk berbagai analisis dan perhitunganreaktor. Melihat program nuklir di Indonesia danmemperhitungkan kemungkinan pembangunan PLTNdi masa mendatang maka sangat penting untuk memulaipemapanan sistem Program komputer untuk analisis­rancangan reaktor nuklir yang mulai dari pemrosesandata tampang tintang sampai perhitungan teras reaktordan perisai nuklir.

II. DIAGRAM ALIR ANALISIS NUKLIRGambar 1 menunjukkan diagram alir perhitungan

untuk analisis nuklir. Pada tingkat yang sangat dasar(Tingkat I) terdapat pustaka data nuklir yang berisikantampang lintang untuk neutron dan photon, dataperluruhan dan sebagainya untuk nuklida-nuklida yangterdapat dalam material reaktor nuklir. Hanya beberapanegara yang membuat pustaka data nuklir melalui kerja-

sarna intemasional. Sebagai contoh adalahENDF/B dariAmerika Serikat, JENDL dari Jepang, JEP dari negara­negara Eropa. Untuk memproses pustaka data nuklirmenjadi tampang lintang multi grup nuklida sebagaifungsi suhu dan konsentrasi lataryang umumnya meng­gambarkan campuran seragam nuklida dengan modera­tor. Satu set program pemrosesan awal, pemrosesan danmultigrup dibutuhkan. Salah satu program pemrosesanadalah NJOY dari Amerika Serikat yang dapat mempro­ses pustaka ENDF/B menjadi tampang multi grup.Program ini dapat juga menghasilkan tampang lintangneutron-gamma untuk keperluan analisis perisai nuklir.NJOY-89 ataubersi yang lebih barudiperlukan untukpe­mrosesan pustaka END F/B- VI. Serupa dengan NJOYadalah gabungan program LINEAR/RECENT/SIGMAI/GROUPIE dari IAEA.

Pada tingkat kcdua (Tingkat II) digunakan programkomputer untuk memperbaiki tampang lintang hasiltahap ke satu dengan memperhitungkan struktur satuanteras dan teras reaktor. Tampang lintang multi grup yangdiperbaiki dengan koreksi ketakseragaman resonan danyang bergantung kepada geometri dan komposisi satuansel reaktor dapat dihitung untuk tiap nuklida. Tampanglintang nuklida atau campuran nuklida dalam satuan selkemudian disederhanakanmenjadi tampang lintang "few­grup" untuk kepcrluan analisis teras reaktor yang cukupteliti. Selain suhu, faktor "burn-up" juga diperhitungkan.Komputasi pada tingkat kedua ini uumumnya menggu­nakan metode kcbolchjadian tumbukan (transport bentukintegral) atau DSN (transport bentuk diferensial dengandiskritisasi arah neutron). Program komputeruntukanali­sis satuan sel yang cukup dikenal <1dalah WIMS dariInggris. Program ini memliki pustaka tampang lintang 69grup energi, yang didapat dari perhitungan pada tingkatI bcrdasarkan pustaka Data Nuklir ENDF/B.

225

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTNSer/a Fasililas Nuklir

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR-BATAN

II

III

IV

Pustaka DataNuklir

Program Pemrosesan

Awal, Pemrosesan danMulti grup

Tampang lin-

tang Mulrigrup

Program Heterogenitas

" Resonan, HomogenisasiSel dan Kondensasi Energi, .

Tampang Lintangsedikit grupuntuk satuanteras

Program Kritikali-

.-tas dan distribusi

fluks

Distribusi daya dan

fluks reaktor

Program fraksi bakar,

pengelolaan bahan bakarperisai, gangguan dananalisis kinetik,Parameter

Keselamatan

•

Gambar 1. Diagram alir perhitungan ana lis is nuklir

226

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasililas Nuklir

Untuk perhitungan tingkat III dan IV yang meliputiperhitungan faktor kekritisan, "burn-up", gangguan,perisai dan analisis teras, banyak program komputerstandaryang tersedia. Umumnya perhitungan teras reaktordidasarkan kepada teori difusi dua atau tig dimensi. Ke­bergantungan analisis termalhidrolik dengan neutronikterjadi pada analisis beberapa teras reaktorseperti misal­nya BWR. Dibandingkan dengan perhitungan tiga dim en­si perhitungan satu atau dua dimensi dapat dilakukanuntuk geometri yang rinei dan kelompok energi yanglebih banyak. Sedangkan perhitungan tiga dimensi sangatberguna untukanalisispergerakan batang kendali reaktordan ketakseragaman teras reaktor pada arah aksial.

Perhitungan perisai umumnya memerlukan pro­gram komputer berdasarkan metode transpor DSN satuatau dua dimensi. Program komputer untuk perhitungan"bum-up" dan gangguan mungkin diperlukan sebagaikelengkapanjika perhitungan ini tidak diakomodasikanke dalam program komputer untuk analisis teras.

In. SISTEM PROGRAM KOMPUTER YANG DIU­SULKAN

Untuk komputasi tingkat I disarankan supaya versiterakhir NJOY beserta pustaka Data Nuklir END F/B- VIdipergunakan. Karena sistem program dan Data Nuklirini cukup komplek maka diperlukan ban yak waktu danusaha untuk adaptasi ke dalam sistem komputer yangada. Tetapi karena sistem program ini dapat menghasil­kan pustaka dalam pengadaan sistem program ini tidakperlu mempengaruhi jalannya perhitungan pada tingkatberikutnya, karena ada altematif lain yaitu melengkapidan memanfaatkan pustaka 69 grup pada WIMS sebagaidasar perhitungan. Pcmanfaatan NJOY dan Pustaka

ENDF/B untuk komputasi tingkat I hanya bermanfaatuntuk mcnambakan data tam pang lintang nuklida ke da­lam Pustaka 69 grup pada WIMS yang mungkin diperlu­kan.

Untuk komputasi tingkat II, program komputcrWIMS beserta pustaka tampang lintangnya telah tersediadi BAT AN. Disarankan supaya program komputer initerus digunakan untuk analisis berbagai satuan teras.WIMSD4 versi PC tersedia dan mungkinmemerlukanbeberapa tambahan subprogram untuk analisis "multi­cell" atau keperluan lain.

Untuk komputasi teras reaktor disarankan supayaCITATION digunakan sebagai komputcr standar. Pro­gram komputer ini tersedia di BAT AN dan memerlukan

modifikasi apabila hendakmemasukkan tampang lintangdalam bentukkeluaran WIMS sebagai masukkan. Sebagaipendukung untuk CITATION dapat digunakan programkomputer 2DB/3DB yang dapat bcrperan sebagai pcm­banding. Program kompuer yang disebut terakhir initersedia baik dalam versi PC maupun mainfram diBATAN.

Untuk pcrhitungan perisai, program komputcr bcr­dasarkan mctoda DSN dapat digunakan. Programkomputer ANISN tersedia di BAT AN dan dapat diguna­kan untuk analisis satu dimcnsi transportasi neutron-

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR-BATAN

gamma. Disarankan supaya program komputer DOTdiadakan untuk keperluan analisis dua dimensitransportasi neutron-gamma.

IV. STRATEGI YANG DIUSULKANProgram komputer yang belum tersedia di BAT AN

akan dimintakan dari berbagai sumber seperti lAEA,Bank DATA NEA, Pus at Program Komputer Argonnedan lainnya.

Langkah-langkah untuk menghubungkan satu mo­dul program dengan lainnya perlu dilaksanakan denganketerampilan programming yang cukup. Apabiladiperlukan masukan dan keluaran program yang user­

interactive, maka program komputer yang aqa harusdikembangkan.

Dengan dimantapkannya satusistem program kom­puter yang teruji, maka duplikasi dari satu sistem atausebagian dan kemudian distribusi ke Pusat Penelitian

Batan lainnya akan membantu terbentuknya kualitas pe­nelitian standar untuk studi reaktor nuklir yang terpilih.

Untuk tiap program klomputer diperlukan satuscientist yang mampu mclakukan studi rinci, modifikasidan komisioning. Sehingga untuk keseluruhan sistemprogram diperlukansckitarenam scient is dengan total 12tahun orang.

V. KEMAJUAN YANG DICAPAI

Sejumlah inisiatiftelah diambil dan berbagai pro­gram komputer telah dipasang sebagai usaha pemantap­an sistem program komputer untuk analisis-rancanganRcaktor Nuklir.

Tabcl 1. menunjukkan daftar program komputerbescrta status usaha untuk meningkatkan koordinasi danalih teknologi dilaksanakan dengan menambah jumlahanggota tim ENDF/Program Kompuer Reaktor.

Bantuan teknis telah dimintakan ke IAEA, dimulaidari pemasangan END FIB , dan program pemrosesan,denganekspertDR. TurkovdanDR. Ganesan. Selanjtunyadimintakan bantuan teknis untuk melanjutkan programlanjutan kc arah ana lis is reaktor. Dengan progra ini tigaatau empat ckspert dimintakan, stau ekspert yaitu DR.Lee (salah satu pengarah makah ini) telah melaksankanmisinya dan lainnya adalah DR. Lawson dan DR. GopalaKrisnan yang diharapkan dapat melaksankan misinyabulan April 1993 mendatang.

Selain itu komunikasi dengan ekspcrt dan usaha un­tuk mendapatkan ekspert lain terus dilaksanakan. Alihpengetahuan dan keterampilan yang terjadi diarahkanuntuk meningkatkan kemampuan studi rinci programkomputer serta analisis rancangan reaktor.

VI KESIMPULAN

Dengan berkcmbangnya program nuklirdi Indone­sia kcbutuan akan sistem program komputcryang menja­min kualitas analisis nukli sang at dirasakan. Makalah initelah menggambarkan stratcgi yang apabila dilaksanakandapat memcnuhi kcbutuhan tersebut.

227

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasililas Nuklir

T ABEL - 1 STATUS PROGRAM KOMPUTER

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR-BATAN

NO NAMA PROGRAM KETERANGANST ATUS0

IIIIIIIVV

1

END FIB - Pustaka Data Nuklir xxxFile Data Nuklir

2

LINEARIRECENT /- Tampang Lintang Multi Grupxxx

SIGMAIIGROUPIEProgram Pemrosesan

3

NJOY - Tampang Lintang Multi Grupx

4

WIMS-D/IV - Metoda tranport DSN dan xxxxProbabilitas Tumbukan

5

IAFUEL - Teori difusi 2-dimensi xxxx

- Perhitungan fluks dan kekritisan - Pengelolaan Bahan Bakar dalam teras6

TRIGAP - Teori difusi I-dimensi xxx

(PC)- Perhitungan fluks dan kekritisan

- Pengelolaan Bahan Bakar dalam teras7

CIT ATION - Teori difusi 1/2/3- dimensi xx

(PC & Mainframe)- Perhitungan fluks dan kekritisan

- Fraksi Bakar8

2DB - Teori difusi 2-dimensi xxx

(pC & Mainframe)- Perhitungan fluks dan kekritisan

- Fraksi Bakar9

3DB - Teori difusi 3-dimensi xx

(pC & Mainframe)- Perhitungan fluks dan kekritisan

10

ANISN - Metode transport DSN xxx

- I-dimensi untuk neutron-gamma - Perhitungan sumber fluks dankekritisan- Tampang Lintang Makroskopikuntuk satuan teras- Perhitungan perisai1DOT - Metoda transport DSN 2-dimensixI

untuk neutron-gamma- Perhitungan sumber, fluks, kekritisan- Perhitungan perisai2

RELAP - Analisis Keselamatanx13

EUREKA - Analisis Keselamatan xxx

Keterangan :o = perlu diadakan

I = sedang dipasangII = te1ah dipasangIII = dalam pengujianIV = telah digunakanV = ap1ikasi untuk ana1isis raneangan

228

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNSerta Fasilitas Nuklir

DAFTARPUSTAKA

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR-BATAN

1. Little, W.W.Jr., and Hardie, R.W., "2DB User's Manual Revision I," BWL-831 Rev. 1, 1974

2. MacFarlane, R.E., Muir, D.W., Boicourt, R.M., "The NJOY Nuclear Data Processing System, Volume 1: User'sManual," LA-9303-M, May 1982

3. Hallsall, M.J., "LWR-WIMS, A Computer Code For Light Water Reactor Lattice Calculations," AEEW-RI498,June 1982.

4. Stammler, R.J.J., Abbate, M.J., "Methods of Steady State Reactor Physics in Nuclear Design," Academic Press,1983

5. Santoso, B. Syaukat, A., Subki, 1., Ganesan, S., "Plans For Use of ENDF/B in Reactor Research in Indqnesia,"

Proceedings ofthe Second Asian Symposium on Research Reactors (ASRR-II), Serpong, Indonesia, May 1989

6. Cullen, D.E., Murnaka, R., Schmidt, J.,"Workshop on Reactor Physics Calculations for Applications in NuclearTechnology" , World Scientific, Singapura, 1981.

229