12
Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009 VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN BAKAR REAKTOR KARTINI Budi Rohman Pusat Pengkajian Sistem dan Teknologi Pengawasan Instalasi dan Bahan Nuklir Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN) ABSTRAK Verifikasi Perhitungan Temperatur Elemen Bakar Reaktor Kartini. . Sehubungan dengan akan berakhirnya izin operasi reaktor Kartini pada tahun 2010, pihak pengoperasi saat ini mengajukan permohonan perpanjangan izin operasi reaktor. Sejalan dengan proses ini, Pusat Pengkajian Sistem dan Teknologi Pengawasan Instalasi dan Bahan Nuklir, Badan Pengawas Tenaga Nuklir, melakukan pengkajian independen terhadap keselamatan termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis Keselamatan (LAK) yang diajukan. Tulisan ini menyajikan prediksi temperatur elemen bakar reaktor Kartini. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan program PARET/ANL yang merupakan program komputer termohidrolik yang secara luas digunakan untuk perhitungan teras reaktor. Dalam analisis ini teras reaktor dibagi menjadi dua daerah, yakni kanal panas dan kanal rata-rata. Kanal panas mewakili satu kanal pendingin di mana elemen bakar terpanas berada di dalamnya, sedangkan kanal rata-rata mewakili seluruh kanal lainnya. Pada daya reaktor 115 kW, yang merupakan batas keselamatan, dan suhu pendingin masuk teras 49 o C, kajian ini memberikan hasil perhitungan temperatur bahan bakar di titik terpanas sebesar 157.2 o C. Nilai yang tercantum di LAK untuk parameter ini adalah 184 o C, atau terdapat perbedaan sebesar 15.7 % antara hasil kajian dengan nilai di LAK. Kata kunci: Reaktor Kartini, temperatur elemen bakar, PARET/ANL ABSTRACT Verification to the Calculation of Fuel Temperature of Kartini Reactor. The Operating License of Reactor Kartini will be expired in 2010. In anticipation of this matter, the Operating Organization is now submitting the application for Operating License renewal. In conjunction with this activity, the Center for Regulatory Assessment of Nuclear Installations and Nuclear Materials, Nuclear Energy Regulatory Agency, is performing independent safety assessment in thermal-hydraulic aspects to support the regulatory evaluation to the Safety Analysis Report (SAR) of the reactor. This paper presents prediction calculation on the temperature of fuel element of the reactor. The calculation is performed using PARET/ANL, a thermal-hydraulic code widely applied in the reactor core calculation. For the purpose of this analysis, the reactor core is subdivided into two different regions, i.e. hot channel and average channel. Hot channel represents one cooling channel with the hottest fuel element inside, while average channel represents the remaining channels. For reactor power 115 kW, i.e. the safety limit for the power, and inlet coolant temperature 49 o C, calculation shows that the maximum fuel temperature being 157.2 o C, while the value listed in the SAR reaches 184 o C. In this case, there is a difference of 15.7 % between calculation result and the value listed in the LAK for this parameter. Keywords: Kartini Reactor, fuel temperature, PARET/ANL 221

VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN BAKAR REAKTOR KARTINI

Budi RohmanPusat Pengkajian Sistem dan Teknologi Pengawasan Instalasi dan Bahan Nuklir

Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN)

ABSTRAKVerifikasi   Perhitungan   Temperatur   Elemen   Bakar   Reaktor   Kartini.   .   Sehubungan dengan akan berakhirnya izin operasi reaktor Kartini pada tahun 2010, pihak pengoperasi saat ini mengajukan permohonan perpanjangan izin operasi reaktor. Sejalan dengan proses ini,   Pusat   Pengkajian   Sistem   dan   Teknologi   Pengawasan   Instalasi   dan   Bahan   Nuklir, Badan Pengawas Tenaga Nuklir, melakukan pengkajian independen terhadap keselamatan termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis Keselamatan (LAK) yang diajukan.  Tulisan ini  menyajikan  prediksi  temperatur  elemen bakar reaktor Kartini. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan program PARET/ANL yang   merupakan   program   komputer   termohidrolik   yang   secara   luas   digunakan   untuk perhitungan teras reaktor. Dalam analisis ini teras reaktor dibagi menjadi dua daerah, yakni kanal  panas  dan  kanal   rata­rata.  Kanal  panas  mewakili   satu  kanal   pendingin  di  mana elemen bakar  terpanas berada di dalamnya, sedangkan kanal rata­rata mewakili  seluruh kanal lainnya. Pada daya reaktor 115 kW, yang merupakan batas keselamatan, dan suhu pendingin masuk teras 49  oC, kajian ini memberikan hasil perhitungan temperatur bahan bakar di titik terpanas sebesar 157.2 oC. Nilai yang tercantum di LAK untuk parameter ini adalah 184 oC, atau terdapat perbedaan sebesar 15.7 % antara hasil kajian dengan nilai di LAK.

Kata kunci: Reaktor Kartini, temperatur elemen bakar, PARET/ANLABSTRACTVerification to the Calculation of Fuel Temperature of Kartini Reactor. The Operating License  of  Reactor  Kartini  will  be expired   in  2010.   In  anticipation  of   this  matter,   the Operating Organization is now submitting the application for Operating License renewal. In   conjunction   with   this   activity,   the   Center   for   Regulatory   Assessment   of   Nuclear Installations  and Nuclear  Materials,  Nuclear  Energy Regulatory  Agency,   is  performing independent   safety   assessment   in   thermal­hydraulic   aspects   to   support   the   regulatory evaluation   to   the   Safety   Analysis   Report   (SAR)   of   the   reactor.   This   paper   presents prediction calculation on the temperature of fuel element of the reactor. The calculation is performed using PARET/ANL, a thermal­hydraulic code widely applied in the reactor core calculation.  For   the  purpose  of   this   analysis,   the   reactor   core   is   subdivided   into   two different regions, i.e. hot channel and average channel. Hot channel represents one cooling channel   with   the   hottest   fuel   element   inside,   while   average   channel   represents   the remaining channels. For reactor power 115 kW, i.e. the safety limit for the power, and inlet coolant temperature 49  oC, calculation shows that the maximum fuel temperature being 157.2  oC,  while   the  value   listed   in   the  SAR  reaches  184  oC.   In   this   case,   there   is   a difference of 15.7 % between calculation result and the value listed in the LAK for this parameter.

Keywords: Kartini Reactor, fuel temperature, PARET/ANL

221

Page 2: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

BAB I

PENDAHULUAN

1. LATAR BELAKANG

Reaktor   Kartini   merupakan 

reaktor   penelitian   yang   berlokasi   di 

Yogyakarta yang dioperasikan oleh Pusat 

Teknologi Akselerator dan Proses Bahan 

(PTAPB), Badan Tenaga Nuklir Nasional 

(BATAN).   Saat   ini   PTAPB   sedang 

mengajukan   izin   perpanjangan   operasi 

reaktor ke BAPETEN karena izin operasi 

reaktor   tersebut   akan   habis   masa 

berlakunya   pada   tahun   2010.  Dalam 

pengajuan izin operasi reaktor, dokumen 

Laporan   Analisis   Keselamatan   (LAK) 

merupakan   salah   satu   dokumen   yang 

harus dilampirkan. Sejalan dengan proses 

tersebut,   Pusat   Pengkajian   Sistem   dan 

Teknologi   Pengawasan   Instalasi   dan 

Bahan   Nuklir   (P2STPIBN)   BAPETEN 

melakukan  pengkajian  mandiri   terhadap 

keselamatan   reaktor   Kartini   terkait 

dengan   tugas   pengawasan.   Hasil   kajian 

ini   digunakan   untuk   memberikan 

dukungan   teknis   kepada   Direktorat 

Perizinan dalam proses evaluasi dokumen 

LAK.

Salah  satu  aspek yang dilakukan 

dalam pengkajian keselamatan ini adalah 

kajian termohidrolik teras reaktor Kartini, 

di   mana   temperatur   elemen   bakar 

merupakan   parameter   yang   sangat 

penting   untuk   dihitung   karena   terkait 

secara   lanagsung   dengan   keselamatan 

operasi reaktor. Metode yang diterapkan 

dalam   kajian   ini   adalah   dengan 

komputasi  menggunakan  paket   program 

PARET/ANL.

2. TUJUAN KAJIAN

Tujuan   kajian   ini   adalah   untuk 

melakukan   verifikasi   pada   perhitungan 

temperatur  elemen bakar reaktor  Kartini 

guna   mendukung   evaluasi   perhitungan 

termohidrolik teras reaktor yang terdapat 

di dalam LAK Reaktor Kartini yang saat 

ini tengah diajukan ke BAPETEN dalam 

rangka   memperoleh   perpanjangan   izin 

operasi reaktor.

3. METODE PERHITUNGAN

Perhitungan   temperatur   elemen 

bakar   reaktor   Kartini   dilakukan   dengan 

menggunakan   paket   program 

PARET/ANL. Perhitungan ini dilakukan 

pada   dua   tingkat   daya   yang   berlainan, 

yakni 100 kW dan 115 kW.

222

Page 3: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

4.   DESKRIPSI   TERAS   REAKTOR 

KARTINI

Reaktor   Kartini   merupakan 

reaktor jenis TRIGA Mark II tipe kolam 

terbuka   dengan   desain   daya   250   kW[1]. 

Berdasarkan izin dari BAPETEN, reaktor 

Kartini   dioperasikan   dengan   daya 

nominal   100   kW.   Kisi   reaktor   Kartini 

berbentuk   anular   yang   terdiri   atas   91 

lubang   masing­masing   dengan   diameter 

3.823 cm seperti  dapat  dilihat  di  Gb.  1 

yang diisi  dengan elemen bakar,  batang 

kendali,   tabung   iradiasi,   serta   elemen 

grafit. Teras reaktor memiliki ketinggian 

58 cm dan dilingkupi oleh reflektor grafit 

berbentuk   silinder   dengan   diameter 

dalam   45.7   cm.   Teras   dan   reflektor 

ditopang   oleh   struktur   penyangga   yang 

dipasang   di   dasar   tangki.   Teras   dan 

reflektor ini terendam dalam air setinggi 

4.9 m. Dimensi kisi teras reaktor Kartini 

dapat   diperoleh   dari   desain   reaktor 

TRIGA   Mark   II   seperti   tercantum   di 

Tabel 1.

Tabel 1. Dimensi kisi reaktor TRIGA Mark II[2].Ring Radius [cm]

A 0.000B 4.054C 7.981D 11.946E 15.916

Dalam konfigurasi  saat   ini,   teras 

reaktor Kartini memuat 67 elemen bakar 

tipe   104   dan   2   elemen   bakar   tipe   204 

(Instrumented Fuel Element/IFE) serta 3 

batang kendali  yang  terbuat  dari  serbuk 

B4C   di   dalam   kelongsong   aluminium 

yang menempati  posisi C5, C9, dan E1. 

Komposisi   elemen  bakar  kedua   tipe   ini 

sama,  yakni  daging  bahan  bakar  adalah 

U­ZrH1.65 dengan kandungan uranium 8.5 

%   berat   dengan   pengkayaan   20   %. 

Elemen   bakar   ini   berada   di   dalam 

kelongsong   berbentuk   tabung   yang 

terbuat   dari   SS­304.   Di   antara   daging 

bahan bakar dengan kelongsong terdapat 

celah   (gap)   yang   diisi   dengan   He. 

Dimensi   utama   elemen   bakar   tipe104 

dapat dilihat di Tabel 2.

Tabel 2. Dimensi elemen bakar tipe 104 [1, 2, 3]

Panjang total [cm] 72.24

Dia. daging bahan bakar [cm] 36.3

223

Page 4: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

Panjang aktif [cm] 38.1

Reflektor grafit, panjang bawah [cm] 9.39

                                         atas [cm] 6.6

Kelongsong, dia. luar [cm] 3.75

                      tebal [cm] 0.51

Posisi   di   tengah­tengah   teras   adalah 

central   thimble.   Posisi   di   ring   terluar 

selain   yang   berisi   elemen   bakar   berisi 

tabung pneumatik,  sumber neutron,  atau 

elemen bakar tiruan dummy.

Teras reaktor didinginkan oleh air 

yang ada di dalam tangki reaktor dengan 

mode   sirkulasi   alam.   Air   tangki   ini 

selanjutnya disirkulasikan melalui sistem 

pendingin   primer,   di   mana   panasnya 

ditransfer  ke  sistem pendingin  sekunder 

melalui alat penukar panas.

5.   DESKRIPSI   PROGRAM 

PARET/ANL

PARET/ANL   merupakan 

program komputer yang menggabungkan 

kemampuan   perhitungan   termal, 

hidrodinamik,  dan kinetika  titik[4].  Teras 

dapat   dimodelkan   dalam   satu   sampai 

dengan   empat   daerah   yang   berlainan. 

Tiap­tiap   daerah   dapat   memiliki 

parameter   pembangkitan   daya,   laju   alir 

massa   pendingin,   dan   hidrolika   yang 

berlainan.   Daerah   tersebut   diwakili 

dengan   dengan   satu   elemen   bakar 

berbentuk silinder atau plat dengan kanal 

pendingin yang berhubungan dengannya. 

Elemen   bakar   dapat   dibagi   hingga   21 

bagian aksial  dengan perpindahan panas 

pada   masing­masing   bagian   dihitung 

secara konduksi satu dimensi. Persamaan 

hidrodinamik   juga   diselesaikan   secara 

satu  dimensi  pada  masing­masing  kanal 

pendingin tiap node waktu. Perpindahan 

panas dapat terjadi secara konveksi alam 

atau paksa, pendidihan inti, transisi, atau 

pendidihan   film   stabil.   Air   pendingin 

dapat   mencakup   fasa   cair   sub­dingin, 

rezim dua fasa, dan fasa uap lewat­panas. 

Program   ini   juga   memiliki   kemampuan 

untuk perhitungan pembalikan arah aliran 

air pendingin. Selain itu, program ini juga 

dapat   menghitung   void   yang   timbul 

dalam pendidihan sub­dingin.

6.   PEMODELAN   REAKTOR 

KARTINI DALAM PARET

Susunan   teras   reaktor   Kartini 

yang   dimodelkan   adalah   konfigurasi 

seperti   yang  diuraikan  di  LAK Reaktor 

Kartini   Bab   V:   Reaktor[1]  seperti   dapat 

224

Page 5: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

dilihat   di  Gb.   1.  Dalam  konfigurasi   ini 

terdapat   69   elemen   bakar   dan   3   posisi 

batang   kendali.   Distribusi   neutron 

diambil   dari   perhitungan   neutronik 

menggunakan   program   MCNP5.   Untuk 

menyederhanakan   pemodelan   kanal 

pendingin,   posisi   selain   yang   berisi 

elemen   bakar   atau   batang   kendali 

dianggap   berisi   batang   grafit  dummy 

dengan   diameter   sama   dengan   elemen 

bakar.

Teras   reaktor   Kartini   diwakili 

oleh   dua   buah   kanal   pendingin   dengan 

pembangkitan daya yang berlainan, yakni 

kanal   panas   dan   kanal   rata­rata.   Kanal 

panas  mewakili  1  kanal  dengan  elemen 

bakar terpanas, sedangkan kanal rata­rata 

mewakili  kanal­kanal  yang berisi  bahan 

bakar selebihnya yang berjumlah 68.

6.1. Pemodelan Kanal Pendingin

Seperti   sudah   disebut   di   atas, 

susunan   elemen   bakar   dan   elemen   lain 

dalam   teras   reaktor   Kartini   berbentuk 

anular.   Dengan   bentuk   yang   demikian 

maka   luasan   aliran   pendingin   menjadi 

berlainan dari satu ring ke ring yang lain. 

Pada pemodelan dalam PARET, susunan 

elemen   bakar   ini   didekati   dengan   kisi 

(lattice)   triangular,  yakni   tiap­tiap kanal 

terdiri   dari   sekelompok   tiga   batang 

elemen bakar dengan aliran pendingin di 

antaranya.

Teras   reaktor   Kartini   memiliki 

bentuk   simetri   dalam  1/6  bagian   seperti 

dapat   dilihat   di   Gb.   1.   Susunan   kanal 

dengan   kisi   triangular   untuk  1/6  bagian 

teras tersebut dapat dilihat di Gb. 2. Jarak 

antar   elemen   bakar   (pitch)   dihitung 

dengan  merata­ratakan   jarak   antara   dua 

pusat elemen bakar pada ruas­ruas garis 

seperti   digambarkan   di   Gb.   2.   Dengan 

alasan   simetri   ini,  pitch  yang   dihitung 

untuk  1/6  bagian   teras   dapat   dianggap 

mewakili seluruh teras. Dengan berdasar 

pada geometri teras reaktor sebagaimana 

telah diuraikan di atas, diperoleh dimensi 

untuk kisi triangular reaktor Kartini (lihat 

Gb. 3) sebagai berikut:

Pitch (P) = 4.387 cm

Luas aliran kanal = 2.813 cm2

Jarak pusat elemen bakar­pusat aliran pendingin (RN)= 2.533 cm

6.2. Pemodelan Elemen Bakar

6.2.1. Arah aksial

Elemen   bakar   reaktor   dibagi 

menjadi   21   daerah   aksial   dan   21   titik 

node.   Fluks   neutron   di   masing­masing 

225

Page 6: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

titik node merupakan fluks neutron relatif 

yang didefinisikan sebagai perbandingan 

antara   fluks   neutron   setempat   dengan 

fluks   neutron   rata­rata   teras.   Distribusi 

fluks neutron ini diwakili oleh distribusi 

pembangkitan   daya   dalam   setiap   sel 

elemen  bakar.  Pembagian  elemen  bakar 

dan   kanal   pendingin   pada   arah   aksial 

dapat dilihat di Gb. 4.

6.2.2. Arah radial

Susunan   elemen   bakar   reaktor 

dari dalam ke luar meliputi daging bahan 

bakar (fuel meat),  celah yang berisi  He, 

dan kelongsong yang dibuat dari SS­304. 

Elemen   bakar   ini   dimodelkan   dalam   3 

zona atau bagian sesuai dengan material 

penyusunnya   sebagaimana   digambarkan 

di  Gb.  5.  Pembagian  node   radial  untuk 

masing­masing   bagian   adalah   sebagai 

berikut:

Daging (meat) bahan bakar : 5

Celah (gap) : 2

Kelongsong : 2

Sifat­sifat termal elemen bakar yang digunakan dalam perhitungan ini dapat dilihat 

di Tabel 3.

Tabel 3. Sifat termal elemen bakar.

Material Konduktivitas panas Panas spesifik volumetrik

[W/(m.oC)] [J/(m3.oC)]

Daging bahan bakar (8.5 % weight U­ZrH1.6)[5]

18 2.04×106+4.17×103T

Celah (He)[6] 0.199 666.34

Kelongsong SS­304[7] 10.59+1.495×10­2T 3.438×106+1442T

6.3. Distribusi Fluks Neutron

Distribusi   fluks   neutron   yang 

digunakan dalam analisis   ini  didasarkan 

pada   konfigurasi   teras   sebagaimana 

dijelaskan   di   atas   dan   dihitung   dengan 

program MCNP5.  Dalam  pemodelan  di 

MCNP,   komposisi   elemen   bakar   yang 

digunakan   adalah   komposisi   elemen 

bakar   segar   tanpa   memperhitungkan 

fraksi bakar. Dalam pemodelan ini ketiga 

batang  kendali  dianggap  ditarik  ke  atas 

seluruhnya   sehingga   posisinya   di   teras 

digantikan   oleh   air,   dan   posisi   tabung 

pneumatik   dianggap   sebagai   ruang 

226

Page 7: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

hampa.   Input   untuk   program   MCNP 

dibangkitkan   dengan   menggunakan 

program bantu TrigaMCNP[8].

Dalam   perhitungan   ini   elemen 

bakar   aktif   dibagi   menjadi   15   daerah 

aksial. Dalam input untuk perhitungan di 

program   PARET   elemen   bakar   dibagi 

menjadi   21   daerah   aksial   sebagaimana 

dijelaskan   di   atas   di   mana   nilai   fluks 

neutron   untuk   masing­masing   titik 

dihitung   dengan   membangkitkan 

persamaan   polinomial   berdasarkan 

distribusi   fluks   neutron   sebagaimana 

dihitung   oleh   MCNP.   Dari   perhitungan 

dengan  MCNP  diperoleh   faktor   puncak 

daya   (Power   Peaking   Factor/PPF) 

sebesar 1.88 untuk kanal panas dan 1.25 

untuk   kanal   rata­rata.   Distribusi   fluks 

neutron   yang   berasal   dari   perhitungan 

dengan   MCNP   dan   pendekatan   yang 

digunakan   sebagai   input  untuk  program 

PARET/ANL   baik   untuk   kanal   panas 

maupun rata­rata dapat dilihat di Gb. 6.

6.4. Pemodelan dan Asumsi Lain

Perhitungan   termohidrolik   teras 

reaktor   Kartini   menggunakan   program 

PARET dilakukan  dengan  kode  operasi 

reactivity   specified.   Input   untuk   daya 

reaktor berturut­turut adalah 100 dan 115 

kW,   sedang   dan   temperatur   pendingin 

masuk teras berturut­turut adalah 29 dan 

49 oC sebagaimana dapat dilihat di Tabel 

4. Nilai paramter­paramer ini diambil se­

cara demikian dengan maksud agar hasil 

perhitungan   dapat   dibandinginkan 

dengan nilai  yang  tertera  di  dalam Bab 

XVI:   Analisis   Keselamatan[1].   Waktu 

total  perhitungan adalah 100 detik  yang 

merupakan   rentang   waktu   maksimum 

dalam   perhitungan   dengan   program 

PARET. Parameter hasil perhitungan di­

anggap representatif kalau nilainya sudah 

stabil.

Tabel 4. Variasi parameter input.

Parameter Nilai KeteranganDaya reaktor [kW] 100 Daya nominal

115 Batas keselamatanSuhu pendingin masuk teras [oC] 29 Temperatur minimum air tangki yang digunakan 

pada analisis keselamatan dalam LAK

49 Temperatur maksimum air tangki yang digunakan pada analisis keselamatan dalam LAK

227

Page 8: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

BAB II

HASIL PERHITUNGAN DAN 

PEMBAHASAN

Hasil   perhitungan   memperli­

hatkan   bahwa   untuk   daya   reaktor   100 

kW,  untuk   suhu  pendingin  masuk   teras 

29 oC diperoleh suhu bahan bakar di titik 

paling   panas   sebesar  144.6  oC,   sedang 

nilai yang tercantum di LAK adalah 143 oC atau terdapat  perbedaan sebesar 1 % 

antara   hasil   perhitungan   dengan   nilai 

yang   terdapat   di   LAK.   Untuk   suhu 

pendingin masuk teras 49 oC, suhu bahan 

bakar di titik paling panas menurut kajian 

ini adalah 148.2 oC, sedang nilai yang ada 

di LAK adalah  164 oC   tau terdapat per­

bedaan sebesar 10.1 %.

Pada daya reaktor 115 kW, untuk 

suhu pendingin masuk teras 29 oC perhi­

tungan kajian ini memperoleh suhu bahan 

bakar di titik terpanas sebesar  154.9  oC. 

LAK   tidak   mencantumkan   nilai   pada 

kondisi ini. Untuk suhu pendingin masuk 

teras   49  oC,   perhitungan   kajian   ini 

menghasilkan   suhu bahan bakar  di   titik 

terpanas   sebesar   157.2  oC,   sedangkan 

nilai yang terdapat di LAK adalah 184 oC 

atau terdapat perbedaan sebesart 15.7 % 

antara hasil kajian dengan nilai di LAK. 

Hasil   selengkapnya  dari  kajian   ini   serta 

nilai yang ada di LAK baik untuk bahan 

bakar   maupun   kelongsong   dapat   dilihat 

di Tabel 5.

Tabel 5. Temperatur elemen bakar Reaktor Kartini.P Tin Tbhn bakar [oC] Perbedaan Tkelongsong [oC] Perbedaan

[kW] [oC] (1) (2) [%] (1) (2) [%]100 29 144.6 143 1.1 103.9 98.4 5.5

49 148.2 164 10.1 106.9 ­ ­115 29 154.9 ­ ­ 109.1 ­ ­

49 157.2 184 15.7 110.8126.

0 12.8Keterangan:(1): Nilai dari kajian ini.(2): Nilai dalam LAK Rev. 7[1].

Perbedaan nilai ini bisa berasal dari hal­

hal berikut:

• Perbedaan dalam nilai   sifat   fisis  ba­

han bakar yang digunakan. Kajian ini 

memasukkan   sifat   fisis   bahan   bakar 

yang   meliputi   konduktivitas   panas 

dan panas spesifik volumetrik dari ba­

han   bahan   bakar,   gap,   dan   kelong­

song.   Sifat   fisis   yang   tercantum   di 

LAK yang terkait dengan hal ini ada­

228

Page 9: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

lah   konduktivitas   panas   dan   panas 

spesifik   volumetrik   bahan   bakar, 

sedangkan parameter lain tidak dican­

tumkan sehingga tidak bisa diketahui 

dengan pasti.

• Perbedaan dalam asumsi dan korelasi 

perpindahan panas antara permukaan 

kelongsong dengan air pendingin

Secara   umum,   sampai   dengan 

daya 115 kW yang merupakan batas ke­

selamatan, kondisi bahan bakar yang ter­

cermin   dari   hasil   perhitungan   temper­

aturnya  baik yang ada  di  LAK maupun 

dari hasil kajian menunjukkan kondisi se­

lamat karena masih berada jauh di bawah 

nilai batas yang ditentukan di BKO yakni 

sebesar 700 oC.

BAB III

KESIMPULAN

• Kajian ini memberikan hasil perhitun­

gan   temperatur   bahan   bakar   di   titik 

terpanas untuk suhu pendingin masuk 

teras 49  oC adalah sebesar 157.2  oC. 

Nilai  yang  tercantum di  LAK untuk 

parameter ini adalah 184 oC, atau ter­

dapat perbedaan sebesar 15.7 % ant­

ara hasil kajian dengan nilai di LAK.

• Nilai   temperatur   bahan   bakar   baik 

dari  hasil   perhitungan  maupun  yang 

tercantum   di   LAK   untuk   daya   di 

batas   keselamatan   (115   kW)   masih 

jauh berada di bawah nilai batas yang 

ditentukan di BKO untuk temperatur 

bahan bakar yakni sebesar 700 oC.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Badan   Tenaga   Nuklir   Nasional, 

Laporan   Analisis   Keselamatan 

Reaktor   Kartini   Rev.   7.  Pusat 

Teknologi   Akselerator   dan   Proses 

Bahan   (PTAPB)­BATAN, 

Yogyakarta, 2008.

[2] Ravnik,   M.,  Description   of   TRIGA 

Reactor  

(www.rcp.ijs.si/ric/description­

a.html).

[3] Villa,   M.,   et.   al.,  The   New   Area 

Monitoring   System   and   The   Fuel  

Database   of   The   TRIGA   Mark   II  

Reactor in Vienna.

[4] Woodruff,  W.L.,  A  User  Guide   for 

the   Current   ANL   Version   of   the 

PARET   Code.   Argonne   National 

Laboratory,   Argonne,   Illinois, 

December 1982.

[5] Simnad, M.T.,  The U­ZrHx Alloy: Its  

Properties  and Use   in  TRIGA Fuel. 

General Atomic, February 1980.

[6] Candalino,   Robert   W.,  Engineering  

Analysis   of   Low  Enriched  Uranium 

Fuel   Using   Improved   Zirconium 

229

Page 10: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Prosiding Seminar Keselamatan Nuklir, 5 – 6 Agustus 2009

Hydride Cross Sections. Texas A&M 

University, August 2006.

[7] Incropera,   Frank   P.,   et.   al., 

Introduction   to  Heat  Transfer.   John 

Wiley & Sons, New York, 1996.

[8] Yazid,   Putranto   Ilham,  TrigaMCNP 

Ver. 9.0  (computer program).  Center 

for Nuclear Technology of Materials 

and   Radiometry,   National   Nuclear 

Energy Agency (BATAN), Bandung, 

January 2006.

230

Page 11: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

LAMPIRAN

Gb. 1. Konfigurasi teras reaktor Kartini[1, 8]. Gb. 2. Kisi triangular elemen bakar dalam          1/6 bagian teras.

Gb. 3. Kanal pendingin dengan kisi           triangular.

Gb. 4. Pemodelan elemen bakar arah aksial.

Page 12: VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN …ansn.bapeten.go.id/files/20_budi_rohman.pdf · termohidrolika teras reaktor Kartini guna mendukung evaluasi terhadap Laporan Analisis

Gb. 5. Pemodelan elemen bakar arah radial.

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Hot Ch (MCNP)   Ave Ch (MCNP)   Hot Ch (PARET)   Ave Ch (PARET)

Relative Neutron Flux

Hei

ght f

rom

 Low

er e

nd  o

f Act

ive 

Fue

l [cm

]

Gb. 6. Distribusi fluks neutron.