Upload
lecong
View
229
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Proceedings Seminar Reakwr Nllkli,. dalam Penelitia.n SainE;don Tekrwlogi Menlljll Era Tinggal I.andas
Bandllng, 8 - 10 Okwber 1991PPTN - BATAN
PENENTUAN REAKTIVITAS XENON UNTUK PENGOPERASIANREAKTOR PADA TERAS V RSG GAS
Lily Suparlina, Tukiran, SudarmonoPusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional
ABSTRAKPENENTUAN REAKTIVITASXENON UNTUK PENGOPERASIAN REAKTOR PADA
TERAS V RSG GAS. Untuk menunjang kelancaran pengoperasian reaktor, diperlukan beberapa parameter operasi. Salah satu parameter yang diperlukan adalah besaran nilai reaktivitas xenon sebagai fungsi daya dan waktu. Untuk itu telah dilakukan pengukuran reaktivitasxenon pada teras V yang menggunakan metode kompensasi BANK. Dari hasil pengukurandidapat nilai-nilai reaktivitas xenon sebagai fungsi waktu dan fungsi ketinggian batangkendali. Reaktivitas xenon setimbang dan puncak untuk daya 18 MWadalah 3,97 $ dan 14,13$ sedangkan untuk daya 15 MW adalah 4,20 $ dan 12,01 $. Dengan memprediksi hasilperhitungan Xensam terhadap hasil pengukuran, maka dapat pula ditentukan nilai-nilaireaktivitas xenon untuk daya-daya lain. Penentuan ketinggian batang kendali untuk operasidalam kondisi tidak bebas xenon berlaku bila nilai reaktivitas xenon lebih kecil dari nilaireaktivitas lebih teras.
ABSTRACTDETERMINATION OF XENON POISSONING REACTIVITY FOR POWER OPERA
TION AT THE FIFTH CORE OF RSG GAS. To support the continuity of reactor operation,one needs some operation parameters. One of the required parameters is xenon reactivity asa function of power and time. Regarding to the reason above the xenon reactivity measurementwas carried out at the fifth core by using a bank compensation metode. From the measurement,one had the xenon reactivity values as a function of time and the height of the control rods.The xenon equillibrium and peak reactivity values for power level 18MW are 3,97 $ and 14,13$ meanwhile for power level 15 MWare 4,20 $ and 12,01 $. Having verified the Xensam codeto the measurement result, one is able to determine the xenon reactivity for other power levels.The determination of control rods height where the core is not free from xenon is satisfied ifthe xenon reactivity values are less than the excess reactivity of the core.
PENDAHULUANTeras V merupakan salah satu teras tran
sisi pada reaktor GAS sebelum mencapai terasset.imbang. Teras ini mempunyai daya nominal22 MW dengan 33 buah elemen bakar dan 8buah elemen kendali.
Untuk menentukan parameter operasiyang penting antara lain waktu mati reaktordan harga reaktivitas racun xenon sebagai fungsi kondisi reaktor telah dilakukan pengukuranreaktivitas racun xenon yang terbentuk padaoperasi daya tertentu untuk mendapatkan nilaireaktivitas xenon pada setiap ketinggian batangkendali. Dengan memprediksi hasil perhitungan program Xensam terhadap hasil pengukuranmaka dapat ditentukan nilai-nilai reaktivitasracun xenon untuk daya-daya lain.
TEORI
Xenon merupakan penyerap neutron yangsangat kuat, karena mempunyai tampang lintang serapan yang besar, sekitar 8 x 106 barn.Sebagian xenon merupakan hasil produk flsilangsung dari 235U, tetapi kebanyakan merupakan hasil peluruhan dari 135Teyang menghasilkan 1351menjadi 135Xeyang mempunyai waktu paruh sekitar 9,2 jam.
Karena waktu paruh 135Sb menjadi 135Tedan 135Te menjadi 1351 yang sangat pendek,maka peluruhan tersebut dapat disederhanakan sebagai berikut, yakni dengan mengasumsikan bahwa semua 1351akan meluruh langsungmenjadi 135Xe.
Dengan mendefinisikan bahwa kerapatannomoI' massa dari kedua isotop tersebut adalahI(r,t) dan X(r,t) serta YI dan Yx dianggap sebagaifraksi flsi efektif dari kedua isotop tersebut,
120
Proceedings Seminar Reaktol' Nuldil' datam Penetitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas
Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN
1,7det.
1,92det.
6,58Jam
Konstanta peluruhan :I = O,1035/jamx = O,0753/jam
p = O,0128/jamI = tampang lintang makroskopik produk fisify = yield prod uk fisisehingga konsentrasi dari hasH fisi ini mengganggu operasi reaktor pada fluks konstan.
YI I <I>0 ( YI + Yx) I <I>
100 = ( Xoo = f (3)I Ax + ocr <I>o
Skema I-a It (r,t 1
0~oD •. t
tot ~ I(tl
I.,
Skema l-b
sementara AI dan Ax adalah konstanta peluruhan, maka dapat dituliskan persamaan sebagaiberikut:
penyerapan xenon
ocr <I> X (r,t) (2)
hasil peluruhan peluruhanflsi xenon iodine
fix
Xenon: b= y';:<I> (r,t) - AxX (r,t) + 1...11(r,t) t f
Gambar 1. Sifat kualitatif dari konsentrasi 1351dan 135Xe pada saat dingin, start up dan shutdown.
t
1 (I',l) = I (I',t) + YI f dt' ~ (r,t') <I> (I',t') exp ( "'1 (t-t'»o f
(4)
Dengan menganggap bahwa sifat sebagaifungsi ruang dan waktu yang diketahui, makadengan mengintegrasikan persamaan iodinedidapat:
Kemudian dengan mensubstitusikan solusi ini ke dalam persamaan xenon dan mengintegralkannya untuk mendefinisikan konsentrasi135Xesebagai fungsi ruang dan waktu.
(1)
hasil flsi peluruhan iodine
. YIIodme: - = yII<I> (r,t) - All (r,t)
Yt f
YIKarena- sarna dengan I(t) yang berpenga-
Yt
Y
ruh pada YI maka -=- juga dipengaruhi YI ' sepertiYt
terlihat pada Persamaan 2.
121
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dnlam Penelitial£ SainsaM Teknalogi Menuju Era 1Inggal Lanclas
t
X (r,t) - (X(r,t) +J de' [AI I (r,t') + y" ~ (r,t') II> (r,t')]o f
t'
expcj dt" Aa + aa" - II> (r,t) ]}o
t
exp [ - f dt" [ Ax + ow ct> (1' ,t")]]o
dimana bentuk dari X(,;t) adalah seperti padaGambar LaXensam adalah kode komputer yang mampumenyelesaikan persamaan racun reaktor tersebut di atas dengan integrasi numerik. Terdiridari dua bagian yang menghitung kerapatanl:15Xedan 149Sm sebagai hasil fisi penyerapneutron untuk waktu operasi setelah shutdown. Daya reaktor/£1uks neutron untuk fasesHbelumshutdown, tam pang lintang fisi bahanbakar, waktu operasi digunakan sebagai datamasukan. Konversi kerapatan menjadi reaktivitas dilakukan dengan menggunakan faktorrE!aktivitas yang telah ditentukan oleh pengukuran at au perhitungan difusi neutron.
x
X(r,t) bergantung pada ~ sehingga untull t = 00a
(y/ + yx ) ~ ct>o
X = f00
Ax + oaX • ct>o
/).p = ~w _ Nax ow~a - ~a
N a = X(,;t) maka /).p = X (r,t) ow~a
TATAKERJAPengukuran reaktivitas xenon teras V te
lah dilakukan pad a daya operasi 18 MWdan 15MW yang dibagi dalam tiga fase pengukuranyaitu :1.Pembangkitan xenon menuju xenon setim
bang, reaktor beroperasi pada daya 18 MWselama 60jam dan 15 MWselama 51,67jam.Selama operasi posisi batang kendali dicatat:3etiap 30 menit untuk 2 jam pertama danselanjutnya setiap 1jam.
2.Pembangkitan xenon setelah reaktor padammenuju xenon puncak, reaktor beroperasipada daya rendah. Setelah batang kendalimencapai posisi terbawah, reaktor segeradioperasikan menuju daya terendah yang
Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN
dapat dicapai. Untuk mengejar kenaikankonsentrasi xenon posisi batang kendali dicatat setiap 5 menit hingga mencapai posisibatang kendali maksimum yang terukur. Bila puncak xenon dicapai maka pengukuranditeruskan dengan fase 3 dengan daya yangsarna dengan fase 2 sedangkan bila puncakxenon tidak tercapai dan posisi batang kendali sudah mencapai maksimum (600 mm)reaktor dipadamkan sampai dapat dikritiskan kembali pada daya rendah turun satudekade dari fase 2.
3.Peluruhan xenon setelah reaktor padam,reaktor beroperasi pada daya rendah.
Metode pengukuran yang dilakukan adalah metode kompensasi BANKdengan mengotomatiskan batang kendali pengatur.Peralatan yang digunakan adalah :Reaktivimeter dan rekorder servogor 320
HASILDAN PEMBAHASAN
Hasil pengamatan dapat dilihat pada Tabel1, 2 serta Gambar 2 dan 3.
Tabell. Kondisi pengukuran xenon 18 MWdan15 MW teras V :
DayaFasePosisi bank!Keterangan
(MW)REG-ROD
I
278/304kritis346 / 346
setimbang18
II400 / 222kritis600 / 600
maks. terukurIII
600 / 525kritis setelahpadam266 / 266
akhir peng-ukuranI
268/274kritis351 /351
setimbangII
470/481kritis15
569/570maks. terukur(puncak)III
569 / 569daya sarna de-ngan fase II269/269
akhir peng-ukuran
Dari hasil pengukuran akan didapat datawaktu operasi, posisi ketinggian batang kendaliselama pengukuran dan perubahan reaktivitas.Dengan menghitung balik harga-harga perubahan reaktivitas secara kumulatif maka dapat
122
Proceedings Seminar Reaktor Nu.klir da/om PetteliLion Suitt!>dan 1'ekrwlogi Menu.ju Era Tinggal Land{f.~
Ban-dung, 8 - 10 Oktober 19mPPTN - BATAN
Tabel 2. Hasil pengukuran dan perhitungan xenon 18 MW dan 15 MW teras V.
Daya(MW)18181515
Keterangan
Tangga106s/dXensamTanggal 21 s/dXensam12-02-91
26-02-91
Fase I
Waktu (iam)60 605167 51,67
Reaktivitas ($)
3.97 4.63420 452
Fase IIWaktu Gam)9,52 ekstra-9,59,5 9,5
polasi Reaktivitas ($)
14,13 ekstra-14,7512,01 (terukur)12,84Ipolasi Fase III
Waktu (iam)61.17 62.57097 62,5
Reaktivitas ($)
017 0,42005 0,35
.,.
GambaI' 2. Grafik xenon 18 MW hasil pengukuran, perhitungan Xensam dan posisi batangkendali fungsi waktu
'.00 _R._a~k~t_i v_l_ta_.~(_se_n_) P_._'I'_I_B_.K_.I'~ •••
•M " 10 •• 10 aD ,. to to ~ t~ ~ t.a t40
Wetl.llv"em)
GambaI' 3. Grafik xenon 15 MW hasil pengu-kuran, perhitungan Xensam dan posisi batangkendali fungsi waktu
ditentukan nilai puncak xenon dan secara interpolasi antara dua titik maka dapat ditentukan nilai reaktivitas xenon untuk setiapketinggian batang kendali, sehingga nilai xenonsetimbang- nya juga dapat ditentukan (lihatTabell dan 2).
GambaI' 2 dan 3 menunjukkan grafik reaktivitas xenon hasil pengukuran dan perhitungan Xensam serta posisi batang kendali selamapengukuran sebagai fungsi waktu, masingmasing untuk daya 18 MW dan 15 MW Pengukuran reaktivitas xenon ini dilaksanakansecara berturut-turut dan dari Tabell dan 2 terlihatbahwa posisi kristis pada awal pengukurandaya tinggi berbeda sesuai dengan tingkat daya.Pada daya 18MWposisi kritis awal pengukul'anadalah 278/304 mm sedangkan untuk daya 15MW posisi kritis awal pengukuran adalah268/274 mm. Ini menandakan bahwa makintinggi daya, makin tinggi posisi batang kendali.Sedangkan posisi batang kendali pada keadaansetimbang dan akhir pengukuran untuk daya 18MW terlihat lebih rendah dibandingkan dengandaya 15 MW Ini disebabkan karena adanyapengaruh fraksi bakar. Dari GambaI' 2 dan 3terlihat bahwa hasil pengukuran lebih kecil darihasil perhitungan sehingga perlu dibuat perbandingan antara hasil pengukuran dan perhitungan, sehingga dengan memprediksi hasilperhitungan terhadap hasil pengukuran, makaakan dapat ditentukan nilai reaktivitas xenonuntuk daya-daya lain sebagai fungsi waktu serta sekaligus dapat menentukan posisi batangkendali untuk mengoperasikan reaktor.
••••u,., ••• 'u.)•••• - •...•....,..+••'11' H .g. _ ••••
1000
ro.
I.'
potltl IlJe ""mt n•
I••
•••
•••
•••
II.
•••
••I
•••
II
123
Proceedings Seminar ReaRtor Nuklir do/am Penelitian Sainsdon Teknologi Menlljll Era Tingga/ Landas
KESIMPULAN
1. Dengan melakukan pengukuran xenon terlebih dahulu untuk suatu teras tertentu sertamembandingkan dengan hasil perhitungandan memprediksi hasil perhitungan terhadap hasil pengukuran maka akan dapat ditentukan reaktivitas xenon teras tersebutpada daya yang lain dan dengan dapat ditentukannya posisi batang kendali maka akanmemperlancar pengoperasian reaktor bilareaktor terpancung.
DAFT AR PUST AKA
Bandllng, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN
2. Penggunaan metode kompensasi BANK untuk pengukuran reaktivitas xenon merupakan suatu cara pengukuranyang mudah dansederhana.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terima kasih ini, kami sampaikanpada para supervisor dan operator serta rekanrekan staf Fisika Reaktor beserta teknisi yangtelah membantu dalam pelaksanaan pengukuran sampai selesai.
1. Nabbi, R., Experimental Reactor Physics for The Indonesian Research Reactor MPR-30, Serpong-Indonesia (1989).
2. Milton, S. Ash, Nuclear Reactor Kinetics, second edition, Mc Graw Hill International (1979).
:3. Paul, F. Zweifel, Reactor Physics, International student edition, Mc Graw Hill KogakushaLtd. (1973).
124