Prosiding Presentasi Illniah Daur Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996ISSN 1410-1998

STUD I A W AL PENGKAJIAN INTEGRIT AS ELEMEN DAKAR REAKTORRSG-GAS

A. Socjocdi. Alim Tarigan, Saifill Sujalmo, SapIa Prayoga, SuhadiPu5.11 Reaktor Serba Guna

ABSTRAK

Studi Awal Pengkajian bllegrita5 Elcmen Bnkar Rcaktor RSG-GAS. Selama 8 tabun operasi RSG-GAS telahtercapai 15 sikIus operasi renklor dcngan jumlah elemen bakar teriradia.o;i scbanyak 116 buah, yaitu 49 buah bahanbakar produksi NUKEM dan 67 buah bahan bakar produksi PEBN BATAN. Pada operasi reaktor teras XV,konfigurasi teras tersUS1ll1 kc5cluruhaJu1ya ata5 bnhan bakar reaktor produk5i PEBN BATAN, yaitu 40 elemen bakarstandar dan 8 elemen kendali. Bcberapa kcgilltan telah dilakukan untuk pengkajian inlegritas elemen bakar, antaralain: pemeriksaa11 visual dcngau digunllknJI under water camera dan hasilnya direkam melalui Video Cassette, ujikualitas air primer selmna operasi rcaklor. pengujian 5istem pendelek5i kegagalm1 elemeJ1 bakar (Fuel FailureDetector=FFD) dan membandingkan dengaJ1 ha5il pemeriksaan pascairndiasi elemen bakar bekas di mstalasi RadioMetalurgi (IRM). Dan ha5il pemeriksllaJl dun pemaJ1taulll1 5elllma irradiasi daJl setelah diirradiasi, integritas elemenbakar masih dalam keadalln baik dlll1 hclum lerlihat ndauya produk fisi yang lepa5 ke pendingin primer.

ABSTRACT

After 8 years of operation, R.S'G-(jA.S' was able 10 rI~ach J 5 cych~s of reactor op(~ration with J J 6 irradiated fuels,whereas 49 fuels were produc(~d b.v NUKEM, and the other 67 were prO£hlced by PEBN-BAT AN. At the J 5'h cycles, ithave been used 40 standar(f fil(!l.y and 8 control filels (Fol1y standard fu(~ls and eight control fuels have been used inthe J 5'1t core cycles). S(.'V(!ral activitie.y hav(! been peifo",I(!d in the reactor, to investigate the fuel integrity, among ofthem are : fuel visual test with una(!r }t'(lt(!r cam(~ra, which Ihe r(!sults were record(!d in the video cassette, primarywater quality test during, r(!actor Op(!mlion. filel fllilure cfl!teclor systenl exanlination and compared the PIE results inthe Radiometallurgy Installation (RAn). Th(! re.yult.y ,yhowed that the fil(!l integrity, before and after irradiation, havestill good peifonnance ana the./i.y,Yion prochlct.y have not be(!n reh!os(!d y(!t.

PENDAHULUAN pengangkutan yang benar dan tahap operasi yangselalu mengik\lti prosedur yang benar denganmemperhatikan batasan-batasan disain yangditentukan bagi ke\I"lhan integritas bahan bakardi reaktor.

Pengamatan vis\lal bahan bakar dilakukansetiap selesai operasi reaktor denganmenggtlnakan under water camera dan pengujiank\lalitas air primer di laboratorium kimia airPRSG j\lga dilak\lkan secara kontinyu untukmengantisipasi timbulnya kelainan pada bahanbakar rnlklir yang sedini mungkin. Sejak tahun1993 di RSG-GAS telah dipaSc'1ng sistem deteksikegagalan bahan bakar (Fuel Failure Detector.System=FFDS). Sistem FFD tersebut barn optimaldigunakan pnda akhir 1995 ini. Sistem pencuplikdengan met ode Sipping juga telah dipasang diRSG-GAS dan bcrfungsi sebagai sistempengambil cuplikan air primer dari bahan bakaryang dicurigai cacat.

Reaktor Serna Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) merupakan reaktor riset dengan dayanominal 30 MW, tipe kolam, menggtll\akan bahanbakar tipe MTR dengan pengkayaan 19.75 %.Susunan teras reaktor pada kondisi teras pemlhterdiri dari 40 elemen bakar dan 8 clemen kendali.Setiap elemen bakar terdiri dari 21 pclat clemenbakar daD 15 pelat elcmen bakar pada setiapelemen kendali. Bahan kelongsong bahan bakarterbuat dari paduan Aluminium. yaitu AIMg2.

Dari awal operasi rcaktor terns I, yaitu mulaitanggal 20 Agustus 1987 sampai dcngan bulanSeptember 1995 RSG-GAS tclah beroperasisebanyak 15 siklus. Bahan bakar nuklir yang telahteriradiasi sudah berjumlah 116 buah bahanbakar. Dengan rincian 49 buah bahan bakarbuatan NUKEM dan 67 buah bahan bakar buatanBPEBRR-PEBN.

Integritas bahan bakar yang tctap terjagadalam reaktor akan menjamin opernsi reaktortetap selamat dan handal. Hal ini dapat terjagakarena bahan bakar produksi BPEBRR -PEBNyang selama ini dipakai di RSG-GAS diproduksimelalui proses uji kualitas yang sangat ketal,

SEJARAH PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DIRSG-GAS

Dari kekritisan awal tanggal 20 Agustus1987 ~lmpai dengan awal operasi teras XVI padatanggal 18 September 1995, telah ada sejarah

239

Prosidlnp, Pre.venta.vi IImiah Dour Bahan Bokor NuklirPEBN.BATAN. Jakarta /8./9Maret /996

pemakaian bahan bakar nuklir tersendiri di RSG-GAS. Pada awal operasi teras pertama sampaidengan akhir operasi teras III. sellirnh bahanbakar yang teriradiasi adalah buatan NUKEM.Barn pada operasi teras IV yang dimulai tanggal I]anuari 1990. uji coba pemakaian bahan bakartipe Silisidc'1 daD Oksida buatan BPEBRR-PEBNdilakukan sebagai penyusun operasi teras IV.

Setelah RSG-GAS beroperasi selama 6siklus, mulai terdapat bahan bakar berstatus bahanbakar bekas (Burn-up maksimum) sertatercapainya konfigurasi teras penuh (Gambar 1).Bahan bakar buatan BPEBRR-PEBN denganlisensi NUKEM untuk pertama kali digtmakansebagai penyusun kollfigurasi teras pada operasiteras VII. Hal tersebut terns berlangsung hinggasiklus operasi teras terakhir. yaitu teras XVI yangdimulai tanggal 18 September 1995. Gambaranpemakaian bahan bakar buatan NUKEM danBPEBRR-PEBN dari siklus operasi teras I sampaidengan siklus operasi teras XVI secara garis besardapat terbaca pada Gambar 2. Dari Gambar 2tersebut dapat terbaca bahwa mulai pertengahantahun 1992, operasi teras RSG-GAS sangattergantung pada pasokan dari BPEBRR-PEBN.

dilakukan setelall operasi reaktor berlangsungdan setelah shutdown untuk beberapa bari.Pelaksanaannya dilakukan di d.1Iam, Kolampenyimpcl/1 bclhan bakar bekas.

b. Pengujicl/1 kucllitas air primer, yaitu basil ujicuplikan di laboratorium kimia airdibandingkan dengan harga batasan disain,yang terdapat pada SAR RSG-GAS Rev. 7.

c. Pencuplikan cuplikan air primer denganmetodc} ,s.ipping. Pengujian ini ditujukan jikaditemukan atau dicurigai adanya kebocoranpada bahan bakar nuklir di kolam reaktor.

d. Sistem pcmantauan bahan bakar selamaoperasi reaktor selang berlangsung pada dayatinggi, yaitu dengan mcnggunakan sistempendetcksi kegagalan baban bakar (FuelFailure Detector .System=FFDS). Sistem inimemclkai prinsip kerja pemantauan secarakontinytl neutron kasip dari produk fisi padasistem primer Ycl/1g timbul dari impuriti babanbakar, dengan menggunakan 2 detektor He-3

yang dipasang pada bagian hisap pendinginprimer dekc}t pompa primer.

Oi dalc}m makalah ini, hasil pengujianclemen bclkar pasca iradiasi oleh tim InstalasiRadiometcuurgi (IRM) secara garis besarditampilkan. Hal terscbut dipakai sebagaipembcl/1ding dc}n gclmbaran yang lebih jelas dalamupaya pihak PRSG maupun PEBN memperolebdata tentclng kelayakan pemakaian bahan bakar dire.1ktor. Terntama mengenai integritas bahanbakar buc}tan NUKEM atau BPEBRR-PEBNdalam reaktor.

BASIL PENGAMA TAN DAN PENGUJIAN

Dari data pengamatan dan pengtljian bahanbakar di reaktor maupun data penelitian masalahterkait di RSG-GAS, dipcroleh hasil pengkajiansebagai berikut :

a. Laboratorium kimia air RSG-GAS secaraberkala melakukan analisis terhadap kualitasair pendingin primer RSG-GAS. Hasilpemant(luan dan pengujian menunjukkankualitas air pendingin masih di bawah hargabatas(ln disain yang dite-tapkan. Sebagaicontoh hasil, d(lpat terbaca pada Tabel 1.

Tabcl Uji Klialilas Air Primer RSG-GASDada dava ooerasi 23 MW

Nama Radio-

l1uklida

Te -132Sb -125

I -132

Xe -135

~-- --Aklivit.'IS

Terukur (x 10"Ci/m')

0.13840.01480.05830.1791

AktivitasSt.mdar (x 10"

CitmJ)

1.39002.43 x 10-5

18.300071.8000

INTEGRITAS BAHAN BAKAR NUKLIRBESERTA KAJIANNY A

Dalam suatu reaktor nuklir. bahan bakarnuklir mempunyai nilai yang sangal slrategissekaligus diperlukan kecermatan yang linggi olehpihak pem,lkai. yaitu mencegah terjadinyakemungkinan adanya kemsakan stmktur bahanbakar nuklir akibat proses fisi. Kemsakanstruktur dapat bempa korosi dan pclcpuh~ln radiIkelongsong, kcrctakan dan bli.\1er at~lIlpunswelling pada bahan bakar. Sebab kcmsakaniradiasi yang bersifat kecil atau lipis sckalipundapat mcngganggu jal~lnnya opcrasi re~lklormaupun personal. Pelcpas~ln produk fisi dapalterjadi akibat hal terscbut di atas.

Untuk menjaga bahan b~lk~lr ~lgar lelapdalam kondisi baik dan uluh m~lk~1 scjak daritahap analisis disain samp~li dengan tahappascairadiasi, bahan bakar hams tclap padabatasan-batasan yang dilenhlk~m. Scpcrti p~ld~1reaktor-reaktor risct lain di negara maju. di RSG-GAS penanganan bahan b~lkar mlklir sccarasistcmatik daD tcrinci tclah dic~mlumkan p~ldaAnalisa Kesclamatan Rc~lklor scrta sistempengelolaan bahan bakar nuklir tingkat RSG-GAS. Beberapa sislem pcnanganan yangditerapkan daD dilakuk~ln .melipuli :

a. Pengamatan visual bahan bakar denganmenggunakan tcropong ~llau pcral~ll~m Underwater camera. Sislcm pcngam~ltan lerscbut

Vnl" t""F.I\"I 23 AS'i"'L' 1993

240

Pro.viding Pre.venta!i IImiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996

b. Pengamatan visual yang sudah sccara berkalaberlangsung. membcrikan pellinjuk masihadanya beberapa bahan bakar yang perludipantau. Hal tcrsebul akibal indikasi Icrdapalbeberapa gores.1n ataupun tcbalan hilam padapelat terluar clemen bakar yang leramati. Daripengamatan visual lerhadap pclat lerluarelemen bakar teriradiasi. dapal diambilpetunjuk bahwa elcmen bakar bualan NUKEMreratanya masih pada kondisi baik dibandingelemen bakar buatan BPEBRR-PEBN. Hasilini belum menjamin benar scbab hamsdibuktikan dahulu lewat bcbcrapa pcngujian diIRM secara lebih lanjul.

dcngan metode 5'ipping ini dapat diterapkanpada bahan bakar bekas di kolam bahan bakarbckas. Model alai ini dapat terlihat padaGambar 6 dan 7 terlampir. Pengamatan daDpengujian clemen bakar pasca iradiasi jugatelah dilakukan di IRM daD program tersebutterns berlanjut,

Sekitar bulan Oktober 1995 ini pula pihakPEBN beserta koleganya merencanakan suatu ujikorosi pada bagian kelongsong dari pada bahanbakar bekas dalam air. Sedangkan padapertengal\an lahun 1993 barn lalu, tim IRM telahmelak\lkan uji tak merusak atau merusak terhadapclemen bakar bekas buatan NUKEM, yaitu FERI-19. Dilanjutkan pengujian terhadap eleman bakarbuatan BPEBRR-PEBN, yaitu FERI-SIE2 danFERI-EO I. Pemerik5<1an dan pengujian meliputipengamat.1n visual, ketebalan dan uji metalografikdengan SEM. Dari hasil uji menunjukkan adanyapembenlukan lapisan oksida pada permukaanpetal. serta terjadi bubble.\' pada butir-butir bahanbakarnya yang disebabkan oleh deposisi gas basilfisi. Hasil perolehan tersebut masih di bawahbatas-batas yang diijinkan sesuai desain. Hasilselengkapnya dapat dipelajari pada makalah"Pemeriksaan Pascairadiasi Elemen Bakar BekasRSG-GAS", yang disusun oleh H. Nasution danA. Suripto, disajikan pada seminar pengembangankemilraan antar lembaga melalui IPTEK Nuklir diBandung bulan Maret 1995.

c. Sistem FFDS di RSG-GAS telah dipasang danmulai pengujian tahap akhir, unttlkselanjutnya dapat difungsikan scbagai sistem

pemantauan kcmungkinan tcrjadi kegagalanbahan bakar selama operasi reaktorberlangsung pada daya tinggi. Sistem FFD inidiharapkan berfilngsi bClik. scperti hCllnyCl direaktor JRR-2,3 dCln 4 di Jepang. PCld~1 keligClreaktor tersebut FFDS sudah terbuktikeandalannya untuk mem~lntau integril~lsbahan bakar secara ClkurClt. Prinsip kerj~1 FFDSmenda&1rkan pada delcksi wljuk kcrja neutronlambat. Pendeleksian dilakuk~ln dcnganmengamati neutron lambat d~lri produk fisi,seperti N-17, 1-137, Br-87 dan Br-88 padasistem pendingin primer. Lok~lsi delcktorditentukan waktu transit dari pendingin dariteras reaktor keluar memlju bagian hisapaliran primer, yaitu sekitar 50 detik. FFDSsangat peka untuk mendctcksi kegagalan y~lngsangat kecil di bClhan bClkClr. P~lda bulanAgustus 1995 telah dilakukan perbClikCln FFDSRSG-GAS. Hasilnya menunjukk~ln bahwaindikasi FFDS berfungsi baik pad~1 dayaoperasi 23 MW. laju cacah Jatar belakangmenunjukkan 14 cps. Sehingga apClbilCl padClsuatu operasi reaktor menunjukk~ln I~lju cac~lhFFDS lebih besar dari 14 cps bcr~lrti dapatdicurigai ada bClhan b~lkClr nuklir di tcrCls y~mgcacat. Lokasi FFDS di RSG-GAS dClpat lerbacClpada Gambar 3. terlampir. Diagraminstrumentasi FFDS dan contoh ~lnalisis airpendingin primer dapClt terbaca p:ld~1 GambClr4 daD 5 terlampir.

EV ALUASI BASIL PENGUJIAN

Dengan semakin banyaknya elemen bakarteriradiasi dan semakin teraturnya jadwal operasiRSG-GAS maka sistem pengelolaan bahan bakarperlu dioptimalkan. Langkah pengamatan daDpengtljian terhadap bahan bakar sampai saat iniadalah baik. Pcmbenahan terhadap sistem tersebutakan terns dimantapkan serta diakurasikan lagi.Hasil pengelolaan daD pemantauan terhadapintegritas bahan bakar yang ada di RSG-GASsampai saat ini masih terkendali. Apalagi dengantelah ditcrapkannya FFDS daD sistem pencuplikair primer dengan met ode sipping maka integritasbahan bakar di RSG-GAS akan lebih terjamin lagidari aspek keselamatan daD keamanannya.

Hasil evaluasi peng\ljian dan pengamatantahap laltjut terhadap bahan bakar bekaspascairadiasi RSG-GAS oleh Tim IRM, akansangat membantu sekali bagi sistem operasi daDpengelolaan bahan bakar RSG-GAS.

d. Sistem pencuplik air primer dellgan metodasipping di RSG-GAS telah tcrscdia. alaIpencuplik ini akan menyedot air Cllplikan yallgberasal dari bahan bakar yallg dicurigai cacatdaD selanjutnya air cuplikall terscbut akandianalisis dellgan mclIggllnakall MCA(Gambar 4 dan 5). Sistem idclltilikasi produkfisi yallg terlepas dari bahall bakar C:lcat

SIMPULAN

Pcngamalan dan pengtljian yang bersifatkonlinyu ~mgat diperlukan sekali bagi

Prosiding Pre.fen/o.f; /lmioh Dour Bohon Bokor NuklirPEflN-BATAN. Jokor/o 18-19 Morel 1996

pemonitoran bahan bakar RSG-GAS. Kegagalanbahan bakar yang berskala sangat kecil dapatmengganggu jalannya opcrasi reaktor danpersonal. Untuk mengllrangi sekecil mungkintimbulnya bahan bakar yang cacat di RSG-GASmaka FFDS dan sistem uji met ode sipping akanmembantu sekali terhadap sistem opcrasi danpengelolaan bahan bakar RSG-GAS secarakescluruhan. FFDS RSG-GAS akan bekcrjadengan baik pada operasi daya tinggi. dengan lajucacah latar belakang adalah 14 cps. Kajian yanglebih teliti daD terpadu sangat dibutllhkan untltktetap tercapainya integritas bahan bakar sclamawaktu masa hidup re.1ktor. Pcngamatan visualterhadap bahan bakar dcngan peralatan underwater camera ditambah dengan sistem rekamanvideo dan teropong masih pcrlu dilal)jutnya.

diperoleh melalui data yang berada di BFR-RSG-GAS.

.Unluk mcnanggtllanginya dapat dilakukandengan me lode FTB atau melakukanpengtljian kulaitas air, dan bukan denganmelode under water camera

2. KUSUMA DEWI

.Sampai sejauh il1i manakemampuan alai ujiintegritas itu mel1deteksi kegagalan EB 1Apakah mampu mendeteksi adanya retak kecil( micro crack) & swelling 1

AGOESSOEJOEDI

.Sudah mencapai uji awal. pemasangan sistem

.Kecurigaan awal adanya cacat EB teriadiasiyang dapal dilaporkan. dala aktivitas dari EBterduga cacat d:lpal dilaporkanjugaTANYAJAWAB

3. SOEDARJO

.Masalaha deviasi secara visual di media airdengan under watcr camera. apakah ada ?

.Apakah erek cerenkov tidak ada dampaknyaterhadap cuplikan dcngan under water camera,sehingga data yang didapat tidak akurat

.Apakah data kondisi air primer yang tidakstandar dapat menggangtl pemgambilangambar yang asli '?

1. TUKIRAN

.Berapa jumlah bahan bakar yang telahmengalami iradiasi dan berapa jumlah bahanbakar bekas yang telall mencapai bllrn-uphingga 56 % selama RSG-GAS beroperasisampai teras XIX (19 siklus)

.Mohon dijelaskan apa indikasi yang tcrlihatpada camera dan bagaimana mcnang-

gulanginya. apabila tcrjadi kegagalan padabahan bakar ?

AGOES SOEJOEDI

.Masalah dcviasi adanya cfck cerenkov tidakada, masalah hanya plat terlllar elemen bakaryang di rckmn/dilihat

.Tidak ada

AGOESSOEJOEDI

.Jumlah elemen bakar yang tclah mengalamiiradiasi dan mencapai burn-up hingga 56 %sampai teras XIX. infommsi terscbut dapat

242

l'ro.riding l're.ren/asi IImiah Daur Bahan Bokor Nuklirl'EBN-BArAN.Jakarta 18-19Mare/1996

~ .ELEMEN BAK..a.R PRTF. POWER RAr.IP TEST FACILITY

.ELEMEN KENDALl 0 .IRRADIATION POSITION

EJ. ELEMEN BERILIUM 0 .BtAM TUBE

CIP .CENTRAL IRRADiATION POSITION 0. FAST RABBIT SYSTE"I

IP .IRRADIATION POSITION {ill : NOR"IAL RABBIT SYSTE"I

NR. NEUTRON RADIOGRAPHY

NTD: NEUTRON TRANSMUTATION DOPING FACILITY

Gambar I. Konfigtlrasi Tcras Pcnllh

243

Gambar 4. Sistem FFD

#NO SALUR MCA#

Gambar 5. Col1toh Hasil FFDS

245

Prosiding Presenlasi /lmioh Daur Bahan Bakar NuklirPE1JN-BATAN. Jokarta /8-/9 Maret /996

Gambar 6. Bird',~ [~ve r/iew d:Jri Sistem Pcnyedot Air pada Bahan Bakar Reaktor

246