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