PENGUKURAN KOEFISIEN TEnPERATUR PADAREAKTOR G.A. SIWABESSY

Ita BudiRadiyantiA."11iltlardha

Pus~t Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy

ABSTRAIC

PENGUKURAN KOEFISIEN TEMPERATUR PADA REAKTOR G.ASIWABESSY. Telah dilakukan pengukuran koefisien temperaturpada RSG-GAS. Pengukuran koefisien temperatur ditentukanuntuk mengetahui pengaruh temperatur pada reaktivitas terasreaktor pada tingkat daya nolo Besarnya koefisien temperaturdari teras pertama RSG-GAS berdasarkan evaluasi Interatomsebesar -2,6 x 10 E-4 (K-1) untuk kombinasi bahan bakar danbatang kendali, dan -6 x 10E-6 (K-1) sampai -1 x 10E-4 (K-1)untuk kombinasi bahan bakar, batang kendali, reflektor danperalatan iradiasi. Sedangkan hasil koefisien temperaturmenurut eksperimen selama kenaikan temperatur sebesar-3,01 x 10E-5 (K-1) dan selama penurunan temperatur adalah- 4,13 x 10E-15 (K-1).

ABSTRACT

TEMPERATURE COEFFICIENT MEASUREMENT IN G.A.SIWAB~SSY REAl~TOR.Measurement of temperature coefficienthas been done in G.A. Siwabessy reactor. The aim of thismeasurement is to know the in fluence of temperature onreactivity of reactor core on zero power level reactor.The temperature coefficient related to simultaneoustemperature rises in the combination of fuel elements,control rods, only was calculated to be -2.6 x 10E-4 (K-1)by Interatom evaluation, and the combination of fuelelements~ control rods~ reflectors, and irradiation insertwas calculated to be ir.the range from -0.6 x 10 E-4 to 1.0x 10E-4 per k and was measured to be in the range from -3.01~~ 10E-5 (K-1) during increasing temperature and -4.13 x 10E-5 (K-1) during decreasing temperature.

426

425

Jawaban

Sumber power

berasal dari :

4. Ir. Utaja

supply yang menggerakkan

daya AC normal

diesel darurat

gas turbin

pompa, katup

Apakah ada alat yang dioperasikan oleh orang,

alat mana

Jawaban

kalau ada

Selain ada alat-alat yang dioperasikan secara otomatis

ada pula yang dioperasikan oleh operator misalnya pompa,

katup dll.

427

PRNDAHUL.UAI

Pengukuran koefisien temperatur dilakukan setelah

tercapainya kritikalitas reaktor untuk pertama kali yang

merupakan bagian dari kamisioning nuklir RSG G.A. Siwabessy.

Tujuan dari pengukuran tersebut untuk mengetahui pengaruh

temperatur pada reaktivitas teras reaktor pada tingkat daya

nolo

Pengukuran dilakukan dalam selang daerah temperatur

sebesar 20c - 40cC, dimana air pendingin reaktor dipanaskan

dengan rnematikan pompa sistem sek~nder dan rnenjalankan pompa

sistem primer • Evaluasi perubahan reaktivitQs berdasarkan

pada karakteristlk batang kendall pengatur dan dikontrol

oleh pengukuran dengan reaktivitimeter.

Hubungan kwalitati£ antara temperatur dan reaktivitas~

dapat dikembangkan dari suat1.l anggapan bahwa temperatur

menpunyai pengaruh terhadap faktor-£aktor individual yang

dinyatakan dalam persamaan kritikalitas dua kelompok ~

Kef'f' = ~ £..P f f 1/1"'L2B2j e- t,B.dirnana 1= Hasil neutron tiap serapan neutron olsh bahQD

bakar

s= Faktor fisi cepat

P = Kebolehjadian bebas resonansi

f = Faktor guna termal

e- "'t. B = Kemungkinan tidak bocor (L2) adalah umur

neutron dan B2 adalah buckling geometry

1/1+L2B2 = Kemungkinan ketidakbocoran ·termal (L2) dirnana

L adalah pan&jang diffusi termavReaktivitas adalah suatu ukuran penyimpanganfaktor

perlipatan efektip terhadap satu yang dapat dirumuskan

sebagai

~= k.f'f' - 1/k.f'f'

Perubahan reaktivitas akibat pengaruh temperatur biasanya

disebut (koefisien temperatur)

d. = dJ/dt

dimana ~ = adalah reaktivitast = adalah temperatur

Tanda dan besarnya harga koefisien temperatur dari

Misalnya

428

koefisien temperatur dari reaktivitas adalah

positip maka akan menyebabkan bertambahnya reaktivitas bila

ada kenaikan temperatur, selanjutnya akan meningkatkan daya

reaktor sehingga menjadi super kritis. dan apabila

koefisien reaktivitas temperatur negatip, maka bila terjadi

kenaikan temperatur akan menyebabkan penurunan reaktivitas

dan sudah barang tentu akan menurunkan daya reaktor,

selanjutnya reaktor akan subkritis.

Koefisien temperatur tidak mudah dihitung dan biasanya

ditentukan secara eksperimen. Berikut ini dibahas tentang

pengaruh kerapatan dan inti terhadap besarnya koefisien

temperatur dari reaktivitas reaktor termal.

1. Meningkatnya temperatur bahan bakar, menyebabkan tampang

lintang serapan resonansi dari U-238 meningkat yang akan

mengakibatkan menurunnya reaktivitas.

2. Naiknya temperatur air, akan menyebabkan kerapatan air

berkurang sehingga

- kemungkinan sera pan resonansi di U-238 bertambah

mengakibatkan berkurangnya reaktivitas.

- penyerapan neutron di dalam air berkurang sehingga

reaktivitas bertambah.

panjang difusi neutron untuk semua grup energi

bertambah sehingga kebocoran neutron meningkat dan

akibatnya reakt6vitas berkurang.

Meningkatnya temperatur air maka energi rata-rata dari

neutron termal bertambah, sehingga

- reaktivitas efektip U-235 berkurang karena meningkatnya

rasio penangkapan terhadap fisi.

menyebabkan jumlah arus neutron yang

- panjang

bertambah

diffusi neutron termal di elemen bakar

keluar dari bahan bakar

reaktivitas berkurang.

meningkat, sehingga

3. Jika reflektor dan peralatan iradiasi juga ikut

bertambah/ berkurang temperaturnya secara slmultan dalam

skala waktu 10 hingga 30 jam, maka pengaruh reflektor dan

peralatan iradiasi terhadap reaktivitas tidak bisa

diAbAikan.

Bertambahnya temperatur air, maka kerapatan air

berkuranng yang menyebabkan

- panjang difusi neutron cepat dan epitermal bertambah

sehingga jumlah arus neutron dari peralatan iradiasi ke

bahan bakar bertambah, maka reaktivitas bertambah.

- panjang difusi neutron termal bertambah d~n

,menyebabkan jumlah arus neutron dari reflektor dan

peralatan iradiasi ke teras bertambah, sehingga besarreaktivitas bertambah.

Jadi pengaruh reflektor dan peralatan iradiasi terhadap

reaktivitas, bernilai positip sedangkan pengaruh bahan

bakar dan elemen kontrol bernilai negatip. Perhitungan

koefisien temperatur keseluruhan merupakan penjumlahan

dari pengaruh- pengaruh tersebut diatas.TATA KERJA

Peralatan yang diperlukan adalah

1. Reaktivitimeter

2. Instrumentasi pengukur temperatur (thermokopel)

3. Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy beserta peralatannya

yang sudah terpasang

Sebelum melakukan pengukuran dilakukan ketentuan

sebagai berikut :

1. Instrumen temperatur (thermokopel) dipasang di dalam

kolam reaktor seperti gambar 1.

2. Reaktor dioperasikan pada tingkat subkritis pada

temperatur isotermal 23aC dengan konfigurasi teras I

seperti gambar 1.

3. Posisi bank pada keadaan kritis awal tidak diubah untuk

setiap pengukuran

Tahapan pengerjaan eksperimen adalah1• Reaktor dikritiskan dan stabil pada daya rendah.

2.Kemudian dicatat poaisi batang regulating dan bank.

3.

Reaktordishut downkan dengan menurunkan seluruhbatangregulating dan pompa sekender dimatikan.

4. Setiap 1 jam, temperatur T1-T5 dicatat hingga stabil

dengan beda temperatur air kolam 5aC.

JAAOl CT 001

",:Q1CT'

m " I2.5 m~

5,1 m

£7,4m

9,7m'

GTi01I l. I

T3lT8-j

j

T~1;\:lI '- II ,

2

"

T1- T5'"

JNAJO

C

JNA20

JNA10

Gambar 1 . lnstrumentasi temperature (thermokopel)

1. Teras

2. Grbang penghenti

T1-t9

JAA01 CT001-CT002

JNA. 10-30

Thermokopel

Pengukur temperatur di kolam reaktor.

Sistem pendingin darurat.

BERYLLIUM

I BLOCKRErLECTOR

r

II'

IS£1IBE zlI I

18E 31 BE ,-I6£ S IBul I I I I I I

BE 71 BE 81 0 I 0 I 0 IE£ 91 BE 1O! 8 E "1

I . I --~I I8EI'2\8£i1!CE1!FE1 FU CEzl~IBEII.,

8E15! CE 31 FE 3 ®! FE 1.,1 FE.5 I FE61BE161

o IFE71 FE 81 FE 9 § FE 10 ICE I. BE 17!

8£ 1s1tRr2\ I CE 5 I FE 111 FE 12 iCE 6 I BE 19\8£20 I I~~. " I I i'--/

e 18E2116E22j8E231@ !8E2418E25iBE26IBE27~

8E2818E 2918£ 3018£31 IE£o218E 3318£3418£35 i8E 361sE37I I I I I I

Gambar 2 . Konfigurasi teras I

5. Kemudian reaktor dikritiskan dan distabilkan kembali pada

day a rendah.

43~

6. Lalu nilai reaktivitaa akibat kenaikan tamperatur dapat

ditentukan dengan perbedaan ketinggian batang pengatursemula.

7. Pengukuran reaktivitas tercatat pada reaktivitimeter.

8. Pengukuran koefisien teroperatur dilakukan sampai air

bersuhu 450C

Catatan : Batang kendali pengatur dikalibrasi lag1 pads

temperatur rendah dan tinggi untuk memeriksa

kesasuaiannya.

BASIL DAN PEnBAHASAN

Kondisi dan hasil pengukuran selama kenaikan temperatur

disaji~an pada tabel 1. Pengukuranreaktivitas dilakukan

selama kenaikan temperatur setiap 3-5(K) dalam selang daerah

temperatur antara 23,6oC dan 39,54oCKoefisien temperatur rata-rata selama kenaikan

temperatur dari 23,6oC dan 39,54oC mempunyai harga sebesar ­

3,01x10-!5 (K-1). Kondiei dan hasil pengukuran salama

penurunan temperatur disajikan pada tabel 2. Koefisien

temperatur rata-rata se1ama penurunan temperatur dari 42,6oC

-ke 23,7oC mempunyai harga sebesar -4,13 x 10-5 (K-1).

Selama percobaan kenaikan temperatur di dalam raaktor

berlangsung dalam skala ~aktu 10-30 jam- maka hasil

pengukuran roerupakan koefisien temperatur dari kombinasi.,

bahan bakar, batang kendali, reflektor'dan peralatan

iradiasi. Besarnya koefisien temperatur dari teras I RSG

G.A Siwabessy perhitungan teori menurut laporan evaluasi

Interatom Bensberg, Jerman Barat adalah sebesar: -2,6x10-~

(K-1) untuk kombinasi bahan bakar dan batang kendali dan

-6 x 10~6 (K-1) sampai -1 x 10-4 (K-1) untuk kombinasi bahan

bakar, batang kendali, reflektor dan peralatan iradiasi.

Perbedaan itu terjadi karena ketidak pastian yang cukup

besar di dalam perhitungan, dimana ketidak pastian untuk

koefisientemperatur dar bahan bakar, batang kendali,

reflektor dan peralatan iradiasi roasing-masing sebesar 15 %.

432

J:R£: U1PULAN

1. Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy mempunyai koefisien

temperatur terhadap reaktivitas pada teras I bernilai

negatip ini berarti sesuai dengan kriteria diasin.

2. Koefisien temperatur yang didapat dala~ percobaan ini

berasal dari pengaruh bahan bakar, batang kendali,

reflektor dan peralatan iradiasi, oleh karena itu untukteras kesetimbangan akan mempunyai temperatur negatip

yang lebih besar karena teras kesetimbangan mempunyai

jumlah bahan bakar yang lebih banyak dan jumlah reflektor

serta komponen pasif yang lebih sedikit dari pada teras

pertama.

DAFTAR ACUAN

1. LAMARSH, "Introduction to Nuclear Physics"

1964.New York,

2. Dr. Muller, Ev~luation Repo~t, Interatom, Bensberg Jerman

Barat, 1987.

3. Podgorsky, Data Report, Int.eratom, 1987.

4. Safety Analysis Report, BATAN, Interatom, 1986.

433

Kendisi pengukuran

Tingkat fluks JKT04 4 x 10 E ~ 10

(A>

Pesisi batang kendali JDA01

Pesisi grid teras·E-9 Tingkat·232 (mm>· ·JDA03 Pesisi grid teras

·F~8Tingkat·232 (mm>· ·JDA04 Pesisi grid teras

·F-5Tingkat·232 (mm>· ·JDA05 Pesisi grid teras

·£>5 Tingkat·232 (mm>· ·JDA07 Pesisi grid teras

·D=4 Tingkat·232 (mm>· ·Temperatur rata-rata

.T = 24 (oC>.Aliran air di sistem primer

.Q = 2500 (m3/ Jam).

Hasil Pengukuran

I-~~-----------------------~-~-----_!_--~-_!_~-~-_!_--:--!--~--!-----I Temp. rata-rata (T1-T5> I oC I 23,6 I 28,56132,9 135,73139,54-------------------------~~--~--------------------------------------

Tingkat batang kendali I (mm) 1 397 I 399 1 400 I 402 I 405pengatur di pesisi grid .tears C-8 I

Perubahan reaktivitas dari I I - I 1,7 1 0,5 I 2,0 1-2,25karakteristik batang (cent>I------ ------ ------ ----- -----kendali pengatur 1 - 1,7 2,2 4,2 -6,45

Perubahan reaktivitas dari I I - 11,55 10,75 11,32 ,-2,32reaktivitimeter nilai kumu~l(cent) ------ ------ ------ ----- ----­latif 1,55 2,30 3,62 -5,94-------------~--~------~-~=~~~~~~~~---------------------~------------Tabe110

434

KAndi~i p~n~ukur~n·

Tingkat fluks JKT04 7 x 10 E - 10 (A)

Posisi batang kendall

JDA01 Posisi grid teras:E-9 Tingkat:262(rom)

JDA03 Posisl

grid teras:F-8 Tingkat:262(rom)

JDA04 Posisi

grid teras·F-5 Tingkat·262(rom)· ·JDA05 Posisi grid teras

:C-5 Tingkat:262(rom)

JDA07 Posisi grid teras

·D-4 Tingkat·262 (rom)· ·Temperatur rata-rata

:T = 42,6(oC)

Aliran air di sistem primer

:Q =0(m3/jam)

Hasil Pengukuran

---------------------------------------------------------------I Nr I I 1 I 2 I 3 I1--------------------------------------------------------------1I Temperatur rata-rata (T1-T5) I oC I 42,6 I 29,71 I 23,70 I

1-~~~~k~!-g~~f~f-~~~~;~~~~:~~:~I-(;;)-I--246---'--23S--'-237/s-1

I-P~;~b;h;~--;~;kti~it;;--d;;i-,(~~~t)'---:----,-------'-:-10--1I karakteristik batang kendalil i I I II pengatur I I I I II-P;;~b;h;~--;;;kti~it;;--d;;i-,(~;~t)'---:----,--~----'-:10:201I reaktivitiroeter I I I I I----------------------------------------------------------------

Tabel 2.

435

TANVA JAWAE

1. Ir. Utaja

a. Apakah pengaruh Xe sudah diperhitungkan ?b. Suhu yang diukur T1, T2 dst merupakan suhu bahan bakar

atau air ?JaHaban :

a. Pada perhitungan koefisien, pengaruh Xe tidak diper­

hitungkan.

b. Pengukuran temperatur merupakan suhu rata-rata T1-T~.

Dan kofisien temperatur yang di dapat dalam pengukuran

ini berasal dari pengaruh bahan bakar, batang kendali,

reflektor dan peralatan iradiasi.

2. Syarip.

Mohon komentar apakah bisa diandalkan/dibuat aman reaktor

yang mempunyai kofisien suhu positip.

JaHaban

Koefisien suhu bernilai positip akan menyebabkan

bertambahnya reaktivitas bila ada kenaikan temperatur

selanjutnya akan meningkatkan daya reaktor sehingga

menjadi super kritis. Kondisi ini sulit untuk bisa

d~andalkan. Banyak reaktor-reaktor yang mempunyai

koefisien temperatur yang negatif karena sifatnya maka

daya reaktor akan stabil sehingga faktor keselamatan

dapat diandalkan.