PENGUKURAN REAKTIVITAS XENON TERAS IRSG G.A. SIWABESSY

Lily Suparlina. Amil Mardha. Surian Pinem

Pusal Reaklor Serba Guna G.A. Siwabessy

ABSTRAK

Telah dilakukan pengukuran reaktivilas xenon leras I RSGG.A. Siwabessy pada berbagai tingkal daya yailu 5. 7. 9 dan10,7 MW. Pengukuran dilakukan dalam tiga fase yailu: pem­bangki lan racun xenon saal reaklor mencapai keseli mbanganpada daya operasi Cfase I). pembangkitan racun xenon selelahpemadaman Cfase II), peluruhan racun xenon pada lingkal dayarendah. Diperoleh nilai reaklivilas xenon selimbang sebesar4.26; 3.50; 3,63 dan 4.23 dollar pada lingkat daya 5. 7. 9dan 10.7 MW. Reaklivilas puncak xenon adalah 8.63 dan 10,42dollar pada tingkal daya 5 dan 7 MW.

ABSTRACT

The measurement was carried out al differenl power

levels of 5. 7, 9 and 10,7 MW. The xenon poisoning level alsl nd

sleady s~ale (1 phase). afler shutdown (2 phase) and ilspeak C3r phase) as a funclion of time are presented. Theresult of xenon measuremenls al sleady stale (equilliqrium)are 4.26, 3.50. 3.63 and 4.23 dollars al power levels of 5.7, 9 and 10.7 MW. The reaclivity worths of xenon at peak'scondition are 8.63 and 10.42 dollars for power levels of 5and 7 MW.

I. PENDAHULVAN

Pengukuran reaklivilas racun xenon pada leras I reaklor

G.A. Siwabessy merupakan salah satu dari serangkaian kegial­

an komisioning nuklir. Adanya reaklivitas racun xenon pada

leras reaklor bersifal mengganggu selama reaktor beroperasi

dan mengurangi reaklivilas lebih leras reaktor.

dan Samarium-149 mempunyai sifat sangal kual

Xenon-135

menyerap

neutron dan karenanya sering dikalakan sebagai racun bagi

leras reaklor. Xenon-135 mempunyai tampang lintang serapan

62,7 x 10 barn. Samarium-149 mempunyai tampang linlang se-

272

273

4.rapan 4.08 x 10 barn. Untuk neutron termal. xenon dihasil-

kan dari fisi U-235 dan dari peluruhan Te-135.

Penguk uran reak tivitas Xenon -135 dan Samar ium-149 di­

lakukan untuk mengetahui kemampuan teras mengkompensasi

racun Xenon dan Samarium selama reaktor beroperasi. pemadam-

an dan start-up. Untuk teras I dilakukan pengukuran pada

tingkat daya 5. 7. 9 dan 10.7 MW dengan waktu pengukuran

sekitar 120 jam.

II. TEORI

Skema peluruhan Xe-135

Te-135 T1/2) I-135 T1/2) Xe-135 T1/2

9.2 jam<5meni t 6.7 jam

T1/2Cs-135 ) Ba-139<5

2.6xl0 th

Besarnya fraksi xenon-135 hasil fisi U-235 adalah

0.0030 Cvx) dan dari I-135 = 0.0610 Cvx).-1

= 0.0753 jam-1

= 0.1035 jamKonstanta peluruhan I-135.

Konstanta peluruhan Xe-135. A xA I

Karena umur paruh Xe-135 dan I-135 sangat pendek dan tampang

lintang serapan Xe-135 sangat besar. maka konsentrasi isotop

ini pada semua reaktor kecuali pada operasi f'luks sangat

rendah cepat naik ke harga jenuh atau seimbang.

Konsentrasi setimbang xenon. X pada fluks termal ¢ adalah- T

X-

I ."

Sehingga

=

=

A I I + y ~ ¢." x f T

Ax + Yax ¢T(1)

(2)

X ."Cy + Y ) L ¢_ I X f T

- A + ()' ¢X aX T(3)

di mana

y = hasil efektip Catom/f'isi)

~ = tampang lintang f'isi terrnal rata-rata.f

274

Tampang lintang serapan makroskopik xenon adalah

L:ax

('V + 'V ) L: ¢_ 'I 'X f T- A. + ¢X T

Erek reaktivitas racun xenon hanya berdasarkan raktor

p =

( 4)

(5)

=- (I" + I" )I X

V ep

¢r (6)

di siniA.¢x

Xx 1013n/cm2 detpadaT = 200C(1)=--=0,77 ()'aX

V

=jumlahneutronyang dipancarkan perrisi

p

= kemungkinanbebasresonansi

IS:

= raktorrisicepat

Jika ¢ «¢xmakaT- (I"

+ I" )¢rIX

(7)P = v e ¢P T

1ni menunjukkan bahwa didalam hal rluks rendah, reaktivitas

negatip naik linier dengan ¢T" Dan apabila ¢T » ¢x' reakti­vitas negatip memberikan harga maksimum

p =- (I" + I" )I X

V eP

(8)

Dimana untuk risi U-235 yang tidak berisi absorber resonansi

atau material dapat belah yang lain selain U-235 , maka dalam

hal in1

p = e = 1 sehingga

=- (I" + I" )I X

V eP

- 0,066 = _ 2,73 X ~ 4 $- 2,42 (9)

Pembentukan racun xenon-135 tidak hanya terjadi pada saat

275

reaktor sedang beroperasi. tetapi terjadi sete1ah reaktor

padam.

Reaktivitas yang timbu1 atau berkurang sete1ah reaktor

padam diberikan dengan persamaan

p =

di mana

1V [£;

p

- j .. te x + (10)

. Y I 13 2 ~ 0 (1)¢ = -- = 1,055 x lOn/em det pada T = GO CI Cta.x

Dengan p~rsamaan ini kita dapat memperkirakan bahwa 10

jam sete1 ah pemadaman adalah puncak reakti vitas xenon dan

kemudian mu1ai berkurang menuju no1 sete1ah mendekati 70 jam

dari waktu pemadaman.

Besarnya reaktivitas pemadaman samarium ada1ah

'V

[ 1

¢

], p + __ T_ (1

-A. t(11)P = - e p)

v £: ¢sp

maks

Yp

( 1¢T )untukt= + -- )""

V [£; ¢sp

13 2 0 ~( 1 )¢ = 6,1 x lOn/em det pada T = 20 C.sJika ditelaah 1ebih 1anjut, pengaruh racun yang diaki­

batkan oleh xenon 1ebih dominan dibandingkan dengan racun

yang diakibatkan 01eh samar iurn. 01eh sebab itu dalam pem­

bahasan se1anjutnya hanya ditinjau pengaruh racun xenon-135.

III. TAT A KERJA DAN PERCOBAAN

Kesetimbangan reaktivitas xenon akan dipero1eh sete1ah

kira-kira 48 jam dengan daya operasi tertentu dan penambahan

xenon untuk mencapai ni1ai maksimum (puncakJ didapat sete1ah

di1akukan pemadaman.

Untuk operasi daya teras yang kontinyu efek ekses reak­

tivitas xenon harus didapat dan telah dipenuhi untuk kese­

timbangan reaktivitas. Pengukuran reaktivitas xenon di1aku­

kan pada daya-daya 4,7; 6,7; 8,7 dan 10,1 MW.

PENGUKURAN REAKTIVITAS XENON (5MW)02-08-1988 I 05-08-1988

••

u" ••• •

.. ..

Reaktivitas (san)1000 ...--.-.----------

900 .-

800 .-.

700 ,-

•.u

..

..... . . . . . . .. .

....

••

.....•.

•.

---- ----I

600 .--

500 .--

400 .-.

300 .--

"iii'

•.•... ...." II

.. •.

...•••••••••••••••••••••••••••••••• "y ••....•........ .....-....

.....•..

....

....

•II

..••

••..•..

••..

..... .....•

••

....

••••

['.:)

...J0)

200 LH.' .••

••

100 t- ..••

••

o r:: ..L L 1. -1 ..L ._L __ .L L ..1~_._._.L...__...__ J.~ J. -----

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

\tVak tu (jam)

Gambar 1. Kurva hasil pengukuran reaklivilas Xenon C5MW).

PENGUKLfRAN REAKTIVITAS XENON (7 MW)14-08-1988 / 19-08-19U8

Reaktivltas Csen)12 0 0 .---...._._---- ---.-- --.--..----'".- .-.---.-.'--.-.-.-..----.- -.-------.--- ..- --..~- ..--.-...-.....-----.- ---- ...-----. ---------.~ ...--- ..--.....-,..-

•

. ..

••• I;IW"""1.1 foIiI••••••• • Iii

• '<\. ••••• gWlilliIIQ. II••••• 1;1 •••.~ .• •. .•

200 f- ......••••• ~•• •• ••• •. .~.. ~.. ~

o \.£ -L ..._........L. __.__ ---- .. .J__._ .._.. .. L...... ._. -L ~~_~~~...J__ .._.._.._---'

() 60 80Wak tu (jam)

1000'- ..

aoo .- .

600 .-.

400 .---

20

•

40

·"u••.y. .••.•

••

•

•

~

•••"

.•• .

100 120 140

['.:>-J-J

Gambar 2.Kurva hasil pengukuran reaktivitas xenon 7 MW

PENGUKURAN REAKTIVITAS XENON (9 M\A')04 -09-1988/09 -0 9-1988

Reaktiviats (sen)1000 r-··---·-··--···· --------- ..•.---------.- --.--_ ......•..------ ..--- ..-.-.------.-----.---.-- ...- .- ------ ...--.•..----------.---- ...-----.---. --.----

I

I :

800 ~

600-

400 .-..... .. ... . . . . . Ii

•"

20Q - -•

u·...'"••• •.. •

... " .••• •• 8

"

! ~,o \oe-· L i. ._-1 ......l . L .L.... 2....L_ .. . .

o

•u

20 40 60 80 100Waktu (jam)

120 140 160

Gambar 3.Kurva hasil pengukuran reaktivitas xenon 9 MW

PENGUKURAN REAKTIVITAS XENON (10 MW)20-09-88 I 25-09-88

Reaktivltas (sen)1000

900 - .•

800IIII•

........••

700 - ....

600 .

500 ....

200 - ,~•....... ,. , .

100 .~ , .••

••o J'

o

••••• "_,, 1I•• 'i" "gill

...• M· •.• ~ •.• ···· .

• g~ - •..."•300 -" .......•................••

•. \ .

. '; .... , '\ ., "

". ... ·•.• Ii .

" .•• II •

••

_____ ._L .__ .L-......_. -.-L. . .....--L _

40 1201008060Waktu (jam)

20

••

••

400 .-

Gambar 4.Kurva hasil pengukuran reaklivilas xenon 10.7 MW

r'II\E'r I ['" ~111'"'11 JI f) I~III I F",r'"~ I'" -rl' f 1~rP\ C'" ,\r I-I'1'-)I\.1 Tr-n, A S Iir'" -:~ 'I 11....:1\. .•1P ro(; •••. \,' ,. "U . ~.~ ',t "\. I[:'.J u "'''' ~~ ,J~1~.J' .; \.= ~I••.•, m '\t ::. I .•"'\l' .•.•B Sj (;:1 Gi, i1b... :s IVlkl~\B E.sS'\w'"

n~)iEJl~tI: iv itaH (:fIj:}

18 _ .

..·r:f{~JI ......~( r 1\.1

I,l] l\r·I..'Ii' I' . "I

l,~i+~!H'l~;t",,:. "h ']..'. ' .~ "

... Ji' ... :!:i~..< .),1lJ "f.;" .iF ,"

,*,+1J !.l+ ,.1 . \"" (\)

~ . J' ']. t ' i '. ',,; .•.. ' ... , "

I ..... I;'(I "'J. )I.~ 1\8" .

... ' hi ]" ·r, .... . .... . . . .. 'I' ••- .• 'I .'j,' \1, ., .. : I ,." ''''C '': '1,;~ .,;, "'~" •. ',' .' '.

6 I III, ' .. , -I k ["I. . . .. 1 .• -. '" °l,' t·... I ' .r" ,.. '! ... , , .. r r -':"', :'{, .\.. I wL 'f1: f'C]

I t . to, ',~ .' .••

4 I' '.' . I\ 1. .. ~ "r:'....... 'l' ~:...',.. ,,!

tOOfi'" ' ,." 1 t· t· ' I .. " "..;I~,,:,:,I~I~~!~.~,~~L~: I 'li. 1(;'~!f q,':). I ~ ~~)~cj~J,I'1,>lHHf'-I" f 1~~~"ll'll I.. ,,',,'~. ,_ •.1J. , II! ,j"" r'· I

~"r <.. ' K .' '", " ( .. ' . "I . ,0. '

. ~ .J~,~I-: ",J.V :~i;i~ " ~fl" ... T"1~" .",,!' .. ' " ".•, j , ..• , '. ' '. '.(J ~ I >J ,., •.• r('"....... I .. 'w'

() _.._ _._ ' ,. "_d ''' ... I +r ....2()-.4~'" .. -.-. L __ I ..;':1'I,-~:,l LJ60 - .- _ ~'.·l·1" r=-J·

.... ~ Er" .- ..

80 .... n "HH:1)--100 ----

1II!IIIJJIII~IIIIIIUIIIIIIIYllljUlIUlljlllltllJUJIIUIlI!1III111J111

·1t .. 10,,7" M\IV

'16i

14 ,..

'1 ;2:

101

.•....

,., f .. ··­

...... :t-;: .....

:5 M vV'

'7 MV\!

9 1MVV'

[\:Jeno

'120

\!'iJi;l h, t II (i iEl m )

Gambar 5.Kurva hasil pengukuran reaklivilas leras I (5, 7, 9 dan 10,7 MW)

281

Perjalanan

selel ah operasi

6.7 MW.

Pengukuran reaklivilas xenon melipuli liga fase

Fase I: lerbenluknya xenon selama reaklor beroperasi pada

daya linggi

Fase II : terbenluknya xenon setelah reaklor padam menuju

puncak reaklivilas Cdiukur pada daya nol)

Fase III : pel uruhan xenon selel ah reak lor padam Cdiukur

pada daya rendah).

reaktivitas xenon unluk daya nol

daya setimbang masing-masing unluk

di uk ur

4.7 dan

penguk uran.

digambarkan

daya yang diten lukan dengan

posisi BANK. posisi balang

seger a dibual grafik anlara

wak tu sampai keseli mbangan

Pe~syaralan yang harus dipenuhi

Selama ketiga fase tersebut, semua balang kendali diusaha­

kan berada dalam konfigurasi BANK dan posisi balang kenda­

li dicalal unluk penenluan reaklivilas unluk memulai peng­ukuran fase III

Operasi kenaikan daya lelah berhasil dilakukan.

Peralalan yang digunakan

Reaclivilyroeler dan line recorder

slop watch

Prosedur pelaksanaan

Pengukuran fase I

Selelah reaklor slabil pada

semua balang kendali dalam

kendali lersebut dicalal dan

posisi balang kendali versus

xenon tercapai

Pengukuran fase II

Selelah reaklor dipancung. mulai dilakukan

Posisi batang kendali dicalal dan langsung

pada grafik posisi batang kendali versus waklu

Pengukuran fase III

Tilik awal ditenlukan dengan bantuan kurva 6 BANK balang

kendali dan menggunakan sislem invers count rales. Selelah

mencapai penurunan reaklivitas. pengukuran dihenlikan.

282

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Selama pengukuran reak~or s~abil pada dayanya yang di­

~unjukkan oleh JKT04. Pengaruh racun diama~i dengan perubah­

an ba~ang penga~ur dan posisi 5 ba~ang kendali lainnya BANK.

Karakteris~ik BANK dicari berdasarkan slope reak~ivi~as

pada daerah linier (150-450 mm). Karena tingginya ~ingka~

irradiasi background setelah pemadaman pada pengukuran rase

II, reaktor dioperasikan pada daya rendah se~elah mencapai

puncak xenon, reaktor beroperasi dengan daya rendah sekitar-9 -91 x lOA - 4 x lOA.

Hasil eksperimen dapat diliha~ pada tabel-tabel dibawah ini.

Tabel 1. Nilai reaktivi~as xenon setimbang hasil pengukurandan perhitungan

Daya operasiLama operasiPengukuranPerhitungan

(MW)(jam)%$%$

4,7

64,53,264,263,023,956,7

512,683,502,993,918,7

732,783,633,053,9910,1

41,53,244,233,074,01

Tabel 2.Nilai reaktivitas puncak xenon hasil pengukuran danperhi~ungan

Daya operasiLama operasiPengukuranPerhi~ungan

CMW)Cjam)%$%$

4,7

64,56,668,635,397,056,7

517,9710,427,079,24

283

Pada tabel diatas dilihat bahwa reaktivitas puncak

xenon yang dapat diukur secara langsung adalah untuk daya

4.7 dan 6.7 MW, sedangkan untuk daya yang lebih tinggi di­

hitung dengan ekstrapolasi polinomial deraJad 4 dalam

program statistik.

v. KESIMPULAN

- Ni1ai reak tivitas xenon seti mbang dan puncak xenon tidak

jauh berbeda dari hasil perhitungan

Untuk daya operasi 8,7 dan 10.1 MW. puncak xenon tidak

terukur sebab pada saat pengukuran fase II menuju puncak.

posisi baLang kendal i sudah mencapai keti nggi an maksi mum

dan kemudi an reak tor di subk ri tiskan dengan posisi batang

kendali sarna dengan posisi kritis awal.

ACUAN

1. JOHN R. LAMARSH. Introduction to Nuclear Theory.

Addison-Wesley Publishing Company. INC. 1966

2. PRAJOTO, Dasar-dasar Perhitungan Reaktor

PusaL Penelitian GAMA, BATAN, 1972

3. DR. MULLER/ DR. STROMICH, Evaluasi Report

Inter Atom, 1988.

TANYA JAWAB

1. Tji.ptono

Nemperhat i.kan has I.~ perhi. tunean yane di.saji.kan pada

erafi.k eambar 1. 2 meneapa ada peak-peak keel. ~ ?Jawaban

Pada erafi.k eambar 1, 2 ada peak-peak keel. ~, ha~ i.ni. di.­

sebabkan. karena pada saat pen.euk1..J.Tandi. Lakukan, reaktor

men.eaLami. scram, sedanekan keseti.mban.ean xenon. be~1..J.ffiter­

eapai. dan. pene1..i.k1..J.Tandi. Lanjutkan denean seeera men.ekri.­ti.skan reaktor kemba~i..

284

2. Syarip

a. Hengapa reakt Cui tas xenon pada daya 5 HW ~ebih besar

dibanding pada daya 7 HWCgambar ! dan gambar 2J ?b. Saran : agar t idak t im.f>u~ kesan bahwa reakt ivi tas

xenon m.em.punyai po~a sepert i pada gambar ! dan 2 yai tut im.bu~ peak-peak keci ~. sebaiknya diberi penje~asan

pada gambar

.Jawaban

a. Reaktivitas xenon pada daya 5 HW ~ebih besar dibanding

pada daya 7·HW karena disebabkan bahwa yang ditam.pi~­kan pada tabe~ ada~ah reakt ivi tas terukur pada saat

pen8'tLk?uran xenon. Reakt ivi tas terukur terseb?.1.t m.asihharus dikuranei reaktivitas ~ebih teras tersebut pada.saat dingin. bersih Ctanpa xenon.) dan. dip-ore.""si den.gan.

pen.ur'l!.nan rea.k?Livi Las akibat depresi bahan.. bakar ata'll

burn-up

b. Keteran..gan un.tuk eam.bar 1 dan eam.bar 2 peak-peak keciL

m.en..un.jukkan..bahwa pada saat pengukuran.. fase I berLan..g­

sung. reaktor m.enga~am.i scram. pada saat operasi daya

set imbang.