Prosiding Seminar Telaw/ogi dan Kese/amatan PLTNserta Fasilitas Nuklir

Serpong, 9-10 Februari 1993

PRSG, PPTKR -BAIAN

DISTRIBUSI RAP AT FLUKS NEUTRON TERMALRSG G.A. SIWABESSY

Oleh

Amir Hamzah, Ita Budi Radiyanti, Surian Pin em, Kun Sutiarso O.Pusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAK

DISTRIBUSIRAP A TFLUKSNEUTRONTERMALRSG G.A.SIW ABESSY. Pengukuqndistribusi rapat fluks neutron termal telah dilakukan pada beberapa elemen bakar dan posisi iradiasiteras VI RSG G.A. Siwabessy. Pengukuran dilakukan dengan metode aktivasi keping em as dan kepingcobalt.Iradiasi keping dilakukan pada daya rendah tanpa menjalankan pompa pending in primer.Aktivitas keping diukur dan dihitung aktivitas jenuhnya pada saat keluar dari reaktor. Rapat fluksneutron dapat dihitung dari aktivitas keping yang terukur tersebut. Berbagai koreksi telah dilakukanpada pengukuran ini, antara lain: koreksi perisai diri (self shielding) dan koreksi aktivitas selamapenaikan daya. Distribusi rapat fluks neutron yang terukur dibandingkan terhadap hasil perhitunganyang menunjukkan perbedaan kurang dari 15% untukposisi D-7, D-6, E-4, dan semua sistem rabbit

hidrolik, sedangkan pada posisi A-5, C-4, F-4, G-4, B-6 dan D-9 menunjukkan perbedaan yang lebihbesar dari 15%.

ABSTRACTTHERMAL NEUTRON FLUX DENSITY DISTRIBUTION OF RSG G.A.SIW ABESSY.

Measurement of thermal neutron flux density have been done at several fuel elements position andirradiation position of RSG G.A. Siwabessy. Gold and cobalt activation foils were used for themeasurement. The foils were irradiate at the core position at low power without using the primarypump. The activity ofthe foils were measured and saturate activity has been calculated. Neutron fluxdensity can be determined from this activity. Activity correction during startup and self shielding havebeen taken into account. As for comparison to the IAFUEL calculation, the discrepancy was less than15% for D-7, D-6, E-4, and all hydrolic rabbit system positions, and greather than 15% at A-5, C-4,F-4, G-4, B-6 and D-9.

PENDAHULUAN

Reaktor Serba Guna Siwabessy (RSG-GAS) yangdiresmikan 5 (lima) tahun yang lalu, saat ini sedangmenjalani tahap akhir masa kom isioning nuklirnya. Masakomisioning RSG-GAS akan berakhir bila telah tercapaiapa yang dinamakan teras kerja tipikal (Tipical WorkingCore / TWC) yang diperkirakan akan tercapai beberapasiklus operasi lagi. Saat ini reaktor telah mencapai teraske tujuh, yaitu siklus yang kedua setelah mencapaikonfigurasi teras dengan 40 elemen bakar dan 8 elemenkendali serta daya maksimum 3 0 MW term a!. Reaktor ini

dibuat untuk menghasilkan rapat fluks neutron yangcukup tinggi yaitu sekitar 2E14 nlcm2.s. Pada masa

komisioning perlu dibuktikan segala parameter reaktoryang telah ditentukan oleh pembuat reaktor tersebut,terutama yang dicantumkan di dalam laporan analisiskeselamatan (Safety Analisys Report/ SAR). Dari sekianbanyak parameter yang perlu dibuktikan denganpengukuran adalah rapat fluks neutron di dalam terasreaktor.

Selama ini telah dilakukan pengukuran rapat fluksneutron pada teras-teras transisi ke-satu hingga ke-lima,

203

akan tetapi itu semua belum menggambarkan kondisiyang sebenarnya karena konfigurasi teras-teras terse butselalu berubah, yaitu berubah dalam hal jumlah elemenbakarnya dan daya nominal yang dapat dicapainya.Perubahan teras selama teras transisi tersebut dimak­

sudkan untuk mendapatkan konfigurasi fraksi bakaryang ideal sesuai dengan managemen elemen bakarterasRSG-GAS. Sejakteras ke-enam tercapai, maka kofigurasiteras dan daya nominalnya tidak akan mengalamiperubahan lagi yaitu jumlah elemen bakar sebanyak 40buah dan daya nominal 30 MW terma!.

TEORI

Penentuan rapat fluks neutronRapat fluks neutron dapat ditentukan berdasarkan

hasil pengukuran aktivitas keping yang telah diiradiasi didalam teras reaktor dengan rumusan :

A.BA,cxp(Atd)Ij> = n __ n n_nn_ •••••••••••••••••• (1)

m.No.a.(l-cxp( -Ati))

Prosiding Semillar Teknologi dan Kesdamatall PLTNserta Fasilitas Nuklir

dengan :A = aktivitas keping yang telah diirradiasi,m = massa keping,BA = be rat atom keping,No = bilangan Avogadro,(J = tampang lintang aktivitas keping,)... = konstanta peluruhan,ti = waktu irradiasi,td = waktu tunggu (dari akhir irradiasi hingga

pencacahan).

Dengan demikian setelah aktivitas semua keping yangdiiradiasi diukur dengan sistem spektrometri gammamaka besamya rapat fluks neutron pada posisi keping­keping tersebut dapat ditentukan berdasarkan persamaan(1) di atas. Dengan mengatur posisi keping-kepingsedemikian rupa yang tersusun secara aksial di suatuposisi elemen bakar maupun di posisi irradiasi makadapat ditentukan distribusi rapat fluks neutron secaraaksial dibeberapa posisi elemen bakar dan posisi irradiasitersebut.

Korcksl aktivitas sclama kcnaikan daya rcaktorPenyisipan keping-keping ke dalam teras reaktor

dilakukan pada saat reaktor padam. Setelah itu reaktordi-start up untuk mencapai daya yang dikehendaki untuk

, irradiasi keping. Daya reaktordipertahankan stabil selamairradiasi hingga waktu yang ditetapkan dan selanjutnyareaktor dipadamkan dengan jalan dipancung. Melihatproses irradiasi yang demikian maka kontribusi paparanneutron selama kenaikan daya terhadap keping-kepingcukup besar sehingga perlu dilakukan koreksi sebagaiberikut : koreksi aktivitas tersebut dilakukan denganasumsi bahwa selama kenaikan daya, perioda reaktordianggap tetap. Faktor koreksi aktivitas tersebut dapatditurunkan sebagai berikut :

<I> Is t

<I>"'C= --- f cxp ( ---- ) dt (2)a 0 T

dengan :<I> = fluks neutron pada akhir penaikan daya,"'C = koreksi waktu,a I = faktor penurunan bagi fluks pada titik awal

interval waktu yang diperhitungkan,ts = waktu antara awal dan akhir penaikan daya,T = perioda reaktor.

Dengan melakukan beberapa pendekatan, hasil integrasipersamaan (2) menghasilkan :

"'C '" T (3)

Dari hasil pemantauan penaikan daya diperoleh T = 2,17menit. Koreksi waktu tersebut harus ditambahkan ke

dalam waktu irradiasi. Ketelitian waktu pengukurandiperkirakan sebesar 1 (satu) menit yang merupakan

204

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

resolusi penunjuk waktu pada ruang kendali utama.

Korcksl faktor pcrlsal dirtFaktorperisai diri adalah suatufaktor berkurangnya

rap at fluks neutron di dalam keping karena ada penyerapanpada lapisan luar keping tersebut. Besamya faktorperisai diri tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

of - (Joct(E) <I>(E) dEf = (4)

of - (Joct(E) <1>0(E) dE

dengan :<I>(E) : fluks neutron rerata yang memasuki bagian

dalam keping,: fluks rerata di sekitar keping,: tampang lintang aktivasi keping,

di sini <I>(E),<l>o(E)dan (Joct(E)merupakan besaran yangbergantung pada energi. Sebagai pembanding, harga f

diukurdeng~n menggunakan keping alloy 0.155% karenakeping tersebut dapat dianggap sebagai keping yangmempunyai ketebalan mendekati 0 mm sehingga efek

perisai diri dapat diabaikan.

TAT A KERJA

Pengukuran distribusi rapatfluks neutron dilakukandengan metoda aktivasi keping emas dan cobalt.Lempengan aluminium setebal sekitar 1.5 mm denganpanjang 60 cm digunakan sebagai "stringer" untukmeletakkan 8 (delapan) keping em as bejarak 7.5 cm satusarna lain sepanjang "stringer" tersebut. Kemudianstringer terse but disisipkan di antara pelat elemen bakardan selanjutanya reaktor dioperasikan pada daya rendahtanpa menjalankan pompa pendingin primer. Untukmemperhitungkan kontribusi fluks neutron epitermal,beberapa keping tersebut dibungkus dengan cadmium.Keping-keping yang telah diirradiasi tersebut diukuraktivitasnya dengan menggunakan detektor HPGe dansistem spektrometer gamma. Besamya rapat fluks neu­tron dapat ditentukan dari aktivitas keping yang diukur.

Beberapa keping alloy Au-AI 0.155% digunakansebagai monitor daya dan sekaligus untuk mengukurharga perisai diri f yang nantinya akan dipakai sebagaipembanding dalam perhitungan perisai diri tersebut.Demikian pula spektrum neutron <I>(E)yang dipakaiberasal dari keluaran program SANDII-SAIPS.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasillengkap pengukuran keping spesifik pergramdan cadmium ratio serta harga rapat fluks neutron dapatdilihat pada tabel 1 dan plot distribusi aksial rapatneutron dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2.Koreksi-koreksi pengukuran yang disebutkan di atastelah dilakukan di dalam hasil pengukuran tersebut.

Prosiding Seminar TekJlologi dan Kesdamalan PLTNserla Fasi/itas Nuklir

Tabel1. Hasil Pengukuran Aktivitas dan Fluks Neutron Teras VI RSG-GAS

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

PosisiAktivitas Rapat Fluks Neutron

TanggalTerasAksial (uci/gr)RedTermal (n/cm2.s)

(mm)23/03/92

A-512.59.08 E2 ± 3.76 E1 3.31.43 E14 ± 1.26 E1387.5

8.18 E3 ± 3.24 E2 3.01.54 E14 ± 1.35 E13162.5

4.27 E3 ± 1.70 E2 2.91.54 E14 ± 1.35 E13237.5

1.55 E4 ± 6.11 E2 2.81.45 E14 ± 1.27 E13312.5

6.26 E3 ± 2.49 E2 2.81.27 E14 ± 1.11 E13387.5

1.86 E4 ± 7.34 E2 2.91.02 E14 ± 8.91 E12462.5

6.08 E3 ± 2.41 E2 3.06.95 E13 ± 6.07 E12537.5

1.62 E4 ± 6.40 E2 3.73.09 E13 ± 2.70 E12

C-4

12.52.99 E3 ± 1.20 E2 1.86.86 E13 ± 6.01 E1287.5

7.67 E3 ± 2.15 E2 2.01.29 E14 ± 1.13 E13162.5

5.40 E3 ± 2.15 E2 2.51.31 E14 ± 1.05 E13237.5

1.10 E4 ± 4.34 E2 2.49.95 E13 ± 8.69 E12312.5

7.05 E3 ± 2.80 E2 2.15.84 E13 ± 4.10 E12387.5

1.75 E4 ± 6.91 E2 1.74.70 E13 ± 3.84 E12462.5

6.66 E3 ± 2.64 E2 1.74.39 E13 ± 3.84 E12537.5

1.07 E4 ± 4.25 E2 1.83.41 E13 ± 2.98 E12

B-6

600.04.15 E3 ± 1.65 E2550.0

2.16 E4 ± 8.54 E2 4.62.15 E14 ± 1.86 E13500.0

5.16 E3 ± 2.05 E2 4.32.19 E14 ± 1.91 E13'450.0

2.48 E4 ± 9.81 E2 4.52.44 E14 ± 2.13 E13400.0

5.88 E3 ± 2.34 E2 4.72.76 E14 ± 2.41 E13350.0

2.97 E4 ± 1.17 E3 4.82.99 E14 ± 2.61 E13300.0

6.39 E3 ± 2.53 E2 4.72.98 E14 ± 2.61 E13250.0

2.66 E4 ± 1.05 E3 4.02.54 E14 ± 2.22 E13

D-7

600.04.16 E3 ± 1.65 E2 10.92.43 E14 ± 2.17 E13550.0·

2.16 E4 ± 8.54 E2 11.22.71 E14 ± 2.37 E13500.0

5.16 E3 ± 2.05 E2 10.82.97 E14 ± 2.64 E13450.0

2.48 E4 ± 9.81 E2 10.33.23 E14 ± 2.82 E13400.0

5.88 E3 ± 2.34 E2 9.33.25 E14 ± 2.88 E13350.0

2.97 E4 ± 1.17 E3 8.83.22 E14 ± 2.82 E13300.0

6.39 E3 ± 2.53 E2 9.23.36 E14 ± 2.98 E13250.0

2.66 E4 ± 1.05 E3 10.33.42 E14 ± 2.99 E13

D-9

65.01.52 E4 ± 6.01 E2 10.73.16 E14 ± 2.76 E13140.0

2.76 E3 ± 1.12 E2 10.23.71 E14 ± 3.26 E13190.0

2.21 E4 ± 8.75 E2 9.63.69 E14 ± 3.23 E13240.0

3.14 E3 ± 1.27 E2 9.13.48 E14 ± 2.78 E13290.0

2.83 E4 ± 1.12 E3 8.63.18 E14 ± 2.47 E13340.0

3.39 E3 ± 1.37 E2 8.12.81 E14 ± 2.47 E13390.0

3.24 E4 ± 1.28 E3 7.52.43 E14 ± 2.12 E13440.0

3.19 E3 ± 1.29 E2 6.82.03 E14 ± 1.78 E13490.0

2.74 E4 ± 1.08 E3 5.81.60 E14 ± 1.40 E13

G-7

600.03.59 E3 ± 1.44 E2550.0

3.33 E4 ± 1.32 E3 5.61.90 E14 ± 1.66 E13500.0

4.10 E3 ± 1.69 E2 5.82.14 E14 ± 1.89 E13450.0

3.27 E4 ± 1.30 E3 6.32.60 E14 ± 2.27 E13400.0

3.52 E3 ± 1.46 E2 7.03.14 E14 ± 2.77 E13350.0

2.43 E4 ± 9.65 E2 8.03.64 E14 ± 3.18 E13300.0

3.25 E3 ± 1.35 E2 9.63.94 E14 ± 3.48 E13250.0

1.82 E4 ± 7.25 E2 13.43.91 E14 ± 3.42 E13

205

Prosidillg Semillar TekllOlogi dall Ke.sdamalall PLTNserla Fasililas Nuklir

Dari hasil pengukuran distribusi rapat fluks neutrontcrsebut dihitung besamya rapat fluks rcrata aksial padatiap posisi pengukuran. Hasil pcngukuran rapat fluksneutron rcrata dan hasil perhitungan scrta perbedaannyaditabulasikan pada tabcl 2. Pada tabcl 2 tcrscbut dapatdilihat bahwa perbedaan hasil pcngukuran danperhitungan kurang dari 15% untuk posisi D-7, D-6, E­4 dan semua sistem rabbit hidrolik. Untuk posisi A-5, C­4, F-4, G-4, B-6, D-9 dan G-7, perbedaannya lebih besardari 15% yang sebagian besar merupakan posisi elemenbakar. Untuk elemen bakar posisi A-5 hasil pengukuransebesar 1,16E14 n/cm2.s dan hasil perhitungan 9,67E13n/cm2.s dengan perbedaan 15,9%, hal itu karena posisikeping detektor saat pengukuran medckati blok rcflcktoryang menghasilkan pantulan neutron yang cukup besar.

Serpollg, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

Hasil pengukuran di elemen bakarposisi C-4, F-4 dan G­4 Icbih kccil dari .pada hasil perhitungan, hal itudikarcnakan posisi elemcn bakar tcrsebut terlctakbcrdekatan dengan batang kendali sehingga neutronbanyak terscrap kc dalam batang pengatur tersebut.

KESIMPULANJika dibandingkan dengan hasil perhitungan, hasil

pengukuran rap at fluks neutron cukup mendekati hasilperhitungan terutama untuk posisi irradiasi dan fasilitassistem rabbit dengan perbedaan yang kurang dari 15%.

Untuk posisi clemen bakar masih perlu dilakukankorcksi pcnycrapan olch batang kendali terutama yangbcrdckatan dcngan batang kendali.

Tabel 2 Pengukuran antara hasil perhitungan dan

pengukuran fluks neutron teras VI RSG GAS.

Posisi PerhitunganPengukuranPerbedaan (%)

Elemen Bakar A-59.67E+131.15E+1415.9

C-41.06E+ 147.64E+13-27.8

F-41.07E+146.50E+ 13-39.4

G-41.05E+147.86E+ 13-24.8

Posisi IrradiasiB-6

2.12E+ 142.56E+ 1417.3D-9

2.12E+142.90E+1426.9G-7

2.02E+143.11E+1435.1

D-72.72E+143.07E+1411.5

D-62.72E+ 142.69E+14-1.0

E-42.09E+142.10E+140.3

Sistem RabbitB-1

6.79E+137.65E+!311.3C-l

7.26E+!38.12E+1310.6D-l

7 .57E+ 138.79E+1313.9E-l

7.59E+!38.52E+1310.9

206

Prosiding Seminar Telawlogi dan Keselamalan PLTNserla Fasililas Nuklir

Fluks neutron [x1E14]1.6

1.4-I-

1.2 '_H

0.81-./0.61-

0.4 .-Poalsl A-6

0.21-1 -1- Poalsl C-4

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BArAN

HHHHHH:S~:HH HHH:HH:'H

~"""HHHHHHH'HH

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

--,~--1~HH ,HHHHH'

HH'HHHHHH'HHHHHHHHHHH'H'HH'H,HH'H ------.:: ._

oo 100 200 300 400 500

Pos!a! akalal [mml1

Gambar i;'.Distribusi aksial fluks neutrondl c8 A-6 dan C-4 teras VI RSG-GAS

600

Fluka neutron [x1E1416

4 .-.

3 '_H

2 ..

-Q.- Poalsl 0-7

oo

I

100 200 300 400 600 600Poalal akalal [mm]

Gambar fDistribusi aksial fluks neutrondl paslsl Irradlasl teras VI RSG-GAS

207

700

Prosidillg S"millar Tdmologi dall K~damatall PLTNsuta Fasilitas Nuklir

Serpollg, 9·10 F"bruari 1993PRSG, PPTKR • BATAN

DAFTAR PUSTAKA

1. K.H. BECKURTS dan K. WIRTZ,"Neutron Physics", Springer Verlag, New York, 1964.

2. IAEA Tech.Rep., Series no. 107 ,"Neutron Fluence Measurement," 1970.

3. DAUK,"Evaluation Report - n-flux measurement", Indent no.:60.15538.36, 30.09.88.

4. BIDANG FISIKA REAKTOR,"Kumpulan Laporan Data Teras VI RSG GA Siwabessy," Serpong, Agustus 1992.

DISKUSI

UJU JUJURA TISBELA :

1. Dari gambar fluks neutron ada salah satu yang menaik pada bagian yang diserap batang kendali.Kenapa hal terse but dapat terjadi ?

2. Salah satu koreksi nampaknya belum diperhitungkan, yaitu faktor ketidak termalanyang bergantung pada suhu danyang mempengaruhi tam pang lintang. Kenapa koreksi ini tidak diperhitungkan ?

3. Dalam kesimpulan, beda hasil eksperimen dan perhitungan,15 %.Apakah perbedaan yang paling besar terdapat pada posisi fluks yang ada kenaikan pada ujungnya ? (no 3)

AMIR HAMZAH :

1. Pada bagian ujung (atas) salah satu kurva distribusi fluks neutron menaik adalah yang relatif jauh dari batangkendali, hal tersebut disebabkan oleh adanya refleksi dari air diatas teras reaktor.

2. Faktor ketidak termalan tampang lintang dimasukkan dalam penentuan fluks neutron walaupun pada presentasiini luput dari perhatian.

3. Perbedaan yang 15 % adalah untuk posisi di clemen bakar adanya penyerapan yang kuat dari bahan bakar elemenbakar dan batang kendali sehingga mempengaruhi hasil pengukuran.

SETIY ANTO :

1. Apa perbedaan antara fluks, rapat fluks dan distribusi rapat fluks neutron dan sebenarnya besaran yang mana yanganda tentukan ?

2. Dengan adanya perbedaan yang cukup tinggi antara pengukuran dan perhitungan, bagaimana komentar anda danmana sebenarnya yang anda yakini ?

AMIR HAMZAH :

1. Seperti yang dibahas oleh Pak Iyos, fluks adalah besaran skalar sedangkan rapat fluks adalah besaran vektor dandistribusi rapat fluks neutron adalah rapat fluks neutron pada arah aksial. 'Yang ditentukan disini adalah distribusi rapat fluks neutron arah aksial pada posisi iardiasi dan beberapa posisiclemen bakar teras RSG-GAS.

2. Sepanjang batasan dan asumsi yang dipakai dapat diterima, maka hasil pengukuran ini yang dapat dianggap lebihbaik.

AS NA TIO LASJ\1AN :

1. Bagaimana menentukan faktor a pada persamaan 2 ?

AMIR HAMZAH :

1. Faktor a pada persamaan (2) memang seharusnya dihitung, namun akan menemui perhitungan yang rumit. Padamakalah ini faktor a tersebut dieliminir dengan pendekatan dan penyederhanaan persamaan (2) tersebut.

208