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.