Analysis Of Advanced Fuel Assembly Characteristic Of The PWR Core

ANALYSIS OF ADVANCED FUEL ASSEMBLY CHARACTERISTIC OF THE PWR CORE

Tukiran S, Iman Kuntoro
BATAN
ABSTRACT
ANALYSIS OF ADVANCED FUEL ASSEMBLY CHARACTERISTIC OF THE PWR CORE. Study on reactor physics characteristic of the PWR core using UO2 fuel it is necessary to be done to minimize plutonium proliferation and also to expand the long life fuel in the core. The aim of characteristic study of the advanced fuel assembly is to know the characteristic of geometry, condition and configuration of pin cell in the fuel assembly. The geometry, configuration and condition of the pin cell in fuel core determine the loading strategy of in-core fuel management. Calculation of k-eff is a part of the neutronic core parameter calculation to know the reactor physics characteristic. Generally, The calculation is done using computer code starts from modeling one unit fuel lattice cell, fuel assembly, burnable poison and until core reactor. In this research, the modeling of pin cell and advanced fuel assembly that UO2 fuel material and 6.5 % enrichment is 17 �17 fuel rod of the PWR core type. Calculation of the k-eff is done with variation of the fuel volume fraction, fuel pin diameter, fuel enrichment. The calculation is using KENOVI code. The result showed that the value of k-eff for pin cell and fuel assembly PWR 17 �17 is not different significantly with homogenous and heterogeneous models. The results for fuel volume fraction of 0.5; rod pitch 1.32 cm; fuel enrichment of 6.5 % and fuel pin diameter of 9.6 mm is critical with burn up of 50.0 GWd/t and plutonium proliferation is lower then safety margin. The advanced fuel assembly can be used in the PWR core to higher the utilization of the core as long as operation.

Keywords : PWR, multiplication factor, fuel assembly, KENOVI
Prosiding Seminar Nasional ke-15 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir ISSN : 0854 - 2910 Surakarta, 17 Oktober 2009

ABSTRAK
ANALISIS KARAKTERISTIK PERANGKAT BAHAN BAKAR MAJU TERAS PWR. Saat ini dibutuhkan perangkat bahan bakar maju teras PWR untuk meminimalkan peningkatan plutonium dalam bahan bakar dan meningkatkan derajat bakar atau masa hidup bahan bakar didalam teras. Studi karakteristik perangkat bahan bakar maju teras PWR sangat penting dilakukan untuk mengetahui kemampuan bahan bakar selama operasi. Geometri, kondisi dan konfigurasi pin bahan bakar pada teras sangat menentukan strategi pemuatan bahan bakar pada teras (In-core fuel management). Perhitungan k-eff merupakan salah satu tahapan dalam perhitungan karakteristik perangkat bakar maju teras PWR. Perhitungan dilakukan dengan paket program komputer dimulai dari pemodelan satu unit kisi sel bahan bakar, tabung pengarah, racun dapat bakar, hingga satu perangkat bahan bakar reaktor. Dalam penelitian ini, dilakukan berbagai pemodelan perangkat bahan bakar maju UO2 pengkayaan 6,5 % yang merupakan perangkat bahan bakar maju tipe PWR 17�17. Perhitungan k-eff pin dan perangkat bahan bakar dilakukan dengan fraksi volum, diameter pin, pengayaan bahan bakar divariasi. Perhitungan dilakukan dengan paket program KENOVI. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa harga k-eff untuk pemodelan secara homogen dan heterogen tidak memberikan perbedaan yang signifikan pada perhitungan pin sel dan perangkat bahan bakar 17x17. Untuk fraksi volum bahan bakar 0,5; rod pitch 1,32 cm, pengkayaan 6,5 % dan diameter pin bahan bakar 9,6 mm mempunyai karaktetistik fisika teras yang stabil dengan fraksi bakar 50 GWd/t dan jumlah plutonium dalam perangkat bahan bakar masih dibawah batasan yang ditetapkan. Perangkat bahan bakar maju dapat digunakan sebagai bahan bakar pada teras PWR dan dapat meningkatkan keandalan teras PWR selama operasi.

Kata kunci : PWR, faktor multiplikasi, perangkat bahan bakar, KENOVI

1. PENDAHULUAN

Permasalahan reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir tipe PWR adalah bagaimana caranya untuk meningkatkan nilai fraksi bakar bahan bakar namun tidak menambah jumlah plutonium di dalam bahan bakar hasil iradiasi. Sehingga jumlah plutonium tidak meningkat dengan lamanya bahan bakar di dalam teras reaktor. Untuk meningkatkan utilisasi bahan bakar tetapi dengan mempertimbangkan faktor keamanan dan keselamatan yang paling utama.

Untuk menjawab tantangan di atas maka di desain suatu perangkat bahan bakar maju (advanced fuel assembly) yaitu perangkat bahan bakat tipe PRW dengan geometri 17 x17. Perangkat bahan bakar mempunyai pengkayaan 6,5 %. Namun untuk menurunkan rekativitas lebih teras digunakan racun dapat bakar erbinium (Er-167). Pengkayaan bahan bakar divariasi dan jumlah racun dapat bakar juga divariasi di dalam perangkat bahan bakar. Kemudian dianalisi fator keselamatan dari perangkat bahan bakar tersebut dengan menggunakan perhitungan komputer

Dalam penelitian ini dilakukan pemodelan pin sel dan perangkat bahan bakar PLTN jenis PWR untuk menghitung harga faktor multiplikasi. Dilihat dari cara perhitungan tampang lintang makroskopik kisi sel bahan bakarnya, maka perangkat bahan bakar tersebut dimodelkan menjadi perangkat bahan bakar homogen. Perhitungan kisi sel bahan bakar sebagai persiapan data tampang lintang makroskopik dilakukan dengan paket program NITAWL, CENTRM dan KENOVI. Program ini merupakan beberapa modul yang ada di program besar SCALE5.1 [1]. Ketiga program perhitungan ini menggunakan metode yang berbeda dan model pin sel serta perangkat bahan bakarnya divariasi. Parameter yang dianalisis adalah harga k-eff pada setiap langkah pembakaran baik kisi sel maupun perangkat bahan bakar dan distribusi faktor daya saat awal siklus. Dari analisis hasil perhitungan diharapkan dapat diketahui karakteristik fisika teras yang terjadi akibat perbedaan pengkayaan dan variasi racun dapat bakar.