DAFTAR ISI

BAB I. Pendahuluan 1BAB II. Reaktor

A. Dasar Neutronik Reaktor

1. Proses dan Produk Pembelahan

2. Distribusi Fluks neutron di dalam Teras

B. Pembangkitan Panas di dalam Reaktor

C. Komponen Dasar Reaktor (Bahan Bakar, Moderator, Batang

Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi, Pendingin)

2

2

2

3

5

6BAB III. Deskripsi Umum Reaktor Penelitian (TRIGA, Kartini,

RSG)

A. Reaktor Kartini.

B. Reaktor Triga 2000

C. Reaktor GA Siwabessy.

8

8

13

18

BAB IV. Instalasi Nuklir Non Reaktor.

A. Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi

B. Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU,

C. Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU

D. Instalasi Recovery Uranium - P2RR

E. Interim Storage Facility for Spent Fuel - P2TRR

F. Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG

26

26

26

26

26

26

27BAB V. Inspeksi Keselamatan Nuklir ( Batasan dan Kondisi

Operasi)

A. Batas Keselamatan

B. Penetapan Batas Sistem Keselamatan

C. Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman

28

28

29

33

DAFTAR PUSTAKA 48

1

OBJEK INSPEKSI DALAM BIDANG INSTALASI NUKLIR

BAB I

PENDAHULUAN

Obyek Inspeksi Instalasi nuklir adalah obyek yang berkaitan Reaktor nuklir

dan Fasilitas yang digunakan untuk pemurnian, konversi, pengayaan bahan

nuklir, fabrikasi bahan bakar nuklir dan/atau pengolahan ulang bahan bakar

nuklir bekas; dan/atau Fasilitas yang digunakan untuk menyimpan bahan bakar

nuklir dan bahan bakar nuklir bekas.

Diktat ini dibuat untuk memberi informasi mengenai hal-hal yang berkaitan

dengan obyek Inspeksi Instalasi Nuklir, yaitu obyek kegiatan inspeksi pada tiga

reaktor penelitian di Yogya, Bandung, Serpong dan obyek kegiatan inspeksi

pada instalasi nuklir non reaktor seperti Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan

Teknologi, Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU, Instalasi Radio

Metalurgi - P2TBDU, Instalasi Recovery Uranium - P2RR, Interim Storage

Facility for Spent Fuel - P2TRR dan Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG.

Setelah mengikuti kuliah ini, para siswa diharapkan mampu mengenal obyek-

obyek inspeksi Instalasi Nuklir tersebut diatas. Disamping itu para siswa

diharapkan mampu memahami Dasar Neutronik Reaktor, Reaksi pembelahan,

konsep kritikalitas, fluks neutron di dalam teras reaktor, memahami

pembangkitan panas pada reaktor dan mengenal komponen Dasar Reaktor

seperti Bahan Bakar, Moderator, Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi

dan Pendingin.

Para siswa diharapkan juga mampu mengetahui obyek utama Inspeksi

Keselamatan Nuklir pada reaktor yaitu yang dinamakan Batasan dan Kondisi

Operasi (BKO) diantaranya Batas Keselamatan, Penetapan Batas Sistem

Keselamatan dan mengetahui Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian

Reaktor Secara Aman.

1

BAB II

REAKTOR

A. Dasar Neutronik Reaktor

1. Proses dan produk pembelahan

Bila sebuah neutron bertumbukkan dan diserap (absorsi) oleh sebuah inti

yang dapat membelah misal uranium 235, maka inti tersebut akan

tereksitasi dengan suatu tingkat energi. Energi eksitasi ini adalah oleh

gabungan antara energi ikat neutron didalam inti dengan energi kinetik

neutron sebelum tumbukkan. Inti yang tereksitasi kemudian membelah

dengan reaksi pembelahan sebagai berikut :

92U235 + 0n1 [92U236 ] tak stabil pembelahan

Jika energi eksitasi tidak cukup besar maka akan kembali ke keadaan

semula sambil melepaskan foton gamma atau sebuah partikel. Peristiwa

ini disebut reaksi bukan pembelahan dan kebolehjadiannya hanya sebesar

16 % dalam peristiwa absorsi oleh uranium 235.

Jika energi eksitasi cukup besar inti maka inti akan membelah dan

membentuk dua bagian sebagai hasil pembelahan yang biasa disebut

produk fisi dengan reaksi sebagai berikut :

92U235 + 0n1 54Xe140 + 38Sr94 + 2 0n1

Contoh diatas adalah salah satu reaksi pembelahan yang paling mungkin

terjadi dan memberikan produk 54Xe140 dan 38Sr94 . Selain kedua produk

fisi yang radioaktif tersebut masih banyak kebolehjadian terbentuknya

produk fisi yang lain. Secara statistik kebolehjadian tersebut dapat dilihat

pada berbagai literatur.

2

2. Distribusi Fluks Neutron di dalam Teras

Untuk menentukan fluks neutron terlebih dahulu harus diketahui sifat-

sifat neutron didalam media. Sejak neutron dilahirkan dalam reaksi

pembelahan, bergerak dengan kecepatan tinggi di dalam teras dan

berinteraksi dengan berbagai material, berdifusi serta kemudian

diperlambat, neutron berada dalam berbagai tingkatan energi dan

bergerak kesegala arah.

Pada suatu titik tertentu neutron lahir dan diserap secara terus menerus

selama reaksi pembelahan berlangsung. Perkalian antara rapat neutron (n

= n/cm3) dengan kecepatannya (v = cm/det) didalam teras selama reaksi

pembelahan disebut fluks neutron (ϕ = n/det cm2).

ϕ = n.v (1)

Fluks neutron mempunyai satuan n/det cm2, hal ini menunjukkan jumlah

atau kuantitas neutron yang berinteraksi dengan inti dalam suatu titik di

dalam teras dalam satuan waktu. Interaksi dalam satuan waktu disebut

juga laju reaksi antara neutron dengan inti atom. Fluks neutron biasanya

dinyatakan dalam Fluks neutron cepat dan Fluks neutron lambat atau

termal. Di dalam teras reaktor Fluks neutron bervariasi, paling besar

dibagian tengah dan paling kecil pada daerah tepi teras. Fluks neutron

cepat maksimum berada pada bahan bakar dan Fluks neutron lambat

maksimum berada daerah moderator. Moderator adalah bagian dari

reaktor yang bersifat memperlambat laju neutron dari energi saat

membelah sekitar 2 Mev ke energi termal 0,0252 ev.

Secara umum, neutron dengan energi tertentu yang lahir di dalam teras

dalam reaksi pembelahan dapat berdifusi dan hilang melalui hamburan

serta hilang melalui absorsi. Laju perubahan rapat neutron n dalam waktu

θ diberikan melalui persamaan difusi sebagai berikut :

3

∑ +−∇=∂∂ SDn φφθ 2/ (2)

dalam keadaan tunak (steady state), 0/ =∂∂ θn sehingga persamaan

diatas menjadi :

∑ −=−∇ DSD //2 φφ (3)

Σ = tampang makroskopik

ϕ = fluks neutron, n/det cm2

S = sumber neutron, n/det cm3

D = koefisien difusi yang dapat diperoleh dari harga panjang difusi

L

dan sebagai fungsi dari bahan moderator, untuk air misalnya, harga

L = 2,88 cm.

Persamaan (3) diturunkan dengan asumsi neutron diperlambat atau

diabsorsi dari suatu grup energi ke grup energi dibawahnya. Untuk

seluruh grup energi persamaan (3) menjadi :

022 =+∇ φφ B (4)

B2 = buckling reaktor, suatu besaran yang dipengaruhi oleh sifat-sifat

bahan pada reaktor, mempunyai satuan (cm)-2

= )( ( ) 22 /405,2/ cc RH +π untuk reaktor berbentuk silinder, dimana Hc

tinggi teras dan Rc radius teras.

4

Terastermal

cepat

Gambar 1 : Distribusi fluks fluks neutron pada reaktor tak bereflektor

B. Pembangkitan Panas di dalam Reaktor

Permasalahan yang paling mendasar dalam merancang sebuah reaktor

adalah masalah perpindahan panasnya. Reaktor dapat dibuat dengan daya

yang besar dalam arti panas yang dibangkitkan besar, namun dalam

pembuatan tersebut perlu dipertimbangkan bagaimana perpindahan panas

yang besar itu dipindahkan. Pembangkitan panas yang besar ini perlu

dirancang agar dapat dipindahkan dari satu sistem ke sistem lain dengan

seefektif mungkin dan sekaligus mengubah bentuk energinya menjadi

energi yang diperlukan.

Laju pembangkitan panas persatuan volume dari sebuah elemen bakar

dapat diberikan melalui persamaan :

q’’’ = G N φτ f Mev/det cm3

G = energi per pembelahan, Mev

N = jumlah bahan bakar yang dapat membelah, atom/cm3

fτ = tampang pembelahan mikroskopik, cm2

φ = fluks neutron, n/det cm2

Bila N konstan dalam setiap bahan bakar, pembangkitan panas proporsional

dengan perkalian antara tampang pembelahan mikroskopik dengan fluks

neutron. Tampang pembelahan mikroskopik tergantung dari bahan bakar

yang dapat membelah dan energi neutron, dengan demikian tergantung

pada jumlah neutron yang di perlambat ke energi termal. Dalam suatu

reaktor tertentu, panas yang dibangkitkan proporsional dengan fluks

neutron. Dengan perkataan lain bila fluks neutron berlipat dua, maka

pembangkitan panasnya pun dua kali lipat.

5

C. Komponen Dasar Reaktor

Suatu reaktor terdiri dari komponen dasar yaitu Bahan Bakar, Moderator,

Batang Kendali, Reflektor, Perisai Radiasi dan Pendingin. Bahan Bakar

adalah suatu perangkat terdiri dari bahan yang mengandung U-235 atau Pu-

239 yang terbungkus di dalam sebuah kelongsong yang dapat

menghasilkan reaksi inti berantai. Bahan bakar reaktor riset dapat berupa

silinder atau pelat. Gabungan dari beberapa bahan bakar bundel bahan

bakar. Susunan bahan bakar berbentuk silinder atau kotak disebut teras

reaktor.

Moderator adalah bahan yang dapat memperlambat laju kecepatan neutron

pada energi tinggi menjadi neutron termal pada energi rendah agar dapat

berinteraksi menghasilkan reaksi inti berantai. Bahan moderator dapat

berupa air yang sekaligus berfungsi sebagai pendingin dan penahan radiasi

arah vertikal. Untuk reaktor tipe kolam, Moderator dan/atau pendingin ini

ditampung dalam suatu wadah yang disebut tangki reaktor. Teras reaktor

berada pada bagian bawah tangki reaktor.

Batang Kendali adalah suatu perangkat penyerap neutron yang dipasang

pada teras reaktor yang berfungsi mengendalikan laju pertumbuhan fluks

neutron agar daya reaktor dapat dikendalikan. Bahan penyerap neutron

dapat berupa Boron atau AgInCd. Batang kendali dihubungkan dengan

suatu perangkat elektronik untuk keperluan pengendalian daya reaktor.

Reflektor adalah bahan yang dapat memantulkan neutron ke dalam teras

untuk memperkecil kebocoran neutron pada bagian tepi teras. Bahan

reflektor dapat berupa grafit atau karbon. Reflektor dipasang melingkar

pada tepi teras.

Perisai Radiasi adalah bahan yang dapat menahan laju paparan radiasi

neutron maupun radiasi gamma dari dalam teras keluar teras reaktor. Bahan

6

perisai radiasi pada reaktor biasanya berupa beton dengan massa jenis

sebesar 3 kg/dm3. dipasang pada tepi bagian luar tangki reaktor.

Pendingin atau lebih tepat sistem pendingin adalah suatu sistem yang dapat

memindahkan panas yang terbentuk di dalam teras ke sistem pendingin di

luar teras reaktor. Sistem pendingin terdiri dari pompa primer, pipa primer,

pipa sekunder, pompa sekunder, pemindah panas (HE) dan blower.

7

BAB III

DESKRIPSI UMUM REAKTOR PENELITIAN

A. Reaktor Kartini

Reaktor Kartini merupakan reaktor penelitian jenis kolam mempunyai daya

nominal 250 kilo Watt dan saat ini beroperasi steady state pada daya 100

kilo Watt. Reaktor ini dibangun berdasarkan beberapa pertimbangan,

diantaranya jenis reaktor ini paling sederhana, murah dalam biaya operasi

dan pemeliharaannya. Selain itu reaktor kolam mempunyai fleksibilitas

besar dalam susunan teras dan sifat intrinsik yang aman. Dengan

dilengkapi beberapa sarana eksperimen dan penelitian, reaktor ini dapat

digunakan untuk berbagai keperluan.

Reaktor Kartini di Yogyakarta adalah reaktor TRIGA 250 yang berasal dari

Bandung. Daya reaktor saat diresmikan adalah 250 kW. Bangunan reaktor,

sistem pelepasan panas primer dan fasilitas eksperimen lainnya didesain

tahan gempa sehingga SSE (Safety Shutdown Eartquake). Luas bangunan

kurang lebih 900 m2, sebagian bangunan berlantai tiga. Serambi reaktor

(reactor hall) berukuran 20 x 20 m2, tinggi 12 m dengan atapnya sebagian

datar, sedang bagian tengah berbentuk lengkung-cembung.

Pintu masuk personel terdapat pada latai 1 dan 2, pada masing-masing

lantai terdapat pintu yang berfungsi sebagai pintu darurat. Pintu masuk

untuk barang dengan volume besar terdapat pada lantai 1.

Uraian dari masing-masing level bangunan reaktor adalah,

1) Ground level (level dasar ) sekitar 0 meter, meliputi: pintu masuk,

lokasi eksperimen dengan beam port, lokasi pompa

primer/demineralizer, panel listrik daya, lokasi perangkat subkritik,

lokasi barang/peralatan ekseperimen.

2) Intermediate level (lantai II) sektar 3,5 meter, meliputi: lokasi

eksperimen dengan bulk shielding, pintu darurat.

8

3) Operation level (lantai III) sekitar 8 meter, meliputi: dek reaktor, lokasi

ruang kontrol reaktor, lokasi percobaan pada dek reaktor.

Untuk perisai pada bangunan reaktor digunakan beton bertulang, dengan

menggunakan batu dan pasir barit. Perisai dengan tinggi 6,5 meter

mempunyai pondasi 6 meter, dan didesain tahan gempa. Tebal perisai

bagian bawah sampai ketinggian 3,84 meter adalah 2,5 meter, sedang tebal

di atasnya 70 cm. Pada bagian atas perisai dibuat piringan beton bertulang,

dengan garis tengah 7 meter, sehingga orang dapat ke dalam tangki reaktor

dari atas. Ruang gedung raktor selalu tertutup rapat dan udara dalam

ruangan disedot ke luar gedung dengan menggunakan mesin penyedot

khusus (blower). Udara yang disedot dilepaskan ke udara bebas, melewati

saringan melalui cerobong ventilasi yang tingginya 32,5 meter. Di bagian

bawah cerobong dipasan saringan khusus untuk menyaring gas-gas

radioaktif, bila terjadi di dalam gedung reaktor. Udara masuk ke dalam

gedung reaktor melalui lubang ventilasi yang terdapat pada dinding

gedung.

Pada daya maksimum (100 kW) kondisi berikut ini dapat tercapai :

1) Paparan radiasi tepat di atas permukaan air tangki, di sekeliling perisai

dan ruang kendali masih di bawah batas keselamatan yang diijinkan.

2) Suhu permukaan air tangki reaktor berkisar antara 35-38°C dan

maksimum 40°C. Suhu bahan bakar (di pusat/tengah) maksimum 110°

C.

3) Fluks neutron (n/cm2s) rerata pada daya 100 kW di lokasi :

Central Thimble Cepat : 2,4 x1012

Thermal : 1,2 x1012

Pneumatic Cepat : 6 x 1011

Thermal : 3 x 1011

Rotary Specimen Rack Cepat : 1,5 x1011

Thermal : 2,2 x 1011

9

1. Bahan Bakar

Bahan bakar reaktor yang digunakan pada saat ini terdiri dari bahan

bakar: Tipe-104 : UzrH1.7 , perkayaan 20%, 8 w/o U = 36,5 gram U235

per elemen. Selain itu digunakan pula bahan bakar berinstrumen

termokopel (instrumented fuel element/ IFE) Tipe-204 : dengan

kandungan uranium 8,5 w/o U = 37 gram U235 per elemen. Jumlah

elemen bakar di dalam teras pada saat daya 100 kW adalah 66 buah

dengan burn-up bervariasi antara : 3% - 10%.

2. Siklus Operasi

Reaktor Kartini dioperasikan pada jam kerja (6 jam per hari) kecuali ada

permintaan khusus dapat dioperasikan secara kontinu 1x24 jam sampai

dengan 3x24 jam. Operasi reaktor pada umumnya digunakan untuk :

iradiasi sampel dalam rangka analisis unsur-unsur, penelitian dalam

bidang kinetika dan kendali reaktor, bidang netronik dan termohidrolik,

layanan pendidikan dan pelatihan, eksperimen/ praktikum fisika reaktor.

3. Instrumentasi dan Kendali

Sistem instrumentasi dan kendali Reaktor Kartini sebagian besar dibuat

oleh BATAN dengan menggunakan beberapa komponen buatan General

Atomics (GA) yang terdiri dari :

a. Konsol sistem kendali digital (BATAN)

b. Unit kendali dan data akuisisi digital (BATAN)

c. Kanal pemantau daya linier + detektor 2 buah (GA)

d. Kanal pemantau daya lebar + detektor 2 buah (GA)

e. Batang kendali + penggerak batang kendali 3 buah (GA)

10

Rangkaian keselamatan yang tersedia adalah Rangkaian Scram dan

Sistem Peringatan. Rangkaian scram tersedia untuk :

A. Daya (>110 %, 3 kanal)

B. Perioda (< 7 detik, 1 kanal)

C. Neutron source interlock (1 kanal)

D. Catu daya detektor (4 buah)

E. Watchdog komputer

F. Manual

a. Sistem Peringatan (alarm) tersedia untuk : Suhu air tangki

b. Suhu bahan bakar maksimum

c. Tingkat paparan radiasi

4. Sistem Pendingin

Tersedia dua jalur sitem pendingin primer dan sekunder masing-masing

dengan kapasitas 100%. Setiap jalur terdiri dari satu pompa dengan daya

5 kW mengalirkan pendingin primer dengan laju alir 280 lpm. Dengan

menggunakan sebuah penukar panas tipe plat atau tipe shell and tube,

panas yang dihasilkan ini dipindahkan ke aliran sekunder yang mengalir

dengan laju 600 lpm dengan didorong oleh satu pompa berkekuatan 20

kW. Panas sekunder ini kemudian dipindahkan ke udara melalui cooling

tower. Sistem pendingin reaktor dimurnikan secara terus menerus dengan

sistem demineralisasi.

5. Fasilitas Iradiasi

a. Central Thimble (CT)

b. Pneumatic Transfer System

c. Rotary Specimen Rack (Lazy Suzan/LS)

d. Empat buah beamport

e. Thermal Column

f. Thermalizing Column

11

Seluruh fasilitas iradiasi, seperti : Lazy Susan, Pneumatic Transfer Tube,

dan CT, berfungsi secara baik, demikian pula dengan beamport.

Table 1 : Spesifikasi Reaktor Kartini

Spesifikasi :panjang total : 72,06 cmpanjang aktif : 38,1 cmpanjang grafit : bagian atas 7,2 cm, bagian bawah 9,5 cmdiameter luar : 37,34 mmdiameter luar bahan bakar : 36,32 mmlapisan racun dapat bakar : 0,7874 mmberat kandungan U-235 : 36,5 gram (rerata)material kelongsong : SS-304tebal kelongsong : 0,5 mmgap bahan bakar-kelongsong : 0,0635 mmtitik leleh kelongsong : 1000 OCSpesifikasi Teras Reaktor : :Jumlah elemen bakar (e.b.) : 68 batangVolume aktif e. b. : 413,96 cm3Volume total e.b. dalam teras : 28149 cm3Tekanan operasi : 5,39. 104 PaJarak antar pusat e.b. : 4 cmKoef pp konveksi : 779,72 W/m2 oCMassa alir pendingin : 0,0325 kg/sDaya rerata teras : 0,00171 kW/cm3Daya max teras : 0,00332 kW/cm3Heat flux rerata : 9700 W/m2

B. Reaktor Triga 2000 Bandung

Reaktor TRIGA 2000 yang berada di Bandung adalah reaktor penelitian

pertama di Indonesia. Reaktor ini dibangun pada tahun 1964 dan diresmikan

oleh Presiden pertama RI Ir. Sukarno. Daya reaktor saat diresmikan adalah 250

kW, pengelolaannya ditangani oleh Pusat Reaktor Atom Bandung, Badan

Tenaga Atom Nasional.

Dalam perkembangannya, reaktor ini pernah ditingkatkan dayanya sampai

1000 kW. Saat ini daya maksimum reaktor adalah 2400 kW, yakni 120% x

2000 kW.

12

TRIGA adalah singkatan dari Training Research and Isotop Production by

General Atomic. Berdasarkan arti nama, reaktor ini berfungsi sebagai reaktor

untuk latihan, penelitian dan untuk produksi radioisotop.

Pembuat reaktor TRIGA adalah General Atomic sebuah perusahaan dari

Amerika Serikat. Reaktor TRIGA dirancang sedemikian rupa agar selama

dioperasikan aman. Terdapat beberapa faktor keselamatan yang diterapkan

pada reaktor, misalnya sifat bawaan (inherent safety) yang dipunyai oleh

elemen bakar UZrH yang mempunyai koefisien temperatur negatip.

Selain itu faktor puncak daya aksial dan radial masing-masing tidak boleh lebih

dari 1,6 dan 1,3. batasan ini diambil dari batas rancangan (design limit)

termohidrolik Reaktor TRIGA 2000 Bandung yang menjamin bahwa batas-

batas keselamatan suhu bahan bakar dan kelongsong elemen bakar tidak akan

terlampaui.

1. Air kolam Reaktor

Reaktor berada di dalam suatu kolam air, tinggi permukaan air kolam

reaktor dari permukaan atas teras reaktor (lempeng kisi atas) tidak

kurang dari 550 cm. Selama teras teaktor seluruhnya terendam di dalam

air pendingin, ia akan memperoleh pendinginan yang cukup secara

konveksi alami. Sehingga terhindar dari kerusakan kelongsong maupun

pelelehan bahan bakar.

Penurunan tinggi air kolam reaktor sampai melebihi batas keselamatan di

atas selama ini tidak pernah terjadi secara idak sengaja/ akibat

kecelakaan. Akan tetapi bila hal tersebut terjadi, maka berarti sistem

tangki reaktor mengalami kebocoran, baik akibat pecah/bocornya tangik

ataupun lubang berkas (beam port). Dengan pembatasan di atas maka

paling sedikit reaktor sudah padam selama sekitar 188 detik pada saat

ketinggian air pendingin tepat mencapai permukaan atas teras reaktor,

bila terjadi peristiwa pecahnya lubang berkas (beam port) yang bergaris

tengah 16 cm. Selang waktu ini adalah lebih dari cukup untuk memberi

13

kesempatan kepada perangkat pendingin teras darurat untuk bekerja

secara penuh menggantikan sistem pendingin primer dalam

mendinginkan reaktor.

Selain itu, penurunan tinggi air pendingin akan menyebabkan pula

perlindungan terhadap radiasi secara efektif berkurang, terutama di

daerah tepat di atas kolam reaktor. Pada saat ketinggian air kolam

mencapai 550 cm di atas teras, akan terjadi pengurangan perlindung

radiasi setebal 100 cm yang setara dengan kenaikan paparan radiasi

gamma (dengan energi 1 MeV) sebesar 22,4 kali dari keadaan normal. Ini

berarti pula bahwa pembatasan tinggi air kolam reaktor seperti di atas

akan mencegah paparan radiasi yang berlebihan.

2. Sistem Peringatan Dini

Perangkat-perangkat keselamatan berikut ini harus dapat memberikan

peringatan dini kepada operator reaktor, bila terjadi keadaan dimana batas

sistem keselamatan hampir tercapai. Peringatan dini tersebut dapat berupa

bunyi, nyala lampu, tulisan-tulisan pada layar monitor, atau cara-cara

lainnya. Pada saat tanda peringatan muncul, para operator harus segera

bersiaga dan segera melakukan tindakan yang diperlukan untuk

mencegah terjadinya keadaan yang lebih buruk.

a. Perangkat keselamatan daya reaktor harus dapat memberikan tanda

peringatan bagi para operator reaktor bila daya reaktor mencapai

2100 kW (105%) atau lebih. Hal ini dapat membantu para operator

reaktor untuk dapat mencegah keadaan scram yang tidak diinginkan,

dengan cara menurunkan batang kendali secara manual, sehingga

reaktor bekerja secara normal dan stabil kembali pada daya penuh

2000 kW.

b. Untuk dapat mencegah kecelakaan reaktor akibat kecerobohan

operator dan sekaligus membantu para operator dalam menaikkan

daya/menjalankan reaktor dengan lancar dan stabil, perangkat

keselamatan daya reaktor harus dapat memberikan tanda peringatan

kepada para operator pada saat terdeteksi periode reaktor lebih kecil

14

atau sama dengan 7 detik. Dengan cara ini operator akan memiliki

cukup kesempatan untuk bersiaga maupun segera bertindak

menghentikan gerakan naik batang kendali bahkan menurunkan

batang kendali bila diperlukan.

Batas di atas cukup dapat untuk menjamin kelancaran operasi reaktor

karena berada 4 detik di atas periode terkecil reaktor yang

diperbolehkan oleh sistem keselamatan daya reaktor.

c. Perangkat pengukur laju alir air pendingin primer reaktor harus dapat

memberikan peringatan dini bila terdeteksi laju alir <600 gpm. Bila

keadaan ini terjadi, para operator harus segera memadamkan reaktor

(shutdown) dan segera memeriksa dan menangani apa penyebabnya.

Batas ini cukup aman dan menjamin kelancaran operasi reajtir jareba

abja tersebut sekitar 150-200 gpm di bawah nilai norma laju alir

pendingin primer.

Dalam hal terjadi kegagalan fungsi perangkat pengukur laju alir

pendingin primer ini, reaktor masih dapat dioperasikan kembali apabila

perangkat-perangkat lainnya masih bekerja baik, yaitu: pengukur suhu

elemen bakar (IFE), pengukur suhu air kolam reaktor serta pompa-

pompa pendingin primer dan skunder.

d. Perangkat keselamatan ketinggian air kolam reaktor harus dapat

memberikan peringatan dini bila ketinggian air kolam turun 20 cm dari

keadaan normal. Bila keadaan ini tercapai, para operator harus segera

memeriksa apakah perangkat penyedia air tambahan (make-up water

supply system) bekerja dengan baik untuk menambah air pendingin

reaktor. Bila perangkat tersebut mengalami kegagalan maka operator

harus segera menambahkan air pendingin secar manual.

Batas ini cukup aman dan menjamin cukupnya waktu (sebelum scram

terjadi) bagi perangkat pemasok air tambahan ataupun para operator

untuk menambah air pendingin reaktor ke ketinggian normal, karena

masih berada 30 cm di atas batas sistem keselamatan ketinggian air

kolam.

e. Perangkat pemantau ketinggian air kolam pendingin skunder harus

dapat mengeluarkan peringatan dini kepada para operator jika air

kolam tersebut turun 20 cm di bawah normal. Bila hal ini terjadi maka

15

para operator harus memeriksa apakah teradi kebocoran pada kolam air

pendingin sekunder ataupun apakah terjadi kegagalan pada perangkat

pemasok air tambahan untuk pendingin sekunder

Jika memang demikian maka operator harus segera menurunkan daya

reaktor atau bahkan memadamkan reaktor agar batas sistem

keselamatan tiak terlewati.

f. Perangkat pemantau radiasi di atas permukaan kolam air reaktor harus

mengeluarkan tanda peringatan apabila terdeteksi paparan radiasi

melebihi 80 mRem/jam. Bila hal ini tejadi, para operator reaktor,

didampingi oleh petugas proteksi radiasi, harus memeriksa keadaan

kolam air pendingin reaktor, karena kejadian tersebut merupakan

pertanda bahwa telah terjadi kebocoran pada kelongsong elemen bakar

ataupun munculnya gelembung-gelembung udara ke atas permukaan

kolam air pendingin secara berlebihan.

Jika tidak terjadi pemunculan gelembung udara yang berlebihan, ada

kemungkinan besar bahwa kebocoran elemen bakar terjadi. Untuk

mengatasinya, operator reaktor harus segera menurunkan daya reaktor

atau bahkan memadamkan reaktor bila diperlukan.

Sebaliknya, bila terjadi pemunculan gelembung udara yang berlebihan,

maka ada kemungkinan perangkat difuser tidak bekerja dengan

sempurna akibat masuknya udara ke dalam pipa penghubung perangkat

tersebut. Kemungkinan lain adalah kerapatan daya reaktor terlampau

tinggi, sehingga air pendingin di dalam teras terlalu panas.

Untuk mengatasi kejadian-kejadian di atas, maka para operator harus

melakukan tindakan seperlunya sesegera mungkin, seperti: mengatur

katup pada pipa penghubung difuser (agar udara keluar dari pipa

tersebut) ataupun menurunkan daya reaktor sedemikian sehingga

paparan radiasi kembali normal. Apabila tindakan-tindakan di atas tidak

berhasil mengatasi permasalahan, reaktor harus segera dipadamkan.

Batas kondisi operasi di atas diberlakukan agar para operator maupun

pekerja radiasi lain terhindar dari paparan radiasi yang berlebihan,

sekaligus melindungi reaktor dari kerusakan elemen bakar yang fatal,

apabila terjadi kebocoran kelongsong elemen bakar.

16

g. Jika terdeteksi beda tekanan udara di luar dan di dalam ruang reaktor

sebesar 0,2 cm air atau lebih kecil, perangkat pengukur tekanan udara

ruang reaktor harus mengeluarkan tanda peringatan dini. Hal ini

menandakan bahwa ada kemungkinan ruang reaktor bocor, atau pintu

masuk ke ruang reaktor terbuka. Bila hal ini terjadi, maka operator

reaktor harus segera bertindak untuk mengatasi hal tersebut. Jika

masalah tersebut tidak dapat teratasi, maka operator harus

memadamkan reaktor.

Dengan cara ini pelepasan gas radioaktif (yang mungkin terkandung di

dalam udara di dalam ruang reaktor) ke udara luar tanpa melewati

penyaring udara absolut (yang berada di dalam cerobong udara ruang

reaktor) dapat dicegah semaksimal mungkin. Sekaligus dengan cara ini

dapat dipantau lalu lintas orang dari dan ke dalam reaktor, sehingga

masuknya orang yang tidak berkepentingan dapat dicegah sedini

mungkin.

h. Perangkat pemantau catu daya listrik pompa primer dan pompa

sekunder harus memberikan tanda peringatan kepada para operator

reaktor bila terdeteksi catu daya perangkat-perangkat tersebut

mengalami kegagalan/mati. Bila hal ini terjadi maka operator harus

segera memadamkan reaktor, agar batas-bats sistem keselamatan suhu

bahan bakar dan air pendingin tidak terlampaui.

i. Perangkat pemantau catu daya listrik motor kipas menara pendingin

harus memberikan tanda peringatan kepada para operator reaktor bila

terdeteksi catu daya tersebut mengalami kegagalan/mati. Bila hal ini

terjadi maka operator harus segera memadamkan reaktor dan

memerikasa keadaan semua motor kipas menara pendingin. Jika

kegagalan motor tidak tertangani, tetapi masih ada sebagian motor

kipas yang berfungsi dengan baik, operator dapat mengoperasikan

kembali reaktor ke daya yang lebih rendah, yang masih dapat

menjamin batas-batas sistem keselamatan suhu bahan bakar dan air

pendingin tidak terlampaui.

C. Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS)

17

Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) merupakan reaktor riset

jenis MTR (Material Testing Reactor) pertama di dunia yang dioperasikan

langsung dengan menggunakan bahan bakar dengan pengkayaan uranium

rendah, LEU. low enriched uranium. Pada saat rancang bangun Reaktor

RSG-GAS dilaksanakan, hanya tersedia bahan bakar LEU jenis oksida

(U308-AL) yang dapat digunakan untuk memenuhi spesifikasi yang

ditentukan. Oleh karena itu RSG-GAS menggunakan bahan bakar oksida

dengan densitas uranium 2,96 gU/cc dengan pengkayaan U235 sebesar

19,75%.

Dalam rangka meningkatkan kinerja reaktor, direncanakan untuk

melakukan konversi teras reaktor RSG-GAS dari bahan bakar oksida

menjadi silisida. Hal ini dilakukan karena penggunaan densitas uranium

yang lebih tinggi dapat meningkatkan panjang siklus operasi reaktor.

Program konversi teras RSG-GAS dilakukan secara bertahap. Tahap

pertama adalah konversi bahan bakar dari oksida menjadi silisida dengan

densitas sarna yaitu 2.96 gU/cc. Tahap kedua adalah konversi bahan bakar

silisida dari kerapatn 2.96 gU/cc ke kerapatan yang lebih tinggi. Sampai

saat ini keputusan untuk langkah kedua belum dilakukan mengingat

penyediaan bahan bakar silisida dengan kerapatan lebih tinggi bergantung

pada pabrikasi elemen bakar.

Konversi tahap pertama dimulai sejak tahun 1999 dengan menggunakan

konversi teras campuran bahan bakar oksida dan silisida. Diperlukan 10

(sepuluh) siklus operasi teras campuran untuk mendapatkan teras

setimbang silisida penuh. Teras setimbang silisida penuh dicapai pada teras

ke-45 pada bulan Agustus 2002.

Blok reflektor berilium dan posisi-posisi eksperimennya, terutama

tabungberkas menutup dua sisi teras sisanya. Blok berilium dipisahkan dari

teras reaktor dengan selubung teras.

18

Elemen bakar didasarkan pada teknologi MTR (Material Testing Reactor).

Setiap elemen bakar standar terdiri atas bagian ujung di bagian bawah, dan

perangkat penegang di bagian atas, dua buah pelat sarnping dan 21 buah

pelat bahan bakar. Setiap pelat bahan bakar terdiri atas rangka AIMg2 dan

dua buah lernbaran penutup dari bahan yang sarna, yang rnernbungkus

pelat daging dispersi U3Si-AI.

Elemen bakar kendali dirancang untuk dapat disisipi penyerap jenis-garpu

(fork type). Bagian yang berisi bahan bakar pada elemen kendali identik

dengan bagian yang berisi bahan bakar pada elemen bakar. Sebanyak 15

buah pelat bahan bakar bagian dalam ditahan oleh dua buah pelat samping.

Sebanyak 3 pelat bahan bakar diambil pada setiap ujung dari daerah yang

berisi bahan bakar untuk memberikan ruang untuk memasukkan bilah

penyerap (absorber blade).

Pelat-pelat aluminum menggantikan dua dari tiga buah pelat bahan bakar

yang diambil. Perangkat penyerap terdiri atas dua buah bilah Ag-In-Cd

yang diberi lapisan baja tahan karat.

Sistem kendali berfungsi untuk mengendalikan fluks reaktor dengan

gerakan perangkat penyerap pada arah vertikal ke dalam dan ke luar

elemen kendali untuk mengatur reaktivitas teras reaktor. Elemen berilium

terdiri atas sebuah ujung fitting bawah, batang berilium berbentuk persegi

dan pegangan di bagian atas.

19

1. Elemen Bakar

a. Elemen Bakar Standar

Elemen bakar didasarkan pada teknologi MTR. Setiap elemen bakar

terdiri atas:

1) Ujung bawah fitting yang tepat rnasuk ke dalarn lubang petal kisi

untuk ternpat. elernen bahan bakar.

2) Qua petal sarnping (side plate) dengan alur pengencang daft

penahan petal bahanbakar.

3) Pegangan di bagian alas sebagai perlengkapan penanganan yang

pas dengan handling tool.

4) Sebanyak 21 petal bahan bakar dengan lebar daft ketebalan yang

sarna rnasing-rnasing terdiri alas angka AIMg2 daft dualernbaran

penutup dari bahan yang sarna yang rnernbungkus petal daging

dari dispersi UjSbAI.

5) Sebuah comb spacer dengan lebar 3 mm di ujung alas dari petal

bahan bakar untuk mernastikan agar jarak antara pelat bahanbakar

tidak berubah.

Bahan bakar (daging) dari pelat bahan bakar terdiri~atas dispersi U3Si-

AL dalam aluminum. Kerapatan uranium di dalam daging adalah 2,96

g/cm3. Pengkayaan uranium rendah (LEU) adalah 19,75% berat U235.

b. Elemen Bakar Kendali

Elemen bakar kendali dirancang untuk menerima penyerap jenis

garpu. Dari semua desain penyerap yang ada dan telah terbukti untuk

teras reaktor berbahan bakar MTR, desain penyerap ini memberikan

keefektifan tertinggi untuk kendali dan pemadaman reaktor.

Bagian yang berisi bahan bakar pada elemen bakar kendali identik

dengan yang terdapat pada elemen bakar standar. Sebanyak 15 buah

pelat bahan bakar bagian dalam ditahan kedua sisinya oleh dua pel at

samping. Sedangkan 3 buah pelat bahan bakar diambil di masing-

20

masing ujung dari zona yang berisi bahan bakar untuk memberikan

tempat agar pelat penyerap dapat masuk ke dalamnya.

Dua dari tiga tersebut ditukar dengan pelat alumunium dengan

pengarah keeil di satu permukaan sehingga pelat penyerap bergerak

dengan lanear di dalam eelah diantara pelat-pelat tersebut.

2. Sistem Pendingin

Fungsi reaktor serba guna RSG-GAS antara lain adalah untuk melayani

penelitian dengan menggunakan sumber neutron dan produksi

radioisotop. Pada aliran pendingin yang stabil. temperatur maksimum

permukaan pelat pemanfaatan lainnya. Dengan demikian maka

diperlukan penyediaan kerapatan fluks neutron yang tinggi kepada

pengguna, dengan kerapatan fluks neutron yang tinggi akan

menghasilkan rapat daya yang tinggi pula di dalam teras reaktor.

Pada sistem-sistem reaktor bertekanan rendah, rapat daya dibatasi oleh

persyaratan bahwa aliran pendingin harus dijamin stabil secara

hidrodinamis sepanjang kanal pendingin. Pelanggaran alas kriteria ini

akan mengakibatkan proses perpindahan panas yang buruk disertai oleh

kenaikan tiba-tiba temperatur pelat bahan bakar ke tingkat yang tidak

dapat ditolerir sehingga pada akhirnya dap bahan bakar tidak boleh

melebihi 140°C sampai 150°C dimana terjadi pendidihan sub-cooled,

rejim yang merupakan bentuk perpindahan panas yang paling efisien.

Temperatur maksimum dari bahan bakar adalah sekitar 5.0 K di alas

temperatur permukaan pelat. Korosi kelongsong dapat menimbulkan

lapisan tipis oksida yang mempunyai sifat hantaran panas yang buruk

sehingga akan menyebabkan kenaikan temperatur maksimum 25 K.

Pada operasi normal, pendingin primer disirkulasikan di dalam sistem

pendingin primer oleh dua buah pompa primer yang bekerja secara

paralel satu sarna lain. Pendingin yang berasal dari dua buah alat

penukar panas (HE-Heat Exchanger) memasuki kolam reaktor melalui

21

pipa distribusi balik horizontal yang terletak lebih kurang 1.2 m di

bawah bidang tengah teras reaktor.

Laju alir minimum sistem pendingin primer adalah 800 kg/det. Sekitar

89% dari total laju afir atau 715 kg/det afiran mendinginkan teras reaktor

den sekitar 11 % atau 85 kg/det melalui reflektor. Laju alir teras reaktor

dapat dipecah menjadi laju alir teras reaktor aktif dan laju alir bypass

teras reaktor.

Sebagian panas peluruhan yang dihasilkan oleh teras reaktor dikeluarkan

dari kolam dengan menggunakan sistem pendingin kolam yang terdiri

dari 3 buah pendingin kolam dan sebagian lagi digunakan untuk

memanasi air di dalam kolam reaktor.

Desain termohidrolik diverifikasi dengan pengukuran yang dilaksanakan

selama tase start-up pada reaktor sub-kritis dan selama operasi reaktor.

Parameter-parameter utama dari desain termohidrolik adalah laju alir

teras reaktor, laju alir elemen bakar dan distribusi rapat daya.

Laju alir teras reaktor diukur dengan menggunakan turbine flow-meter

yang dipasang pada fitting ujung bawah aleman bakar dummy. Flow-

meter memberi distribusi kecepatan pada penampang silang teras reaktor

dan setelah merata-ratakan nilai-nilai ini, diperoleh totallaju alir melalui

elemen bakar dan elemen kendali.

3. Kolam Reaktor

Kolam reaktor berbentuk silinder merupakan bagian integral dari

Gedung Reaktor yang tahan gempa burni. Letaknya adalah di tengah-

tengah Gedung Reaktor dan menjulang dari ketinggian -0,6 m sampai +

13,15 m, untuk tujuan sebagai perisai maka digunakan beton dengan

kerapatan yang tinggi, kerapatan nominal 3,6 kg/dm3, di daerah bawah

dari kolam reaktor sampai ketinggian +8,25 m.

22

Sebuah kanal ventilasi dalam lapisan aluminum pada kedua kolam di

atas, tinggi permukaan air mengelilingi kolam. Fasilitas ini dan ventilasi

yang terletak di atas kolam reaktor berfungsi untuk mengeluarkan udara.

Penetrasi untuk pemipaan untuk sistem bantu terletak di bawah

permukaan air kolam, sehingga permukaan itu sendiri bebas dari

pemipaan. Semua penetrasi dilengkapi dengan katup isolasi ganda yang

secara otomatis menutup apabila permukaan air mencapai nilai minimum

yang telah ditetapkan sebelumnya.

Kolam penyimpanan dihubungkan ke sistem hot-cell pada ketinggian

+13,0 m dengan sebuah poros vertikal untuk memindahkan bahan-bahan

dan komponen-komponen yang telah diiradiasi. Kolam ini dilengkapi

dengan dua rak penyimpan, yang masing-masing dapat menampung 150

elemen teras reaktor. Sebuah transport wagon disediakan untuk

pemindahan komponen-komponen teras reaktor dari kolam penyimpanan

ke poros vertikal.

4. Tabung Berkas

Sebanyak 6 tabung berkas tersedia dari kolam ke balai eksperimen di

lantai +1,45 m dan +1,65 m. Seperti halnya tabung berkas, linier flanges

disisipkan di dalam beton perisai. Setiap tabung berkas dilengkapi

dengan thimble yang kedap air yang berakhir pada suatu jarak sekitar 150

mm dari dinding lapisan tabung berkas. Apabila terjadi retakan pada

tabung berkas, thimble yang tidak terbuka terhadap stress patah akan

mencegah kebocoran air kolam.

Ruang antara dinding lapisan tabung berkas dan tabung berkas diisi

dengan air kolam yang harus dipertukarkan dari waktu ke waktu untuk

mencegah korosi dan untuk mengurangi produk-produk aktivasi. Ruang

ini secara otomatis terisi dengan air yang masuk melalui celah yang

sangat sempit, masing-masing terbentuk oleh cakram di sekeliling

tabung berkas. Cakram ini dihubungkan secara kencang ke lapisan

kolam.

23

Apabila tabung berkas tidak digunakan, maka dapat diisi dengan air dan

thimble ditutup dengan memasukkan penutup beton ke dalamnya. Pintu

tabung berkas yang terletak di dalam balai eksperimen diberi perisai

untuk menjaga agar paparan radiasi tetap rendah. Keenam tabung berkas

dilengkapi dengan pelindung kedua yang akan mencegah kebocoran air

kolam reaktor, kendatipun ada retakan pada tabung berkas. Pelindung

kedua ini dibentuk oleh thimble.

Table 1.a : Spesifikasi Reaktor Kartini, TRIGA dan RSG-GAS (perbandingan)

Kartini TRIGA RSG-GAS

1 Daya Maximum 100 kW 2000 kW 3000 kW2 Minimum period 7 second 7 second3 % Daya Maximum 110 % 120 %4 Suhu air Tangki Max. ≤ 40 ≤ 40 ≤ 40 5 Suhu bahan bakar Max. 530 °C 530 °C 150 °C6 Laju alir Primer

T inlet HE

Toutlet HE

76 GPM

≤ 10 upper

room temp.

≥ 5 upper

room temp.

<600 GPM

≤ 10 upper

room temp.

≥ 5 upper

room temp.

800 kg/det

7 Laju alir Sekunder

T inlet HE

T outlet HE

160 GPM

≤ 2 upper

room temp

≥ 7 upper

room temp

- -

8 Pemanfaatan Training,

Penelitian

Training,

Penelitian,

Produksi

Isotop

Training,

Penelitian, Produksi

Isotop, Uji

Material, Silicon

Doping, Uji Elemen

Bakar PLTN.

24

BAB IV.

INSTALASI NUKLIR NON REAKTOR

A. Divisi Elemen Bakar Nuklir PT Batan Teknologi

Divisi Elemen Bakar Nuklir yang berada dalam pengelolaan PT Batan

Teknologi adalah suatu divisi yang dapat membuat elemen bakar reaktor

riset, khususnya elemen bakar reaktor jenis MTR (material test reactor)

seperti RSG-GAS Serpong. Instalasi ini berada di kawasan Puspiptek

Serpong dan telah beroperasi sejak tahun 1988.

B. Instalasi Elemen Bakar Eksperimental - P2TBDU

Instalasi Elemen Bakar Eksperimental berada dalam pengelolaan Pusat

Pengembangan Teknologi Bahan Bakar dan Daur Ulang (P2TBDU) Badan

Tenaga Nuklir Nasional. Instalasi ini mampu membuat prototipe elemen

bakar yang digunakan dalam PLTN serta sarana pengembangan elemen

bakar PLTN.

C. Instalasi Radio Metalurgi - P2TBDU

Instalasi Radio Metalurgi mempunyai kemampuan untuk mengkarkterisasi

berbagai elemen bakar reaktor, baik reaktor air berat, reaktor air biasa

maupun reaktor uji material. Instalasi ini berada dalam pengelolaan Pusat

Pengembangan Teknologi Bahan Bakar dan Daur Ulang (P2TBDU) Badan

Tenaga Nuklir Nasional.

D. Interim Storage Facility for Spent Fuel - P2TRR

Interim Storage Facility for Spent Fuel adalah suatu fasilitas penyimpanan

sementara elemen bakar bekas reaktor riset. Elemen bakar bekas tersebut

sudah tidak dipakai lagi di reaktor dan biasanya dikembalikan ke negara

pembuat. Instalasi ini terdiri dari sebuah kolam penyimpanan yang

dilengkapi dengan sistem kanal pemindah. Kanal ini menghubungkan

25

kolam dengan hot cell reaktor yang berada dalam pengelolaan Pusat

Pengembangan Teknologi Reaktor Riset (P2TRR-BATAN).

E. Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT PKG

Pabrik Pemurnian Asam Fosfat PT Petro Kimia Gresik di Jawa Timur

adalah sebuah instalasi yang dapat menghasilkan yellow cake yaitu suatu

bahan dasar pembuatan bahan bakar yaitu uranium. Instalasi ini sudah tidak

menghasilkan lagi uranium sejak pemurnian asam fosfatnya berhenti oleh

karena itu Pabrik ini dalam waktu dekat akan di dekomisioning.

26

BAB V.

INSPEKSI KESELAMATAN NUKLIR

( BATASAN DAN KONDISI OPERASI)

A. Batas-batas Keselamatan

Untuk dapat menjamin agar reaktor selalu berada dalam keadaan aman

dalam segala keadaan/tingkat operasi, terdapat batas-batas keselamatan

safety limits yang perlu dipatuhi. Selama batas-batas keselamatan terebut

tidak terlewati, maka bisa dipastikan bahwa kecelakaan reaktor seperti:

pecahnya kelongsong elemen bakar, melelehnya bahan bakar, paparan

radiasi yang berlebihan dan lain-lain dapat dicegah.

Batas-batas tersebut ditetapkan sedemikian rupa sehingga dapat

memberikan tenggang margin yang cukup terhadap suatu keadaan dimana

reaktor mulai berada di dalam keadaan yang berbahaya. Dengan demikian

keselamatan reaktor masih bisa dipertahankan pada saat terjadi peristiwa

luar biasa yang menyebabkan batas-batas tersebut tidak terlampaui dan

apabila terlampaui maka reaktor harus sudah berada dalam keadaan padam

seketika scram dan selanjutnya reaktor sama sekali tidak dapat

dioperasikan, selama kondisi yang menyebabkan terlampauinya batas-batas

keselamatan belum ditemukan dan ditanggulangi.

B. Suhu Air Pendingin reaktor

Suhu air pendingin reaktor bulk Temperature, adalah suhu air pendingin

yang diukur di permukaan kolam raktor atau suhu masukan air pendingin

ke perangkat penukar panas. Suhu ini biasanya tidak melebihi 49ºC. Suhu

air masuk tangki reaktor lebih kecil atau sama dengan 40ºC. Batas ini

didasarkan pada pertimbangan proses pendinginan konveksi alam natural

convection yang terjadi, yakni mencegah secara dini terjadinya pendidihan

selaput yang akan mengakibatkan kekerontangan (burn out) pada

kelongsong elemen bakar.

27

C. Penetapan Batas Sistem Keselamatan

Untuk menjamin keselamatan reaktor, terdapat sistem keselamatan reaktor

yang dapat bekerja/berfungsi sedini mungkin sebelum suatu peristiwa yang

menyebabkan terlewatinya batas-batas keselamatan reaktor terjadi. Bila

suatu perangkat/sistem keselamatan reaktor mendeteksi bahwa batas sistem

keselamatan tercapai atau bahkan terlewati, perangkat/sistem tersebut

harus mengaktifkan rangkaian scram sesegera mungkin. Dengan demikian

dapat dijamin/dipastikan bahwa reaktor sudah berada dalam keadaan pdam

pada saat terjadi suatu keadaan luar biasa yang menyebabkan batas-batas

keselamatan reaktor terlampaui.

Berikut adalah penetapan batas sistem keselamatan (safety system settings)

yang perlu dipenuhi dalam segala keadaan/tingkat operasi reaktor.

1. Sistem Keselamatan Suhu Bahan Bakar

Seluruh perangkat keselamatan suhu bahan bakar harus segera

mengaktifkan rangkaian scram bila mendeteksi suhu bahan bakar setinggi

750ºC atau lebih. Batasan ini cukup aman dan konservatif karena berada

200ºC di bawah batas keselamatan suhu bahan bakar dalam keaadaan

paling buruk, sehingga sifat kelembaman perangkat pengukur suhu

(termokopel) dalam mendeteksi perubahan suhu cukup dapat

terkompensasi. Selain itu, batasan di atas dapat memperkecil

kemungkinan kecelakaan bahan bakar akibat suhu maupun bakaran (burn

up) yan tinggi (sehingga baik tekanan disosiasi hidrogen maupun tekanan

dalam kelongsong akan menjadi semakin tinggi), efek radiasi dan suhu

terhadap dimensi bahan bakar (pengembangan/perubahan ukuran bahan

bakar). Batasan tersebut di atas juga akan menjamin bahwa batas

keselamatan klongsong elemen bakar tidak akan terlampaui.

Batas sistem keselamatan di atas akan dapa pula menjamin kelancaran

operasi raktor, karena berada sekitar 50ºC sampai 100ºC di atas suhu

28

bahan bakar normal pada saat reaktor bekerja dengan daya penuh 2000

kW, yang cukup untuk mengatasi ketidak stabilan alat ukur ataupun

fluktuasi acak sesaat bahan bakar.

Di dalam praktek, perangkat pengukur suhu elemen bakar, yakni elemen

bakar berinstrumentasi (instrumented fuel element, IFE), diusahakan

sedapat mungkin ditempatkan di posisi yang terpanan (hot channel),

sehingga pemantauan suhu elemen bakar tersebut benar-benar mewakili

keselamatan teras reaktor. Akan tetapi, bila hal tersebut di atas tidak

dapat dipenuhi maka batas scram suhu elemen bakar harus diturunkan (<

750ºC) jika:

a. IFE yang digunakan memiliki kandungan bahan bakar (U-235) yang

lebih sedikit dibandingkan dengan elemen bakar yang terpanan,

dan/atau

b. IFE terletak di posisi (ring) yang lebih jauh dari pusat teras

dibandingkan dengan posisi elemen bakar yang terpanas.

2. Sistem Keselamatan Suhu Air Pendingin Reaktor

Perangkat keselamatan suhu air pendingin reaktor akan segera

mengaktifkan rangkaian scram pada saat mendekati suhu air pendingin

reaktor bulk temperature, yakni suhu air di permukaan tangki reaktor atau

suhu air pendingin primer yang masuk ke perangkat penukar panas

sebesar 49ºC atau lebih.

Hal ini akan mencegah terjadinya pendidihan selaput, sehingga

kelongsong elemen bakar akan terhindar dari kekerontangan. Alasan lain

dalam menentukan batas sistem keselamatan ini adalah bahwa

kemampuan resin yang digunakan dalam perangkat pemurni air

(demineralizer) akan semakin buruk jika suhu air melebihi 49ºC.

Batas ini selain mencegah keamanan operasi reaktor juga menjamin

kestabilan dan kelancaran operasi reaktor, karena berada antara 4ºC

29

sampai 7ºC di atas suhu normal air pendingin reaktor pada saat daya

reaktor mencapai 2000 kW.

3. Sistem Keselamatan Daya Reaktor

a. Perangkat pemantau daya reaktor harus memadamkan seketika

reaktor pada saat terukur daya reaktor sebesar 2200 kW (110%) atau

lebih. Hal ini selain menjamin bahwa reaktor masih dalam keadaan

aman (karena berada 200 kW di bawah batas keselamatan reaktor),

juga menjamin kelancaran operasi reaktor pada saat bekerja pada

daya maksimum 2000 kW, yakni dengan memberi tenggang yang

cukup terhadap ketidakstabilan alat ukur maupun fluktuasi acak

sesaat daya reaktor.

b. Untuk mencegah kenaikan daya reaktor yang tak terkendali, sistem

keselamatan daya raktor harus memadamkan seketika reaktor pada

saat terdeteksi periode reaktor sebesar sama dengan atau lebih kecil

dari 3 detik (setara dengan penyisipan cepat reaktifitas sebesar $

0.61). Batasan ini cukup konservatif mengingat bahwa Reaktor

TRIGA dapat dengan aman dipulsa dengan penyisipan reaktifitas

sebesar $ 3.80. Selain itu, kecepatan jatuh batang kendali yang tinggi

(hanya dibutuhkan sekitar 0,3 detik sampai 0,4 detik untuk mencapai

dasar teras dari kedudukan tertinggi), akan cukup cepat untuk dapat

menanggulangi keadaan terlampauinya batas sistem keselamatan di

atas. Pengaktifan rangkaian scram akibat terpenuhinya kondisi

periode reaktor tersebu di atas harus sdapat dilaksanakan oleh

perangkat keselamatan daya reaktor pada tingkat daya sembarang,

baik rendah maupun tinggi.

c. Rangkaian scaram harus pula segera diaktifkan oleh sistem

keselamatan daya reaktor pada tingkat daya sembarang, apabila catu

daya tegangan tinggi detektor neutron berada 100 Volt atau lebih di

bawah tegangan normalnya. Batasan ini diberlakkan untuk mencegah

kesalahan pengukuran daya reaktor, karena sensitivitas detektor akan

30

semakin kecil bila tegangan tinggi detektor semakin renadah. Selain

aman terhadap ketidakstabilan alat, angka bats tersebut cukup

konservatif karena reantang daerah tegangan datar (plateau) detekteor

berkisar antara 200 Volt sampai 400 Volt, sedangkan tegangan tinggi

normal detektor selalu diatur berda di tengah daerah tegangan datar.

d. Jika pada saat reaktor padam (shutdown) sistem keselamatan daya

reaktor mendeteksi bahwa daya reaktor adalah lebih kecil dari 1 mW,

rangkaian interlock harus teraktifkan sehingga selurh batang kendali

tidak dapat dinaikkan. Hal ini diberlakukan mengingat bahwa neutron

akan selalu ada di dalam teras, baik yang berasal dari sumber neutron

luar maupun yang berasal dari peluruhan inti hasil fisi yang tersimpan

di dalam elemen bakar. Jika detektor tidak dapat mendeteksi mereka,

maka terdapat kemungkinan detektor neutron tersebut mengalami

masalah/kerusakan. Sebab lainnya adalah bahwa apabila detektor

tidak rusak akan tetapi daya reaktor terdeteksi terlalu rendah, maka

ada kemungkinan sumber neutron berada di luar teras reaktor. Dalam

keadaan normal, reaktor harus tidak dapat dimulai-jalankan (start up)

apabila tidak ada sumber neutron luar di dalam teras reaktor. Akan

tetapi apabila ternyata reaktor dapat dimulaijalankan walaupun tidak

terdapat sumber neutron luar, maka hal ini akan menunjukkan bahwa

reaktifitas lebih reaktor terlampau tinggi. Untuk mencegah kenaikan

daya yang tidak terkendali yang diakibatkan oleh peristiwa tadi,

diberlkukanlah batasan sistem keselamatan tersebut di atas.

4. Sistem Keselamatan Laju Alir Air Pendingin Reaktor

Perangkat sistem keselamatan laju alir pendingin reaktor akan segera

memberikan peringatan dini kepada operator reaktor jika terdeteksi air

pendingin primer tidak menalir atau laju alir <600 gpm. Bila hal ini

terjadi, operator reaktor harus segera memadamkan reaktor (shutdown)

kemudian segera mencari dan menangani penyebabnya.

31

Hal ini adalah untuk mencegah sedini mungkin terjadinya pendidihan

selaput, yang dapat mengakibakan kekerontangan kelongsong elemen

bakar.

Batasan ini diberlakukan tidak untuk mengaktifkan rangkaian scram

dengan mengingat bahwa sebenarnya reaktor akan selalu berada dalam

keadaan aman (yakni terdinginkan dengancukup secara konveksi alami),

apabila teras reaktor seluruhnya terendam air. Pengaruh berhentinya

aliran air pendingin pada saat reaktor beroperasi tidak akan serta merta

menaikkan suhu elemen bakar/teras, melainkan akan terjadi secara

perlahan, sehingga cukup waktu bagi operator untuk menurunkan

daya/memadamkan reaktor dengan aman. Selain itu, batas keselamatan

reaktor lain yang berhubungan langsung dengan suhu teras reaktor, yakni:

suhu bahan bakar dan suhu air pendingin reaktor, sudah cukup untuk

mencegah kemungkinan paling buruk yang dapat terjadi di teras reaktor,

yakni pecahnya kelongsong elemen bakar dan melelehnya bahan bakar.

5. Sistem Keselamatan Ketinggian Air Kolam Reaktor

Batas sistem keselamatan penurunan ketinggian air kolam reaktor

ditetapkan sebesar 50 cm. Dengan demikian, perangkat keselamatan

ketinggian air kolam reaktor harus memadamkan seketika reaktor pada

saat terpantau penurunan ketinggian air kolam reaktor 50 cm atau lebih

dari ketinggian normal.

Batasan ini cukup konservatif, karena pada saat itu permukaan air kolam

reaktor masih berada 600 cm dia atas permukaan teras bagian atas, yang

berarti masih 50 cm di atas keselamatan air kolam reaktor. Kelancaran

operasi reaktorpun masih sangat tejamin, karena berdasarkan pengalaman

sampai saat ini reaktor tidak pernah sekalipun (tidak sengaja/akibat

kecelakaan) mengalami penurunan air kolam reaktor setinggi itu.

32

D. Syarat-Syarat Batas untuk Pengoperasian Reaktor Secara Aman

Selama persyaratan-persyaratan operasi berikut ini ditaati, maka reaktor

akan selalu dapat dijalankan dengan aman serta akan menjamin tenggang

yang cukup sebelum batas-batas sistem keselamatan terlampaui, sehingga

operasi reaktor dapat selalu berlangsung dengan stabil dan lancar. Selain

itu, batas-batas tersebut juga akan mencegah terjadinya paparan radiasi

yang berlebihan, baik terhadap pekerja radiasi maupun lingkungan serta

akan menjamin umur pemakaian reaktor yang panjang.

1. Rancangan Teras

a. Elemen bakar yang digunakan harus memiliki sifat selamat bawaan

(inherent safety), yaitu harus mengandung bahan bakar yang

mempunyai koefisien reaktifitas suhu negatif yang besar (seperti:

elemen bakar jenis TRIGA yang mengandung UZrH1.6). Hal ini

ditetapkan dengan mengingat bahwa sifat tersebut merupakan salah

satu bagian utama dari sistem keselamatan Reaktor TRIGA 2000

Bandung.

b. Jumlah dan susunan elemen bakar di dalam teras harus sedemikian

rupa sehingga menjamin bahwa faktor puncak day aksial dan radial

masing-msing tidak lebih dari 1,6 dan 1,3. Hal ini diterapkan dengan

mengingat bahwa angka tersebut digunakan sebagai acuan di dalam

rancangan Reaktor TRIGA 2000 Bandung.

c. Jumlah dan susunan elemen bakar di dalam teras harus sedemikian

sehingga menjamin bahwa apabila batang kendali yang memiliki

reaktivitas (rod worth) tertinggi sepenuhnya berada di luar teras dan

empat batang kendali lainnya sepenuhnya berada di dalam teras,

maka reaktor harus berada di dalam keadaan sub kritis.

d. Dengan persyaratan tersebut di atas maka bisa dijamin bahwa reaktor

akan selalu dapat berada dalam keadaan padam dan aman, walaupun

33

salah satu dari lima batang kendali tidak dapat dimasukkan ke dalam

teras reaktor dengan sempurna (seperti: akibat macet atau terjepit).

e. Hal ini diambil dengan mengingat bahwa semakin tinggi bakaran

bahan bakar, maka semakin buruk sifat-sifat selamat bawaannya

maupun sifat-sifat fisika lainnya, terutama pada suhu yang tinggi.

Dengan batasan ini setiap elemen bakar dapat digunakan semaksimal

mungkin tanpa mengurangi tingkat keselamatan reaktor secara

keseluruhan.

2. Pengendalian Reaktifitas

a. Paling sedikit harus tersedia 5 batang kendali, yang mengandung

bahan penyerap neutron yang baik, seperti: B4C.

b. Jumlah minimum tersebut adalah sesuai dengan batas rancangan

Reaktor TRIGA 2000 Bandung, yang menjamin reaktor akan dapat

dioperasikan dengan aman dan selamat.

c. Perangkat penggerak batang kendali (control rod drive mechanism)

harus bekerja berdasarkan prinsip gagal selamat (fail safe), yang

setidak-tidaknya memanfaatkan gaya gravitasi untuk menjatuhkan

batang kendali serta menggunakan magnet yang dihasilkan oleh

induksi listrik untuk memegang batang kendali.

d. Perangkat penggerak batang kendali harus dapat menjamin waktu

jatuh batang kendali dari kedudukan tertinggi di luar teras ke dasar

teras yang sesingkat-singkatnya.

e. Hal ini adalah untuk dapat sesegera mungkin mengatasi penyisipan

reaktifitas yang berlebihan pada saat keselamatan periode reaktor

terlampaui.

3. Parameter Rancangan Elemen Bakar

a. Elemen bakar yang dipakai adalah jenis TRIGA yang berbentuk

batang/tabung, yang menggunakan UZrH1.6 sebagai bahan bakar-

moderator dengan isotop U-235 sebagai bahan dapat belah yang

utama. Hal ini diberlakukan dengan mengingat bahwa Reaktor

34

TRIGA 2000 Bandung itu memang dirancang hanya untuk

menggunakan elemen bakar jenis tersebut saja.

b. Pengayaan U-235 yang tertinggi adalah 20% dengan fraksi berat

Uranium di dalam setiap elemen bakar berkisar antara 8,5% sampai

20%. Elemen-elemen bakar dengan spesifikasi di atas telah benar-

benar teruji keandalannya selama puluhan tahun.

c. Kelongsong elemen bakar harus terbuat dari baja tahan karat SS-

304 dengan ketebalan minimum 0,508 mm.Hal ini diterapkan dengan

mengingat bahwa analisis yang digunakan dalam penentuan batas-

batas keselamatan didasarkan pada penggunaan SS-304 dengan

spesifikasi tersebut di atas sebagai bahan kelongsong elemen bakar.

4. Penyisipan reaktivitas

Laju penyisipan reaktifitas (baik yang diakibatkan oleh penaikan batang

kendali, pemasukan bahan dapat-belah ke dalam teras reaktor maupun

cara-cara lain) harus dibatasi sedemikian sehingga periode reaktor tidak

melebihi 7 detik. Hal ini untuk menjamin agar kelancaran operasi reaktor

dapat terjaga yakni dengan mencegah pemadaman seketika reaktor akibat

periode reaktor yang terlampau kecil.

Tabel 2 : Batasan Dan Kondisi Operasi Reaktor Kartini

1. Maximum power level : 100 kW2 Minimum period : 7 second3 Maximum % power : 110 %4 Max. Temp. of water tank surface : ≤ 405 Max. Fuel Temp. : 5306 Primary Flow Rate

T inlet HE

Toutlet HE

: 76 GPM

: ≤ 10 upper room

temp.

: ≥ 5 upper room

temp. 7 Secondary Flow Rate

T inlet HE

T outlet HE

: 160 GPM

: ≤ 2 upper room temp

: ≥ 7 upper room temp8 Isotopic Concentration of water tank : < 1 ppm

35

(Si, Mg, Ca, Na) 9 Conductivity of cooling water tank : 0.2 to 0.5 µ ohm010 Resistivity of cooling water tank

- Inlet of Demineralizer

- Outlet of Demineralizer

: > 2 Mohm/cm

: > 6 Mohm/cm11 Max. Permisible Concentration

(MPC) of water tank

: < 5 x 10 -4 µ Ci/cc

12 Radioactivity in reactor hall : < 12 µ Ci/cc 13 Radiation exposure rate :

- Over cooling water tank

- Control room

- Deck reactor

- Demineralizer

- Therma column

- Sub critical assembly

- Bulk shielding

: < 100 mR/hour

: < 2.5 mR/hour

: < 10 mR/hour

: < 25 mR/hour

: < 2.5 mR/hour

: < 10 mR/hour

: < 2.5 mR/hour

Tabel 3 : Jadwal Kalibrasi dan Perawatan Reaktor Kartini

No Component Schedule Measurement1 Environmental monitoring : 1 x / month2 Isotopic investigation of cooling

water tank (Si, Mg, Na, Ca) : 1 x / month3 Fuels visual inspection : 1 x /2 years4 Control rods drop calibration : 1 x / year5 Control rods reactivity calibration : 2 x /year or after

loading/reshuffling 6 Power calibration : 2 x /year or after loading

(reshuffling)7 Resin (demineralizer) treatment : 2 x/2 years or 2400 hours

operation.8 Filter treatment of demineralizer : 2 x/2 years or 2400 hours

operation.9 Treatment of primary system : 1 x/year10 Treatment of secondary system : 1 x/year11 Treatment of bulk shielding : 1 x /2years12 Visual supervising of primary

cooling (Temp. water level, etc.)

: done before/after

operation

13 pH and conductivity measurement : done before/after

operation

36

14 Temp. fuel measurement : every reactor operation15 Temp. measurement of cooling

system

: every reactor operation

16 MPC of cooling water : 1 x/3 months17 Control panel testing : check list before reactor

operation18 Radioactivity measurement of

reactor hall air

: reactor operation and not

operation19 Filter treatment of Ventilation

system (blower)

• Pre filter

• Absolute filter

: 1 x/ 2 years

: 1 x/ 5 years

20 Visual inspection test of reactor

tank condition

: 1 x/ 3 years

21 Ultrasonic test for

thickness/corrosion of reactor tank.

: 1 x/3 years

Gambar 2 :

Reaksi Fisi

37

Gambar 3 : Elemen Bakar Reaktor Triga/Kartini

38

10

,2 c

m3

5,6

cm

Graphite

3,56 cm

Burnable poison

3,7 cm

72,5

cm

SS tubeThickness tube 0,7 mm

Upper top (SS)

Lower top (SS)

Gambar 4 : Teras Reaktor Triga/Kartini

39

9543

IFE

A

CT

B1B6

B5 B2

B4 B3

9987

98839988

9994

9995 9996

IFE

C1C2

C3

C10 C4

C9 C5

C8 C6C7

C11

C12 99779592

9985

9597

9598

9998 9976

99839975

9892

SafetyRod

ShimRod

D18 D1

D17 D2

D16 D3

D15 D4

D14 D5

D13 D6

D12 D7

D11 D8D10 D9

99819979

9877

9879

9997

9982

95939350

9880

9881

9984

9986

9871

9980

9886

93529873 9870

E24E1

E2

E23

E22

E21

E20

E3

E4

E5

E6

E7

E8

E9

E19

E18

E17

E16

E15

E10

E11

E14 E13 E12

Reg.Rod9878

9637

9876

9636

9887

9354

9596

9635

9978

9889

9639

9539

9872

9641

9595

9888 9874 9890

9594

9640

9885

9882

9869

F30F29

F28

F2

F27

F26

F25

F24

F23

F22

F21

F20

F19

F18

F17F16 F15

F14

F13

F12

F11

F10

F9

F8

F7

F6

F5

F4

F3

G 6

9538

G 1247

9891

9353

9537

9536

9535

AmBe

9540

9349

9542

G7

G1

G4

G3

G5

9541

G 2666

G 2812

PN

G 2792G 2821G8

G9

G 2810

G 2799

PN

F19875

Gambar 5 : Tangki Reaktor Kartini

40

379

cm

384 c

m

��

core

923

255

197 aluminum tank

graphite

��

Gambar 6 : Reaktor Kartini dan Fasilitas Penunjang

41

179 254

graphiteRadial beam

Thermal column

Tangential

Core

Thermalizing column

Subcritical

Aluminum coverboral

Irradiation facility

reflector

Reactor

Thermal column

Steel

Aluminum coverlead polyethyle

bora

graphite Radial piercing

Gambar 7 : Tangki Reaktor Triga

42

43

Gambar 8 : Reaktor Triga dan Fasilitas Penunjang

44

Gambar 9 : Tangki Reaktor RSG-GAS

45

Gambar 10 : Tangki Reaktor RSG-GAS dan Fasilitas Penunjang

Gambar 11 : Skema Sistem Pendingin Reaktor Riset

46

FF

P-

DraiV

DF

VDR

R

Filter 1

Vent

Dr

FCV

VD

VD

PD-1

PPD-2

FD

Vent

TT

P-

TTP-

PP-P

T

F

PPP

PPP

PPSPP

S

T

PD

T

PTF

PPMake-up

HE.

Cooli

Cooling tower 1

Secondary

Secondary

Filter 2

Demineralizer

Primary

Primary

Demineralizer

Reflector

Reactor Tank

“Scim

Drain

Drain

Drai

Vent

StraiStrai

CVP

CVP

T TP-

PP-P

VP-

VP-

VP-

VD

VD

FP-

TP-

PPP-

VM

VM

PP-P V

P-

T TS-

TS-

TS-

PS-

PS-

FS-

PS-

FS-

TS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

PPS

Secundary

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

VS-

Secondary Make-up

F

VS-

VS-

VS- Control

Control

Vent

HE Tube

VP-

P

PP

S-4

T

DAFTAR PUSTAKA:

1. El-Wakil, M.M., Nuclear Heat Transport, International Textbook

Company, New York, 1971.

2. El-Wakil, M.M., Nuclear Power Engineering, Mc Graw-Hill Book

Company, Inc., New York, 1962.

3. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Serba Guna GA Swabessy,

P2TRR-BATAN, Revisi 9, 2005.

4. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor Kartini, P3TM-BATAN, Revisi

4, 2005.

5. Laporan Analisis Keselamatan Reaktor TRIGA 2000, PPTkN-BATAN,

Revisi 2, 2000.

47