## PENENTUAN FRAKSI BAKAR PELAT ELEMEN BAKAR UJI DENGAN ORIGEN2

## Kadarusmanto, Purwadi, Endang Susilowati

## ABSTRAK
PENENTUAN FRAKSI BAKAR PELAT ELEMEN BAKAR UJI DENGAN ORIGEN2. Elemen  bakar  merupakan  salah  satu  komponen  penting  teras  reaktor.  Karena  di  dalamnya terkandung produk fisi  yang sangat reaktif. Keberadaan produk fisi ini harus dihitung dengan akurat karena menyangkut keselamatan operasi. Makalah ini menentukan jumlah Uranium-235 yang  telah  terbakar  dengan  menggunakan  ORIGEN2.  Elemen  bakar  yang  ditentukan  fraksi bakarnya  adalah  3  elemen  bakar  uji  dengan  nomer  identifikasi  CBBJ249,  CBBJ250  dan CBBJ251.  Masing-masing  elemen  bakar  uji  diiradiasi  di  dalam  teras  RSG-GAS.  CBBJ249 diiradiasi  di  teras  66  dan  teras  67,  CBBJ  250  diiradiasi  di  teras  66  sampai  dengan  71  dan CBBJ251  di  teras  66  sampai  dengan  teras  69.  Dari  hasil  perhitungan  dengan  paket  program ORIGEN2  diperoleh  bahwa  CBBJ  249  sampai  dengan  CBBJ251  mempunyai  fraksi  bakar 18,41%,  55,61%  dan  36,87%.  Bila  dibandingkan  dengan  LAK  EBU  dan  hasil  pengukuran  γ scanning terdapat perbedaan, semakin tinggi fraksi bakar semakin kecil perbedaannya.
Kata kunci : ORIGEN2 , fraksi bakar, pelat elemen bakar uji

## ABSTRACT
DETERMINATION OF BURN-UP FOR TESTING FUEL PLATE . Nuclear fuel constitute of  one  out  of  several  important  component  of  the  GA  Siwabessy  Reactor.  Due  to  fission product  at  which  is  very  reactive  stay  in  it.  The  availability  of  fission  product  shall  be calculated accurately. This paper is calculated the amount of uranium-235 burned by ORIGEN 2 computer code. The nuclear fuel calculated are three of testing fuels identification number of CBBJ249,  CBBJ250  and  CBBJ251.  Each  of  testing  fuel  has  been  irradiated  inside  the  RSG- GAS, CBBJ249 is irradiated inside core 66 th and 67 th core, CCBBJ251 is irradiated inside the 66 th core to core the 71 th core. Eventually the testing fuel of CBBJ 251 is irradiated inside the 66 th core till to the 69 th core. From the calculation result of ORIGEN2 there are obtained that the CBBJ249 until the CBBJ 251 having burn-up of 18,415; 55,61% AND 36,87%. If compare to  the  measurement  result  of  LAK  EBU  and γ scanning  measurement,  there  were  shown  that testing fuel of highest burn-up has lowest different.
Keyword: ORIGEN2, burn-up. Fuel element plate.

## PENDAHULUAN
Elemen  bakar  merupakan  salah  satu komponen teras yang di dalamnya terkandung produk fisi. Produk fisi merupakan  hasil  reaksi  Uranium  dengan neutron  menghasilkan  produk  fisi,  energi panas  terbangkitkan  dan  neutron  baru. Produk fisi sangat terkait dengan keselamatan operasi  dan  harus  dijaga  agar  tetap  didalam kelongsong elemen bakar. Banyaknya produk
fisi  yang  terbentuk  dapat  dihitung  dengan paket program ORIGEN2. Sejalan dengan program Reduced
Enrichment  for  Research  and  Test  Reactor (RERTR), PRSG bersama-sama Pusat Penelitian  Bahan  Bakar  Nuklir  (PTBBN) telah  melakukan  penelitian  di  bidang  bahan bakar  nuklir  yaitu  dengan  mengiradiasi  tiga pelat elemen bakar uji densitas 4,8 gram/cm 3 , masing-masing  dengan  identitas  CBBJ249, CBBJ250  dan  CBBJ251.  Masing-masing
pelat  elemen  bakar  uji  CBBJ249,  CBBJ250 dan CBBJ251 disisipkan pada posisi alur 3, 7 dan  19  dari  suatu  dummi  elemen  bakar dimana 18 pelat lainnya berupa dummi pelat. Masing-masing  pelat  elemen  bakar  uji mempunyai berat U-235 sebesar 18,36 gram. Pelat  elemen  bakar  uji  CBBJ249  diiradiasi dari  teras  66  sampai  dengan  teras  67,  pelat elemen  bakar  uji  CBBJ250  diiradiasi  mulai teras  66  sampai  dengan  teras  71,  sedangkan pelat  elemen  bakar  uji  CBBJ251  diiradiasi mulai teras 66 sampai dengan teras 69.
Makalah  ini  menghitung  fraksi  bakar elemen bakar uji dengan ORIGEN2.
Perhitungan  fraksi  bakar  dilakukan  ber- dasarkan  manajemen  teras  RSG-GAS [1] , dalam  perhitungan  manajemen  teras,  adanya pelat  elemen  bakar  uji  tidak  diperhitungkan. Untuk  perhitungan  fraksi  bakar  pelat  elemen bakar  uji  dilakukan  dengan  menambahkan berat  pelat  yang  ada  di  teras  dan  berat uranium  elemen  bakar  pada  saat  awal  teras. Perhitungan  daya  yang  dibangkitkan  dari pelat elemen bakar uji dilakukan dengan cara berat U-235 di dalam pelat uji dibagi dengan total  berat  U-235,  seperti  pada  persamaan  di bawah ini.
Daya  yang  dihasilkan  menjadi  salah  satu inputan perhitungan fraksi bakar pelat elemen bakar uji dengan menggunakan ORIGEN2.
PAKET PROGRAM ORIGEN2 [2] Pada
dasarnya
paket
program ORIGEN2  mempunyai  kemampuan  untuk menghitung  pembentukan  dan  penyusutan ( build-up  dan  depletion )  radionuklida  yang berada  di  dalam  teras  reaktor  akibat  adanya reaksi  dengan  neutron  atau  peluruhan  yang diakibatkan  oleh  hasil  reaksi  tersebut. Dengan  menggunakan  berbagai  data  yang terdapat dari fasilitas kepustakaannya ( library )  antara  lain  data  tampang  lintang serapan,  data  tampang  lintang  pembelahan,
data  peluruhan,  tenaga  α.  Β,  γ  maka  paket ORIGEN2  dapat  sekaligus  digunakan  untuk menghitung berbagai keperluan.
Pembentukan  dan  penyusutan  yang terjadi  selama  elemen  bakar  berada  di  dalam reaktor  dihitung  dengan  geometri  titik  dan berlaku  untuk  satu  kelompok  tenaga  neutron thermal.  Bila  satu  material  dimasukkan  ke dalam  medan  neutron  dalam  teras  reaktor, maka  komposisi  nuklida  yang  ada  dalam material tersebut akan berubah sebagai fungsi waktu  akibat  adanya  proses  penyusutan karena  pembelahan,  proses  aktivasi  maupun peluruhan.  Secara  matematis  perubahan  ini dinyatakan  dalam  satu  bentuk  persamaan differensial  non  homogen 0rde pertama  yang memenuhi hubungan sebagai berikut:
dengan :
X i =  konsentrasi nuklida- i l ij =  fraksi  peluruhan  dari  nuklida- j ke nuklida- i
 j =  konstanta peluruhan nuklida- j X j =  konsentrasi nuklida- j =  fluks neutron rerata f ik =  fraksi absorpsi neutron dari nuklida- k yang membentuk nuklida- i  k =  tampang  lintang  absorpsi  mikros- kopis nuklida- k pada neutron rerata …….………. (1)
Berat U-235 1 pelat
Berat Total U-235 pelat + Berat U-235 elemen bakar × Daya Reaktor
P =
. . . . . . . .  (1)

X k =  konsentrasi nuklida- k
 i =  tampang  lintang  absorpsi  mikros- kopis nuklida- i pada neutron rerata
Dari  persamaan  (2)  akan  terdapat  N persamaan  untuk  N  radionuklida  yang ditinjau.  Sistem  persamaan  differensial  di atas  akan  diselesaikan  dengan  menggunakan metoda  matrik  eksponensial  yang  dilakukan dengan komputer.
Dalam menyelesaikan sistem persamaan tersebut  perlu  dilakukan  penyederhanaan koefisien  sistem  persamaan  differensialnya. Secara  teoritis  matematik  tiap  nuklida  yang ditinjau  dapat  dihasilkan  dari  N-1  nuklida dihasilkan  <  12  nuklida  lainnya.  Dengan demikian  kalau  nuklida  yang  ditinjau sebanyak N= 1700, maka bila tidak dilakukan penyederhanaan  ,  koefisien  sistem  persaman differensial tersebut akan memerlukan matriks 1700x1700.
Dengan adanya
penyederhanaan  akan  diperoleh  sebagian
besar  koefisisn  matriks  tersebut  kosong.  Hal ini akan bermanfaat bagi pengurangan jumlah memori yang akan dipakai selama perhitungan penyelesaian persamaan tersebut.
Paket  progam  ORIGEN2  dilengkapi dengan  pangkalan  data  yang  berisi:  seluruh data  peluruhan  radionuklidayang  ditinjau, data  photon,  data  tampang  lintang  serapan, pembelahan, aktivitas dan lain-lain.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  Laporan  Operasi [3] ,  waktu operasi  daya  rendah  jauh  lebih  kecil dibandingkan waktu operasi daya tinggi, oleh karena  itu  waktu  operasi  daya  rendah  dapat diabaikan,  sehingga  diperoleh  waktu  operasi pada  saat  elemen  bakar  uji  berada  di  dalam teras seperti diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel.1 Waktu iradiasi pelat CBBJ di teras RSG-GAS Teras Waktu Operasi (hari) Pelat Keterangan CBBJ249 CBBJ250 CBBJ251 66 43,47 67 44,24 CBBJ249 KE LUAR TERAS 68 43,56 69 43,74 CBBJ251 KELUAR TERAS 70 43.74 71 44,43 CBBJ 250 KELUAR TERAS Untuk  menghitung  daya  yang  dibangkitkan dari  pelat  elemen  bakar  uji  digunakan persamaan  1,  dengan  berat  U-235  EB diperoleh  dari  Laporan  Operasi,  sehingga
diperoleh  daya  terbangkit  seperti  diper- lihatkan pada Tabel 2.
Tabel 2.: Daya yang dibangkitkan dari Pelat Elemen bakar uji
Teras Berat [gram] Daya Terbangkit [MW] U-235 Pelat U-235 EB U-235 dalam Teras 66 55,08 8.643,84 8.698,92 3.16591E-02 67 55,08 8.634,64 8.689,72 3.16926E-02 68 36,72 8.620,91 8.657,63 3.18101E-02 69 36,72 8.608,79 8.645,51 3.18547E-02 70 18,36 8.587,13 8.605,49 3.20028E-02 71 18,36 8.543,43 8.561,79 3.21662E-02 Untuk  menghitung  fraksi  bakar  pelat elemen bakar uji dengan ORIGEN2 dilakukan dengan memasukkan berat uranium  dalam  pelat,  waktu  iradiasi  (waktu operasi  teras)  pelat  (Tabel  1)  dan  daya terbangkit  dari  pelat  elemen  bakar  uji  (Tabel 2), sehingga diperoleh pelat elemen bakar uji CBBJ 249, CBBJ251 dan CBBJ250 mempunyai  fraksi  bakar  masing-masing 18,41  %,  55,61  %  dan  36,87  %,  sedangkan Mengacu LAK Insersi EBU Silisida Densitas 4,8 dan 5,2 g U/cm 3 di Teras RSG-GAS Rev. 3 [4] ,  berdasarkan  hasil  perhitungan  dengan
menggunakan  Paket  Program  Batan-EQUIL- 2D,  pelat  elemen  bakar  uji  CBBJ  249, CBBJ251  dan  CBBJ250  mempunyai  fraksi bakar  masing-masing  20,13  %,  54,79  %  dan 38,73  %.  Sedangkan  dari  hasil  pengukuran  Scanning [5] yang  dilakukan  oleh  PTBBN diperoleh fraksi bakar pelat elemen bakar  uji CBBJ  249,  CBBJ251  dan  CBBJ250  masing- masing  24,81123  %,  55,87081  %  dan 39,42216, seperti diperlihatkan pada Tabel 3.
Tabel 4. Perbandingan Fraksi Bakar Hasil ORIGEN2 dengan
LAK (Batan-EQUIL-2D) dan Pengukuran dengan  Scanning
Pelat Elemen Bakar Uji Fraksi Bakar [%] ORIGEN2 LAK (Batan-EQUIL-2D) Pengukuran dengan  Scanning CBBJ249 18,41 20,13 24,81123 CBBJ250 55,16 54,79 55,87081 CBBJ251 36,71 38,73 39,42216 Dari  Tabel  4,  bila  hasil  perhitungan ORIGEN2 dibandingkan dengan LAK (Batan-EQUIL-2D)  dan  hasil  pengukuran dengan  scanning yang  dilakukan  oleh
PTBBN terdapat perbedaan, perbedaan tersebut  dapat  disebabkan  Library  dalam ORIGEN2  tidak  persis  sama  dengan  kondisi reaktor  RSG-GAS,  library  ORIGEN2  untuk
kondisi thermal sedangkan reaktor RSG-GAS beroperasi  pada  suhu  kurang  lebih  40  C, semakin tinggi fraksi bakar semakin semakin kecil perbedaannya.

## KESIMPULAN
Paket  Program  Komputer  ORIGEN2 dapat  digunakan  untuk  menghitung  fraksi bakar  Pelat  Elemen  Bakar  Uji,  dari  hasil perhitungan  diperoleh  fraksi  bakar  pelat elemen  bakar  uji  CBBJ249  :  18,41  %,  pelat CBBJ250  :  55,16  %  dan  pelat  CBBJ251  : 36,71 %

## DAFTAR PUSTAKA
1. PRSG ,  “Laporan  Analisis  Keselamatan RSG-GAS Rev. 10.1”, 2011.
2. KADARUSMANTO  DKK , “Pemanfaat- an Paket Program ORIGEN2”, 1990.
3. PRSG , “Laporan Operasi Reaktor”, Teras 66; 67; 68; 69; 70 dan 71
4. PTBBN ,  “Laporan  Analisis  Keselamatan Insersi EBU Silisida Densitas 4,8 dan 5,2 g  U/cm 3 di  Teras  RSG-GAS  Rev.  3”,
2008
5. PTBBN , “Gamma Scanning Bahan Bakar U 3 Si 2 /Al  Tingkat  Muat  Uranium  4,8 g/cm 3 Pasca Iradiasi”