RSG-GAS Pada Kondisi Hot Full Power (HFP)
http://jurnal.batan.go.id/idex/php/bprn
(Jonny HP, dkk)

## ANALISIS KOEFISIEN REAKTIVITAS TERAS RSG-GAS PADA KONDISI
HOT FULL POWER (HFP)

## THE ANALYSIS OF THE RSG-GAS CORE REACTIVITY COEFFICIENT AT HOT FULL POWER CONDITIONS
Jonny Haratua Panggabean 1) , Santo Paulus Rajagukguk 1) and Tukiran Surbakti 2)
1) Jurusan Fisika  FMIPA Universitas Negeri Medan
E-mail: santopaulusrajagukguk98@gmail.com
2) Pusat Teknologi dan Keselamatan Reaktor Nuklir-BATAN Kawasan Puspiptek Gd 80 Tangsel, Banten.
Diterima: 21 Februari 2022, diperbaiki : 5 April 2022, disetujui : 22 April 2022

## ABSTRAK
ANALISIS KOEFISIEN REAKTIVITAS TERAS RSG-GAS PADA KONDISI HOT FULL POWER (HFP). Analisis  koefisien  reaktivitas  teras  RSG-GAS  pada  kondisi Hot  Full  Power (HFP)  telah dilakukan  karena  sangat  berhubungan  dengan  keselamatan  operasi.  Perhitungan  parameter  ini belum  pernah  dilakukan,  saat  ini  dilakukan  dengan  menggunakan  dengan  program  komputer WIMSD-5B dan Batan-2DIFF. Program WIMSD-5B menggunakan data nuklir ENDFB-VIII.0 dengan muatan 250 gram digunakan untuk menggenerasi tampang lintang makroskopik material teras dan program  Batan-2DIFF  digunakan  untuk  perhitungan  teras.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  besaran  parameter  neutronik  koefisien  reaktivitas  pada  teras  RSG-GAS  dengan kondisi hot full power . Hasil perhitungan koefisien reaktivitas temperatur moderator dan temperatur bahan bakar pada kondisi HFP adalah negatif dan nilainya tidak sama untuk setiap temperatur. Dari hasil  perhitungan  dapat  disimpulkan  bahwa  teras  reaktor  bersifat undermoderated dan  sesuai dengan harapan.
Kata kunci : koefisien reaktivitas, teras RSG-GAS, WIMSD-5B,  BATAN-2DIFF, hot full power

## ABSTRACT
THE  ANALYSIS  OF  THE  RSG-GAS  CORE  REACTIVITY  COEFFICIENT  AT  HOT  FULL POWER CONDITIONS. The analysis of the reactivity coefficient of the RSG-GAS core under Hot Full Power (HFP) conditions has been carried out because it is closely related to operating safety. This parameter calculation has never been done, currently it is done using the WIMSD-5B and Batan-2DIFF  computer  codes.  The  WIMSD-5B  code  using  nuclear  data  ENDFB-VIII.0  with  a loading mass of 250 grams is used to generate macroscopic cross-sections of core material and the Batan-2DIFF code is used for core calculations. The purpose of this study was to determine the value of the neutronic parameter of the reactivity coefficient at the RSG-GAS core with hot full power conditions. The results of the calculation of the reactivity coefficient of moderator and fuel temperatures at HFP conditions are negative and the value is not the same for each temperature. From the calculation results it can be concluded that the reactor core is undermoderated and in line with expectations.
Keywords : Reactivity coefficient, RSG-GAS core, WIMSD-5B, Batan-2DIFF, hot full power
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.1, April 2022:hal. 43-54

## PENDAHULUAN
alam  menentukan  parameter neutronik  terutama  koefisien reaktivitas  teras  perlu  dilakuan  secara eksperimen  dan  perhitungan  dengan menggunakan  program  komputer  yang sudah  lazim  digunakan  di  PRSG  (Pusat
Reaktor Serba
Guna)
Serpong, Tangerang  Selatan,  Banten.  Banyak sekali  parameter  neutronik  yang  harus diperoleh untuk membuktikan bahwa nilai eksperimen sesuai dengan hasil perhitungan.  Namun  dalam  kesempatan ini ditentukan parameter koefisien reaktivitas  temperatur  moderator  dan bahan bakar pada kondisi Hot Full Power (HFP) teras reaktor RSG-GAS. Selama ini penentuan perameter koefisien reaktivitas dilakukan  pada  kondisi Low  Power . Koefisien reaktivitas merupakan parameter yang sangat berhubungan erat dengan  keselamatan  operasi  reaktor sehingga perlu ditentukan  secara akurat. Koefisien  reaktivitas  ini  juga  ada  pada saat  reaktor  dioperasikan  pada  daya rendah  maupun  dioperasikan  pada  daya tinggi.  Beberapa  peneliti  di  PRSG  telah melakukan penelitian dan telah membuktikan  bahwa  nilai  parameter koefisien  reaktivitas  pada low  power adalah  negatif  sehingga  sesuai  dengan desain reaktor namun untuk hot full power juga perlu dibuktikan secara perhitungan. Parameter koefisien reaktivitas moderator dan  bahan  bakar  juga  merupakan parameter yang menunjukkan karakteristik teras reaktor RSG-GAS [1]. Reaktor  dapat  beroperasi  dengan  aman sesuai  dengan  desainnya,  maka  salah satu syaratnya adalah parameter neutronik  teras  tidak  boleh  melebihi  nilai batasan maksimum yang telah ditetapkan dalam  desain.  Teras  TWC  ( Typikal Working  Core )  adalah  teras  kerja  yang mempunyai  parameter  neutronik  yang tidak  berubah  secara  signifikan.  Namun parameter  neutronik  koefisien  reaktivitas
teras reaktor RSG-GAS pada kondisi High Power belum  pernah  ditentukan.  Hal  ini dilakukan untuk menambahkan
parameter  neutronik  di  dalam  dokumen SAR  ( Safety  Analysis  Report ).  Dokumen ini  merupakan  dokumen  hidup  yang setiap saat bisa direvisi atau ditambahkan parameter neutronik yang sudah diperoleh dengan hasil eksperimen
maupun perhitungan. Dokumen ini
dibutuhkan saat perpanjangan izin operasi  ke  Bapeten  sebagai  Badan
Pengawas Tenaga Nuklir Nasional [2].
Dalam  penelitian  ini  akan  dilakukan perhitungan parameter neutronik koefisien reaktiviras moderator dan bahan bakar  pada  teras  teras  RSG-GAS  pada kondisi daya tinggi ( high power ). Perhitungan  dilakukan  pada  Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) pada teras TWC yang terdiri dari 40 bahan bakar  silisida  (U 3 Si 2 Al)  dengan  densitas uranium sebesar 2,96 g/cm 3 dan 8 batang kendali serta 8 absorber yang terbuat dari AgInCd. Program WIMSD-5B terdapat 69 kelompok  energi  neutron  yang  saat  ini telah  digunakan  di  Pusat  Teknologi  dan Keselamatan  Reaktor  Nuklir  (PTKRN) dan sudah memiliki nilai tampang lintang makroskopik elemen bahan bakar uranium silisida [3].
Teras  RSG-GAS  didesain  menggunakan teras  transisi  I  sampai  VI,  Teras  VI merupakan  teras  penuh  atau  TWC ( Typical Working Core ). Pada setiap teras transisi  dilakukan  perhitungan  maupun eksperimen  untuk  memperoleh  besaran parameter
neutronik yang akan memberikan informasi sebagai karakteristik  teras  menuju  teras  penuh dan  reaktor  dapat  dioperasikan  secara aman. Teras transisi I RSG-GAS mempunyai  dimensi  yang  paling  kecil yaitu  12  buah  elemen  bahan  bakar standar  (EB)  dan  6  buah  elemen  bakar kendali  (EK),  yang  disusun  oleh  bahan bakar  segar  sedangkan  teras  setimbang disusun  oleh  bahan  bakar  dengan  fraksi
D
RSG-GAS Pada Kondisi Hot Full Power (HFP)
http://jurnal.batan.go.id/idex/php/bprn
(Jonny HP, dkk)
bakar  rerata  teras  pada  awal  siklus sebesar 23,8% untuk pola pergantian 6/1 [4].
Penelitian  ini  diharapkan  mampu  untuk menyediakan  data  neutronik  reaktor RSG-GAS menggunakan
program WIMSD-5B  dan  program  komputer  difusi neutron 2-dimensi BATAN-2DIFF dengan data nuklir ENDF-BVIII.0[5]. Tujuan penelitian ini adalah menentukan besaran parameter  neutronik  koefisien  reaktivitas
temperatur  moderator  dan  bahan  bakar teras TWC RSG-GAS pada kondisi daya tinggi.  Perhitungan  parameter  neutronik koefisien reaktivitas teras TWC RSG-GAS dilakukan  dengan  program  WIMSD-5B dan  difusi  neutron  2-dimensi  BATAN- 2DIFF. Objek  perhitungan  adalah  teras TWC RSG-GAS dan elemen bahan bakar silisida (U 3 Si 2 /Al) dengan densitas uranium sebesar 2,96 g/cm 3 dan pengkayaan 19,75%[6].

## METODOLOGI
Dalam melakukan penelitian, penulis memiliki  beberapa  batasan  yaitu  dalam hal parameter yang ditentukan. Parameter  neutronik  koefisien  reaktivitas temperatur  moderator  teras  TWC  RSG- GAS  pada  daya  tinggi  yang  dimaksud adalah berapa besar perubahan reaktivitas teras dengan terjadinya kenaikan  temperatur  pada  moderator. Parameter  neutronik  koefisien  reaktivitas temperatur  bahan  bakar  adalah  berapa besar perubahan reaktivitas teras dengan kenaikan temperatur bahan bakar.
Untuk  analisis  perhitungan  yang akan  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah program WIMSD-5B dengan data nuklir ENDF-BVIII.0 dan difusi neutron 2- dimensi BATAN-2DIFF. Sebelum dilakukan  perhitungan,  maka  terlebih dahulu  disiapkan  konstanta  makroskopik material  bahan  bakar  sebagai  fungsi temperatur    dengan  paket  program WIMSD-5B, paket program ini
menyiapkan konstanta kelompok dalam 4 kelompok  tenaga  neutron.  Hal  ini  dibuat agar dapat dilakukan perhitungan kesetimbangan  reaktivitas  teras  RSG- GAS. Sedangkan untuk perhitungan teras dilakukan dengan paket program manajemen teras BATAN-2DIFF, metode yang digunakan dalam paket program ini adalah  metode  difusi  neutron  banyak kelompok  dengan  geometri  dua  dimensi (X-Y).
Sebelum dilakukan perhitungan teras  reaktor,  maka  terlebih  dahulu disiapkan  konstanta  kelompok  difusi dengan  paket  program  WIMSD-5B  dan Program difusi neutron 2-dimensi BATAN- 2DIFF  digunakan  untuk  menghitung distribusi  fluks  neutron  regular  maupun adjoin t.  Paket  program  WIMSD-5B  ini menyiapkan  konstanta  kelompok  difusi neutron  dalam  4  kelompok  tenaga neutron.  Syarat  batas  yang  digunakan adalah  10  MeV;  0,831  MeV;  5,531  keV dan  0,625  eV[7].  Disamping  sebagai fungsi energi neutron, konstanta kelompok difusi yang dibangkitkan dinyatakan  dalam  fungsi  jenis  elemen bahan  bakar,  berat  uranium,  fungsi kondisi  reaktor  (panas,  dingin,  xenon setimbang, dan tanpa xenon) dan massa 235 U  (densitas  2,96  gram/cc).  Hal  ini dibuat  agar  dapat  dilakukan  perhitungan parameter  neutronik  teras  TWC  RSG- GAS.  Gambar  1.  menunjukkan  bahan bakar teras RSG-GAS
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.1, April 2022:hal. 43-54
Gambar 1. Elemen bakar standard teras RSG-GAS [8,9]
Paket  program  perhitungan  sel  ( cell atau lattice ) menetukan fluks neutron dan faktor perlipatan tak hingga dari sel bahan bakar.    Diperlukan  masukan  tampang lintang neutron beberapa nuklida, deskripsi geometri sel dan menyelesaikan persamaan transport neutron untuk seluruh  daerah  sel.    Sel  yang  digunakan berupa unit sel dan paket perhitungan sel memasukkan persamaan transport neutron  untuk  mendapatkan  distribusi fluks  neutron  dan  faktor  perlipatan  tak hingga  (k-inf)  dalam  kelompok  tenaga neutron  dan  fungsi  ruang.    Dalam  studi saat  ini,  unit  sel  yang  ditangani  oleh WIMSD  secara  mendasar  terdiri  dari  4 daerah yaitu bahan bakar (1), kelongsong (2),  pendingin  (3)  dan  ekstra  region  (4) [10,11]  yang  direpresentasikan  dalam geometri  pelat    disebut  dengan slab . Gambar  2  mengilustrasikan  elemen kendali standar teras RSG-GAS. Tabel 1. Data nuklir perangkat bahan bakar Teras RSG-GAS.  Parameter  integral  yang dihitung  adalah  faktor  multiplikasi  tak terhingga  (k-inf),  komposisi  isoptop  dan tampang  lintang  makroskopik  seperti koefisien difusi, tampang lintang absorpsi, tampang  lintang removal ,  nu-fisi    untuk
kelompok  energi  69  [12]  yang  dihitung dengan energi termal 0,625 eV.
Komposisi  dan  radius  yang  mewakili  sel didefenisikan  dalam  data  material  dan spektrum  yang  disesuaikan  dengan  ke- empat daerah tersebut dan hal  ini sudah dilakukan oleh paket program WIMSD-5B. Jika  tidak  ingin  materialnya  dibobot  oleh spektrum  yang  ada,  maka  diberi  tanda negatif  agar  terjadi  pengabaian.    Hal  ini terutama perlu dilakukan jika menghadapi sel berpenyerap kuat. Dengan menggunakan  bentuk  spektrum  tersebut dilakukan  perhitungan  sel.    Konsep  ini mengindikasikan  paket  program  WIMSD memakai  trik  untuk  mendapatkan  hasil yang akurat.
Untuk memprediksi komposisi isotop dalam bahan bakar dan juga  mempelajari  perubahan  reaktivitas karena  fraksi  bakar  dan cooling  time setelah diiradiasi.
Gambar 2 . Elemen kendali standard teras RSG-GAS [13,14]
Perubahan  reaktivitas  terjadi  akibat fraksi  bakar  meningkat  di  dalam  teras karena  bahan  bakar  diiradiasi,  faktor meningkatnya perubahan reaktivitas juga dipengaruhi oleh material disekitar bahan
RSG-GAS Pada Kondisi Hot Full Power (HFP)
http://jurnal.batan.go.id/idex/php/bprn
(Jonny HP, dkk)
bakar dan di fasilitas iradiasi serta kondisi temperatur  disetiap  material  terutama bahan  bakar  dan  moderator  pada  teras RSG-GAS.
Perhitungan dilakukan
dengan  menggunakan  program  WIMSD-
5B  dengan  nuklir  data  file  ENDFBVIII.0. Hasil  perhitungan  akan  dibandingkan dengan referensi [15,16].
Tabel 1. Data nuklir bahan bakar teras RSG-GAS[17]
Parameter Karakteristik Tipe Reaktor Tipe kolam Tipe elemen bakar Oksida   pengkayaan rendah Sistem pendinginan Konveksi paksa Moderator/pendingin H 2 O Reflektor Be dan H 2 O Daya nominal (MW) 30 Jumlah elemen bakar standar 40 Jumlah elemen bakar kendali 8 Jumlah penyerap tipe garpu (pasang) 8 Panjang siklus pada daya nominal (hari) 25 Fraksi bakar rerata awal siklus (%hilangnya U 235 ) 23,3 Fraksi bakar rerata akhir siklus (%hilangnya U 235 ) 31,3 Dimensi elemen bakar/kendali (mm) 77,1 x 81 x 600 Ketebalan pelat bakar (mm) 1,3 Lebar kanal pendingin (mm) 2,55 Jumlah pelat per elemen bakar 21 Jumlah pelat per elemen kendali 15 Material kelongsong bahan bakar AlMg 2 Ketebalan kelongsong bahan bakar (mm) 0,38 Dimensi Fuel Meat (mm) 0,54 x 62,75 x 600 Material Fuel Meat U 3 O 8 Al Pengkayaan U 235 (w/o) 19,75 Densitas Uranium dalam meat (mm) 2,96 Muatan U 235 per elemen bakar (g) 250 Muatan U 235 per elemen kendali (g) 178,6 Material penyerap Ag-In-Cd Ketebalan bahan penyerap (mm) 3,38 Material kelongsong penyerap (mm) SS-321 Ketebalan kelongsong penyerap (mm) 0,85
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.1, April 2022:hal. 43-54

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1.  Perhitungan WIMSD-5B
Perhitungan  sel  koefisien  reaktivitas temperatur  moderator  teras  RSG-GAS dilakukan  dengan  program  WIMSD, hasilnya  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Dari hasil  perhitungan  dapat  dilihat  bahwa koefisien reaktivitas temperatur moderator terjadi akibat kenaikkan temperatur  moderator  pada  kenaikkan daya reaktor. Pada kenyataannya temperatur moderator tidak sama disetiap titik moderator namun dalam hal perhitungan disederhanakan dengan menyamakan  seluruh  titik  moderator. Sehingga  untuk  menentukan  satu  nilai temperatur moderator dinaikkan suhunya dari (20-100) o C, namun yang ditampilkan hanya  suhu  20 o C  dan  40 o C  saja  untuk membuktikan bahwa nilai koefisien reaktivitas  di  sel  bahan  bakar  adalah negatif.  Pada  referensi  [18]  menjelaskan hasil  pengukuran  koefisien  reaktivitas temperatur moderator teras silisida RSG- GAS  250  gram  bahwa  suhu  yang digunakan dari 24.8-40.2 o C menunjukkan hasil  perubahan  reaktivitas  yang  negatif. Kenaikkan  temperatur  moderator  juga tidak  sama  pada  selang  waktu  yang sama, sehingga menyebabkan perubahan  reaktivitas  juga  tidak  sama. Untuk menentukan nilai koefisien reaktivitas  temperatur  moderator  ada beberapa  cara,  salah  satunya  nilai koefisien reaktivitas temperatur moderator disetiap level burn up ditentukan  pada  kondisi  HFP.    Hal  ini dapat ditunjukkan pada hasil perhitungan sel koefisien reaktivitas temperatur moderator teras RSG-GAS pada Tabel 2. Dari  tabel  tersebut  dapat  dilihat  bahwa nilai  koefisien  reaktivitas  temperatur moderator  pada  setiap  level burn  up adalah  negatif  dan  nilainya  sangat bervariasi. Dengan
berubahnya temperatur  moderator  akan  merubah densitas moderator dan temperatur
neutron sehingga menghasilkan harga k inf adalah sbb, a. ε , η dan p tidak berubah b.  Harga  f  dapat  dinyatakan  sebagai berikut,
Pada reaktor homogen f tidak tergantung pada temperatur moderator. Pada reaktor heterogen  dengan  naiknya  temperatur moderator akan menurunkan harga faktor kerugian  termal  ( thermal  disadvantage factor )  ( φ m / φ u )  oleh karena  penurunan tampang lintang absorbsi uranium. Konsekuensinya  harga  f  dan  K inf akan naik  demikian  juga  dengan  reaktivitas. Pada Tabel 3 diperoleh hasil perhitungan sel koefisien reaktivitas temparatur bahan bakar pada kondisi HFP. Pada perhitungan sel bahan bakar
temperaturnya  dihitung  mulai  dari  20- 200 o C  namun  ditampilkan  dalam  skripsi ini hanya suhu 20 o C dan 40 o C saja untuk membuktikan nilainya negatif. Nilai koefisien  reaktivitas nilainya  negatif disetiap level burn up dan nilainya sangat bervariasi.  Perubahan  temperatur  bahan bakar  akan  mempengaruhi  parameter- parameter berikut ini :
a. kemungkinan  lolos  resonansi  (p) pada  rumus  k inf (karena  pelebaran resonansi 238 U)  akan  menurun  dengan naiknya  temperatur  bahan  bakar.  Oleh karena  k inf turun  maka  konsekuensinya reaktivitasnya akan turun.
b. Seperti  yang  telah  disebutkan  di atas,  naiknya  temperatur  bahan  bakar akan  memperluas  ukuran  teras  reaktor sehingga menurunkan buckling (B 2 ) yang artinya  menurunkan  harga  reaktivitas. Walaupun demikian efek ini kurang berarti dibandingkan  faktor  probabilitas  lolos resonansi.
RSG-GAS Pada Kondisi Hot Full Power (HFP)
http://jurnal.batan.go.id/idex/php/bprn
(Jonny HP, dkk)
Tabel 2. Hasil perhitungan sel koefisien reaktivitas temperatur moderator
Burn up (%) k-inf Reaktivitas (ρ 1 ) k-inf Reaktivitas (ρ 2 ) Δρ (ρ 2 - ρ 1 ) α m (pcm/ o C) Temperatur 20 o C Temperatur 40 o C 0 1,598933 37,46 1,598620 37,45 -0,01 - 0,50 0,1 1,598173 37,43 1,597859 37,42 -0,01 - 0,50 0,6 1,594981 37,30 1,594669 37,29 -0,01 - 0,50 5,0 1,576225 36,56 1,575902 36,54 -0,02 -1,00 11,0 1,551810 35,56 1,551449 35,54 -0,02 -1,00 17,0 1,525875 34,46 1,525471 34,45 -0,02 -1,00 23,0 1,497528 33,22 1,497077 33,20 -0,02 -1,00 29,0 1.466651 31,81 1,466156 31,79 -0,02 -1,00 35,0 1,432489 30,19 1,431955 30,17 -0,02 -1,00 41,0 1,394254 28,28 1,393688 28,25 -0,03 -1,50 47,0 1,352047 26,04 1,351462 26,01 -0,03 -1,50 53,0 1,304277 23,33 1,303687 23,29 -0,04 -2,00 60,0 1,240108 19,36 1,239532 19,32 -0,04 -2,00 68,0 1,150801 13,10 1,150295 13,07 -0,03 -1,50 75,0 1,053162 5,05 1,052797 5,01 -0.04 -2,00 82,0 0,926876 -7,89 0,926774 -7,90 -0,01 -0,50 90,0 0,724577 -38,01 0,725066 -37,92 -0,09 -4,50
Secara numerik analisis dari faktor-faktor yang  telah  dibahas  di  atas  menunjukkan bahwa  efek  total  adalah  menurunkan reaktivitas  dengan  naiknya  temperatur moderator  atau  bahan  bakar  sehingga koefisien  reaktivitas  temperatur  biasanya negatif.  Walaupun  demikian,  air  sebagai
moderator  teras  pada  rasio  moderator dan  bahan  bakar  yang  khusus  dapat bernilai  positif  pada range temperatur operasi tertentu.
Tabel 3. Hasil perhitungan sel koefisien reaktivitas temperatur bahan bakar
Burn up (%) k-inf Reaktivitas (ρ 1 ) k-inf Reaktivitas (ρ 2 ) Δρ = (ρ 2 - ρ 1 ) α f (pcm/ o C)
Temperatur 20 o C Temperatur 40 o C 0 1,599540 37,48 1,598620 37,45 -0,03 -1,50 0,1 1,598779 37,45 1,597859 37,42 -0,03 -1,50 0,6 1,595587 37,33 1,594669 37,29 -0,04 -2,00 5,0 1,576810 35,80 1,575902 36,54 -0,06 -3,00 11,0 1,552342 35,58 1,551449 35,54 -0.04 -2,00 17,0 1,526349 34,48 1,525471 34,45 -0,03 -1,50 23,0 1,497939 33,24 1,497077 33,20 -0,06 -3,00 29,0 1,467006 31,83 1,466156 31,79 -0,06 -3,00 35,0 1,432793 30,21 1,431955 30,17 -0,04 -2,00 41,0 1,394507 28,29 1,393688 28,25 -0,04 -2,00 47,0 1,352259 26,05 1,351462 26,01 -0,04 -2,00
53,0 1,304462 23,34 1,303687 23,29 -0,05 -2.50 60,0 1,240278 19,37 1,239532 19,32 -0,05 -2,50 68,0 1,150997 13,12 1,150295 13,07 -0,05 -2,50 75,0 1,053445 5,07 1,052797 5,01 -0,06 -3,00 82,0 0,9273512 -7,83 0,9267744 -7,90 -0,07 -3,50 90,0 0,7255175 -37,83 0,7250663 -37,92 -0,09 -4,50

## 2.     Hasil Perhitungan Teras
Hasil  perhitungan  parameter  teras setimbang  reaktor  RSG-GAS  diketahui bahwa  margin  padam  minimum  atau reaktivitas padam serta kondisi stuck rod sudah dipenuhi yang merupakan persyaratan  mutlak  untuk    operasi  teras setimbang  dalam  satu  siklus.  Hasil perhitungan
hanya
mencantumkan perhitungan koefisien reaktivitas temperatur  bahan  bakar  dan  moderator saja.  Jika  pada  bahan  bakar  terjadi kenaikkan  temperatur  maka  tampang lintang resonance  capture puncak  akan turun  pada 238 U    atau  terjadi resonance broadening akan menyebabkan
kehilangan  neutron  pada  penyerapan energi  resonan  pada 238 U  akan  naik sehingga mengakibatkan spektrum neutron akan berubah ke arah keras dan keff turun ( energi resonan 7eV – 200 eV). Rasio  [σf/σa]f  akan  berubah  besarnya tergantung  bahan  bakarnya  baru  atau equilibrium.  Untuk  bahan  bakar  baru rasionya  turun  sedangkan  jika  bahan
bakar yang mempunyai fraksi bakar maka terdapat plutonium di dalam bahan bakar sehingga rasionya naik. Dengan kata lain, jika temperatur sistem naik energi neutron naik sehingga rasio tampang lintang turun sering  disebut  dengan  peristiwa Hot Neutron Effect . Hal ini akan menyebabkan pada 235 U  tampang  lintang  fisinya  turun menghasilkan  nilai  k eff turun  tetapi  nilai tampang  lintang  fisi  untuk 239 Pu  naik sehingga  k eff naik.  Kombinasi  keduanya akan menghasilkan lebih besar pengaruh yang  pertama  dari  yang  kedua  sehingga menyebabkan reaktivitas turun dan koefisien reaktivitas bahan bakar negatif. Namun pada teras setimbang ( equilibrium core ) jika fraksi bakar terlalu besar dapat menyebabkan  nilai  koefisien  reaktivitas bahan  bakar  justru  positif.  Hal  ini  tidak diminati oleh desainer teras reaktor riset. Koefisien reaktivitas bahan bakar bersifat prompt (<1sekon) sehingga keselamatannya  terhadap  bahan  bakar signifikan sering disebut dengan inherent safety .
Tabel 4. Koefisien reaktivitas  temperatur bahan bakar teras RSG-GAS kondisi HFP Temperatur
( o C) k-eff Reaktivitas (ρ) (Δk/k) α f =Δρ/ΔT (Δk/k / o c) α f (pcm/ o c) 20 1,04719 4,51 x10 -2 0 0 40 1,04671 4,46 x10 -2 -2,5x10 -5 -2,5 75 1,04591 4,39 x10 -2 -2,0x10 -5 -2,0 100 1,04537 4,34 x10 -2 -2,0x10 -5 -2,0 150 1,04433 4,24 x10 -2 -2,0x10 -5 -2,0 200 1,04336 4,16 x10 -2 -1,6x10 -5 -1,6
RSG-GAS Pada Kondisi Hot Full Power (HFP)
http://jurnal.batan.go.id/idex/php/bprn
(Jonny HP, dkk)
Tabel  4  menunjukkan    nilai  koefisien reaktivitas umpan balik temperatur bahan bakar  untuk  teras  setimbang  RSG-GAS muatan  250  gram  dengan  densitas  2,96 g/cc. Perubahan reaktivitas akibat kenaikkan  temperatur  bahan  bakar  yang divariasikan  dari  suhu  (20 –  200) o C kemudian dirata-ratakan. Sehingga
diperoleh nilai koefisien reaktivitas temperatur  bahan  bakar  seperti  Tabel  4. Semakin  naik  temperatur  bahan  bakar semakin  cepat  diserap  oleh  material bahan bakar uranium namun tidak terjadi fisi atau reaksi pembelahan inti maka nilai koefisien reaktivitasnya semakin besar.
Efek  Doppler  juga  berpengaruh  dengan perubahan  massa  yang  terjadi  di  dalam teras sehingga
menyumbangkan reaktivitas negatif. Sebagai referensi hasil perhitungan    dengan  program  komputer yang  sama  pada  teras  RSG-GAS berbahan bakar uranium silisida densitas 2,96  g/cm 3 pengkayaan  rendah  pada kondisi cold zero power adalah adalah  - 1,65x10 -3 %Δk/k o C  atau  -1,65  pcm/ o C. Koefisien  reaktivitas  bahan  bakar  ini merupakan umpan balik yang bermanfaat untuk    operasi  reaktor  sehingga    lebih aman jika nilainya negatif.
Gambar 3 . Nilai k eff fungsi temperatur bahan bakar teras RSG-GAS
Gambar 3. menunjukkan nilai k eff dengan berubahnya  temperatur  bahan  bakar bahwa  nilai  k eff turun  dengan  naiknya temperatur  bahan  bakar  untuk  kondisi HFP  ( hot  full  power ).  Sehingga  nilai koefisien reaktivitas umpan balik sebagai fungsi  temperatur  untuk  teras  setimbang RSG-GAS  dengan  densitas  2,96  g/cm 3 adalah  negatif.  Perubahan  reaktivitas akibat temperatur bahan bakar memberikan pengaruh yang besar dibanding pengaruh kerapatan moderator dan temperatur bahan bakar dan sifatnya spontan ( prompt reactivity feedback ).
Tabel 5. menunjukkan bahwa perubahan  reaktivitas  akibat  kenaikkan temperatur moderator untuk teras setimbang RSG-GAS dengan muatan 250 gram. Perubahan reaktivitas akibat kenaikkan  temperatur  moderator  yang divariasikan  dari  (20 –  100) o C  kemudian dirata-ratakan. Semakin tinggi temperatur moderator nilai koefisien reaktivitas moderatornya  semakin  besar.  Hal  ini disebabkan oleh karena terjadinya perubahan  temperatur  moderator,  tanpa perubahan  kerapatan,  mengakibatkan bertambahnya  serapan  resonansi  dan
1.04300 1.04350 1.04400 1.04450 1.04500 1.04550 1.04600 1.04650 1.04700 1.04750 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 K -E FF TEMPERATUR BAHAN BAKAR ( O C)
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.1, April 2022:hal. 43-54
tangkapan-pembelahan ( η). Bertambahnya serapan resonansi membuat  nilai  k eff berkurang  sedangkan parameter tangkapan pembelahan membuat
nilai
k eff bertambah.
Penambahan  ini  lebih  besar  dibanding muatan  bahan  bakar  yang  kecil.  Secara total  yang  dapat  dirasakan  teras  reaktor
bahwa  dengan  bertambahnya  jumlah atom 238 U  akan  menyebabkan  naiknya nilai  reaktivitas  teras.  Hal  ini  terlihat dengan  nilai  koefisien  reaktivitas  yang negatif di dalam Tabel 5.
Tabel 5. Koefisien reaktivitas moderator teras RSG-GAS kondisi HFP
Temperatur ( o C) k-eff Reaktivitas (ρ) α f =Δρ/ΔT ((Δk/k/ o c) α f (pcm/ o c) 20 1,04832 4,61 x10 -2 0 -7,25 (rerata) 40 1,04671 4,46 x10 -2 -7,5x10 -5 60 1,04516 4,32 x10 -2 -7,0x10 -5 80 1,04365 4,18 x10 -2 -7,0x10 -5 100 1,04204 4,03 x10 -2 -7,5x10 -5
Jika  temperatur  moderator  naik  akan menurunkan  tampang  lintang  absorbsi uranium sehingga menurunkan nilai faktor kerugian  termal  ( thermal  disadvantage factor =  φm/φu)  nilai  k eff naik  maka  nilai reaktivitas akan naik. Nilai yang diperoleh dari hasil perhitungan Batan-2DIFF untuk teras  RSG-GAS  sangat  bersesuaian dengan  hasil  yang  diharapkan.  Jika dibandingkan  dengan  referensi  hasil perhitungan  dengan  program  komputer
yang  sama  pada  teras  RSG-GAS berbahan bakar uranium silisida densitas 2,96  g/cm 3 adalah  -7,70  x  10 -3 % Δk/k o C atau  -7,70  pcm/ o C.  Hasilnya  berbeda karena  kondisi  bahan  bakarnya  berbeda yaitu yang didalam SAR ( Safety Analysys Report adalah  bahan  bakar  oksida. Kondisi yang dihitung disini adalah kondisi HFP  sedangkan  pada  referensi  adalah CZP ( Cold zero power ).
Gambar 4. Nilai k eff fungsi temperatur moderator teras RSG-GAS 1.041 1.042 1.043 1.044 1.045 1.046 1.047 1.048 1.049 0 20 40 60 80 100 120 k- eff Temperatur moderator ( o C)
RSG-GAS Pada Kondisi Hot Full Power (HFP)
http://jurnal.batan.go.id/idex/php/bprn
(Jonny HP, dkk)
Gambar  4.  menunjukkan  nilai  k eff teras RSG-GAS    sebagai  fungsi  temperatur moderator  pada  kondisi  HFP.    Nilai  k eff turun  dengan  bertambahnya  temperatur moderator  di  dalam  teras.  Hal  ini menunjukkan bahwa nilai koefisien reaktivitas  moderator  dalam  teras  RSG- GAS adalah negatif. Sehingga teras RSG- GAS dapat disebut
bersifat
undermoderated .              Nilai  koefisien reaktivitas  akibat  perubahan  densitas moderator teras RSG-GAS dengan muatan 250 gram paling besar dibanding dengan muatan lainnya. Koefisien reaktivitas ini juga sangat signifikan untuk menyumbangkan  umpan  balik  negatif terhadap  teras.  Perubahan  reaktivitas akibat  perubahan  temperatur  moderator air sementara itu densitasnya dipertahankan  pada  temperatur  kamar, memberikan  pengaruh  yang  lebih  kecil dibanding  pengaruh  temperatur  bahan bakar.  Hal  ini  diakibatkan  perubahan kerapatan air merubah konstanta kelompok  difusi  sehingga  mengurangi kemampuan  hamburan  dan  menambah tangkapan resonansi.

## KESIMPULAN
Hasil  perhitungan  nilai  reaktivitas dengan  menggunakan  program  WIMSD- 5B dan program difusi neutron 2-dimensi BATAN-2DIFF  pada  teras  TWC  RSG- GAS  dengan  densitas  2,96  g/cm 3 dan jumlah 40 elemen bahan bakar (EB) dan 8 elemen batang kendali (EK) didapatkan nilai reaktivitas lebih teras 7,02 % dengan nilai  k eff 1,0754517.  Hasil  perhitungan juga  menunjukkan  bahwa  nilai  koefisien reaktivitas  temperatur  bahan  bakar  dan moderator  adalah  negatif  untuk  semua level  temperatur.  Dari  hasil  tersebut terlihat bahwa dengan naiknya temperatur bahan bakar maka nilai koefisien reaktivitas  rerata  menurun.  Dari  seluruh nilai reaktivitas yang paling besar pengaruhnya  terhadap  umpan  balik
reaktivitas  adalah  koefisien  reaktivitas temperatur  bahan  bakar.  Perubahan reaktivitas  dengan  kenaikkan  temperatur bahan  bakar  dan  moderator  besarnya tidak linier terhadap kenaikan temperatur. Namun hal ini sudah memenuhi persyaratan  yang  ditetapkan  yaitu  setiap teras harus mempunyai koefisien reaktivitas negatif.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada  kepala  Pusat  PTKRN  yang  telah memberikan
kesempatan untuk melakukan penelitian di PTKRN.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. T.  Surbakti,  S.  Pinem,  T.  M. Sembiring, “Analisis  Pengaruh Densitas  Bahan  Bakar  Silisida Terhadap Parameter Kinetik Teras Reaktor RSG-GAS ”, Jurnal Penelitian  Fisika  dan  Aplikasinya.
3(1): 19-30, 2013.
[2]. T.  M.  Sembiring,  T.  Surbakti,  S. Pinem , “Neutronic Design of Mixed
Oxide-Silicide  Cores  for  the  Core Conversion of RSG- GAS Reactor”, Atom Indonesia., Vol. 27, no. 2, pp.
85 –1001, 2001.
[3]. S.  Pinem,  P.  H.  Liem,  T.  M. Sembiring, T. Surbaki ,  “Fuel element burn-up measurements for the  equilibrium  LEU  silicide  RSG GAS  (MPR-30)  core  under  a  new fuel  management  strategy”,  Ann.
Nucl. Energy, vol. 98, 2016.
[4]. P. H. Liem , “Validation of BATAN’S Standard  3-D  Diffusion  Code,
BATAN-3DIFF, on the First Core of RSG  GAS”,  Atom  Indonesia,  vol.
25, no. 1, pp. 47 –53, 1999.
[5]. P.  H.  Liem,  T.  Taryo,  T.  M. Sembiring,  S.  Hiroshi,  and  N. Yoshitaka , “Study on the control rod interaction  effect  in  RSG  gas
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.1, April 2022:hal. 43-54
multipurpose  reactor  (MPR- 30)”, Ann.  Nucl.  Energy,  vol.  29,  no.  6, pp. 701 –716, 2002.
[6]. T.  M.  Sembiring ,  “Penggunaan Paket  Program  WIMSD/5B.12  dan BATAN-2DIFF  untuk  RSG- GAS,” PRSG, April, 2011.
[7]. S. Pinem, T. Surbakti, “Analysis on neutronic parameters of the AP1000  Reactor  Core”,  Prosiding Seminar Nasional Teknologi Energi Nuklir, 569-75, 2016.
[8]. S.  Pinem,  TM.  Sembiring,  T.
Surbakti ,  “PWR  Fuel  Macroscopic Cross Section Analysis for Calculation Core Fuel Management Benchmark”,  Journal  of  Physics: Conference Series 1198 (2), 022065
[9]. T.  Surbakti,  S.  Pinem,  T.  M. Sembiring,  L.  Suparlina,  J.  Susilo, “Desain Konseptual Teras Reaktor Riset  Inovatif  Berbahan  Bakar Uranium-molibdenum  dari  Aspek Neutronik ”,  Jurnal  Tri  Dasa  Mega. 3(14): 178-191. 2012.
[10].  T.  M.  Sembiring,  P.  H.  Liem,  T. Surbakti , “Fuel
management strategy  for  the  compact  core design  of  RSG  GAS  (MPR-30) ”, RRFM  2000:  research  reactor  fuel management,  Colmar,  19-21,  158- 162. 2000.
[11].  P. H. Liem, T Surbakti, D Hartanto, “Kinetics parameters evaluation on the  first  core  of  the  RSG  GAS (MPR-30) using continuous energy
Monte  Carlo  method ”,  Progress  in Nuclear Energy 109, 196-203
[12].   T Surbakti, P Purwadi, “Karakteristik reaktivitas teras kerja RSG-GAS selama 30 tahun
beroperasi ”, Jurnal Penelitian
Fisika dan Aplikasinya (JPFA) 7 (1),
13-26.
[13].  T Surbakti, M Imron , “Fuel burn-up calculation  for  working  core  of  the RSG-GAS  research  reactor  at
BATAN Serpong ”, Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) 7 (2),
89-101.
[14].  T  Surbakti,  S  Pinem,  T.  M.
Sembiring, A Hamzah, K
Nabeshima , “Calculation of Control Rods  Reactivity  Worth  of  RSG- GAS First Core Using Deterministic and  Monte  Carlo  Methods ”,  Atom Indonesia 45 (2), 69-79. 2019.
[15].  T  Surbaki,  P  Purwadi , “Analysis of
Neutronic Safety Parameters of the Multi-Purpose Reactor –Gerrit Augustinus Siwabessy (RSG-GAS) Research  Reactor  at  Serpong ”, Jurnal Penelitian Fisika dan
Aplikasinya (JPFA) 9 (1), 78-91
[16].  T.  Surbakti,  T.  M.  Sembiring,
“Analisis  Neutronik  Teras  RSG-
GAS  Berbahan  Bakar  Silisida ”, Indonesian  Journal  of  Physics  12
(3), 61-67
[17]. A.  Hamzah,  “Analisis  Distribusi
Fluks dan Spektrum Neutron Reaktor  PLTN  PWR  1000  MWe Menggunakan  Program  MCNP ”, Prosiding  Seminar  Nasional  ke-18 Teknologi  dan  Keselamatan  PLTN Serta  Fasilitas  Nuklir,  Bandung 2012.
[18].  Surian  Pinem,  Tukiran  S, “Analisis Efek  Suhu  Terhadap  Reaktivitas Teras RSG - GAS Berbahan Bakar Silisida ”,  Jurnal  Teknologi  Reaktor Nuklir, BATAN, 2001.