## ANALISIS POLA MANAJEMEN BAHAN BAKAR TERAS REAKTOR RISET TIPE MTR
Lily Suparlina , Tukiran Surbakti Pusat Teknologi Keselamatan Reaktor Nuklir, PTKRN-BATAN Kawasan PUSPIPTEK Gd. No. 80 Serpong Tangerang Selatan 15310
Email: lilyrsg@batan.go.id
Diterima editor 23 April 2014

## Disetujui untuk publikasi 4 Juni 2014

## ABSTRAK
ANALISIS POLA MANAJEMEN BAHAN BAKAR DESAIN TERAS REAKTOR RISET TIPE MTR . Parameter  neutronik  dibutuhkan  dalam  mendesain  teras  reaktor  riset.  Reaktor  riset  jenis  MTR (Material Testing  Reactor) sangat  diminati  karena  dapat  digunakan  baik  untuk  riset  dan  juga  produksi  radio  isotop. Reaktor riset yang ada saat ini sudah tua sehingga dibutuhkan desain reaktor yang mempunyai teras kompak. Desain  teras  reaktor  riset  yang  sudah  ada  saat  ini  belum  cukup  memadai  untuk  memenuhi  persyaratan  di dalam  UCD  yang  telah  ditetapkan  yaitu  fluks  neutron  termal  di  teras  1x10 15 n/cm 2 s,  oleh  karena  itu  perlu dibuat desain teras reaktor baru sebagai alternatif  yang kompak dan dapat menghasilkan fluks neutron tinggi. Telah  dilakukan  perhitungan  dan  analisis  terhadap  manajemen  bahan  bakar  desain  teras  kompak  dengan konfigurasi  teras  5x5,  berbahan  bakar  U9Mo-Al  dan  tinggi  teras  aktif  70  cm.  Tujuan  dari  riset  ini  untuk memperoleh  fluks  neutron  di  teras  memenuhi  kebutuhan  seperti  yang  telah  ditetapkan  di  UCD  dengan panjang  siklus  operasi  minimum  20  hari  pada  daya  50  MW.  Perhitungan  dilakukan  dengan  menggunakan paket  program  komputer  WIMSD-5B  untuk  menggenerasi  tampang  lintang  makroskopik  bahan  bakar    dan Batan-FUEL  untuk  memperoleh  nilai  parameter  neutronik  serta  Batan-3DIFF  untuk  perhitungan  nilai reaktivitas  batang  kendali.  Perhitungan  parameter  neutronik  teras  reaktor  riset  ini  dilakukan  untuk  bahan bakar U-9Mo-Al dengan tingkat muat bervariasi dan 2 macam pola pergantian bahan bakar yaitu teras segar dan teras setimbang.  Hasil analisis menunjukkan bahwa pada teras segar, tingkat muat 235 U sebesar 360 gram, 390 gram dan 450 gram memenuhi kriteria keselamatan dan kriteria penerimaan di UCD dengan nilai fluks neutron termal di teras lebih dari 1x10 15 n/cm2s dan panjang siklus >20 hari, sedangkan pada teras setimbang panjang siklus dapat terpenuhi hanya untuk tingkat muat 450 gram.
Kata kunci: desain teras reaktor,  bahan bakar UMo, pola bahan bakar, WIMS, BATAN-FUEL

## ABSTRACT
ANALYSIS  OF  FUEL  MANAGEMENT  PATTERN  OF  RESEARCH  REACTOR  CORE  OF  THE  MTR TYPE DESIGN . Research reactor core design needs neutronics parameter calculation use computer codes. Research  reactor  MTR  type  is  very  interested    because  can  be  usd  as  research  and  also  a  radioisotope production. The research reactor in Indonesia right now is  already 25 years old. Therefore, it is needed to design a new research reactor as a compact core. Recent research reactor core is not enough to meet criteria acceptance  in  the  UCD  which  already  determined  namely  thernmal  neutron  flux  in  the  core  is  1.0x10 15 n/cm 2 s. so that it is necessary to be redesign the alternative core design. The new research reactor design is a MTR  type  with  5x5  configuration  core,  uses  U9Mo-Al  fuel,  70  cm  of  hight  and  uses  two  certainly  fuel management  pattern.  The  aim  of  this  research  is  to  achieve  neutron  flux  in  the  core  to  meet  the  criteria acceptance in the UCD. Calculation is  done by using WIMSD-B, Batan-FUEL and Batan-3DIFF codes.  The neutronic parameters to be achieved by this calculation are the power level of 50 MW thermal and core cycle of 20 days. The neutronis parameter calculation is done for new U-9Mo-Al fuel with variation of densities. The  result  of  calculation  showed  that  the  fresh  core  with  5x5  configuration,  360  gram,  390  gram  and  450 gram  of  fuel  loadings  have  meet  safety  margin  and acceptance  criteria  in  the  UCD  at  the  thermal  neutron flux  is  more  then  1.0x10 15 n/cm 2 s.  But  for  equilibrium  core  is  only  the  450  gram  of  loading  meet  the acceptance criteria.
Keywors: reactor core design  design, UMo, fuel management pattern, WIMS, BATAN-FUEL

## PENDAHULUAN
Saat ini Indonesia mempunyai 3 buah reaktor riset yang sudah tua umurnya. Salah satu reaktor yang  paling  muda,  yaitu reaktor  RSG-GAS  (Reaktor  Serba  Guna  G.A.  Siwabessy),  telah  27  tahun beroperasi  dengan  daya  nominal  30  MWth.    Sedangkan  2  (dua)  reaktor  riset  lainnya,  tipe  TRIGA, yaitu  reaktor  Kartini  (Yogyakarta)  dan  reaktor  TRIGA  2000  (Bandung)  akan  berakhir  masa  izin operasinya pada tahun 2016-2020.  Oleh karena itu, setelah tahun 2020, kalau ijin operasi dihentikan, maka  reaktor  RSG-GAS  sudah  berusia  33  tahun.    Kondisi  ini  perlu  diantispasi  dengan  melakukan kajian tentang desain reaktor riset baru di Indonesia[1].
Desain teras reaktor riset baru di Indonesia juga mempertimbangkan kondisi reaktor riset dunia saat  ini  yaitu  desain  yang  diminati  saat  ini  adalah  teras  reaktor  riset  jenis  MTR  dan  teras  kompak menggunakan  bahan  bakar  UMo  densitas  tinggi.[2-4].    Disamping  itu  reaktor  riset  jenis  MTR mempunyai utilisasi tinggi karena dapat digunakan untuk riset dan juga produksi radio isotop. Dengan mempertimbangkan  hal  di  atas,  maka  desain  reaktor  riset  baru  perlu  dilakukan  saat  ini,  mengingat waktu yang diperlukan dalam desain cukup panjang dan juga tidak mudah.  Sebelum masuk konstruksi maka desain konseptual, desain dasar dan desain detail harus dilakukan terlebih dahulu.  Oleh karena itu, beberapa desain reaktor riset baru telah dilakukan saat ini namun belum memenuhi kriteria yang diinginkan yaitu fluks neutron di dalam teras masih lebih kecil dari 1x10 15 n/cm 2 s, dengan demikian perlu dilakukan redesain teras reaktor riset baru sehingga persyaratan yang telah ditetapkan di dalam UCD  dapat  dipenuhi.  Perhitungan  desain  teras  reaktor  baru  ini  juga  harus  mempertimbangkan  pola manajemen  bahan  bakar  di  dalam  teras,  sehingga  memenuhi  keselamatan  serta  optimal  dan efisiendalam penggunaan bahan bakar[5].
Makalah ini menyajikan hasil perhitungan desain teras reaktor riset baru dengan berbagai pola manajemen bahan bakar di dalam teras. Berbagai pola tersebut kemudian ditinjau dari aspek neutronik untuk  menentukan mana  yang  paling  optimal  dan  efisien.  Hasil  perhitungan  ini  dijadikan  salah  satu acuan  dari  desain  konseptual  yang  diberi  nama  desain  reaktor  riset  inovatif  (reaktor  RRI).    Hasil perhitungan  ini  merupakan  lanjutan  dari  perhitungan  desain  konseptual  dari  aspek  neutronik sebelumnya[6]  dan    merupakan  langkah  awal  untuk  mendapatkan  desain  konseptual  secara menyeluruh. Pada penelitian ini dilakukan modifikasi pada tinggi bahan bakar dari 60 cm[6] menjadi 70 cm dan bentuk batang penyerap garpu[6] menjadi persegi. Tujuan dari riset ini mendapatkan nilai parameter  neutronik  yang  memenuhi  keselamatan  dan  kriteria  desain  dalam  UCD, konfigurasi  5x5 dianggap yang paling optimal karena memiliki fluks neutron termal maksimal sekitar 1,0x10 15 n/cm 2 s pada  daya  50  MW,  memiliki  panjang  operasi  satu  siklus  minimal  20  hari  dengan  bahan  bakar  baru UMo-Al.  Dalam desain konseptual ini dipakai kriteria keselamatan seperti shutdown margin dan one stuck rod criteria serta reaktivitas di akhir siklus.
Perhitungan teras dilakukan  dengan  pola  manajemen  bahan  bakar teras  segar (fresh  core) dan teras  setimbang  dengan  bahan bakar  jenis  baru  UMo-Al.    Perhitungan  teras  diperoleh  dengan  paket prog metode difusi neutron 2-dimensi dan 3 dimensi, BATAN-FUEl [7].  Sedangkan generasi tampang lintang bahan bakar dengan temperatur yang bervariasi dilakukan dengan paket prog transport neutron WIMSD-5B dengan data nuklir dari ENDF/B-VII.0 [8-9].

## DESAIN NEUTRONIK TERAS RRI
Bahan bakar memegang peranan penting dalanm desain suatu reaktor.  Berdasarkan UCD ( User Criteria Document ) reaktor RRI menggunakan tipe bahan bakar yang sama dengan reaktor RSG-GAS, yaitu tipe pelat lurus dengan dimensi 8,05 cm × 7,6 cm × 70 cm (teras aktif).  Dengan demikian, kisi teras  reaktor  RRI  sama  dengan  reaktor  RSG-GAS  yaitu  8,1  cm  ×  7,71  cm.    Untuk  pengendalian reaktivitas,  batang  kendali  yang  digunakan  di  reaktor  RRI  menggunakan  tipe  persegi ( square type ) dengan material Ag-In-Cd diletakkan di sisi luar elemen bakar kendali.  Jumlah pelat bahan bakar di elemen  bakar  standar  (EB)  dan  kendali  (EK)  masing-masing  21  pelat  dan  15  pelat.    Tabel  1 menyajikan data geometri EB dan EK yang dipakai di reaktor RRI.  Gambar 1 dan 2 masing-masing menunjukkan EB dan EK dengan penyerap berbentuk persegi, yang digunakan dalam analisis ini
Tabel 1. Data geometri perangkat bahan bakar reaktor RRI [6] Dimensi kisi teras untuk elemen bakar standar (EB) dan kendali (EK), cm 7,71 × 81 × 70, Ketebalan pelat bahan bakar, cm 0,13 Lebar kanal pendingin, cm 0,255 Jumlah pelat bahan bakar di EB 21 Jumlah pelat bahan bakar di EK 15 Material kelongsong AlMg2 Material pelat sisi AlMg1 Ketebalan kelongsong bahan bakar, cm 0,038 Dimensi zona aktif ( meat ), cm 0,054 × 6,275 × 70 Material bahan bakar U9Mo-Al Muatan massa 235 U, g 360, 390, 450 Material penyerap Ag-In-Cd Ketebalan penyerap, cm 0,338 Material kelongsong penyerap SS-321 Ketebalan kelongsong penyerap,cm 0,085 Gambar 1. Elemen bakar standar reaktor RRI Gambar 2. Elemen bakar kendali reaktor RRI
Bahan  bakar  yang  digunakan  di  reaktor  RRI  adalah  U9Mo-Al  dengan  pengkayaan  19,75%. Agar  dapat  dioperasikan  dengan  panjang  siklus  yang  panjang,  maka  tingkat  muat  uranium  ( 235 U) dalam desain dipilih lebih tinggi dari yang dipakai di reaktor RSG-GAS yaitu:
1. 360 g 235 U atau kerapatan uranium dalam meat sebesar 3,66 g/cm 3
2. 390 g 235 U atau kerapatan uranium dalam meat sebesar 3,98 g/cm 3
3. 450 g 235 U atau kerapatan uranium dalam meat sebesar 4,57 g/cm 3
Dalam  desain  konseptual  reaktor  RRI  dimungkinkan  disediakan  fasilitas  iradiasi  dalam  teras. Selanjutnya untuk aspek pengendalian reaktivitas, maka dimungkinkan penggunaan safety rod (batang kendali  pengaman)  yang  bentuknya  sama  dengan  elemen  kendali  tetapi  tidak  memiliki  pelat  bahan bakar  melainkan pelat dummy alumunium dengan  dimensi  penyerap  yang  lebih  kecil  dari  batang kendali di teras dan diletakkan di luar teras.
2.3 4.5 8 0 .5 0 2 .5 5 1 .3 0 0 .3 8 62.75 70.75 8 1 .0 76.1 77.1
(Masa berlaku Akreditasi s/d April 2015)
A B
Keterangan :
Gambar 3. Teras RRI konfigurasi 5 x 5
Berdasarkan  kajian  sebelumnya  telah  diperoleh  bahwa  parameter  neutronik  teras  RRI  seperti  pada Gambar  3 yang  paling  optimum[6].    Konfigurasi  teras  kompak  adalah  5x5  mempunyai  16  elemen bakar  dan  4  elemen  kendali.  Penambahan  2 batang  kendali  pengaman  (BKP)  diterapkan  pada perhitungan  teras  kompak  dengan  tingkat  muat  450  g.  Berdasarkan  kondisi  dan  konfigurasi  teras tersebut maka dilakukan perhitungan paramter teras dengan pola manajemen bahan bakar teras yang berbeda. Hasil yang diharapkan adalah memenuhi kriteria keselamatan dan nilai fluks neutrón termal maksimal di teras melebihi 1,0x10 15 n/cm 2 s.

## METODOLOGI
Dalam mendesain suatu teras Desain neutronik teras setimbang membutuhkan beberapa langkah perhitungan yaitu:

## Perhitungan Sel
Dalam  penelitian  ini perhitungan  sel  dilakukan  dengan  paket  program WIMSD-5B  untuk membangkitkan  seluruh  konstanta  difusi  seluruh  material  teras  dalam  4  (empat)  kelompok  tenaga neutron.  Batas kelompok tenaga neutronnya adalah 10 MeV, 0,821 MeV, 5,531 keV, 0,625 eV dan 1×10-5 eV.  Khusus untuk bahan bakar, pembangkitan konstanta kelompok yang dibangkitkan sebagai fungsi massa 235 U dalam perangkat (360 g, 390 g dan 450 g), dalam kondisi panas xenon setimbang, dingin xenon setimbang bebas samarium, dingin bebas xenon dan samarium, dingin bebas xenon. Data tampang  lintang  makroskopis  seperti  sigma  fisi,  konstanta  difusi  untuk  tiap  inti  dapat  belah  yang memberikan  kontribusi  dalam  perhitungan  parameter  neutronik  diperoleh  dari  perhitungan  sel  yang dilakukan dengan paket program WIMSD-5B dengan diagram alir program seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
DATA MASUKAN GEOMETRI DAN
KOMPOSISI MATERIAL TERAS REAKTOR RSG-GAS PUSTAKA WIMSD/4 69 KELOMPOK ENERGI TAMPANG LINTANG MAKROSKOPIS 4 KELOMPOK ENERGI REACTION RATE (RRig) FLUKS ( I g ) LANGKAH FRAKSI BAKAR TIDAK YA PENYELESAIAN TRANSPORT NEUTRON DENGAN METODA SN PENANGANAN BUCKLING KOREKSI BOCORAN SELESAI KALKULASI FRAKSI BAKAR
Gambar 4. Diagram alir program WIMSD-5B[8 ]
Program WIMSD-5B hanya mampu melakukan perhitungan transport neutron satu dimensi[8]. Oleh karena itu daerah aktif elemen bakar dan elemen kendali (Gambar 1 dan 2) perlu dimodelkan dalam satu  dimensi  yang  merupakan  susunan  beberapa slab .  Sel  pada  pemodelan  ini  adalah  satu  elemen bakar yang terdiri dari 21 plat elemen bakar dinyatakan dalam ½ bahan bakar, yang jika disusun dalam slab terdiri  atas  44 slab material.  Ada  4  material  yang  menyusun  sel  bahan  bakar  teras  reaktor  RRI yaitu:
(1). Material/daerah meat yang mempunyai ketebalan 0,027 cm.
(2). Material/daerah kelongsong yang mempunyai ketebalan 0,038 cm.
(3). Material/daerah moderator (H 2 O) yang mempunyai ketebalan 0,255 cm.
(4). Material/ daerah extra region .
Daerah yang tidak termasuk ke-3 daerah tersebut dikumpulkan dalam satu daerah yang disebut extra region. Daerah extra region merupakan campuran AlMg2 dan H 2 O.  Model sel bahan bakar teras reaktor RRI dinyatakan dalam  Gambar 5 dan sebagai masukan ( input ) paket prog WIMSD-5B.
FUEL MEAT MODERATOR 1 Pelat bahan bakar 0.0270 CM 0.0380 CM 0,2550 CM 0,0380 CM 0,0540 CM 0,0380 CM 0,2550 CM 9 Pelat bahan bakar 3,0800 CM 0,0380 CM 0,0540 CM 0,0380 CM 0,1275 CM 1/2 Tebal meat FUEL MEAT CLADDING MODERATOR CLADDING FUEL MEAT MODERATOR CLADDING CLADDING 0,9336 CM CLADDING

## EXTRA REGION
Gambar 5. Model sel elemen bakar teras RRI
Konstanta  tampang  lintang  makroskopik  dihitung  oleh  paket  program  WIMSD-5B  dalam  4 kelompok  energi  neutron,  batas-batas  energi  neutron  setiap  kelompok  yang  dipilih  adalah  10  MeV, 0,821 MeV, 5,531 keV, 0,625 eV dan 1×10 - 5 eV.  Khusus untuk bahan bakar pembangkitan konstanta kelompok  yang  dibangkitkan  sebagai  fungsi  massa 235 U  dalam  perangkat  (360  g,  390  g  dan  450  g), temperatur (dingin dan panas) dan kondisi Xe (tanpa ( free ) dan setimbang). Konstanta kelompok difusi neutron sebagai fungsi temperatur dan densitas yang sesuai dengan fraksi bakar teras diperoleh dengan cara interpolasi.  Dengan  menggunakan  konstanta  tampang lintang  yang telah diinterpolasi dilakukan perhitungan teras dengan fraksi bahan bakar tertentu.

## Penyusunan Konfigurasi Teras.
Konfigurasi teras yang dipilih adalah 5 × 5 (25 kisi teras).  Seperti disinggung sebelumnya teras didesain kompak sehingga teras tidak terlalu lebar.  Konfigrasi disusun dengan  menjaga  kelas fraksi bakar  simetris  untuk  teras  setimbang.    Dengan  demikian  fasilitas  untuk  posisi  iradiasi  dan  batang kendali pengaman disusun sedemikian agar simetris teras tetap dijaga.

## Perhitungan Teras.
Perhitungan  teras  dilakukan  untuk  mengetahui  nilai  parameter  neutronik  teras  reaktor  RRI. Perhitungan  teras  dilakukan  dengan  paket  program BATAN-FUEL.    Teras  dimodelkan  dalam  2- dimensi dengan model geometri X-Y.  Dalam perhitungan ini, daya reaktor diasumsikan tetap yaitu 50 MWth untuk mengetahui efek konfigurasi terhadap fluks neutron dan panjang siklus operasi. Karena panjang  siklus  merupakan  parameter  yang  mempengaruhi  reaktivitas  lebih  teras,  maka  perhitungan teras  dilakukan  untuk  rentang  panjang  siklus  sedemikian  sehingga  kriteria stuck  rod dan  reaktivitas teras  di akhir  siklus terpenuhi.   Yang  dimaksud dengan stuck  rod adalah jika sebuah batang  kendali yang memiliki nilai reaktivitas terbesar gagal masuk ke dalam teras, maka teras harus dalam kondisi sub-kritis.  Jika kriteria stuck rod tidak terpenuhi, maka dimungkinkan untuk memakai batang kendali pengaman di teras.  Untuk parameter faktor puncak daya (FPD), jika nilai FPD maksimum melebihi batas yang ditetapkan, maka rekonfigurasi posisi bahan bakar dan letak posisi iradiasi dalam teras perlu dilakukan  sedemikian  sehingga  nilai  FPD  maksimum  berkurang.  Jika  tidak,  maka  konfigurasi  teras yang dimaksud dinyatakan tidak dapat didesain secara aman.  Perhitungan teras dilakukan untuk setiap tingkat muat dengan reflektor D 2 O.
Asumsi yang dipakai dalam penelitian ini adalah:
- core  shroud tidak  digunakan.  Oleh  karena  itu  reflektor  bersinggungan  langsung  dengan daerah teras.
- pendingin teras menggunakan H 2 O.
- saat  kondisi  panas  ( full  power ),  seluruh  material  yang  non  bahan  bakar  dalam  kondisi temperatur kamar.
Gambar 6 menunjukkan diagram alir perhitungan teras RRI menggunakan Batan-FUEL. Konfigurasi teras segar dan teras setimbang dapat diterima jika memenuhi kriteria keselamatan yaitu [10]:
1. margin padam minimum saat stuck rod adalah ǻ k / k .
2. nilai FPD maksimum adalah 1,4.
3. reaktivitas teras di akhir siklus xenon setimbang > 1 % ǻ k / k
Mulai WIMSD/B5 Perhitungan sel bahan bakar Batan-3DIFF perhitungan difusi teras 3 dimensi geometri X-Y-Z Batan-2DIFF perhitungan difusi teras 2 dimensi geometri X-Y Data pustaka tampang lintang makroskopik bahan bakar fisil dan non fisil Data paraneter neutronik : reaktivitas padam, reaktivitas lebih awal dan akhir siklus Data reaktivitas teras dan batang kendali fungsi tinggi teras Generasi pustaka tampang lintang bahan bakar format citation
Gambar 6. Diagram alir perhitungan teras RRI

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Teras Segar Reaktor RRI
Perhitungan  teras  segar  (sekali  buang)  menggunakan  Batan-2DIFF  yang  dilakukan  pada konfigurasi  teras  5x5  dengan  penyerap  berbentuk  persegi  seperti  yang  disajikan  pada  Gambar  3 menghasilkan  nilai  parameter  neutronik  seperti  yang  disajikan  pada  Tabel  3. Konfigurasi  teras  5×5, terdiri dari 16 elemen bakar standar (EB) dan 4 elemen bakar kendali (EK) serta 5 posisi iradiasi dalam teras,  yaitu  satu  di  tengah  teras  dan  4  posisi  di  teras  luar.  Tampak  di  Gambar  3 bahwa  untuk  jenis reflektor  D 2 O,  diperlukan  tambahan 2  (dua)  batang    kendali  pengaman  ( safety  rod ),  SR1  dan  SR2 untuk  muatan  diatas  450  g namun  untuk  teras  dengan  muatan  360  g  dan  390  g tidak  memerlukan batang kendali pengaman (BKP).
Jika margin padam minimum kurang dari 0,5 % ǻ k/k. atau reaktivitas padam bernilai positif (+), maka  data hasil perhitungan teras tidak  memenuhi  syarat  keselamatan. Tabel  3  menunjukkan  bahwa dari aspek keselamatan reaktivitas, pengendalian reaktivitas pada teras segar ini dapat diterima. karena tidak ada yang melanggar batas keselamatan dimana kondisi stuck rod > -0,5 % ǻ k/k dan FPD < 1,4 serta  fluks  neutron  sudah  memenuhi  yaitu  lebih  besar  dari  1,0x10 15 n/cm 2 s. Hal  yang  perlu diperhatikan  adalah  reaktivitas  teras  kondisi stuck  rod untuk  teras  segar  390  g  adalah  -0,51  % ǻ k/k,
yang berarti margin padam hanya 0,01 % ǻ k/k, sangat mendekati dengan syarat batas, sehingga teras dengan tingkat muat 390 g sebaiknya ditambah BKP seperti halnya pada teras 450 g. Meski teras segar 450  g  telah  ditambah  dengan  BKP,  namun  margin  padam  yang  dihasilkan  masih  kecil  yaitu  0,53 % ǻ k/k meski panjang siklus dapat mencapai 38 hari. Jika ditinjau dari segi fluks neutron termal yang paling baik untuk teras segar ini, baik di pusat teras maupun pada posisi iradiasi di teras luar adalah teras dengan muatan 360 g dengan pola manajemen bahan bakar sekali buang.
Tabel 3. Parameter neutronik konfigurasi teras segar RRI 5 × 5
No. Parameter Tingkat muat 360 g 390 g 450 g 1. Daya (MW) 50 50 50 2 Panjang siklus (hari) 22 28 38 3. Reaktivitas satu siklus (% ǻ k/k) 6,78 7,82 9,01 4. 5HDNWLYLWDV[HQRQǻNN 3,93 3,93 3,94 5. 5HDNWLYLWDVVDPDULXPǻNN 0,00 0,00 0,00 6. Reaktivitas hot to cold ǻNN 0,40 0,39 0,37 7. 5HDNWLYLWDVOHELKǻNN 12,26 13,20 14,51 8. 0DUJLQSDGDPPLQLPXPǻNN 1,41 0,01 0,53 9. Reaktivitas batang kendali total (% ǻ k/k) -25,64 -24,68 -27,43 10. 5HDNWLYLWDVSDGDPǻNN -13,38 -11,49 -12,93 11. One stuck rod ǻNN -1,91 -0,51 -1,03 12. Fraksi bakar maksimum (%) 24,50 28,83 33,50 13 FPD radial maksimum 1,19 1.19 1.19 14 Kerapatan daya rerata di teras (W/cm 3 ) 635 635 635 Fluks neutron pada posisi iradiasi x10 15 (n/cm 2 s) 15 Fluks neutron cepat 0,180 0,123 0,122 16 Fluks neutron epitermal 0,430 0,299 0,294 17 Fluk neutron termal 0,816 0,586 0,558 Fluks neutron pada pusat teras x10 15 (n/cm 2 s ) 18 Fluks neutron cepat 0,362 0,263 0,273 19 Fluks neutron epitermal 0,713 0,537 0,543 20 Fluks neutron termal 1,077 1,052 1,039

## Teras Setimbang Reaktor RRI
Tabel 4 menyajikan susunan 2 kelas fraksi bakar dalam teras setimbang, kelas 1 adalah bahan bakar  segar  dan  kelas  2  adalah  bahan  bakar  yang  telah  menjalani  satu  siklus  operasi  reaktor.  Tanda negatif  (-)  menunjukkan  posisi  elemen  bakar  kendali.  Dari  Tabel  5  ditunjukkan  bahwa  dari  aspek pengendalian  reaktivitas,  teras  setimbang  dengan  dua  kelas  fraksi  bakar  memenuhi  kriteria keselamatan yaitu kondisi reaktivitas stuck rod > - 0,5 % ǻ k/k dan nilai PPF < 1,4, serta fluks neutron maksimum  di  pusat  teras  sudah  memenuhi  kriteria  UCD  yang  ditetapkan  yaitu  >  1,0 x 10 15 n/cm 2 s. Namun dari segi panjang siklus hanya muatan yang 450 g yang memenuhi syarat UCD yaitu minimal 20  hari  dengan panjang  siklus  21  hari  dengan  fraksi  bakar  maksimum  akhir  siklus  44,2  %  dengan margin padam yang cukup yaitu 2,93 % ǻ k/k.
Tabel 4. Susunan fraksi bakar teras setimbang 5 x 5
IP 1 2 1 IP 2 -2 1 -2 2 1 2 IP 2 1 2 -1 1 -2 2 IP 1 2 1 IP

## Tabel 5. Parameter neutronik konfigurasi teras setimbang RRI 5 × 5
No. Parameter Tingkat muat 360 g 390 g 450 g 1. Daya (MW) 50 50 50 2 Panjang siklus (hari) 11 15 21 3. Reaktivitas satu siklus (% ǻ k/k) 4,58 5,41 6,25 4. 5HDNWLYLWDV[HQRQǻNN 3,94 3,95 3,96 5. 5HDNWLYLWDVVDPDULXPǻNN 0,31 0,32 0,34 6. Reaktivitas hot to cold ǻNN 0,43 0,42 0,40 7. 5HDNWLYLWDVOHELKǻNN 10,72 11,32 12,33 8. 0DUJLQSDGDPPLQLPXPǻNN 3,13 2,09 2,93 9. Reaktivitas batang kendali total (% ǻ k/k) -26,41 -25,60 -28.50 10. 5HDNWLYLWDVSDGDPǻNN -15,69 -14,28 -16,17 11. One stuck rod ǻNN -3,63 -2,59 -3,43 12. Fraksi bakar maksimum (%) 29,91 37,05 44,42 13 FPD radial maksimum 1,22 1.22 1.24 14 Kerapatan daya rerata di teras (W/cm 3 ) 635 635 635 Fluks neutron pada posisi iradiasi x10 15 (n/cm 2 s) 15 Fluks neutron cepat 0,127 0,126 0,125 16 Fluks neutron epitermal 0,308 0,306 0,302 17 Fluk neutron termal 0,605 0,579 0,553 Fluks neutron pada pusat teras x10 15 (n/cm 2 s) 18 Fluks neutron cepat 0,271 0,269 0,260 19 Fluks neutron epitermal 0,554 0,549 0,540 20 Fluks neutron termal 1,101 1,081 1,072
Dari  aspek  operasi  reaktor,  tampak  dalam  Tabel  3  dan  Tabel  5 bahwa  panjang  siklus  yang terbesar terjadi di teras dengan muatan 450 g baik dengan teras segar maupun teras setimbang.  Hal ini berkaitan  reaktivitas  lebih  yang  dimiliki  teras  dengan  bereflektor D 2 O  ini  yang  paling  besar  adalah pada  teras 450  g. Panjang siklus  operasi dan reaktivitas  lebih teras  akan semakin besar  nilainya jika tingkat  muat 235 U  dalam  elemen  bakar semakin besar.  Dari  segi reaktivitas,   penambahan  dua  buah BKP dapat menambah margin padam reaktor sehingga nilai reaktivitas kondisi stuck rod menjadi lebih besar dari syarat batas dan lebih meyakinkan bahwa reaktor dalam kondisi subkritis.
Dari aspek kerataan pembangkitan panas yang ditunjukkan dengan nilai FPD radial maksimum, terlihat jelas dari Tabel 3 dan Tabel 5. Nilai FPD pada teras segar hampir sama antara tingkat muat 360 g, 390 g dan 450 g. Pada teras setimbang, FPD untuk tingkat muat 450 g mempunyai nilai tertinggi. Hal ini selain disebabkan oleh tingkat muat yang tinggi juga karena pada awal siklus fraksi bakar di teras bervariasi terbagi dalam 2 kelas yang berarti sangat dipengaruhi oleh jenis pola manajemen bahan bakar.  Perubahan nilai FPD akibat pola manajemen bahan terjadi pada perubahan bakar pada tingkat muat 235 U  tertentu  sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  FPD  dipengaruhi  oleh  manajemen  bahan  bakar. Oleh karena itu faktor utama dalam penentuan nilai FPD maksimum adalah distribusi fraksi bakar EB dan EK disekitar posisi iradiasi (IP). Nilai FPD yang paling besar adalah 1,24 dengan fraksi terbesar dan dekat EK pada teras setimbang.   Nilai FPD radial maksimum untuk seluruh jenis teras dan tingkat muat 235 U lebih kecil dari pada nilai kriteria keselamatan 1,4.
Dari  segi  kritikalitas,  Gambar  7  menunjukkan  nilai  reaktivitas  teras  berdasarkan  ketinggian batang  kendali  bank  yang  merupakan  hasil  perhitungan  kritikalitas  dengan  Batan-3DIFF  pada  teras aktif 70 cm. Posisi kritis batang kendali dimana k=1 yang ditunjukkan dengan sumbu y terlihat bahwa posisi bank pada teras segar lebih rendah dari teras setimbang, dikarenakan massa bahan bakar di teras teras setimbang lebih kecil dibanding teras segar, dikarenakan sudah terjadi pembakaran bahan bakar di teras.
(Masa berlaku Akreditasi s/d April 2015)
Gambar 7. Karakteristik reaktivitas teras pada kondisi kritis.
Dari segi konsumsi bahan bakar, teras setimbang dengan tingkat muat 450 g merupakan teras paling  ekonomis  dibanding  dengan  teras  segar  360  g.  Pada  teras  segar  terjadi  pergantian  16  elemen bakar dan 4 elemen bakar setiap siklusnya,  sedangkan pada teras setimbang 450 g pergantian bahan bakar sebanyak 8 elemen bakar 2 elemen kendali setiap siklusnya.

## KESIMPULAN
Penelitian ini menggunakan konfigurasi teras reaktor riset inovatif (RRI) baru tipe MTR berdaya termal  50  MW  yang  memenuhi  syarat  keselamatan  dengan  menggunakan  bahan  bakar  U-9Mo-Al tingkat muat 235 U minimum 360 g, 390 g, 450 g dan panjang siklus minimum 20 hari (1000 MWD) untuk  2  jenis  pola  manajemen  bahan  bakar.    Berdasarkan  hasil  optimasi  yang  fokus  utamanya  dari kemampuan maksimum utilisasi, maka konfigurasi teras setimbang dengan 5×5 dengan tingkat muat 235 U  sebesar  450  g  dengan  reflektor  D 2 O  adalah    teras  setimbang  yang  optimal.    Disamping  fluks neutron termal maksimum di daerah  pusat sebesar 1,072×10 15 ncm -2 s -1 , margin padam minimum -3,43 % ǻ k/k  ( stuck  rod )  dan  panjang  siklus  20  hari.  Untuk  teras  segar  teras  360  juga  memenuhi keselamatan  dan  kriteria  penerimaan  UCD  namun  dari  segi  manajemen  bahan  bakar  kurang menguntungkan.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Hastuti,  E.P.,  Setiyanto.    Perencanaan  Reaktor    Riset  Inovatif  sebagai  solusi  pengganti reaktor  penelitian  dan  produksi  isotop  di  Indonesia.    Prosiding  Seminar  Nasional  Energi Nuklir; PPEN-BATAN; 2010
2. Seo, C.G., Cho, N.Z.  A core design concept for multi-purpose research reactor. Nucl. Eng. Des. 2012; 252: 34 – 41.
3. Raina, V.K., Sasidhaöran, K., Sengupta, S., Singh, T. Multi purpose research reactor. Nucl. Eng. Des. 2006; 236: 770–783
4. Teruel,  F.E,  Rizwan-uddin.  An  innovative  research  reactor  design.  Nucl.  Eng.  Des.  2009; 239: 395-407.
5. Lily  Suparlina.  Kajian  desain  konfigurasi  teras  reaktor  riset  untuk  persiapan  rancangan reaktor riset baru di Indonesia. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir; 2012: 193 – 201.
7,00E-01 8,00E-01 9,00E-01 1,00E+00 1,10E+00 1,20E+00 1,30E+00 0 20 40 60 80 360 g segar
390 g segar
450 g  segar 360 g setimbang 390 g setimbang 450 g setimbang 40 k -e ff ( % ' k /k ) Reaktor kritis k=1
6. Tukiran  S,  Surian  Pinem,  Tagor  MS,  Lily  S,  Jati  Susilo. Desain  konseptual  teras    reaktor riset  inovatif  berbahan  bakar  uranium-molibdenum  dari  aspek  neutronik. Jurnal  TDM. Oktober. 2012 ;14; 3: 178 – 191
7. Liem, P.H. Batan-FUEL: A general in-core fuel management code.  Atom Indonesia. 1996; 22 (2): 67 – 80.
8. WIMS-D5. OECD/NEA Data Bank Documentation, Package ID No.1507/02; 1998
9. IAEA. WIMS-D Library Update . IAEA, Vienna; 2007.
10. BATAN. Laporan Analisis Keselamatan Rev. 10. BATAN; 2010.