THERMAL PERFORMANCE PREDICTION OF FUEL PIN CONTAINING U-9Mo/Zr-ALLOY PRODUCED BY CAPILLARY IMPREGNATION TECHNIQUE FOR HIGH BURNUP PWR

Sari

ABSTRAK

PREDIKSI KINERJA TERMAL PIN BAHAN BAKAR U-9Mo/PADUAN Zr YANG DIHASILKAN OLEH TEKNIK IMPREGNASI KAPILER UNTUK REAKTOR AIR TEKAN BERDERAJAT BAKAR TINGGI. Akhir-akhir ini, telah dikembangkan sebuah jenis paduan Zr baru yang mempunyai titik leleh 650-860°C. Berdasarkan paduan-paduan matriks Zr baru, telah dikembangkan pin bahan bakar U-9Mo berdaya muat uranium tinggi dengan teknik impregnasi kapiler. Pin ini mempunyai konduktivitas termal dari 18 sampai dengan 22 W/m/K yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pin pelet U-9Mo. Makalah ini menyajikan fabrikasi dan analisis kinerja termal dalam reaktor air tekan berderajat bakar tinggi. Proses fabrikasi meliputi pencampuran serbuk atau granul (butiran) U-9Mo dengan serbuk paduan Zr baru yang mempunyai titik leleh rendah, pengisian campuran ke dalam tabung kelongsong yang salah satu ujungnya sudah ditutup, pemanasan pin dengan suhu di atas titik leleh paduan Zr selama satu jam, pendinginan alamiah, dan perlakuan panas pada suhu 300K selama ½ jam. Analisis termal mempertimbangkan distribusi pori dan suhu, dan pengaruh derajat bakar tinggi pada konduktivitas pelet. Rasio difusivitas termal bahan bakar jenis baru dengan bahan bakar konvensional dijadikan sebagai faktor koreksi untuk konduktivitas termal bahan bakar jenis baru. Hasilnya menunjukkan penurunan suhu pelet yang cukup signifikan sepanjang radius pin hingga 1000K pada posisi yang paling panas. Analisis ini memberikan perkiraan rendah karena konduktivitas celah dianggap menurun dengan 2% gas hasil belah dilepas. Kenyataannya, penggunaan suhu rendah dan penurunan konduktivitas termal oleh pembentukan porositas akan semakin jauh menurun nilainya. Analisis juga menunjukkan bahwa bahan bakar jenis baru ini mempunyai sifat-sifat termal yang sangat baik yang mampu melampaui batas 65 MWD/kg-U yang merupakan batas bahan bakar komersial yang ada saat ini. Perpanjangan derajat bakar berarti lebih sedikit bahan bakar baru diperlukan untuk menghasilkan listrik, melestarikan sumber uranium alam, dan kemudahan di dalam penanganan operasi bahan bakar untuk setiap energi yang dihasilkan.

KATA KUNCI : met-met fuel, capillary impregnation, thermal performance, PWR fuel.

ABSTRACT

THERMAL PERFORMANCE PREDICTION OF FUEL PIN CONTAINING U-9Mo/Zr-ALLOY PRODUCED BY CAPILLARY IMPREGNATION TECHNIQUE FOR HIGH BURNUP PWR. In recent years, a novel class of zirconium alloys having the melting temperature of 650-860 °C has been developed. Based on novel zirconium matrix alloys, high uranium content fuel pin with U-9Mo has been developed using capillary impregnation technique. The pin has a thermal conductivity ranging from 18 to 22 (w/m/K). It is comparably higher than U-9Mo pellet pin. The paper presents the met-met fabrication and thermal performance analysis in high burn-up PWR. The fabrication consists of mixing U-9Mo powder or granules and a novel Zr-alloy powder having low melting point, filling the mixture in a cladding tube in which one of its end has been plugged, heating the pin to above the melting temperature of Zr-alloy for an hour, natural cooling and heat treating at 300 K for ½ hr. The thermal analysis takes into account the pore and temperature distribution and high burn up effect on pellet conductivity. The thermal diffusivity ratio of novel to conventional fuel has been used as a correction factor for the novel fuel thermal conductivity. The results show a significant lowering of pellet temperature along the radius until 1000 K at the hottest position. The analysis gives an underestimate since the gap conductivity has been treated as to decrease by 2% fission gas released, which is not real since the use of lower temperature, and also decreasing thermal conductivity by porosity formation will much lower the value. The analysis shows that the novel fuel has very good thermal properties which are able to pass the barrier of 65 MWD/kg-U, the limit to today commercial fuel. The burn-up extension means less fresh fuel is needed to produce electricity, preserve natural uranium resource, easier fuel handling operational per energy produced.

FREE TERMS : met-met fuel, capillary impregnation, thermal performance, PWR fuel.