PENGENALAN PAKET PROGRAM VSOP Suwoto PTRKN-BATAN suwoto@batan.go.id Disampaikan pada Coaching Komputasi Pemodelan untuk Mendukung Analisis Sistem Keselamatan Reaktor Fisik PPIN-BATAN: 1 April – 31 Mei 2013

Bahan Presentasi: Pendahuluan Apa itu VSOP ? Kegunaan Program VSOP Sejarah Perkembangan Program VSOP Fitur baru pada VSOP’94 Main Program VSOP’94 Status Program VSOP’94 Main Program VSOP: Penyiapan data awal (pre-code), Pustaka yang digunakan, Modul-2 pada VSOP dan Post-code Modul-2 pada VSOP: Modul 1: DATA-2 Modul-2: ZUT-DGL Modul-3: BIRGIT Modul-4: TRIGIT Modul-5: VSOP Modul-6: LIFE Modul-7: PRIOR Modul-8: ATLAS VSOP-Utility Penutup Kepustakaan Pengenalan Paket Program VSOP’94

Pendahuluan Apa itu VSOP ? Pengenalan Paket Program VSOP’94

Pendahuluan…cont’ Apa itu VSOP ? VSOP (Very Superior Old Programs) merupakan sistem program komputer yang sangat proven yang telah terintegrasi untuk simulasi numerik dari performansi fisika reaktor nuklir. Program komputer ini dapat digunakan secara langsung pada semua tipe reaktor termal, termasuk reaktor ukuran kecil/menengah (SMR) yang sedang dikembangkan dalam bentuk modular atau untuk penggunaan panas secara langsung. Program VSOP ini telah dikembangkan untuk HTR dengan bahan bakar bola, yang mencakup berbagai fitur dari reaktor tipe HTR pebble-bed ini.  Pengenalan Paket Program VSOP’94

Kegunaan Program VSOP Pengenalan Paket Program VSOP’94

Kegunaan Program VSOP Program VSOP dapat digunakan untuk simulasi riwayat kehidupan reaktor, mulai dari aspek neutronik, aspek termal-hidrolika (thermal-flow), manajemen/siklus bahan bakar, aspek ekonomi siklus bahan bakar dan lainnya, khususnya untuk reaktor jenis HTGR. Di samping digunakan pada HTGR berbendingin gas, program VSOP ini juga secara luas telah digunakan untuk studi banding dari berbagai reaktor seperti LWR dan HWR Pengenalan Paket Program VSOP’94

Sejarah Perkembangan Program VSOP Pengenalan Paket Program VSOP’94

Sejarah Perkembangan Program VSOP Program VSOP awal mulanya merupakan berasal dari program MAFIA-II yang dikembangkan oleh L. Massimo untuk reaktor HWR. Kemudian ditambahkan oleh T. Babac, J. Darvas dan V. Maly untuk reaktor HTR. Program VSOP ini kemudian berkembang pesat setelah adanya proyek HTR-Dragon di Eropa yang dipelopori oleh U. Hansen dkk. untuk mengembangkan aspek neutronik, manajemen bahan bakar, evaluasi aspek ekonomi yang sangat lengkap pada tahun 1980an. Sehingga muncul VSOP versi perdana (1980) “VSOP – Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycles Simulation, oleh E. Teuchert, U. Hansen dan K.A. Haas, Kernforschungsanlage Julich, Jul-1649 (Marz 1980)”. Pengenalan Paket Program VSOP’94

Sejarah Perkembangan Program VSOP…….cont’ Semenjak itu, pengembangan reaktor tipe modular oleh INTERATOM-SIEMENS memberikan dorongan yang kuat untuk meningkatkan kemampuan program VSOP yang terkait dengan pengendalian kecelakaan secara melekat (inherent) dan kebutuhan akan perijinan. Dengan bantuan kontribusi dari ilmuwan dan para doktor dari berbagai pihak, Professor R. Shulten dan Professor K. Kugeler dari Institut fur Sicherheitsforschung und Reaktortechnik (ISR) Julich Jerman kemudian memberikan semangat dan stimulasi yang sangat kuat untuk mengembangkan program VSOP ini. Selanjutnya, dengan bantuan dari Central Institue of Applied Mathematics untuk mengoperasikannya dalam komputer IBM, sehingga VSOP versi kedua (VSOP’94) ini muncul pada April 1994 oleh ISR - KFA Forschungzentrum Julich, Jerman Pengenalan Paket Program VSOP’94

Sejarah Perkembangan Program VSOP…….cont’ Kemudian VSOP ini dikembangkan oleh H. J. Rütten, K. A. Haas, H. Brockmann, U. Ohlig, W. Scherer menjadi VSOP‘97 dan menjadi VSOP‘99 for Windows and UNIX (Oktober 2000) Tahun 2005 VSOP dikembangkan oleh orang yang sama tanpa U. Ohlig menjadi VSOP‘99/05 yang masih menggunakan file data nuklir JEF-1 dan ENDF/B-V. Terakhir pada tahun 2009 oleh H.J. Rütten, K.A. Haas, H. Brockmann, U. Ohlig, C. Pohl, W. Scherer dikembangkan menjadi VSOP’99/09 yang kompatible untuk Windows XP dan sudah menggunakan pustaka data nuklir terbaru yaitu ENDF/B-VII. Pengenalan Paket Program VSOP’94

Fitur baru pada VSOP’94 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Fitur baru pada VSOP’94 Program VSOP’94 ini tetap menjaga fitur yang ada pada VSOP’80an, dan dikembangkan lagi serta dilengkapi dengan evaluasi yang lebih lengkap terhadap performansi reaktor yang sangat dibutuhkan untuk analisis desain dan analisis keselamatan reaktor. Fitur baru tersebut telah dimasukkan dalam program VSOP’94 ini seperti fitur-fitur sbb: Perhitungan temperatur seluruh reaktor baik pada keadaan setimbang maupun transien dan juga umpan-baliknya terhadap parameter neutroniknya. Evaluasi panas peluruhan untuk individual fuel batch (burnup-step) di lokasinya masing-masing, sesuai dengan histori burnup dan shuffling bahan bakar sebelumnya. Konduktivitas termal efektif dari pebble-bed sebagai fungsi temperatur dan paparan fluks neutron cepat. Penyimpanan data kehidupan reaktor untuk evaluasi eksternal yang dibutuhkan. Input/masukan program lebih disederhanakan. Pengenalan Paket Program VSOP’94

Main Program VSOP’94 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Status Program VSOP’94 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Gambar 1. Main Program VSOP’94 Material & elemen bakar (DATA2) Resonansi a Geometri reaktor 2-D, 3-D Konversi GAM-lib & THERMA-lib ke biner GAM-lib THERMA-lib 232Th-res 238U-res Perhitungsn neutron spektrum Perhitungan burnup, manajemen dan biaya siklus bahan bakar Perhitungan thermal-flow, Perhitungan panas peluruhan Perhitungan difusi Perhitungan deplesi, Perhitungan ekonomi Kompilasi data kehidupan bahan bakar untuk evaluasi panas peluruhan (LIFE) Kompilasi data burnup dan produk fisi dengan ORIGEN-JUL-II (PRIOR) Disribusi daya, burnup, densitas nuklida dalam map/peta 3-dimensi (ATLAS) Gambar 1. Main Program VSOP’94 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Struktur Program VSOP’94 Perhitungan yang dilakukan dalam program VSOP ini terdiri dari perhitungan tampang lintang data nuklir, desain elemen bahan bakar dan reaktor, evaluasi spektrum neutron, perhitungan secara difusi untuk geometri 2 atau 3 dimensi, perhitungan fraksi bakar, pengelolaan/manajemen bahan bakar, kendali dan hanya untuk HTR pebble-bed dengan simulasi termal-hidrolika (thermal-flow) pada kondisi tunak maupun tak tunak (transien). Proses simulasi VSOP’94 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul-2 pada VSOP’94 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Istilah Dalam Program VSOP: BATCH: Dalam satuan dasar dalam program VSOP, komposisi material reaktor dinamakan sebuah ”batch”­. Untuk mengisi teras pertama kali, reaktor harus dibagi menjadi beberapa bagian batch. Bagian-bagian batch tersebut harus dimuati/diisi dengan material bahan bakar atau bagian diluar dengan material reflektor dll. Perhitungan dilakukan secara individu untuk setiap batch: perhitungan tersebut meliputi burnup bahan bakar, shuffling bahan bakar, evaluasi biaya, dan produk panas sisa dalam simulasi kecelakaan Nuklida heterogen LAYER: Dalam banyak kasus untuk tipe elemen bakar yang berbeda, atau elemen untuk iradiasi yang bebeda dimasukan bersama-sama (dicampur) ke dalam reaktor. Bahan/elemen tersebut terpapar pada fluks neutron lokal yang sama. Untuk tujuan tersebut masing-masing batch dapat diletakkan bersama dalam bentuk sebuah ”layer”. Layer ini merupakan volume parsial sesungguhnya dari reaktor V(I) yang memberikan/menyediakan distribusi material (atau tampang lintangnya) untuk perhitungan fluks neutron 2/3-dimensi. SPECTRUM ZONES / ZONA SPEKTRUM: Gabungan dari batch-batch dengan jumlah yang banyak membentuk ”zona spektrum” (spectrum zones). Perhitungan spektrum didasarkan pada rata-rata densitas atom dari zona spektrum ini. Zona spektrum ini memberikan informasi tampang lintang kelompok energi lebar untuk masing-masing batch Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -1: DATA2  Desain Elemen Bakar Spesifikasi (card D1-D4) Nuklida yang digunakan dlm perhitungan Biaya fabrikasi dan proses olah-ulang / treatmen limbah Perlakuan elemen bahan: homogen atau heterogen Desain Jenis dan Varian Bahan Bakar (card D5-D16) Untuk VSOP’94 terbatas hanya sampai 27 set kombinasi dengan Card Repetitif Jenis  mengkarakterisasi desain dan data biaya Varian  variasi pengkayaan, ukuran kernel, pelapis, pebble, grafit matriks outer, dll. Jenis bahan bakar: pebble-bed (bola) atau blok prismastik.  Penentuan fraksi packing pebble dalam teras: 61% atau lainnya. Identifikasi 9 bahan bakar: UO2, UC, UC2, UO2 – ThO2, UC – ThC, UC2 – ThC2, Pu-Ox-Cy (x, y diberikan pada card D10), Pu-O2-ThO2, , Pu-O2-UO2 dengan bahan fisil: 233U dan 235U Densitas atom yang digunakan pada masing-2 varian Desain Teras (card D17 – D18) dan Nuklida Tambahan (Card D19) Daya per elemen bakar (bola/blok prismatik), Daya spesifik, Densitas Daya Efisiensi termal, rasio tinggi/diameter teras, tebal reflektor, densitas grafit reflektor, Nuklida tambahan: absorber, Xenon dll Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -2: ZUT-DGL  Perhitungan Integral Resonansi Card: Z1-Z20 Bila data elemen bakar diberikan dari DATA-2 dan bila parameter resonansi diberikan dari suatu library, input-nya menjadi Z1 – Z6. Set Data untuk Pustaka parameter resonansi: NNRESO=26 (235U), 27(232Th), 28(238U), 5 (baca input resonansi yg diberikan) Temperatur resonansi (K), batas atas & bawah energi resonansi (eV) Jumlah set data untuk pustaka data resonansi yang akan dihasilkan dalam kelompok GAM Solusi perhitungan integral resonansi Tentukan geometri absorber (medium tak-hingga, silindris, lempeng (slab), bola/spferis. Tentukan solusi hamburan oleh absorber: hamburan bawah pada absorber yang didasarkan pada fluks neutron terhitung, Approksimasi-Narrow Resonance (NR), Approksimasi-IM. Pada perhitungan heterogenitas ganda, lapisan pada kernel TRISO ditentukan sebagai moderator no.1 (downscattering moderator no. 1 menggunakan fluks neutron yang sudah dihitung). Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -2: ZUT-DGL  Perhitungan Integral Resonansi…cont’ Desain Elemen Eksplisit: Card –Z11 s/d Z17 Card Z11 digunakan hanya untuk menghitung Dancof Factor oleh sub-rutin DANC Jenis/Tipe kisi bahan bakar yang tersedia: Kisi persegi: Bundel 4x4, bundel 5x5, bundel 6x6 Kisi segitiga: 2, 3, 7, 19 bundel batang, Parameter lain yang diperlukan: Radius batang, pitch, ketebalan kelomgsong, ketebalan celah antar bundel, tot dari : moderator, kelongsong, pada celah Radius elemen bakar untuk silinder /bola, ½ tebal untuk lempeng (slab). Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -3: BIRGIT  Desain Geometri Reaktor 2-Dimensi Setting jumlah data set untuk dipakai pada: VSOP, CITATION dan THERMIX Jumlah data set transfer ke VSOP = 25 Jumlah data set transfer ke CITATION = 37 Jumlah data set transfer ke THERMIX = 43 Jika diisi 0  drop (tidak dihitung) Perhitungan volume-matrik VSOP-CITATION dan VSOP-THERMIX Penentuan geometri VSOP-CITATION dan VSOP-THERMIX Jumlah mesh pada arah aksial-Z yang tersupersisi (tindih) Jumlah mesh pada arah radial-R yang tersupersisi (tindih) Geometri/tata-letak VSOP-CITATION: Jumlah mesh arah aksial-Z & radial-R tersuperposisi (mis: 24000&9000) Jumlah kanal dalam VSOP (mis:6) KANTYP: =0 (kanal di dalan teras), =1 (kanal di luar teras), di konus, =-1 (kanal di reflektor) KAN: > =0 Jumlah layer/lapisan dalam kanal; =0 satu layer diatas seluruh kanal Layer-VSOP dan Komposisi-CITATION harus kongruen  RKONUS: radius konus (cm, 115), ZKONUS: ketinggian konus (cm, 66) Radial coarse mesh dan ketebalan mesh radial halus Aksial coare mesh dan ketebalan mesh aksial halus Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -3: BIRGIT  Desain Geometri Reaktor 2-Dimensi…cont’ Posisi aksial dan posisi radial masing-masing kanal Komposisi nomor ID layer-VSOP dan komposisi-CITATION Jumlah mesh halus arah aksial dan ketebalannya (cm) Jumlah mesh halus arah radial dan ketebalannya (cm) CITATION: Mesh kasar menentukan komposisi, mesh halus menentukan kisi dari kalkulasi fluks neutron THERMIX: Kisi mesh halus teras harus identik dengan kisi mesh input THERMIX pada card TX7 – TX8, karena matriks volume dibuat untuk transformasi pada lapisan VSOP ke mesh THERMIX. Geometri/tata-letak mesh-THERMIX/KONVEK: Perhitungan dengan THERMIX saja atau THERMIX-KONVEK Perhitungan temperatur bahan bakar dengan matrik eliminasi Gauss atau (Gauss-Seidel). Tipe homogen/heterogen elemen bakar yang dipakai Operasi tunak/transient/kopling dengan VSOP Layer-VSOP dan mesh-THERMIX harus kongruen  Disstribusi daya fungsi waktu / panas peluruhan fungsi skema OTTO / MEDUL Maksimum iterasi perhitungan temperatur (def.=2000) Maksimum loop THERMIX-KONVEK untuk steady state (def.=100) Posisi titik mesh aksial/radial pertama Kondisi batas adiabatik untuk mesh awal radial/aksial atau normal Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -4: TRIGIT  Desain Geometri Reaktor 3-Dimensi Setting jumlah data set untuk dipakai pada: VSOP, CITATION dan Layer Jumlah data set transfer ke VSOP = 25 Jumlah data set transfer ke CITATION = 37 Jumlah layer pada teras Modul TRIGIT mendefinisikan pola komposisi 3 dimensi dalam reaktor. Layer-VSOP, batch-VSOP, dan komposisi-CITATION harus identik. Mereka diberi nomor identifikasi yang sama. Penentuan mesh pada modul TRIGIT Jumlah mesh halus dalam mesh kasar (coarse) pada arah sumbu-X Jumlah mesh halus dalam mesh kasar (coarse) pada arah sumbu-Y Jumlah mesh halus dalam mesh kasar (coarse) pada arah sumbu-Z Komposisi-CITATION hanya untuk teras dan non teras (reflektor) Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -5: VSOP  Reaktor dan Siklus Bahan Bakar Program bantu VSOP: Normat start atau re-start, kalau re-start siapkan referensi yang akan dibaca. Baca data geometri reaktor (BIRGIT/TRIGIT) Jumlah nuklida yang digunakan ( 200) & jumlah kelompok energi dalam perhitungan difusi (mis: 4) serta jumlah siklus burunp. Jumlah produk fisi ( 49) Metode perhitungan yang dilakukan: JSER=0, Kalkulasi diffusi, pengaturan racun kendali, burnup JSER=1, Kalkulasi diffusi, burnup. JSER=2, Kalkulasi diffusi. JSER=3, Sama seperti 0, tetapi pengaturan pengendalian racun pada reflektor. Start dengan perhitungan distribusi Xe / data telah disediakan Perhitungan biaya bahan bakar. Tentukan jumlah batch (region)  200, dan densitas atomnya (homogenized) Perhitungan burnup: Kesetimbangan neutron global/rinci Lama step waktu diantara perhitungan difusi (DELDAY, dalam hari)  step waktu burnup besar Tentujan Daya Termal Reaktor (Watts) Batas akhir burnup dan kontrol kendali racun Tentukan step waktu burnup kecil. Perhitungan spektrum, selfshielding factor, tamp. lintang termal rata-2, fluks neutron kelompok halus (fine group) Perhitungan termal-hidraulika dengan THERMIX/KONVEK Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -5: VSOP  Reaktor dan Siklus Bahan Bakar…cont’ Program bantu GAM-1: Recall program bantu GAM-1 untuk menghitung spektrum neutron epitermal dan neutron cepat dari pustaka GAM dan program bantu THERMALIZATION Nomor identitas (ID) pustaka integral resonansi GAM (5015) Referensi data set untuk pustaka integral resonansi (30) Jumlah design/tipe elemen bakar ( 10) Geometri elemen bakar (slab/silinder/bola) Spektrum sumber fisi yang digunakan: 18 macam (diantaranya 233U, 235U, 239Pu, dll) Faktor perisai diri diperhitungkan/tidak. Temperatur resonansi absorber yang digunakan Program bantu THERMALIZATION: Nomor identifikasi pustaka termal 96-kelompok (THERMALIZATION, = 15) Jumlah nuklida hambur Temperatur nuklida untuk perhitungan spektrum termal (K) Kriteria konvergensi (1xE-04) Nomor identifikasi untuk pustaka THERMOS yang akan dibentuk (515) untuk 30 kelompok energi (maksimum) Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -6: LIFE  Histori Hidup Bahan Bakar Modul LIFE digunakan untuk Evaluasi Daya Peluruhan : Setting dimensi: Jumlah storage box Jumlah batch VSOP Jumlah siklus burnup Jumlah step waktu dalam siklus burnup Jumlah elemen bakar melewati teras Opsi cetak: Pustaka yang dihasilkan seluruh batch No identitas unit pustaka baru yang dihasilkan (mis. 61) No identitas unit-VSOP untuk re-start (maks. 4 unit, mis.: 62,63,64,65) Opsi lainnya: Evaluasi hidup bahan bakar sebelumnya yang dimulai dari siklus terakhir yang diberikan oleh VSOP Evaluasi dimulai dari jumlah siklus VSOP sebelumnya Evaluasi dari step waktu terakhir yang diberikan siklus VSOP Baca semua siklus VSOP yang diberikan pada unit – M60 Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul -7: PRIOR  Histori Hidup Bahan Bakar Modul PRIOR digunakan untuk generasi seluruh isotop yang dihasilkan dari ORIGEN Setting dimensi: Jumlah batch dalam teras Jumlah zona spektrum dalam teras Jumlah siklus burnup Jumlah total step waktu burnup besar Jumlah nuklida Jumlah kelompok energi Opsi lainnya: Evaluasi hidup bahan bakar sebelumnya yang dimulai dari siklus terakhir yang diberikan oleh VSOP Evaluasi dari step waktu terakhir yang diberikan siklus VSOP No identitas unit pustaka baru yang dihasilkan (mis. 61) No identitas unit-VSOP untuk re-start (maks. 4 unit, mis.: 62,63,64,65) Pengenalan Paket Program VSOP’94

Modul-8: ATLAS  Peta 3-Dimensi Hasil VSOP Modul ATLAS digunakan untuk menampilkan map/peta 3-dimensi dari hadil VSOP Tampilkan data yang diberikan untuk setiap bidang atau tampilkan data masing-masing untuk setiap bidang secara berurutan. Nomer ID bidang yang akan ditampilkan Nomor ID bidang tersebut sesuai dengan yang dinyatakan dalam TRIGIT (KMZ=jumlah total bidang dalam TRIGIT) Tampilkan informasi umum semua bidang Tampilkan informasi batch (burnup, daya) Tampilkan informasi densitas atom, Tampilkan informasi berat material (uranium, plutonium) Tampilkan fluks termal batch Tampilkan informasi daya per elemen bakar (normalisasi) Pengenalan Paket Program VSOP’94

VSOP-Utility : VSOP-Utility ver 2.3 merupakan program bantu untuk mempersiapkan input VSOP’94 yang telah dibuat oleh Putranto Ilham Yazid. Program bantu ini sangat membantu dalam mempersiapkan input VSOP’94 yang sangat “formatted minded”. Pengenalan Paket Program VSOP’94

Penutup Program VSOP telah dikembangkan sejak edisi pertama (VSOP’80an), dan dikembangkan terus hingga veri VSOP’99/09 yang telah dilengkapi dengan berbagai evaluasi yang lebih lengkap terhadap performansi reaktor (manajemen dan siklus bahan bakar) yang sangat dibutuhkan untuk analisis desain dan analisis keselamatan reaktor baik neutronik maupun termal-hidraulikanya, serta bahwa evaluasi ekonomi sekalipun dapat dilakukan dengan program ini. Simulasi reaktor khususnya reaktor berpendingin gas temperatur tinggi (RTGTT) dapat dilakukan dengan program VSOP ini, baik untuk keadaan steady sate maupun kondisi transien pada saat postulasi kecelakaan diterapkan. Untuk program VSOP’94 akan lebih sempurna lagi jika up-date pustaka data nuklirnya yang telah usang (ENDF/B-V, JEF-1) dapat dilakukan dengan pustaka data nuklir terbaru yang ada (ENDF/B-VII, JENDL-4, JEFF-3.1, dll). Pengenalan Paket Program VSOP’94

Kepustakaan E. Teuchert, U.Hansen, K.A. Haas: "VSOP-Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycle Simulation“, Kernforschungsanlage Jülich, Jül-1649, (March 1980) E. Teuchert, K.A. Haas, H.J. Rütten, H. Brockmann, H.Gerwin, U. Ohlig, W. Scherer, "V.S.O.P. (94) : Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycle Simulation”, Forschungszentrum Jülich, Jül-2897, (April 1994). H. J. Rütten, K. A. Haas, H. Brockmann, U. Ohlig, W. Scherer: "V.S.O.P. (97) Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycle Simulation”, Forschungszentrum Jülich, Jül-3522, (April 1998) H. J. Rütten, K. A. Haas, H. Brockmann, U. Ohlig, W. Scherer: "V.S.O.P. (99) for WINDOWS and UNIX”, Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycle Simulation”, Forschungszentrum Jülich, Jül-3820, (October 2000) H. J. Rütten, K. A. Haas, H. Brockmann, W. Scherer: V”.S.O.P. (99/05) Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycle Simulation”, Jül-4189, October 2005, H.J. Rütten, K.A. Haas, H. Brockmann, U. Ohlig, C. Pohl, W. Scherer, “V.S.O.P. (99/09) Computer Code System for Reactor Physics and Fuel Cycle Simulation; Version 99 ”, Forschungszentrum Jülich, Jül-4326, (June 2010) Pengenalan Paket Program VSOP’94