BRAIN GAIN MALAYSIA (BGM): KAJIAN KEBOLEHLAKSANAAN PROJEK MENAIKTARAF KUASA REAKTOR TRIGA PUSPATI (RTP)

N.S. Hamzah, M.F. Abdul Farid, J. Abdul Karim, M.H. Rabir, M.D. Usang,

M.H. Abdul Khalil, M.A.S. Salleh

Bahagian Kuasa Nuklear Agensi Nuklear Malaysia

Bangi, 43000, Kajang, Selangor naimsyauqi@nuclearmalaysia.gov.my

ABSTRAK Program BGM yang telah diperkenal oleh MOSTI telah membuka peluang kepada Bahagian Kuasa Nuklear (BKN) mendapatkan khidmat pakar dari Romania, Constantin Iorgulis untuk kelangsungan projek menaiktaraf kuasa RTP. Program selama 2 bulan setengah ini merangkumi pembangunan kepakaran dalam bidang neutronic dan thermalhydraulics dikalangan penyelidik BKN dan pengenalan teknologi reaktor kepada pelajar IPTA dan IPTS. Program ini telah memberi manfaat yang sangat besar kepada BKN dimana aktiviti dijalankan secara intensif dan hands-on yang membolehkan penyelidik yang terlibat menguasai kod komputer yang berkaitan dengan berkesan. Kertas kerja ini membincangkan pendekatan yang telah diambil sepanjang program BGM berlangsung dan juga manfaat serta hasil yang telah berjaya dicapai secara langsung dan sebaliknya.

Katakunci : BGM, Naik taraf reaktor 1.0 PENDAHULUAN Program Brain Gain Malaysia (BGM) telah mula diperkenalkan pada Disember 2006 di bawah Kementerian Sains, Teknologi dan Inovasi (MOSTI). Matlamat utama pembentukan program ini adalah untuk mempercepat transisi Malaysia kearah ekonomi yang lebih baik melalui pemerkasaan inovasi. Pembangunan program ini juga antara lainnya merupakan salah satu usaha kerajaan Malaysia dalam menggalakkan pemindahan kepakaran dalam pelbagai disiplin bidang dan teknologi luar masuk ke dalam negara disamping mempertingkatkan peluang menjalinkan usahasama antara negara-negara yang terlibat.

Agensi Nuklear Malaysia (ANM), khasnya melalui Bahagian Kuasa Nuklear (BKN) telah menyambut baik kewujudan program BGM ini. Melalui program BGM ini, hasrat ANM untuk memiliki keupayaan menaik taraf satu-satunya rektor di Malaysia iaitu Reaktor TRIGA PUSPATI (RTP) mula diterjemahkan melalui pengambilan masuk pakar dari negara luar untuk bekerjasama dengan penyelidik tempatan. Tanggal 7 September 2010, MOSTI telah meluluskan peruntukan sebanyak RM91,432.00 kepada ANM di bawah Tawaran Pakej Insentif Program Brain Gain Malaysia. Kelulusan peruntukan ini telah membolehkan ANM menerima seorang pakar jemputan daripada negara Romania, iaitu Dr Constantin Iogulis dari Institute for Nuclear Research Pitesti Romania. Antara faktor pemilihan beliau adalah disebabkan bidang kepakaran yang bersesuaian, serta penglibatan dan pengalaman beliau dalam projek menaik taraf reaktor penyelidikan kepada paras kuasa 14MWth milik negara Romania.

Program BGM ini telah berlangsung selama 10 minggu bermula dari 18 Oktober 2010 hingga 31 Disember 2010. Objektif program ini adalah pembangunan kepakaran dalam bidang neutronik dan hidraulik terma dikalangan penyelidik BKN khasnya, dan ANM umumnya. Penganjuran program BGM ini secara tidak langsung turut mendokong peranan ANM sebagai sebagai badan kerajaan yang bertanggungjawab terhadap usaha mempromosikan teknologi nuklear kepada masyarakat umum melalui penganjuran beberapa siri seminar di Institut Pengajian Tinggi Awam (IPTA) dan Institut Pengajian Tinggi Swasta (IPTS) negara. Pemilihan universiti sebagai lokasi seminar adalah bertujuan untuk memupuk minat dan kefahaman berkaitan bidang nuklear dan reaktor kepada para pelajar dan ahli akademik di universiti. Malah, usaha seperti ini adalah selari dengan cita-cita ANM untuk menjadi salah sebuah organisasi yang menyokong secara teknikal (TSO) berkaitan teknologi nuklear Negara termasuklah perancangan kearah pembinaan janakuasa nuklear di Malaysia.

Kertas kerja ini secara umumnya membincangkan perjalanan program BGM di Agensi Nuklear

Malaysia bagi tahun 2010, pendekatan yang telah diambil dan juga manfaat serta hasil yang berjaya dicapai sepanjang penganjuran program tersebut.

2.0 PELAKSANAAN DAN PENDEKATAN PROGRAM 2.1 Pengurusan Peruntukan

MOSTI telah meluluskan peruntukan sebanyak RM91,432.00 kepada Agensi Nuklear Malaysia di bawah Tawaran Pakej Insentif Program Brain Gain Malaysia pada 7 September 2010. Pecahan pakej insentif adalah ditunjukkan secara terperinci seperti dalam Jadual 1: Jadual 1: Pecahan pakej insentif bagi program BGM- Kajian kebolehlaksanaan projek menaiktaraf kuasa Reaktor TRIGA PUSPATI

Perkara Peruntukan (RM)

Gaji 60, 000 Pengangkutan 20, 432 Insurans perubatan 15, 000 Penginapan 5, 000 Perbelanjaan tambahan (penganjuran seminar) Jumlah

4, 500 91, 432

2.2 Pelaksanaan Program Penyusunan agenda program BGM telah bermula sejak proses mengenalpasti pakar jemputan selesai dilakukan. Komunikasi bagi membincangkan modul program yang sesuai mula dibuat melalui komunikasi secara e-mel dan kemudiannya disemak semula pada minggu pertama program BGM berlangsung. Setelah mengambil kira kesesuaian bidang kepakaran dan keselesaan pakar jemputan, modul program BGM yang disepakati dan dilaksanakan bagi tahun 2010 adalah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2. Jadual 2: Modul Program BGM- Kajian kebolehlaksanaan projek menaiktaraf kuasa Reaktor TRIGA PUSPATI

Perkara Tempoh Persiapan sistem pengkomputeran prestasi tinggi (HPC) 1 Minggu Penilaian dan analisis (neutronik)

- Status semasa teras RTP - Bahan api jenis plat (plate type fuel) - Bahan api jenis berkas (bundle type fuel) - Model WIMS - Model MCNP

9 Minggu

Penilaian dan analisis (hidraulik terma) - Pengiraan hidraulik terma RTP - Model PARET

Penganjuran Seminar

Jumlah

10 Minggu

Seramai 10 orang penyelidik daripada BKN iaitu masing-masing 6 orang daripada Seksyen Fizik Nuklear dan Reaktor (RXP) dan 4 orang daripada Seksyen Penilaian Teknologi, Kejuruteraan dan Keselamatan (TES) telah terlibat secara langsung dalam program BGM 2010 ini. Seksyen RXP telah dipecahkan kepada 3 kumpulan dimana setiap kumpulan mempunyai fokus yang berbeza iaitu pembangunan kepakaran menggunakan komputer kod MCNP, pembangunan kepakaran menggunakan komputer kod WIMS dan penilaian naik taraf RTP. Matlamat utama kajian bagi tiga kumpulan ini adalah untuk mendapatkan konfigurasi teras yang mempunyai nilai fluks yang lebih tinggi daripada nilai semasa. Buat ketika ini, nilai fluks semasa adalah sekitar 1 x 1013 n/cm2/s (Malaysian Nuclear Agency, 2010). Seksyen TES pula membentuk satu lagi kumpulan dengan memfokuskan pembangunan kepakaran dalam simulasi hidraulik terma menggunakan komputer kod PARET. Kumpulan ini akan menilai aspek keselamatan reaktor apabila perubahan konfigurasi teras dan nilai fluks berubah. Khidmat kepakaran juga turut diberikan secara tidak formal kepada kakitangan BKN yang lain. Seksyen Pengurusan Kitaran Bahan Api (FCM) sebagai contoh telah diperkenalkan dengan komputer kod ORIGEN bagi membantu projek analisis penyusutan bahan api RTP manakala Seksyen Kawalan dan Instrumentasi Reaktor (RIC) pula turut mengambil peluang merujuk dan mendapatkan khidmat nasihat daripada pakar tersebut dalam menyiapkan deraf tender pembelian konsol yang baru.

Setiap kumpulan diberikan tugas berbeza pada setiap minggu bagi memahirkan diri dengan simulasi komputer kod masing-masing. Jadual pertemuan setiap kumpulan ditentukan sejak awal bagi memastikan perjalanan program berjalan secara lancar. Beberapa slot bebas juga diberi sekiranya peserta ingin mendapatkan penerangan tambahan. Melalui pengwujudan sistem seperti ini, pemantauan perkembangan setiap kumpulan dapat dilakukan secara lebih sistematik. Pada penghujung setiap minggu pula (kelazimannya adalah pada hari jumaat), setiap kumpulan perlu membentangkan laporan kemajuan kajian masing-masing. Melalui sesi pembentangan ini peserta dapat berkongsi pengetahuan, mengikuti perkembangan kajian kumpulan lain serta mendapatkan komen dan cadangan bagi menambahbaik setiap kajian yang dilakukan. Selain pembentangan oleh peserta pada setiap penghujung minggu, perkongsian hasil turut dilakukan melalui pembentangan pakar jemputan dalam mesyuarat bersama pengurusan atasan, penganjuran siri seminar dan penulisan laporan. Perkara ini akan dibincangkan secara lebih lanjut dalam bab seterusnya. Setiap maklumat juga turut dikongsikan melalui pengwujudan fail khas yang boleh dicapai kakitangan BKN yang lain melalui server ANM.

Dalam memastikan pemindahan ilmu belaku secara berkesan, bengkel susulan turut dianjurkan dari masa ke semasa setelah program BGM tamat. Setiap kumpulan diminta untuk mengatur bengkel khas bagi memanjangkan kefahaman yang diperoleh kepada kakitangan lain yang tidak berkesempatan mengikuti program BGM ini. Sesi pengajaran dan pembelajaran tidak hanya melalui penerangan secara persembahan slaid malah turut dilakukan secara praktikal. 3.0 HASIL DAN PERBINCANGAN

3.1 Mesyuarat Pembentangan Hasil Sebanyak 10 pembentangan hasil kajian dikalangan peserta dilakukan sepanjang 10 minggu program BGM berlangsung. Selain itu juga, hasil kajian turut dikongsi bersama pengurusan atasan Program Teknikal melalui 2 mesyuarat pembentangan hasil dimana setiap satu memfokuskan hasil kajian melibatkan aspek neutronik dan hidraulik terma. Melalui mesyuarat ini, kebolehlaksanaan konsep rekabentuk naik taraf reaktor yang dikaji dibincangkan dalam skop yang lebih besar termasuk kesesuaian konsep, keperluan modifikasi, keselamatan sinaran, isu pembekalan bahan api baru dan kekangan-kekangan lain yang terpaksa dihadapi.

3.2 Penganjuran Seminar Sebanyak tiga seminar diadakan. Dua seminar diadakan di dua universiti tempatan yang berhampiran iaitu di Universiti Tenaga Nasional (UNITEN) dan Universiti Islam Antarabangsa (UIA), manakala satu seminar diadakan di Agensi Nuklear Malaysia. Seminar yang diadakan di UNITEN bertajuk “Important of Physics in Nuclear Design” pada 21 November 2010. Seramai lebih dari 100 peserta menghadiri seminar ini. Seminar yang diadakan di UIA bertajuk “Nuclear Research Reactor vs Nuclear Power Reactor” pada 23 Disember 2010. Seramai lebih 100 peserta terdiri daripada pensyarah-pensyarah dan pelajar-pelajar telah menghadiri seminar ini. Siri Seminar yang terakhir telah diadakan di Agensi Nuklear Malaysia bertajuk “Feasibility Study of RTP Upgrading” pada 29 Disember 2010. Seminar ini telah dihadiri seramai 80 orang peserta. Secara umumnya, kehadiran peserta seminar adalah terdiri daripada pelajar universiti, pensyarah, penyelidik, dan pegawai kerajaan.

3.3 Penulisan Laporan Sebanyak 4 siri laporan dihasilkan. Tiga laporan adalah berkaitan pengiraan neutronik bagi beberapa konsep naik taraf teras reaktor dengan menggunakan komputer kod MCNP dan WIMS manakala 1 laporan adalah berkaitan pengiraan hidraulik terma menggunakan komputer kod PARET. Untuk kemudahan rujukan di masa hadapan, setiap metodologi dan parameter penting yang digunakan direkod bersama laporan-laporan yang dihasilkan. 3.4 Opsyen Naik Taraf Reaktor Sebanyak 3 opsyen naik taraf reaktor telah dikaji daripada aspek neutonik dan hidraulik terma. Opsyen 1 mengekalkan ciri semasa reaktor sedia ada. Kajian secara simulasi menggunakan komputer kod MCNP dibuat bagi konfigurasi teras dengan 86 bahan api TRIGA yang baru (rujuk rajah 1). Bahan api yang digunakan adalah yang sama digunapakai sekarang iaitu UZrH1.6 (PUSPATI, 1983). Opsyen 2 pula turut mengekalkan sebahagian besar ciri semasa RTP. Hanya sedikit modifikasi dilakukan dengan pembinaan perangkap neutron di tengah teras reaktor . Bagi konsep ini, sebanyak 119 bahan api TRIGA baru telah digunakan (rujuk rajah 2).

Opsyen 3 pula melibatkan modifikasi secara menyeluruh pada teras reaktor iaitu dengan menukar reaktor kepada jenis bahan api berkas (rujuk rajah 3). Bagi konsep ini, kajian telah dilakukan menggunakan komputer kod WIMS dan DFA. Opsyen 3 menunjukkan nilai fluks paling tinggi yang boleh dicapai iaitu 1 x 1014 n/cm2/s. Namun, pengiraan menggunakan komputer kod PARET mendapati konfigurasi teras bagi opsyen 3 ini tidak sesuai menggunakan sistem penyejukan secara perolakan. Ini adalah kerana, pada paras kuasa 3MW suhu air disekitar bahan api menjangkaui 100oC di sebahagian kawasan bahan api. Sekiranya opsyen ini dipilih, maka sistem penyejukan hendaklah diganti dengan sistem penyejukan secara paksaan (C. Iorgulis et al, 2011). Perbandingan karakteristik bagi tiga opsyen tersebut ditunjukkan secara lebih terperici dalam Jadual 3.

Rajah 1: Konfigurasi teras opsyen 1 Rajah 2: Konfigurasi teras opsyen 2

Rajah 3: Konfigurasi teras opsyen 3

Jadual 3: Perbandingan karakteristik bagi 3 opsyen kajian naik taraf Reaktor TRIGA PUSPATI Senario Opsyen 1 Opsyen 2 Opsyen 3

Ciri Utama - Tiada modifikasi teras - 86 bahan api baru

- Modifikasi teras yang sangat kecil - Perangkap neutron di tengah teras - Penggunaan 119 bahan api baru

- Modifikasi ketara pada teras - Menggunakan bahan api jenis berkas

Paras Kuasa 1MW 2MW 3MW Bahan Api Bahan api jenis TRIGA (sama dengan bahan api semasa)

- Diameter = 3.73 cm - Tinggi = 38.1 cm

Bahan api jenis TRIGA (sama dengan bahan api semasa) - Diameter = 3.73 cm - Tinggi = 38.1 cm

- Bahan api TRIGA jenis berkas (sama dengan bahan api yang digunakan di reaktor Romania)

- Diameter = 1.370 cm - Tinggi = 38.1 cm - Tiada rod Zr di tengah bahan api

Teras Reaktor - Bentuk cincin - 86 batang bahan api (8.5 wt %) - Dikelilingi grafit sebagai pembalik neutron

- Bentuk cincin - 119 batang bahan api (8.5 wt %) - Dikelilingi grafit sebagai pembalik neutron - Air memenuhi tengah teras dan B Ring bagi

tujuan perangkap neutron.

- 36 berkas bahan api dengan setiap satu adalah 4 x 4 bahan api (jumlah bersamaan 576 bahan api)

- Dikelilingi blok grafit sebagai pembalik neutron - Rekabentuk teras baru adalah muat dengan geometri asal.

Neutron Fluks - Minimum - 4.64 x 1012 n cm-2 s-1 - Maksimum - 3.28 x 1013 n cm-2 s-1

- Minimum - 1.02 x 1013 n cm-2 s-1 - Maksimum - 6.99 x 1013 n cm-2 s-1

- Minimum - 5.70 x 1013 n cm-2 s-1 - Maksimum - 1.00 x 1014 n cm-2 s-1

Kemudahan Penyinaran - Sama dengan keupayaan semasa

- Sama dengan keupayaan semasa - Sekurang-kurangnya 4 lubang penyinaran di dalam teras dan 17 lubang penyinaran di luar teras

- Lubang sinaran luar teras adalah statik dan tidak boleh berputar.

Ciri Keselamatan Teras - Tindak balas negatif daripada bahan api (Inherent negative feedback)

- Kekal dengan menggunakan 4 rod batang kawal

- Tindak balas negatif daripada bahan api (Inherent negative feedback)

- Penambahan kepada 5 rod batang kawal

- Ciri keselamatan bahan api yang sama memandangkan bahan api yang digunakan adalah model TRIGA

- 5 rod batang kawal berbentuk segi empat

Mod operasi denyut - Tidak berfungsi ketika ini. Namun masih boleh dibangunkan untuk tujuan ujian bahan di masa akan datang.

- Tidak berfungsi ketika ini. Namun masih boleh dibangunkan untuk tujuan ujian bahan di masa akan datang.

- Tiada keupayaan melakukan mod operasi denyut

Hidraulik terma - Julat suhu di tengah-tengah bahan api ialah 273 -440 oC

- Julat suhu di permukaan lapisan luar bahan api ialah 32 -82 oC

- Julat suhu di tengah-tengah bahan api ialah 327 -550oC

- Julat suhu di permukaan lapisan luar bahan api ialah 32 -88 oC

Penyejukan secara perolakan (Natural Convection) - Julat suhu di tengah-tengah bahan api ialah 101 -251 oC - Julat suhu di permukaan lapisan luar bahan api ialah 32 -

105 oC Penyejukan paksaan (Force Cooling)

- Kadar aliran pam = 4000 kgs-1m-2 - Julat suhu di tengah-tengah bahan api ialah 122 -210 oC - Julat suhu di permukaan lapisan luar bahan api ialah 32-

38 oC

4.0 KESIMPULAN

Secara kesimpulannya, program BGM telah memberi banyak manfaat kepada Agensi Nuklear Malaysia. Program selama 2 bulan setengah ini telah berjaya mempertingkat pengetahuan dalam bidang neutronik dan hidraulik terma dikalangan penyelidik BKN disamping mempromosikan teknologi reaktor kepada masyarakat luar. Sekiranya ANM serius untuk melaksanakan naik taraf reaktor, kajian lanjut perlu dilakukan untuk melihat kebolehlaksanaan opsyen yang dikaji secara lebih komprehensif termasuklah kajian membabitkan kos, kajian keselamatan sinaran, kesesuaian rekabentuk, dan pelbagai kekangan lain. Sekiranya program seumpama ini dianjurkan semula pada masa akan datang, beberapa penambahbaikan boleh dibuat iaitu dengan menjemput lebih daripada seorang pakar dalam sesuatu masa selain pengisian slot syarahan secara formal untuk bidang-bidang yang kritikal. 5.0 RUJUKAN 1. Malaysian Nuclear Agency (2008).Safety Analysis Report For Puspati TRIGA Reactor.

2. PUSPATI (1983). Safety Analysis Report for PUSPATI TRIGA MARK II reactor facility.

3. C. Iorgulis, M.D. Usang, M.H. Rabir, N.S. Hamzah, M.H. Abdul Khalil, J.Abdul Karim, M.F. Abdul Farid,

Z. Hashim, T. Lanyau, M.S. Kassim, M.A.S. Salleh and M.P. Abu (2011).RTP Upgrading: Study of Bundle Type Core. Asian Symposium on Material Testing Reactor 2011.