ANALISIS DATA TAMP ANG LINT ANG TOTAL MINIMA NITROGEN-14 FILE DATA NUKLIR JENDL-3.2 Suwoto, Tumpal Pandiangan, Ferhat Aziz Pusat Pengembangan Sistem Reaktor Maju -BATAN
ABSTRAK ANALISIS DATA TAMPANG LINTANG TOTAL MINIMA NITROGEN-J4 FILE DATA NUKLIR JENDL-3.2. Te/ah di/akukan uji integral tampang /intang neutron untuk nitrogen-/4 yang terkandung pada file data nuk/ir JENDL-3.2. Analisis perhitungan didasarkan pada percobaan Broomstick ORNL-USA yang te/ah di/akukan o/eh MAEKER, R.E. Untuk perbandingan data, te/ah di/akukan ana/isis perhitungan dengan file data nuk/ir /ainnya seperti JENDL-3./. ENDFIB-fl.'. ENDFIB-V/ JaIl juga dellgall JEF2.2. Ilasil perhitungan dengan file data nuk/ir JENDL-3.2 secara integral menunjukkan kesesuaianyang baik dengall hasi/ yang diperoleh dari pengukuran. seperti juga dengan file data nuk/ir ENDFIB-VI. Ter/ihat file data nuk/ir JENDL-3.2 memberikan hasil yang jauh /ebih baik dibanding file data nuk/ir JENDL-3.1. Secara kese/uruhan dapat disimpulkan bahwa tampang /intang total minima nitrogen-/4 yang terkandung pada file data nuk/ir JENDL-3.2 mempunyai kualitas yang baik, walaupun pada daerah energi antara 0.5 MeV dan 0.9 MeV tampang /intang totaltersebut masih terlalu rendah (kira-kira 4 %) dengan minima yang fer/alII da/am.
ABSTRACT DATA ANALYSES OF MINIMA TOTAL CROSS-SECTIONSOF NITROGEN-I4 ON JENDL-3.2 NUCLEAR DATA FILE. The integral tests of neutron cross-sections for shielding material such as nitrogen-14containedin JENDL-3.2file havebeenperformed.Analyses oftho:calculationfor nitrogen-14 was basedon the MAEKER'sORNL.BroomstickExperimentat ORNL-USA.For the data comparison,the calculation analyseswith JENDL-3.1 file, ENDF/B-IV file. ENDF/B-VI file and JEF2.2 have also been carri~d out. The overallcalculationresults byusingJENDL-3.2evaluationshowedgood agreementwith the experimentaldata,as well as thosewith theENDF/B.Vl evaluation.In particular, theJENDL-3.2 evaluation gave better results thanJENDL-3.1evaluationand ENDF/B-fV.It wasbeenconcludedthat the total c~osssections ofNitrogen-l 4 containedin JENDL-3.2file is wasin verygood agreementwith the experimental results,althoughthetotal cross-sections in the energyrangebetween0.5 MeV and 0.9 MeV on file JENDL3.2 was small (about4% lower),and minima oftotal cross-secfions wasdeeper.
kemungkinan untuk meloloskan radiasi.
PENDAHULUAN A
Plikasi
material
nuklir banyak sistem pelengkap samping
itu juga
uranium
nitrida
juga
bisa
dipakai U2N3
sebagai
GCR (Gas Cooled memakai gas He, sangat
fisika
bergantung
reaktor, pada
perhitungan
yang
digunakan.
sehingga
bakar
serta
dapat
gas pada reaktor
keandalan
nuklir
pada syarat
keterkaitan
antara
dapat
menentukan
dapat Dalam
rancangan
data
juga Dua
pada Di
bahan
UN3)
ketelitian
bergantung
lainnya
teknologi
Reactor) yang umumnya CO2, N2 atau udara.
din
mempunyai
sebagai dan
pendingin
digunakan atas
di bidang
dijumpai sebagai pendingin (auxiliary unit) reaktor. (UN,
digunakan
perhitungan
nitrogen
yang metoda
tersebut
satu
di
dengan ketelitian
perhitungan. Dalam lintang perisai Bentuk lintang
radiasi,
tamping
hamburan
material
memegang peranan yang sangat lembah antara dua resonansi, yaitu
penting. tamping
total
minima
diperhitungkan,
Suwoto,
perhitungan dan tamping
dkk
juga karena
perisai lintang
sangat ini
penting
menunjukkan
untuk
Untuk menguji keandalan file data JENDL3.2 khususnya di bidang aplikasi perisai radiasi telah dilakukan uji tampang lintang total nitrogen-14. Hal tersebut sangat esensial guna mengetahui aplikabilitas nuklida nitrogen-14 dalam file data JENDL-3.2 tersebut. Perhitungan yang dilakukan di sini didasarkan pada hasil percobaan Broomstick di ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA? yang telah dilakukan oleh MAEKER, R.E (1972)[1 yang mempunyai tujuan untuk menyelidiki tampang lintang total minima di daerah energi MeV. Percobaan Broomstick tersebut mempunyai geometri yang sangat bagus serta metode perhitungan yang mudah dilakukan. Percobaan tersebutdirancang sedemikian rupa sehingga sampel ditempatkan pada sumbu yang segaris dengan berkas neutron dari reaktor. Dalam" percobaan tersebut, diukur spektrum neutron cepat yang ditransmisikan melalui sampel silinder dengan diameter 4 inchi. Sampel ini diiradiasi ol.eh berkas neutron dari Tower Shielding Reactor-II (TSF-II) di
faktor
ISSN
~~., ~._~ 0216-3128.
ORNL, USA. Analisis tampang lintang total untuk nitrogen-I4 dilakukan dengan menghitung spektrum neutron yang melewati sampel silinder cair clan dibandingkan dengan spektrum yang diperoleh dati tampang lintang total point-wise yang terdapat pada file data nuklir JENDL-3.2, JENDL-3.I, ENDF/BIV, ENDF/B- VI and JEF2.2 yanf dihitung dengan program komputer BROOMST[2,J,
METODA PERHITUNGAN Metoda perhitungan yang digunakan adalah analitis mumi, sehingga tidak memerlukan perhitungan transport yang remit. Karena perhitungan dilakukan secara analitis, maka hasil perhitungan Broomstick hanya dipengaruhi oleh tampang lintang total material tersebut. Sehingga hanya informasi mengenai tampang lintang total saja yang akan diperhatikan. Perhitungan analitis percobaan Broomstick tersebut dapat di!akukan dengan dua langkah sebagaiberikut: I.
Menentukan spektrum neutron uncollided yang ditransmisikan melalui sampel. Langkah ini dimaksudkan agar efek tampang lintang total minima diketahui.
2.
Dengan hasil nilai spektrum neutron uncollided yang diperoleh dari langkah pertama, ditentukan spektrum neutron cepat dengan memperhatikan fungsi resolusi sistem spektrometer NE-213 yang digunakan.
Perhitungan langkah pertama dilakukan untuk penentuan spektrum neutron uncollided NuncC6E') dengan menggunakan persamaan:[11
NI81C(~E')=
LNo(Ei)e.Lr.(E,)tAEi/~E'
(1)
~in6£
dim ana : No(Ej) : spektrum sumber neutron yang diambil dari nilai percobaan, T : tebal sampel, cm 6E j: interval energi yang umumnya cukup kecil dimana semua struktur tampang lintang minima tercakup dalam hampiran. Pada perhitungan langkah kedua, dengan mengambil hasil perhitungan langkah pertama (spektrum neutron uncol/ided Nunc(6E'),) dan memasukkan fungsi resolusi dari sistem spektrometer NE-213 dengan menggunakan persamaan:(I] E) 6E '(2) N unc(E) = L Nunc(6E ') R(E I ~ E'
ISSN0216.j12g
dimana R(E' -.E) adalah gausian yang terpusat pada E', yang merupakan titik tengah dari AE'. Dengan menggunakan harga-harga resolusi energi sistem spektrometer NE-213 yang diperoleh oleh MAEKER, R.E. tersebut, maka R(E' -.E) menjadi(I];
R(E'-
.0,5 x {(E .E') Xa2i,54820 -.E)
-~
a E'
]2 (3)
e
dimana a (dalam % energi puncak) adalah harga FWHM (Full Width Half Maximum) pada energi E' yang diperoleh dari data percobaan. '. Untuk melakukan perhitungan tersebut di alas, digunakan program BROOMST yang dapat secara langsung mengaksesfile data nuklir dengan fom1at ENDF/B. Program BROOMST ini clan subroutine-nya hanya mengakses tampang lintang total fom1at ENDF/B clandata tampang lintang total ini harus diberikan dalam bentuk pointwise yang mempunyai interpolasi linier-linier (LIN-LIN) antara energi clan tampang lintang. Sehingga sebelum perhitungan dilaksanakan, maka data tampang lintang material tersebut harus droses dengan progr1\m LINEAR!4), RECENyls clan SIGMAI!6), seperti pada Gambar I. Dalam Gambar 1 tersebut, FILE 2 adalah file data yang memuat parameter resonansi yang digunakan untuk menggenerasi tampang lintang, dan FILE 3 merupakanfile data nuklir yang berisikan hubungan antara tampang lintang clan energi. Program BROOMST ini menghitung harga spektrum neutron yang ditansmisikan dengan menggunakan fungsifungsi yang diberikan untuk spektrum sumber neutron clan resolusi detektor yang diberikan oleh data dari percobaan. Hasil perhitungan 'Broomstick ini kemudian akan dibandingkan dengan data basil percobaan clan denganfile data terevaluasi lainnya. Data ketebalan dan kondisi sampel yang digunakan ditampilkan pada Tabell. Tabel I. Kondisi dan tebal sampel serta jangkauan energi yang digunakan pada percobaan Broomstick nitrogen-14!1 Nuklida
KetebalanSampel(cm)
nitrogen-14 91.44
Kondisi Sampel JangkauanEnergi (MeV)
0.8 -11
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3. Gambar 2 menunjukkan perbandinganantara hasil pengukuran dan hasil perhitungan untuk spektrum neutron yang melewati sampel silinder Nitrogen-14 dengan Suwoto. dKk.
FlleData ~
ketebalan sampel 91.44 cm yang dihitung dengan file data nuklir JENDL-3.1, JENDL-3.2, ENDF/BIV, ENDF/B-VI dan JEF2.2. Sedangkanpada Gambar 3 ditunjukkan prom harga C/E (Calculated / Experimental) untuk beberapa file data nuklir. Pada Tabel I statistik harga C/E diberikan secara rata-rata untuk tiap-tiap file data nuklir. Tabel 2. Statistik harga C/E rata-rata perhitungan Broomstick untuk Nitrogen-14.
C/E
Abs (1.0C/E)
Std. Dev
1.3180
0.3686
0.3449
JENDL-3.2
1.1342
0.2095
0.2995
ENDF/B-IV
1.1387
0.2076
!
0.3000
ENDF/B-VI
1.1324
0.2035
:
02966
JEF2.2
1.1383
0.2072
Nuklir JENDL-3.1
Prosiding Per/emuan dan Pre.i'en/asiJlmiah P3TM-BATAN. Yogyakarta 25 -26 Juli 2000
Buku I
166
Gambar 5. Sehingga hasil perhitungan C/E dengan file data JENDL-3.1 atau JENDL-3.2 Icbih tinggi darifile data lainnya, seperti terlihat pada Gambar 3. Hal ini dapat dijelaskan karena data tampang lintang total dan neutron spektrum yang ditransmisikan mempunyai korelasi proporsional terbalik. Tampang lintang total file data nuklir Nitrogen-14 JENDL-3.1 dan JENDL-3.2 padu ducruh encrgi antura 0.5 McV dan 0.9 MeV terlihat terlalu rendah (kira-kira 4% lcbih rendah) dibanding file data lainnya, seperti tampak pada Gambar 5. Sedangkan pada Gambar 4 menunjukkan tampang lintang total Nitrogen-14 pad a daerah energi antara 0.5 MeV dan II MeV. Harga statistik profit C/E rata-rata pada file data nuklir selain JENDL-3.1 mempunyai kesamaan harga sampai dua desimal. Dari profile C/E dengan perhitungan Broomstick ini terlihat bahwa file data nuklir ENDF/B-VI sedikit lebih baik dibanding denganfile data JENDL-3.2.
0..2999
Dari Tabel 2, Gambar 2 dan 3, terlihat dengan jelas perbedaan antara hasil perhitungan file data nuklir JENDL-3.1 dan JENDL-3.2 khususnya pada daerah energi antara 5 Me V dan 10 MeV. Pada daerah energi tersebutjelas sekali tampak bahwafile data nuklir JENDL-3.2 jauh lebih baik pada JENDL3.1. Karena. pada daerah energi tersebut tampang lintang total file data Nitrogen-14 JENDL-3.1 terlihat terlalu rendah di bawah file data nuklir lainnya. Perhitungan spektrum neutron yang ditransmisikan oleh sampel Nitrogen-14 oleh file data nuklir JENDL-3.1 sangat overestimate sekitar 200% terhadap hasil percobaan. Tampang lintang total Nitrogen-14 file data JENDL-3.1 pada energi tersebut terlalu kecil atau tampang lintang total minima terlalu dalam. Tampang lintang total tersebut telah dikoreksi pada file data JENDL-3.2 (Gambar 5 dan Gambar 6) sehingga hasil perhitungan dengan Broomstick ini menghasilkan spektrum neutron yang lebih baik. Namun perlu dicatat pula bahwa pada daerah energi 0.5 MeV dan 0.9 MeV tampang lintang total minimafile data nuklir Nitrogen-14 JENDL-3.1 atau JENDL-3.2 masih relatif rendah dibanding dengan file data nuklir lainnya seperti ENDF/B-IV. ENDF/B-VI atau JEF2.2 seperti terlihat pada
Suwoto,dkk
I
Perhitungan BROOMST
I.
Gambar
CODE
1
I I
Proses persia pan perhitungan dengan BROOMST code
""'~'I\'\'£
""\0 ISSN0216-3128.
Com parllon
01 calculated and m ealured transm Itted through Nitrogen (91.44 cm thick test)
spectrum
10'
~
"« 0-
u
OJ GIII
0
10'
OJ
10'
0-
!:
~ III
Z 0(
« 0-
10.'
4
5
NEUTRON
5
7
10
11
ENERGY(MeV)
Gambar 2. Spektrum neutron yang ditransmisikan melalui sampel nitrogen-14 (tebal sampel =91.44 cm). CIE profile,
for Nitrogen (91.44 cm thick te,t)
2.25 2 ~
~ .. U
2.00
... 4.
2.00
1.75
II)
0
... ..1.50
~ ~ II)
z
1.25
1.25
0(
.. ~
...1.00
U 0.75
0.7,
0.50
0.50 2
3
4
5
NEUTRON
,
7
8
9
10
11
ENERGY(MeV)
Gambar 3. Perbandingan profil C/E (hasil perhitungan/eksperimen)untuk sampel nitrogen-14 (tebal sampel = 91.44 cm).
3.5
1.5
I NEUTRON
.7
9
ENERGY(MeV)
Gambar 4. Tampang lintang Total nitrogen-14 pada energi 0.5 -11 MeV
2.6 2.4 2.2 2.0 1.8
1.6 1.4
1.2 0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.80 0.75NEUTRON
0.85
0.90
ENERGY (MoVI
Gambar 5. Tampang lintang total nitrogcn-14 pada cncrgi 0.5 -0.9 MeV
. -;c
~ z
0
-= (.)
UJ UI UI UI 0
a: (.)
Gambar 6. Tampang lintang total nitrogen-14 pada energi 5 -10 MeV
Dengan demikian secara keseluruhan hasil perhitungan melalui percobaan Broomstick ini dapat disimpulkan bahwa tampang lintang total Nitrogen14 yang terkandung padafile data nuklir JENDL-3.2 mempunyai kualitas yang baik dan mendekati file data nuklir ENDF/B-Vl, walaupun masih terdapat permasalahan pada daerah energi antara 0.5 MeV dan 0.9 MeV, dimana tampang lintang total Nitrogen-14 padafile data nuklir JENDL-3.2 terlalu kecil (kira-kira 4 % lebih rendah).
KESIMPULAN Analisis tampang lintang total secara integral untuk perisai melalui perhitungan Broomstick sangat efektif dan mudah di lakukan, khususnya
Suwoto,dkk
untuk menyelidiki tampang lintang total minima pactadaerah energi MeV pada material Nitrogen-14. Hasil perhitungan Broomstick secara keseluruhan menunjukkan bahwa aplikabilitas dan keandalan tampang lintang total Nitrogen-14 pacta file data nuklir JENDL-3.2 telah teruji dan mendekati file data nuklir ENDF/B-Vl, walaupun masih actabeberapa persoalan khususnya tampang lintang total Nitrogen-14 pactadaerah energi antara 0.5 MeV dan 0.9 MeV. Pactadaerah energi tersebut tampang lintang total Nitrogen-14 di JENDL-3.2 masih terlalu rendah (kira-kira 4 %) atau tampang lintang total minima terlalu dalam. Dibandingkan dengan versi JENDL sebelumnya, JENDL-3.1, temyata jelas sekali
ISSN0216.3128.
perbedaan pada daerah energi antara 5 MeV clan 10 MeV pada JENDL-3.2 telah dilakukan perbaikanperbaikan, sehingga menghasilkan data perhitungan yang sangat bagus. Sehingga secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa aplikabilitas clan keandalan tampang lintang total Nitrogen-14 pada JENDL-3.2 mendekati file data ENDF/B-VI, walaupun masih terdapat kekurangan.
DAFTARPUSTAKA I.
MAERKER, R. E.: STD3. "Nitrogen Broomstick Experiment -An Experimental Check of Neutron Total Cross Sections", ORNL- TM-3869 (Revised), (1972).
2.
HASEGAWA, A., Komunikasi Pribadi.
3.
SUWOTO and HASEGAWA, A: "Shielding Benchmark of Several Nuclides Contained in JENDL-3.2 File", Final Report of STA, Agustus 1997.
4.CULLEN,
D.E., "Program LINEAR (Version 79-1): Linearize Data in the ENDF/B Format, Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, CA, UCRL-50400, Vol. 17, Part. A, Rev. 2
( 1979). 5:.
CULLEN, D.E., "Program RECENT (Version 79-1):' Reconstruction of Energy Dependent Cross-scctions for Rcsonance Paramctcrs in the ENDF/B Format, Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, CA, UCRL-50400, Vol.
JENDL-32 jauh lebih baik jika dibanding denganJENDL-3 J (khususnya tampang lintang
total minimaN-14) Supriyono -Terangkan
proses linierisasi dari program linier
-Apa yang dapat dia;nbil dari data tabel 2 terhadap basil penelitian. Suwoto
-Proses untukmemudahkan prosesperhitungan selanjutnya.Karenabiasanyaskemahubungan yang digunakan dalam File [)ata Nukli Terevaluasiadalah Lin-Lin, Lin-log, log-lin, lin-Cost,Cost-lin. Otomatismelinearisasidata tampang lintang di file 3 ENDF (Evaluated NuclearData File) -Dari tabel2 diketahuibahwahasilperhitungan denganJENDL-32jauh lebih baik dibanding dengan JENDL-3.J, walaupun belum sebaik ENDF/B-VI. Bambang Sumarsono
.Apakah program dapat untuk menganalisis susunan campuran material dalam bahanbakar. -Mengapa tidak digunakan metoda analisis satuan sel untuk penentuan tampang lintang material bahan bakar dalam reaktor.
17,Part.C, (1979). ()
CULLEN, D.E., "Program SIGMA I (Version 79-1); Doppler Broaden Evaluated Crosssections in the Evaluated Nuclear Data FileNersion B (ENDF/B) Format, Lawrence Livermore I.aboratory, Livermore, CA, UCRL50400, Vol. 17, Part. B, Rev. 2 (1979).
TANYAJAWAB
Su,voto -Pada dasarnya program Broomst dapat digunakan untuk menghitung(mengetahui tampang lintang total minima material apa saja.. Tetapi untuk validasi hasil yang ada data eksperimennya adalah material 0, N, Na, Fe dan material campuran Stainless Steel.. -Karena hanya untuk melihat seberapa dangka//dalam tampang lintang total minima sehingga tidak perlu ditakukan analisis satuan set..
Bambang Herutomo -Hasil evaluasi menunjukkan bahwa JENDL.33 lebih baik dibandingkan JENDL3.1 "Improvement" apa saja [hasil pengukuran, model evaluasi] yang diperoleh JENDL3.2 dibanding JENDL 3.1 ? Su,voto -Perbaikan yang dilakukan pada JENDL-32 dilakukan dengan perbaikan evaluasi menggunakan "teknik unfolding" pada daerah energi antara 5./0 MeV di tampang lintang total Nitrogen-/4 sehingga hasilnya dengan ISSN 0216-3128
Suwoto, dkk.
