SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176
EVALUASI FLUKS NEUTRON DI ELEMEN BERILIUM B-3 DAN G-10 RSG G.A. SIWABESSY Jaka Iman1, Damar Yanti2, Royadi3, Ariyawan S.4 1,2,3,4
PRSG-BATAN, Kawasan Puspiptek, Gd.31 Lt.2, Serpong, Tangerang, Banten 15310, Telp. (021) 7560908, Faks. (021) 7560573 E-mail :
[email protected]
ABSTRAK EVALUASI FLUKS NEUTRON DI ELEMEN BERILIUM B-3 DAN G-10 RSG G.A. SIWABESSY. Telah dilakukan evaluasi fluks neutron di elemen berilium B-3 dan G-10 RSG-GAS dengan menggunakan keping aktivasi dengan tujuan untuk mengetahui fluks neutron cepat di posisi tersebut dengan bergantinya konfigurasi teras baru. Pengukuran menggunakan 6 keping nikel. Iradiasi dilakukan pada daya 200 kW selama 30 menit tanpa menjalankan pompa pendingin primer. Aktivitas keping diukur dengan menggunakan detektor germanium yang berkemurnian tinggi (HPGe) dan sistem analisator saluran banyak (MCA) dengan perangkat lunak Gamma Trac. Hasil pengukuran fluks neutron cepat maksimum di elemen berilium B-3 sebesar 2,19E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat rata-rata di elemen berilium B-3 sebesar 1,91E12 n/cm2.s. Sedangkan hasil pengukuran fluks neutron cepat maksimum di elemen berilium G-10 sebesar 2,12E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat rata-rata di elemen berilium G-10 sebesar 1,73E12 n/cm2.s. Kata kunci : fluks neutron, elemen berilium, keping aktivasi, detektor
ABSTRACT NEUTRON FLUX EVALUATION AT BERYLLIUM ELEMENT B-3 AND G-10 OF RSG G.A SIWABESSY. Neutron flux has been evaluated in the beryllium element B-3 and G-10 RSG-GAS by using pieces of activation in order to determine the fast neutron flux at the position by the turn of the configuration of the new core. Measurements using 6 pieces of nickel. Irradiation performed at 200 kW power for 30 minutes without running the primary coolant pump. Activity was measured by using a piece of berkemurnian high germanium detector (HPGe) and many channel analyzer system (MCA) with Gamma Trac software. The results of measurements of the maximum fast neutron flux in the element beryllium B-3 at 2.19 E12 n/cm2.s. and fast neutron flux average on the element beryllium B-3 at 1.91 E12 n/cm2.s. While the results of measurements of the maximum fast neutron flux in the beryllium element for the G-10 2.12 E12 n/cm2.s. and fast neutron flux average on the element beryllium G-10 of 1.73 E12 n/cm2.s. Keywords : neutron flux, beryllium element, foil, activation, detector
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
280
Jaka Iman dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 1. PENDAHULUAN
Catu daya tegangan tinggi
Salah satu pemanfaatan fasilitas Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy adalah tersedianya fasilitas iradiasi untuk digunakan berbagai tujuan seperti produksi radioisotop, iradiasi bahan dengan neutron dan sebagainya. Di dalam konfigurasi teras terdapat beberapa fasilitas pendukung diantaranya elemen berilium. Tujuan pengukuran fluks neutron di posisi elemen berilium B-3 dan G-10 adalah untuk mengetahui fluks neutron cepat di posisi tersebut, dengan bergantinya konfigurasi teras maka perlu dilakukan pengukuran untuk mengetahui fluks neutron cepat di posisi elemen berilium B-3 dan G-10. Dan disamping itu bagi pengguna jasa iradiasi, telah terukur fluks neutron pada posisi iradiasi tersebut. Pengukuran fluks neutron cepat dilakukan dengan metode aktivasi neutron dan menggunakan keping nikel, yang mana keping nikel mempunyai cakupan energi tangkapan neutron lebih lebar. Peralatan yang digunakan dalam pengukuran aktivasi keping tersebut adalah detektor germanium yang berkemurnian tinggi (HPGe) dan sistem analisator saluran banyak (sistem MCA) dengan perangkat lunak Gamma Trac. Kalibrasi sistem dilakukan dengan menggunakan sumber radioaktif standar setelah dilakukan penyiapan peralatan dan bahan. Selanjutnya dilakukan pengukuran aktivitas tiap-tiap keping yang telah diiradiasi dan diperoleh hasil fluks neutron cepat di posisi elemen berilium B-3 dan G-10 dengan menggunakan program Excell. Dalam makalah ini dibahas secara rinci pengukuran fluks neutron cepat di posisi elemen berilium B-3 dan G-10 RSG G.A. Siwabessy. 2. TEORI Berdasarkan metode aktivasi keping, pengukuran fluks neutron ditentukan dari hasil pengukuran aktivitas keping yang telah diiradiasi selama waktu tertentu. Besarnya aktivitas keping sebanding besarnya fluks neutron dan lamanya iradiasi. Semakin besar fluks neutron dan semakin lama keping aktivasi diiradiasi maka semakin besar aktivitas keping tersebut1,2). Karena besarnya aktivitas keping dapat diukur dengan suatu peralatan sistem spektrometri gamma, maka besarnya fluks neutron dapat ditentukan berdasarkan hasil pengukuran aktivitas keping. Rangkaian peralatan sistem spektrometri gamma dapat dilihat pada Gambar 1.
Jaka Iman dkk
Perisai Radiasi Detektor HPGe Sumber radioaktif (keping)
Pre Amplifier
Komputer pribadi dan kartu MCA
Amplifier
printer dot matrix
Gambar 1. Rangkaian peralatan sistem spektrometri gamma. Berdasarkan hasil pengukuran aktivitas keping nikel yang digunakan, besarnya fluks neutron ditentukan dengan persamaan1,2,3,4) :
φ=
BA. A(t) .e m.N o .σ ( 1 e
λ.ti
λ.td
.t m
).( 1 e
λ.tm
(1)
)
dimana : BA A(t) td tm ti m No σ
= berat atom detektor keping = aktivitas terukur keping = tetapan peluruhan isotop yang timbul (s-1). = waktu peluruhan = waktu pengukuran = waktu iradiasi = massa keping = bilangan Avogadro = tampang lintang inti keping terhadap neutron.
3. TATA KERJA Pengukuran fluks neutron dilakukan pada posisi elemen berilium B-3 dan G-10 (Gambar 2), dengan tahapan sebagai berikut : Pemegang keping (foil holder) sebelum diiradiasi, dibersihkan terlebih dahulu dari debu dan kotoran yang menempel pada permukaan pemegang keping, pemegang keping dapat dilihat pada Gambar 3. Keping-keping nikel diidentifikasi, kemudian ditimbang beratnya. Keping-keping nikel dilekatkan ke pemegang keping. Pemegang keping yang berisi keping-keping nikel, dimasukkan ke dalam teras reaktor posisi elemen berilium B-3 dan G-10. Keping-keping nikel siap diiradiasi pada daya 200 kW selama 30 menit. Setelah selesai diiradiasi, pemegang keping yang berisi keping-keping nikel dikeluarkan dari teras reaktor untuk pendinginan.
281
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Pemegang keping yang sudah meluruh kemudian dibongkar, keping-keping nikel dikeluarkan dan ditaruh di cawan petri dish. Perangkat spektrometri gamma kemudian dikalibrasi energi dan kalibrasi efisiensi, maka pencacahan keping dapat dilakukan. Keping-keping nikel dicacah selama 1000 detik dengan program Gamma Trac, kemudian dianalisis pada 3 energi yaitu energi 366,3 keV, 1115,6 keV, dan 1481 keV untuk mendapatkan aktivitas. Dari hasil aktivitas dimasukkan ke program Excell untuk mendapatkan fluks neutron cepat. Konfigurasi teras RSG-GAS dengan fasilitas pendukungnya dapat dilihat pada gambar 2 dibawah ini. Gambar 3. Pemegang keping (foil holder). K
BS
B
B
P R T F
B
B
B
BS
B
B
J
B
BS
B
B
B
B
B
BS
B
H
B
FE 1
FE 2
FE 3
FE 4
FE 5
FE 1
B
B
BS
G
B
FE 3
FE 8
IP
CE 7
FE 7
FE 6
B
BS
B
F
FE 2
FE 2
CE 3
FE 6
FE 8
CE 2
E
FE 3
CE 6
FE 4
D
FE 5
IP
FE 8
C
FE 2
FE 7
CE 1
FE 7
B
BS NS
FE 6
FE 8
B
FE 1
10
9
FE 7
FE 1
B
PN RS
FE 6
IP
FE 3
B
HY RS
FE 4
CE 5
FE 5
B
HY RS
FE 6
CE 4
FE 3
FE 1
B
HY RS
CE 8
IP
FE 8
FE 4
B
B
HY RS
FE 7
FE 4
FE 5
FE 3
FE 2
B
BS
B
8
7
6
5
4
3
2
1
Dari hasil identifikasi keping-keping nikel, maka diperoleh data geometri dan massa/berat keping yang digunakan dalam pengukuran fluks neutron cepat di bawah ini.
CIP
A
Tabel 1.Data geometri dan massa keping yang digunakan dalam pengukuran fluks neutron di posisi elemen berilium B-3 RSG-GAS.
Beryllium Block Reflector
No.
Ket : FE = Elemen Bakar, CE = Elemen Kendali, B = Elemen Berilium, BS = Berilium Stopper dengan sumbat, IP = Posisi Iradiasi, CIP = Posisi Iradiasi Pusat, PNRS = Sistem Rabbit Pneumatic, HYRS = Sistem rabbit Hydraulic, PRTF = Fasilitas Uji Kenaikan Daya.
Gambar 2. Konfigurasi teras RSG GAS dengan fasilitas pendukung. Pemgang keping (foil holder) yang terbuat dari aluminium dengan panjang 600 mm dan tebal 1,5 mm, berfungsi untuk meletakkan foil-foil nikel. Pemegang keping (foil holder) dapat dilihat pada gambar 3.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
282
Posisi Iradiasi
Jenis Keping
Tebal (mm)
Massa (gram)
1
B-3
Ni
0,25
0,1148
2
B-3
Ni
0,25
0,1128
3
B-3
Ni
0,25
0,1126
4
B-3
Ni
0,25
0,1151
5
B-3
Ni
0,25
0,1144
6
B-3
Ni
0,25
0,1144
Jaka Iman dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Tabel 2. Data geometri dan massa keping yang digunakan dalam pengukuran fluks neutron di posisi elemen berilium G-10 RSG-GAS. No.
Posisi Iradiasi
Jenis Keping
Tebal (mm)
Massa (gram)
1
G-10
Ni
0,25
0,1138
2
G-10
Ni
0,25
0,1139
3
G-10
Ni
0,25
0,1149
4
G-10
Ni
0,25
0,1142
5
G-10
Ni
0,25
0,1137
6
G-10
Ni
0,25
0,2860
sebesar 2,19E12 n/cm2.s., terletak pada jarak 237,5 mm (diukur dari posisi pemegang keping terbawah) dan fluks neutron maksimum pada posisi elemen berilium G-10 sebesar 2,12E12 n/cm2.s., terletak pada jarak 237,5 mm (diukur dari posisi pemegang keping terbawah). Tabel 4. Aktivitas dan fluks neutron di posisi elemen berilium G-10 RSG-GAS.
Besarnya fluks neutron dapat ditentukan secara langsung dengan menggunakan rumusan persamaan (1). Tabel 3. Aktivitas dan fluks neutron di posisi elemen berilium B-3 RSG-GAS. Posisi Iradiasi
Posisi aksial (mm)
Aktivitas (Bq/gr)
Fluks Neutron (n/cm2.s)
B-3
12,5
2,45E+07
1,32E+12
87,5
3,33E+07
1,79E+12
162,5
3,45E+07
1,86E+12
237,5
4,07E+07
2,19E+12
312,5
3,95E+07
2,12E+12
387,5
4,00E+07
2,15E+12
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah didapat aktivitas masing-masing keping, maka diperoleh fluks neutron cepat di posisi di elemen berilium B-3 dan G-10. Hasil pengukuran fluks neutron cepat di posisi elemen berilium dapat dilihat pada Tabel 3 dan 4 sedangkan grafik fluks neutron versus posisi aksial dapat dilihat pada Gambar 4. Dari uraian tersebut diatas bahwa harga fluks neutron maksimum pada posisi elemen berilium B-3
Jaka Iman dkk
Posisi Iradiasi
Posisi aksial (mm)
Aktivitas (Bq/gr)
Fluks Neutron (n/cm2.s)
G-10
12,5
1,94E+07
1,04E+12
87,5
3,14E+07
1,69E+12
162,5
3,34E+07
1,80E+12
237,5
3,94E+07
2,12E+12
312,5
3,72E+07
2,00E+12
387,5
3,19E+07
1,72E+12
Gambar 4. Pengukuran Fluks Neutron di posisi elemen berilium B-3 dan G-10.
283
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
Pada gambar 4 dapat dilihat bahwa fluks neutron cepat maksimum di posisi elemen berilium B-3 lebih besar dibandingkan pada posisi elemen berilium G-10.
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Siwabessy, (Prosiding Seminar Nasional VI SDM Teknologi Nuklir, Yogyakarta, 18 Nopember 2010), Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Yogyakarta (2010) 795.
5. KESIMPULAN Pengukuran fluks neutron cepat di posisi elemen berilium B-3 dan G-10 telah berhasil dilaksanakan. Adapun hasil pengukuran fluks neutron cepat maksimum di posisi elemen berilium B-3 sebesar 2,19E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat ratarata di posisi elemen berilium B-3 sebesar 1,905E12 n/cm2.s., hasil pengukuran fluks neutron cepat maksimum di posisi elemen berilium G-10 sebesar 2,12E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat rata-rata di posisi elemen berilium G-10 sebesar 1,728E12 n/cm2.s. Fluks neutron maksimum dan rata-rata di posisi di elemen berilium B-3 lebih besar dibandingkan dengan fluks neutron maksimum dan rata-rata di posisi di elemen berilium G-10. Dengan diketahuinya fluks neutron cepat ini maka apabila ada sampel yang akan diiradiasi pada posisi tersebut maka sudah dapat ditentukan lama iradiasinya. 6. UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak baik langsung maupun tidak langsung atas terselesaikannya makalah ini. Ucapan terima kasih terutama disampaikan kepada Sub. Perencanaan Operasi, Sub. Pelaksana Operasi dan Sub. Pelayanan Iradiasi. 7. DAFTAR PUSTAKA 1. SUWOTO, Evaluasi Fluks Neutron Thermal dan Epithermal di Fasilitas Iradiasi Rabbit Sistem, (Prosiding Hasil Penelitian P2TRR, Serpong, 2005, Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Serpong (2005). 2. JAKA IMAN, Evaluasi Fluks Neutron Termal di Fasilitas Iradiasi Sistem Rabbit RSG G.A. Siwabessy, (Prosiding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Yogyakarta, 06 Oktober 2009), Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Yogyakarta (2009) 275. 3. ASNUL SUFMAWAN, Evaluasi Fluks Neutron Termal di Fasilitas Topaz Reaktor RSGGAS, (Prosiding Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Yogyakarta, 28 September 2010), Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Yogyakarta (2010) 392. 4. JAKA IMAN, Evaluasi Fluks Neutron Termal di Fasilitas Silikon Doping RSG G.A.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
284
Jaka Iman dkk
