Ke Daftar Isi Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTN ser/a Fasililas Nuklir
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - BATAN
ANALISIS SENSITIVITAS SAND-II, PAKET PROGRAM UNFOLDING YANG DIGUNAKAN PADA PENGUKURAN SPEKTRUM NEUTRON DI FASILITAS IRRADIASI SISTEM RABBIT REAKTOR G.A. SIWABESSY Oleh Arlinah Kusnowo, Amir Hamzah, Ita Bud! Radiyanti Pus at Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional
ABSTRAK ANALISIS SENSITIVITAS SAND-II, PAKET PROGRAM UNFOLDING YANG DIGUNAKAN PADA PENGUKURAN SPEKTRUM NEUTRON DI FASILITAS IRRADIASI SISTEM RABBIT REAKTOR GA. SIW ABESSY. Pakct program SAND-II merupakan program untuk anal is is bentuk spektrum neutron. Untuk eksekusi program ini diperlukan dua masukan yaitu aktivitas jenuh keping aktivasi dan spektrum tebakan. Disediakan lebih dari tiga puluh spektrum tebakan. Sepuluh keping aktivasi diiradiasi di sistem rabbit dan limabuah spektrum tebakan digunakan untuk analisis sensitivitas program ini. Hasilnya menunjukkan sensitivitas cukup besar terhadap spektrum tebakan meskipun energi cut off masing-masing spcktrum tebakan sangat berdekatan.
ABSTRACT The SAND-II computer code is design to determine the spectrum of neutron. To execute this code two input are needed, saturated activities of the activation foils and guess spectrum. Ten activation foils were irradiated in rabbit system and five guess spectrums are use to analyse the sensitivity ofthis code. The results show that in the epithermal region the sensitivity is significant. PENDAHULUAN Penentuan spektrum neutron suatu fasilitas irradiasi dari suatu reaktor sangat penting. Karena data tersebut berguna untuk banyak hal, antara lain: - untuk menilai apakah data tampang lintang (cross section) yang digunakan pada perhitungan aktivitas dapat diandalkan. - dapat dilakukan studi banding antara metode integral dan differensiai. - data spektrum berguna untuk penelitian yang lain (analisis pengaktivan neutron, kerusakan akibat radiasi dan lain-lain). Metode penentuan spektrum neutron pada dasamya ada dua, yaitu metode differensial (time of flight, spectrometer neutron) dan metode integral (aktivasi keping). Untuk metode integral, beberapa keping aktivasi diirradiasi dan dicacah untuk mendapatkan aktivitas jenuhnya. Analisis bentuk spektrum dilakukan dengan paket program SAND-II versi komputerpribadi. Paket program SAND-II ini, memecahkan persamaan aktivitas dengan melakukan iterasi, setelah diberikan masukan spektrum tebakan dan aktivitas jenuh keping, serta penampang lintangnya. Jadi selain nilai aktivitas, maka model spektrum tebakan memegang peranan dalam analisis spektrum yang ingin ditentukan.
Program ini menyediakan lebih dari tiga puluh spektrum tebakan. Dalam makalah ini ditunjukkan bagaimana pengaruh pemilihan spektrum tebakan dan jumlah keping yang dipilih terhadap spektrum yang dihasilkan. Juga ditampilkan bentuk spektrum neutron yang diperoleh dengan irradiasi sepuluh keping aktivasi. Hasil yang diperolch mcnunjukkan pcrbedaan cukup besar dari spektrum di daerah epitermis dengan berubahnya model spektrum tebakan. TEORI Spektrum dan Aktivitas Bentuk spektrum neutron pada fasilitas irradiasi suatu reaktoryang diperoleh secara empiris menunjukkan sifat berikut. Pertama, distribusi fluks adalah kontinu, kedua, bahwa spektrum neutron terdiri dari spektrum yang mempunyai distribusi Maxwell untukdaerah energi rendah (dinyatakan sekitar suhu T) dan di daerah energi tinggi fluks neutron digambarkan 'sebanding dengan dElE. Di daerah termalisasi terdapat komponen ketiga yang sulituntukditentukan bentukdistribusinya. Secara umum bentukspektrum neutron dituliskansebagai berikut 4>(E)dE dimana :
80
= M(E) dE + T(E) dE + dElE "C
(l)
Prosiding Seminar Teknologi don Keselamalan serlo Fasililas Nuklir
PLTN
Serpong. 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR -BATAN
M(E) dE
= distribusi neutron energi rendah
T(E) dE
= distribusi neutron di daerah
atau
(Maxwell).
"t
~/
tennalisasi. = distribusi neutron di daerah lIE
dElE
=
alj <\Ijk ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
,•• (4)
Iterasi dilakukan untuk memperoleh bentuk (E). Batasan untuk memperoleh spektrum spektrum yang hams ditentukan adalah : cI>
Sehingga aktivitas tiap atom dinyatakan sebagai :
I a. (E) <\I(E)dE = I0
o
a. (E) M(E)
dE +
I
a. (E) T(E)
0
Program SAND-II Dari persamaan (2) dapat dimengerti bahwa spektrum neutron Gumlah neutron pada suatu energi sebagai fungsi energi) mempengaruhi nilai aktivitas suatu bahan. Karena itu perlu dilakukan penentuan bentuk spektrum suatu fasilitas irradiasi atau suatu fasilitas penelitian. Program komputer SAND-II dapat digunakan untuk analisis bentuk spektrum neutron dengan metode unfolding yaitu melakukan perhitungan aktivitas dari masukanaktivitas bebcrapa keping aktivasi, menggunakan data tampang lintang (cross section) yang tersedia, dan spektrum tebakan yang juga disediakan dalam program ini. Selang energi yang dicakup adalah 10 MeV sampai 18MeV. Dilakukan iterasispektrum tebakan untuk memperoleh spektrum yang ingin ditentukan dengan batasan ·perbedaan antara aktivitas terhitung dan terukur pada nilai tertentu atau dapatjuga denganbatasanjumlah iterasi. Jika A adalah aktivitas keping ke i akibat interaksi dengan neutron pada kelompok energi j pada iterasi ke k,maka besaran tersebut dapat ditulis sebagai :
~jk
=
I
Ej'l
a. (E)
cl>k
(E) dE
(3)
I a. (E) t dElE
....... (2)
0
I. deviasi antara aktivitas terukur .dan terhitung (ditentukan oleh peneliti). 2. deviasi standar an tara aktivitas pada suatu iterasi dengan iterasi berikutnya, < 1% (telah tertentu). 3. jumlah iterasi (ditentukan oleh peneliti) TATA KERJA Metode Keria Analisis sensitivitas program SAND-II dapat dilaksanakan dengan melakukan pembahan pada dua masukan SAND-II yaitujumlah aktivitas keping aktivasi dan bentuk spektrum tebakan. Oleh karenanyadilakukan dua tahap pekerjaan. Pertama dimasukkan sepuJuh nilai aktivitas jenuh dari sepuluh keping aktivasi yang di iradiasi pada tempat yang sarna. Eksekusi program SAND-II dilakukan dengan lima bentuk spektrum tebakan. Kedua, dengan satu bentuk spektmm tebakan dilakukan dua eksekusi, yaitu sepuluh aktivitas jenuh dari sepuluh keping dan eksekusi berikutnya adalah spektmm tebakan sarna, tetapi jenis keping aktivasi hanya delapan saja. Bahan 1.Keping aktivasi yang digunakan dan reaksi yang terjadi dicantumkan pada Tabell
Ej
(eV)
dE +
Tabell. Keping aktivasi dan reaksi terhadap neutron 7,6 Ti Mev Cu Mo Au Fe Sc In Th 54 menit Reaksi 85 had 480 T 1/2 24 230 23,3 4,43 menit hari 45,1 had Keping 2,7 12,8 jam 67 Energi Cu63(n,y) AuI97(n,y) Fe58(n,y) In115(n,y) 0,025 3,9 Fe59 In116 Cu64 AU198 Mev 44 jam Mo98(n,y) Ti46(n,y) Sc45(n,y) Th232(n,F) 0,457 2,2 Sc46 Sc46 Mo99 Fp Ti47(n,y) SC47 Ti48(n,y) Sc48 Ihad No. I
81
IB
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan PLTN ser/a Fasililas Nuklir
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG, PPTKR - SATAN
2. Spektrum tebakan yang digw1akan dipilih dari daftar SAND LiB [4] dan rinciannya dapat dilihat pada Tabel 2.
tebakan (16,15,14,13,12). Mcngapa dipilih spcktrum tebakan 16,15,14,13 dan 12? Karena ingin ditunjukkan sensitivitas pemilihan spektrum tebakan ini. Gambar 1
Tabel 2. : Spektrum tebakan watt, matched at 0,5 Me V lIE + fissi Keterangan jenis spektrum 20°C, Maxwellian Maxweliian Matched to spectrum at 4.0 2.0 5.0 6.0 3.0 1.4 E-7 E-8 MeV Me V 11.16. 14. 13 15. 12
No.
7.
Tabel 2 memperlihatkan spektrum tebakan yang berbeda. Perbedaan terletak pada nilai energi dimana spektrum dengan distribusi maxwellian bertemu dengan distribusi lIE. Tabel 3 menggambarkan kembali nilai energi ini. Tabel 3. : Nilai energi dimana distribusi Maxwellian bertemu dengan distribusi lIE No. Spektrum
0.20 0.14 0040 0.05 0.30 0.60 (eV)Energi
Dapat dilihatbahwa keenamjenis spektrum tebakan ini sangat mirip satu dengan yang lain. - Irradiasi dan eksekusi SAND-II Irradiasi dilakukan di sistem rabbit RSG-GAS dengan waktu irradiasi clandaya reaktoryang disesuaikan dengan nilai tampang lintang keping. Eksekusi SANDII dilakukan dengan komputer pribadi AT/3 86. BASIL DAN PEMBAHASAN Setelah sepuluh keping aktivasi diirradiasi, dicacah untuk mendapatkan aktivitas jenuh, maka eksekusi SAND-II dilakukan dengan dua tahap seperti yang dijelaskan pada metode kerja. Hasil yang diperoleh ditampilkan pada Gambar 1 clan Gambar 2. Gambar 1 menampilkan keluaran berbentuk spektrum differensial untuk spektrum
SAND-II beberapa
82
menunjukkan bahwa meskipun perbedaan energi sambung adalah 0,2 ev (TabeI2, spektrum 15 clan 16) tetapi cukup untuk menggagalkan hasil yang diperoleh. Spektrum 1 clan 2 sebagai hasil eksekusi SAND-II dengan spektrum tebakan 15 dan 16 tidak memenuhi syarat yang disebut Cohen [2], yaitu adanya kontinuitas distribusi fluks. Gambar 1 juga menunjukkan adanya pergeseran daerah lIE dengan bcrubahnya spektrum tcbakan. Dengan perubahan ini aktivitas di daerah epitermal akan sangat berbecla hasilnya. Meskipun demikian daerah neutron cepat hampir tidak dipengaruhi ke lima bentuk spektrum tebakan tersebut. Gambar 2 menampilkan bagaimana pengaruh jumlah keping Jadi jumlah aktivitas jenuh yang diberikan sebagai masukan program SAND-II dapat mempengaruhi bentuk spektrum hasil iterasi tersebut. Meskipun tidak terlihat perubahan yang penting dengan pengurangan jumlah keping yang digunakan. KESIMPULAN Pemilihan bentuk spektrum tebakan, jelas mempengaruhi hasil yang diperoleh, meskipun energi sambung antara distribusi maxwellian dan lIE hanya berbeda sekitar 0,2 ev. Pemilihan yang tepat akan berguna untuk menilai nilai aktivitas terutama di daerah epitermis clan kontinuitas antara daerah epitermis clan daerah fluks cepat.
Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan serta Fasililas Nuklir
PLTN
Serpong, 9-10 Februari 1993 PRSG. PPTKR - BATAN
DAFT AR PUST AKA (1) Reactor Physics Constants, ANL 5800 hal 89 (2) Yakeman, D, "Physics of Nuclear
Reactors",
Thermal Reactors, haI215-222.
(3) Berg S, Mc Elroy W.N. SAND-II, AFWL- TR 67-41. (4) Berzonis, MA etal, "Neutron Dosimetry System SAIPS", INDC (CCP) - 285/GR.
83
ZQ)'0-:J c: LL(/)
.Y. :J
.•.....
11E+14 E+08 1E+07 1 E+06
1E+13 E+1 11E+12 1E+11 E+03 E+05 E E+04 E+09 + 020
1 -
2 Fluks-1
-
3 Fluks-2
-
4
5
Fluks-3
-
Fluks-4
1E-05
1 E-04
-
6 Fluks-5
-
Fluks-6
1 E + 01
1 E-1 0
1 E-09
1 E-08
1E-07
1E-06
Energi
1E-03
1 E-02
[MeV]
Gambar 1. Sensitivitas SAND II terhadap Spektrum tebakan
1E-01
1E+OO
1E+0"1
z ~::~~..~a..:J S·".,1 E+09 +-' •• '-IS" OJ '"is'' ::t
••
~!::.~ ~§;~ ~~ =:~ ~ 1 E+08-
:J u:
.,~!; '" §" IS"
~
(f)
1 E+07
1E+06 1E+05
L
---------1 E-1 0 1 E-09
-Jml.keping=8 1 1E-08
1 E-07
1E-06
1E-05
- 2 jml.keping=1 0 1E-04
1 E-03
L '.
1 E-02
_ 1 E-01
1 E+OO 1E+01
Energi [MeV] Gambar 2. Sensitivitas SANDII jumlah keping yang dipakai
Ke Daftar Isi
.. ~
