:2.0~ Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, YoRvakarta 25-27 April 1995
Buku I
75
PENENfUAN TAMPANG-LINTANGAKTIVASINEUTRON 14 MeVDARI UNSUR- UNSUR UMURPARO PENDEK(Mg, Si,V,Fe, Co, daDZr) DENGAN METODA AKTIVASINEUTRON CEPAT Sudjatmoko, Djoko Siamet Pudjorahardjo PPNY-BATANP.O,Box 1008 Yogyakarta55010
ABSTRAK PENENTUAN TAMPANG-LINTANG AKTIVASI NEUTRON 14 MEV DARl UNSUR- UNSUR UMUR PARD PENDEK (Mg, Si, V,Fe, Cu, DAN Zr) DENGAN METODA AKTIVASI NEUTRON CEPAT. Telah dilakukan pengukuran tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a), dan (n,2n) dari bahan-bahan Mg, Si, V, Fe, Cu dan Zr pada energi neutron 14 Me V.Pengukuran tampang-lintang dilakukan dengan menggunakan metoda aktivasi neutron cepat, dimana cuplikan diiradiasi dengan neutron 14 MeV dari generator neutron. Sinar gamma yang dipancarkan dari radioisotop yang terbentuk dicacah dengan detektor HPGe dan NaI(Tl). Berdasarkan pada eksperimenyang telah dilakukan, nilai dari tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a) dan (n,2n) dari bahan tersebut di alas relatzjsama terhadap literatur dengan kesalahan lebih kecil, yang berkisar 1,82 % sampai dengan 8,81 %, Sekitar 63,6 % dari seluruh tampang-lintang yang terukur mempunyai kesalahan lebih kecil dari 3 %.
ABSTRACT DETERMINATION OF 14 MEV NEUTRON ACTIVATION CROSS-SECTION OF THE SHORT HAlF-LIFE ELEMENTS (Mg, Si, V,Fe, Cu, AND Zr) BY THE FAST NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS. Measurement of the (n,p), (n,a), and (n,2n) reaction cross-sectz'onsofMg, Si, V,Fe, Cu and Zrat the 14 MeV neutron energy have been done. Themeasurementof these reactioncross-sections were done by thefast neutron activation analysis method, where the samples were irradiated with 14 Me V neutron from the neutron generator, The gamma- rays emittedfrom the radioisotopeproduced by nuclear reactz'onwere counted with the HPGe and the NaI(Tl) detectors, Based on the experimental which has been done the value of the reaction cross- sections of these materials above mentioned were same relatively regarding the literature with smaller error which range 1,82 % up to 8,81 %.About 63,6 % of all cross-sections measured have the error smaller than 3 %.
PENDAHULUAN
P
actaakhir dekade ini kebutuhan akan data nuklir yang berkaitan dengan kegunaannya dalam perancangan material reaktor fusi, percobaan kerusakan terhadap radiasi, serta terapi kanker telah mendorang para peneliti di berbagai negara lebih giat melakukan pengukuran tampang-lintang reaksi neutron pacta jangkau energi tinggi 10 - 40 MeV [KASUGAI (I), CSIKAI (2)]. Pacta umumnya pengukuran tampang-lintang dari inti dengan umur para yang panjang telah diukur secara sistematik dengan ketelitian yang sangat baik. Akan tetapi acta banyak inti dengan umur para pendek belum diukur atau telah diukur dengan ketelitian kurang baik karena kesulitan dalam pengukuran untuk inti-inti umur para pendek. Pengujian data tampang-lintang reaksi dari suatu bahan secara eksperimen sangat diperlukan
ISSN 0116-3128
untuk menguji kebenaran clan keseksamaan dari metoda perhitungan clandata nuklir yang digunakan untuk merancang clanmenganalisis suatu reaktorfusi. Sampai saat ini telah banyak jenis reaktor daya fusi danJatau reaktor eksperimen telah diusulkan. CaJon bahan yang digunakan dalam rancangan reaktor fusi telah diikhtisarkan oleh beberapa peneliti [MAEKAWA(3)],Bahan-bahan tersebut hampir sarna antara yang diusulkan oleh peneliti satu dengan lainnya. Sebagai bahan magnet antara lain adalah magnesium (Mg), vanadium (V), clantembaga (Cu); bahan struktur adalah silikon (Si), vanadium (V), clan zirkonium (Zr); bahan struktur, reflektor clanperisai adalah besi (Fe); clan bahan pelipat neutron adalah zirkonium (Zr). Nilai tampang-lintang reaksi dari bahan-bahan tersebut yang telah dipublikasikan antara peneliti satu clan lainnya masih terdapat perbedaan dengan ketidakpastian yang cukup besar [CSIKAI
(2), NARGOLWALLA
(4\ BORMAN
(5),
Sudjatmoko, dkk. "~
ERDTMAN(6)].Nilai ketidakpastian 2
- 4 % kc-
lihatannya kecil, akan tetapi nilai ini dalam data tampang-lintang (sebagai contoh dalam bahan pelipat neutron) akan mengakibatkan taksiran terlalu tinggi dalam fluks neutron pacta bebcrapa lokasi, daD taksiran terlalu rendah pactatempat yang lain. Salah satu metoda untuk mengukur tampang-lintang adalah metoda aktivasi neutron cepat, yang dilakukan dengan menggunakan neutron 14 MeV yang dihasilkan oleh generator neutron. Studi awal telah penulis lakukan dengan metoda absolut, daD pencacahan sinar gamma yang dipancarkan oleh radionuklida yang terbentuk setelah aktivasi dilakukan dengan menggunakan satu detektor. Namun hasil yang diperoleh kurang memuaskan karena diasumsikan bahwa fluks neutron konstan, tidak menggunakan tampang-lintang standar yang tepat, kesalahan sistematik yang berasal daTiefisiensi detektor, daDketidakpastian data nuklir yang digunakan cukup besar. Berlatar belakang pacta permasalahanpermasalahan tersebut di alas, penulis melakukan pengukuran nilai tampang-lintang daTibahan-bahan magnet Mg, V daD Cu; bahan struktur Si; bahan struktur, reflektor daD perisai Fe; daDbahan pelipat neutron Zr. Tujuan daTi penelitian ini adalah menentukan nilai tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a) daD(n,2n) daTibahan-bahan tersebut dengan harapan diperoleh nilai tampang-lintang reaksi dengan ketidakpastian yang lebih baik. Metoda yang digunakan untuk pengukuran tampang-lintang reaksi tersebut adalah metoda aktivasi neutron 14 MeV. Sebagai referensi digunakan tampang-lintang reaksi standar 27AI(n,)2~a karena tampang-lintang reaksinya telah diukur secara seksama dengan ketidakpastian :t 3 % [KASUGAI (1)].lAEA juga telah merekomendasi penggunaan data nuklir neutron 14 MeV pacta pengukuran daD analisis yang diperlukan untuk teknologi reaktor fusi, yaitu reaksireaksi 27AI(n,a), 56Fe(n,p) daD 238U(n,f)sebagai monitor fluks dalam analisis aktivasi [CONDE (7)]. Untuk memperbaiki kesalahan yang ada, pencacahan sinar gamma yang dipancarkan oleh radionuklida yang terbentuk setelah aktivasi dapat dilakukan dengan teknik dua detektor [DARSONO (8)].Oleh karena itu dalam penelitian dilakukan pencacahan gamma dengan menggunakan teknik dua detektor, yaitu dengan menggunakan detektor HPGe daD detektor Nal(TI). Detektor HPGe mempunyai resolusi yang sangat baik, akan tetapi efisiensinya rendah; sedangkan detektor Nal(TI) resolusinya kurang baik daD efisiensinya baik. Pencacahan dengan teknik dua detektor tersebut diharapkan dapat memperbaiki atau memperkecil kesalahan hasil
Sudjatmoko; dkk.
Prosiding Pertemuan don Presentasi l/miah PPNY-BATAN, Yo/{yakarta 25-27 April 1995
Buk/ll
76
pencacahan sinar gamma yang dipancarkan oleh radionuklida yang diselidiki. Pengukuran tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a) daD(n,2n) daTibahan-bahan Mg, Si, V, Fe, Cu daDZr sangat penting berkaitan dengan kegunaanya dalam teknologi reaktor fusi, terutama untuk perhitungan daDperancangan bahan pelipat neutron, bahan struktur, reflektor, perisai daD magnet reaktor fusi. Selain itu diharapkan' akan diperoleh nilai tampang-lintang reaksi yang seksama dengan ketidakpastian yang lebih baik dibandingkan dengan data-data nukliryang telah dipublikasikan.
TEORI Reaksi inti adalah suatu proses interaksi inti dengan inti atau inti dengan nukleon, sehingga teIjadi perubahan inti. Apabila inti X ditembak dengan partikel a akan teIjadi beberapa kemungkinan, salah satunya adalah reaksi X(a, b) Y
(1)
dimana a adalah partikel penembak, X adalah inti sasaran, b adalah partikel yang dipancaIkan, dan Y adalah partikel hasil. Dalam banyak kasus, inti majemuk terbentuk lebih dahulu [MARSONGKOHADI (9)]. Nomor atom daD Domer massa inti majemuk merupakan penjumlahan nomor atom daD Domer massa inti target daD partikel penembaknya. Suatu inti majemuk dapat terbentuk daD meluruh melalui berbagai cara, bergantung pacta energi eksitasinya [BEISER (10)].Inti majemuk tersebut mempuny~ umur para dalam orde 10-19detik. Interaksi Neutron Dengan Materi Interaksi neutron dengan materi mem~unyai sifat yang khas dibandingkan dengan partikel yang lain. Beberapa sifat khas yang berkaitan dengan penembusan neutron ke dalam materi adalah sebagai berikut. . a.
b.
Neutron tidak terpengamh oleh gaya Coulomb, maka dapat masuk mendekati inti sehingga dapat teIjadi interaksi nuklir. Pada energi yang sarna, tampang-lintang reaksi neutron lebih kecil dibandingkan dengan partikel bermuatan. Pacta umumnya tampang- lintang reaksi neutron turun dengan bertambahnya energi neutron.
Interaksi nuklir antara neutron dengan materi dapat dibe~akan dalam beberapa jenis antara lain adalah sebagai berikut.
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
a.
b.
Reaksi (n,2n), yang terjadi hila energi neutronE, > 10Mev. Tampang-lintang reaksi cr(n,2n) pada 26 nuklida stabil terletak antara 18 mb sampai dengan 1200 mb [NARGOLWALLA(4)]. Reaksi (n,a.) clan(n,p), terjadi pada energi tinggi karena partikel yang dipancarkan adalah partikel bermuatan, maka untuk melepaskan diri dari inti atom, partikd tersebut hams dapat mengatasi gaya Coulomb. Tampang-lintang cr (n,a.) menumn dari 100 mb untuk inti-inti ringan sampai 1 mb pada inti-inti bernt, clan mencapai nilai maksimum di alas 100mb pada unsur Na sampai Cl. Sedangkan tampang-lintang cr(n,p) nilainya naik sampai dengan Z = 16, mencapai maksimum pada 16 < Z < 24, kemudian tumn secara bertahap sampai 2
- 3 mb untuk
77
Bllkul
m
= massa cuplikan dalam gram
NA
=
bilangan Avogadro
BA = berat atom cuplikan a = limpahan isotop cuplikan. Dengan'memasukkan nilai e-1n2= 1/2, maka persarnaan (2) dapat disederhanakan menjadi (4)
C = (NA / In 2) a 8 (!Jm Kl K2
Berdasarkan persamaan (4) di alas, nilai tampanglintang reaksi dapat ditentukan, yaitu a
=-
In2
inti-inti
NA
8 (!J
C . m Kl
K2
(5)
berat [NARGOLWALLA(4)]. dengan:
Tampang-Lintang
Reaksi Neutron 14 MeV
Kl
Dalam metoda aktivasi, cuplikan yang akan dianalisis diiradiasi dengan neutron 14 MeV yang dihasilkan oleh generator neutron yang berdasarkan reaksi inti 3H(d,n)4He.Akibat iradiasi sebagian inti di dalam cuplikan menangkap neutron clan menjadi radioaktif. Sinar-gamma yang dipancarkan dianalisis dengan spekuometer-gamma. Analisis kualitatif didasarkan pada energi gamma yang dipancarkan, clan dapat digunakan untuk identifikasi unsur yang teIbentuk clanreaksi yang terjadi. Sedangkan analisis kuantitatif dilakukan dengan menentukan intensitas sinar-gamma yang dipancarkan. Jika waktu iradiasi adalahti,waktu tunda adalah tJclanwaktu pencacahan adalah t" maka jumlah cacah selama pelumhan adalah
(!JaNT
C=-(1-e In2/r112
-ln2"i/.-n
/1112.e )
-ln2"d/.-n (1 - -ln2.'c/.-n /1'12 e /1112)
=
(1
- 0,5t/TI/2)
Dalam persamaan (5), nilai m diperoleh dari penimbangan cuplikan, C dari cacah terukur, clan 6 dari kalib.rasiefisiensi detektor, sedangkan nilai (!J belum diketahui. Dalam metoda absolut untuk mendapatkan nilai cr hams ditentukan lebih dahulu nilai fluks neutron (!J, sedangkan pada metoda komparasi terhadap tampang-lintang standar nilai (!J tidak perlu ditentukan [BECKURTS (II)].Besarnya nilai a suatu reaksi inti diperoleh dengan membandingkan cacahnya terhadap cacah cuplikan standar yang sudah diketahui tampang-lintangnya, sehingga persamaan (5) di alas dapat dituliskan menjadi (8 m Kl K2)s Cc (6 m Kl K2)c Cs
as
(6)
dimana indeks c untuk cuplikan clan indeks s untuk standar. tetapan yang mengandung efisiensi de-
tektor (8)clanyieldgamma(Y) = 8 . Y
~
= fluks neutron a = tampang lintang reaksi NT = jumIahnuklidatarget T1I2 = waktu paro
sedangkanjumlah nuklida sasaran adalah NT
= (aYTI/2/ BA) = (1 -0,5\/TI12)(0,5t/TII2)
ac = (2)
dengan: k
K2
= a mBANA
dengan :
ISs1~0216-3128
(3)
Sebagai suatu metoda pengukuran tampang-lintang, metoda aktivasi tidak terlepas dari kelebihan clan kekurangan. Menurut NARGOLWALLA (4),metoda aktivasi memiliki kelebihan dalam selektivitas (kemampuan memilih), akurasi (ketepatan), serta sensitivitas (kepekaan). Dalam praktek, metoda ini bisa dilakukan dengan sedikit cuplikan, tidak terpengamh bentuk kimia cuplikan, dapat melacak lebih dari satu reaksi pada saat yang bersamaan, serta hasilnya bisa diperoleh dengan cepat. Sedangkan kelemahannya memerlukan biaya awal yang tinggi, clantidak dapat mencirikan ikatan kimia cuplikan.
Sudjatmoko, dkk.
Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku I
78
Dalam pengukuran tampang-lintang yang telah dilakukan dipilih metoda komparasi, dengan pertimbangan bahwa secara teoritis memiliki beberapa keunggulan sebagai berikut. a. Karena pencacahan cuplikan dan standar dilakukan bersama-sama dalam satu kapsul, maka tidak perlu ditentukan lebih dahulu nilai fluks neutron <1>,sehingga terhindar daTi kesalahan akibat harga <1> yang fluktuatif. b. Karena pencacahan dilakukan pactasatu kapsul, maka faktor geometri cuplikan tidak banyak berpengaruh. c. Dengan menggunakan metoda komparasi, untuk satu cuplikan bisa diperoleh lebih daTisatu nilai tampang-lintang, yaitu sejumlah energi gamma standar dikalikan energi gamma cuplikan yang masih terdeteksi dalam barns resolusi detektor.
TATAKERJA Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri daTi dua sistem peralatan, yaitu generator neutron sebagai sumber neutron 14 MeV, dan spektrometer-gamma.
MCA versus energi gamma dengan menggunakan sumber gamma standar yang sudah diketahui energinya. Dalam penelitian ini dipakai sumber gamma I37Cs(661,638 keY), 22Na(511 dan 1274,52 keV), dan 60CO(1173,208 dan 1332,464 keV). Hubungan nomor kanal (x) versus energi gamma (y) dinyatakan dengan persamaan regresi parabola kuadratik y=A
dengan A, B, dan C adalah konstanta regresi, x adalah nomor kallal, dan y adalah energi gamma. Untuk menentukan kuantitas masing-masing unsur pacta cuplikan perin dilakukan kalibrasi efisiensi. Efisiensi mutlak yaitu rasio cacah yang terdeteksi terhadap aktivitas somber. Karena bentuk dan volume sensitif daTi detektor sulit ditentukan, biasanya efisiensi detektor ditentukan secara eksperimen dengan menggunakan somber gamma standar. Efisiensi puncak energi penuh (full energy peak efficiency) untuk energi gamma E dapat diperoleh dengan mengukur spektrum sumber gamma standar [DAROCZY, (12)].
Bahan Dalam penelitian ini bahan yang digunakan adalah serbuk MgO, Si, V2O5,Fe, Cu, dan Zr, masing-masing dengan kemurnian 90%, 99%, 90%, 98%, 99,7%, dan 80%, ditimbang dengan berat tertentu menggunakan timbangan analitik digital. Masing-masing serbuk kemudian dicampur dengan serbuk Al dengan kemurnian 90% dengan perbandingan berat tertentu, diaduk sampai rata dengan menggunakan pengaduk, kemudian dimasukkan ke dalam kapsul polyethylene keci!. Mangkok, pengaduk, dan kapsul dibersihkan dengan alkohol sebelum dipakai. Berat cuplikan diperoleh dengan menimbang kapsul sebelum dan sesudah diisi campuran serbuk. Tiga kapsul disiapkan untuk masing-masing cuplikan. Pencacahan
Cuplikan
Cuplikan yang telah disiapkan kemudian diiradiasi dengan neutron 14 MeV yang dihasilkan oleh generator neutron. Untuk mencapai aktivitas jenuh, setiap cuplikan diiradiasi selama 30 menit. Segera setelah berakhirnya iradiasi, cuplikan dicacah selama 30 menit dengan menggunakan dua buah detektor yaitu detektor HPGe dan NaI(TI) dengan waktu tunda 60 detik sebelum dimulai pencacahan. Untuk mengidentifIkasipuncak-foto spektrum gamma, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi kanal
Sudjatmoko, dkk.
(7)
+BX+'CX2
g(E) = ~ dps f(E)
(8)
diman cps adalah cacah di bawah puncak-foto per detik, dps adalah aktivitas somber gamma pactasaat pengukuran, dan Y(E) adalah kelimpahan gamma. Untuk menentukanefisiensi pactaenergi gamma yang lain digunakan persamaan [DAROCZY, (12)] E(E)= exp (A + B.lnE+ c.ln2E)
untuk E>-200keV
(9a)
L E(E)
= L: b}E}
untuk E ~ 200 keV
j=o
(9b)
dimana A, B, C, bj dan L adalah parameter-parameter fitting. .
Kalibrasi efisiensi dilakukan dengan menggunakan somber gamma standar 152Eudengan waktu para 13,1tahun, dan aktivitasnya 3,7 x 105Bq pactatanggal8 Pebruari 1985.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis hasH pencacahan meliputi analisis kualitatif dan kuantitatif. Analisis kualitatif dimaksudkan untuk identifikasi jenis reaksi yang
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku I
terjadi dengan parameter energi gamma yang dipancarkan oleh radioisotop yang terbentuk, sedangkan analisis kuantitatif bertujuan untuk menghitungaktivitas atau laju cacah dari puncak-foto yang teridentifikasi. Laju cacah diperoleh dievaluasi dengan menjumlahkan semua cacah yang terekam dalam inteIVal kanal {C-3s, C+3s} daD dikurangi dengan cacah latar Nb, dimana C adalah posisi dari pusat puncak-foto daD s adalah FWHM (Full Width Ha/fMaximum). Nbdiberikan oleh (6s) x (NL+ NH)/2, dimana NL daD NH masing-masing adalah cacah rata-rata dari 5 kana! di sekitar (C- 3s) dan (C+3s). Sebagaicontoh terlihat pactaGambar 1yaitu evaluasi luasan puncak-foto daTi sinar gamma yang dipancarkan oleh 27Mgyang dihasilkan oleh reaksi
79
dari cuplikan zirkonium daD besi setelah diiradiasi dengan neutron 14 Mev. Tabell.
No.
1
It,)
HPGe
NaI(fI)
Reaksi inti
0,0022
0,0072
26Mg (n,n) 2e
975,2
0,0010
0,0060
25Mg (n,p) 25Na
3.
511
0,0019
0,0031
29Si (n,p) 29Al
4.
1778,8
0,0005
0,0015
28Si (n,p) 28AI
5.
320
0,0030
0,0103
5ly (n,p) 5lTi
6.
1311,7
0,0007
0,0021
51y (n,n) 48Sc
7.
511
0,0019
0,0061
54Fe (n,2n) 53Fe
8.
1811,2
0,0005
0,0015
56Fe (n,p) 56Mn
9.
511
0,0019
0,0061
65Cu (n,2n) 64Cu
10.
388
0,0024
0,0083
90Zr (n,n) 87mSr
11.
511
0,0019
0,0061
90Zr (n,2n) 89gZr
12.
909
0,0011
0,0032
9OZr(n,2n) 89gZr
13.
843
0,0011
0,0035
27AI (n,p) 27Mg
]4.
1369,6
0,0007
0,0020
27AI (n,n) 24Na
]5.
2754,1
0,0003
0,0009
27Al (n,n) 2a
"III
-;'10 0 II!
e (E)
2.
FWHM
/.; CI> 11.
e (E)
439
.
I:: II! ..!s:
E't (keY)
1.
27Al(n,pi7Mg.
27Al(n ,p)27Mg 843 keV
Energi gamma, efisiensi deteksi daD reaksi yang terjadi dari cuplikan MgO, Si, V205, Fe, Cu, Zr daD AI setelah diiradiasi dengan neutron 14 MeV.
10
800
843 E~ergi
(keV)
Gambar 1. Evaluasi luasan puncak-foto daTi sin aT gamma 843 keV yang dipancaTkan oleh 27Mg.
Kalibrasi detektor meliputi kalibrasi energi daD efisiensi. Kalibrasi energi bertujuan untuk mencari hubungan antara Domerkana! MCA dengan energi gamma, dilakukan setiap kali detektor akan digunakan untuk pencacahan. Sedangkan kalibrasi efisiensi bertujuan untuk mencari efisiensi deteksi, yaitu perbandingan antara laju cacah detektor terhadap laju emisi pacta energi gamma tertentu. Berdasarkan pactapersarnaan (7) daD(9a) diperoleh nilai energi gamma daDefisiensi deteksi untuk setiap cuplikan, daDreaksi inti yang teIjadi, yang hasilnya secara lengkap tercantum dalam Tabel 1. Sedangkan Gambar2, 3, dan 4 memperlihatkan spektrum gamma
ISSN 02ni-3f28
M as s:: as X
t.."'" . .., ~ ~o""'r I 8"'0 ,
!
~
I. ~:;
.r. ill u II! t)
J .. 'o!,
.!
..;.
I
!.
C
A
.
c
J;:A I
~
I
.
!
L- i""::~:';-~~:>?';:~h~~~;">'1Jj-
loz.m "'\11 EI}'e~ii '?~eV) Gambar 2. SpektTum ganuna yang dihasilkan daTi pencacahan cuplikan ZT dengan detektoT HPGe setelah diiradiasi dengan neutron 14 Mev.
Sudjatnioko, dkk.
80
Prosiding Pertemuan don Presentasi IImiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
Bllklll
,.,11'"
I lu'
, .,..
ZO",><"
('.1
M Qj J: Qj .!II
..,11'...
"
. ...1
Ihi
I' """ . hlltll "
~
r
Qj J: oj .!II
~l!
s.;
I;
rot
.. ",
"
.'!
";'
M
.'I
.= Qj 0 Il1
~
~
!
TO:: 1
U,
f
~
II I
u ,~;":.. " ;, ,..,
t
0
."':."'!':
0
:
.d
!j I
,
0 '81i
':
I
-,
~':i-.""-"',""",';4..0..,;....._..........
".," .,. .., "" "., "n "" Energi (keV)
I
,.
.c Il1
~~
\":
" ;,
"i:,:;::,", .,
!
1~
_
" .:
I
oJ;;,,)>.
I
',~~ ~t "~.~.:i~'~\:...i.:.""",; ~
'"
",.
1
f
,
I
~
1
,
0::
8.
~
.,
-'
1<,0.11 '>" "" '1>' 'Energi (keV)
Gambar 3. Spektrum ganuna yang dihasilkan daTi pencacahan cuplikan Fe dengan detektor HPGe setelah diiradiasi dengan neutron 14 Mev.
Gambar 4. Spektrum gamma yang dihasilkan daTi pencacahan cuplikan Fe dengan detektor NaI(Tl) setelah diiradiasi dengan neutron 14 Mev.
Tampang-1intang untuk masing-masing bahan ditentukan dengan menggunakan persamaan (6), daTI perhitungannya didasarkan pacta ni1ai tampanglintang standar daTi reaksi inti 27A1(n,a)24Na (E = 1369,6 daTI 2754,1 keY) yang tampang-lintangnya cr(n,a) = (113,70 :to,68) fib, daTIreaksi inti 27A1(n,p)
karena (n,a) mempunyai ralat yang keci1, daTIte1ah digunakan secara 1uas dalam analisis aktivasi pada jangkau energi neutron 1 20 Me V [CONDE, (7)]. Akan teta'pi pacta reaksi tertentu, seperti 24Mg (n,p)24Nayang menghasilkan radionuklida yang sama, yang mengakibatkan penimbrungan puncakfoto sehingga ni1ai cr(n,a) tidak bisa digunakan, Da1am kasus ini digunakan ni1ai cr(n,p) sebagai standar, Hasi1 perhitungan tampang-lintang untuk tiap reaksi disajikan.da1amTabe12,
-
27Mg(E't = 843,1 daTI1014,4 keY) dengan tampang1intangcr(n,p) = (78 :t 3) mb [CONDE, (7)].Pilihan utama sebagai standar ada1ahreaksi 27A1(n,a)24Na
Tabel 2.
HasH Perhitungan tampang-lintang reaksi dengan teknik satu dan dua detektor dibandingkan terhadap nHai tampang-lintang dari literatur, NARGOLWALLA(4>,BORMANs>, dan ERDTMAN(6). Tam Reaksi
Hasil HPGe
pan g L i n tan
g (mb) Literatur
Pengukura-n NaI(fl)
HPGe & NaI(TI)
Nar
Erdtman
Bormann
26Mg (n,a) 2e
93,33 :t 9,60
88,78:t 9,90
91,06 :t 6,89
89
84:t
10
77:t
8
25Mg (n,p) 25Na
56,60 :t 3,17
51,85:t 8,67
54,23 :t 4,61
45
49:t
20
44:t
5
1O4,67:t 2,86
100
120:t
20
120:t20
29Si (n,p) 29AI
105,60 :t 4,40
103,74:t 3,66
28Si (n,p) 28AI
240,53:t
9,76
240,80:t 6,61
240,66 :t 5,89
235
250:t
30
Sly (n,p) SlTi
27,71:t
1,18
27,45:t 1,12
27,58:t 0,81
27
35:t
5
35,5:t
5
15:t
2
17:t
3
Sly (n,a) 48Sc
17,65:t 0,74
17,65:t0,63
17,65:t 0,48
54Fe (n,2n)S23gFe
17,08:t 0,54
15,18:t0,63
16,13:t 0,42
56Fe (n,p) 56Mn
109,17:t3,47
6SCu (n,2n) 64Cu
1O57,37:t 29,26
9OZr(n,a) 87mSr
196,22:t
9OZr(n,2n)89Zr
778,19:t47,15
SudJaiinoko, dkk.
17,47
113,44:t 4,61 1057,11 :t 24,90
111,3l:t 1057,24:t
-
230 :t 30
15
1O,5:t
1
15,5:t
1
2,89
103
112:t
6
103:t
6
19,21
1100
913:t
50
956 :t 50
193,82 :t 6,93
195,02:t 9,40
194
3,2 :t 0,3
120:t40
787,15 :t 22,29
782,67 :t 26,08
770
74:t
714:t 50
3
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yo{:vakarta 25-27 April 1995
Buku I
Dari hasil perhitungan yang disajikan dalam Tabel 2 terlihat bahwa pengukuran tampang-lintang dengan metoda aktivasi komparasi memberikan hasil yang cukup beragam, tetapi masih memperlihatkan konsistensi satu sarna lain. Perbedaan muncul karena sulitnya mencari puncak gamma yang bersih daTi reaksi penimbrungan. Bila reaksi penimbrungan terjadi pacta puncak-foto daTi cuplikan, akan diperoleh nilai tampang-lintang terukur lebih besar daripada nilai rata-rata literatur. Bila penimbrungan teIjadi pactapuncak- rota daTIstandar, akan diperoleh nilai tampang-lintang yang lebih kecil daripada nilai rata-rata literatur. Sebagai contoh, tampang-lintang terukur daTi reaksi 9OZr(n,2n)89Zr mempunyai nilai lebih besar daripada nilai rata-rata literatur, karena adanya sumbangan cacah pactapuncak-foto 511 keY daTI89Zroleh 26m Al hasil reaksi 27Al(n,2n)26mAl yang
juga memancarkan gamma dengan energi 511 keY. Contoh kedua, reaksi 29Si(n,p)29 Al menghasilkan tampang-lintang terukur yang lebih kecil daripada nilai .rata-rata literatur, karena puncak-foto yang di27 gunakan berasal daTi Mg yang memancarkan gamma dengan energi 843 keY hasil reaksi 27Al(n,p)27Mgyang memperoleh sumbangan daTi reaksi 3OSi(n,cx.)27Mg.
Beberapa reaksi penimbrungan bisa ditolerir dengan pertimbangan kelimpahan isotop daD gamma-yield, serta umur para yang pendek. Tetapi pacta keadaan tertentu, reaksi penimbrungan menyebabkan beberapa puncak-foto tidak bisa digunakan sarnasekali. Pactacuplikan yang berisi (AI + Mg),puncak-foto denganenergi gamma 1369,6daTI 2754,1 keY daTIradioisotop 22Natidak bisa digunakan karena merupakan hasil bersama reaksi 27Al(n,cx.)24Na (a = 100 %, Y = 100 %, T1/2= 901,2 meDii),daTIreaksi 24Mg(n,p)24Na (a = 78 %, Y = 100 %, T1/2= 901,2 menit). Ralattampang-lintang terukuryang tercantum dalam Tabel 2 bersumber pacta ralat cacah cuplikan daTIstandar, ralat penimbangan massa, ralat pacta kalibrasi efisiensi, serta ralat nilai tampang-lintang standar yang digunakan. Ralat geometri tidak begitu berpengaruh karena standar daTIcuplikan mengalarni perlakuan yang sama. Fluktuasi fiuks neutron bisa menimbulkan ralat yang cukup berarti, tetapi bisa diabaikanjika umur para standar daTIcuplikan tidak jauh berbeda. Pemakaian metoda komparasi dimana serbuk cuplikan daTIstandar diperlakukan sebagai satu kesatuan, sehingga memungkinkan tereliminirnya faktor geometri daTIfiuktuasi neutron. Besarnya ralat maksimum tampang-lintang denganmenggunakan detektor HPGe adalah 10,29% untuk reaksi 26Mg(n,cx.i3Ne,sedangkan dengan detektor NaI(Tl) sebesar 16,72 % untuk reaksi
ISSN 0216-3128
81
25Mg(n, p)25Na. Besarnya ralat tersebut disebabkan oleh rendahnya intensitas puncak-foto daTi 23Ne daTI 25Narelatif terhadap cacah latar karena Mg tercampur dengan oksigen daTIkerapatannya kecil. Ralat tampang-lintang
65
.
64
minimum teIjadi pacta
reaksi Cu(n,2n) Cu yang besarnya 2,77 % dengan menggunakan detektor HPGe, daD 2,36 % dengan menggunakan detektor NaI(Tl). Hal ini disebabkan karena maksimalnya massa Cu dalam satu kapsul, daTI64CUmemiliki dill puncak-foto yang bersih daTi penimbrungan (511 daD 909 keV), daTIdianalisis dengan dua puncak-foto daTIstandar (843 daTI1369,6 keV), sehingga diperoleh 4 harga tampang-lintang untuk satu cuplikan. Ralat tampang-lip.tang terukur untuk dua detektor diperoleh dengan mengambil akar jumlahan ~(UadratdaTi ralat tampang-lintang terukur untuk masing-masing detektor dengan menggunakan faktor bobot. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa ralat pengukuran dengan dua detektor lebih kecil jika dibandingkan dengan satu detektor, dengan faktor reduksi antara 53 % untuk reaksi 25Mg(n,pi~a daTI reaksi 90Zr(n,cx.rmZrsampai dengan 71 % untuk reaksi 26Mg(n,cx.)23Ne. Besarnya ralat pengukuran tampang-lintang dengan dua detektor berkisar antara 1,82 % pacta reaksi 65Cu(n,2n)64CUsampai dengan 8,81 % pactareaksi 25Mg(n,p)25Na.Tujuh daTIsebelas tampang-lintang terukur (63,64 %) mempunyai ralat lebih kecil daTI3 %, yaitu kisaran ralat yang diperlukan untuk diterima sebagai data nuklirterutama untuk perancangan bahan struktur suatu reaktor [MANN, (13)].Secara keseluruhan ralat tampang- lintang daTi penelitian ini cukup memadai karena dengan
menggunakanreaksi standar 27Al(n,cx.i4Na dapat dipastikan harga ralatnya di alas 1 % [CSIKAI, (2)].
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut. 1. Pengukuran tampang-lintang aktivasi neutron cepat, terutama untuk reaksi-reaksi (n,p), (n,ex.) daD (n,2n) dapat dilakukan dengan metoda aktivasi komparasi menggunakan dua detektor diperoleh hasil yang cukup baik. 2. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan diperoleh nilai tampang-lintang terukur yang konsisten, sesuai dengan harga daTi beberapa data literatur, serta memiliki ralat yang cukup keci!. Tingkat akurasi data hasil penelitian tidak bisa ditentukan karena tidak tersedianya harga acuan yang disepakati. Tujuh daTi sebelas
Sudjatmoko, dkk.
82
3.
ProsiduIg PertenUlan don PresentasiIlmialr PPNF-BATAN, Yogyakarta 25-27 Apri11995
BukllI
tampang-lintang terukur (63,64 %) mempunyai raIat lebih kecil daTi3 %, yaitu kisaran ralat yang diperlukan untuk diterima sebagai data nuklir. Secara umum teknik dua detektor mampu menekan ralat dengan faktor reduksi 53 % sampai dengan 71 %. Pengukuran tampang-lintang reaksi neutron cepat dengan metoda aktivasi komparasi merniliki beberapa keuntungan antara lain hanya memerlukan cuplikan sedikit, hasilnya dapat diperoleh secara cepat dengan ketelitian tinggi, mudah dilaksanakan, dan dapat mengelirninir faktor fluktuasi fluks neutron daD faktor geometri pencacahan.
8.
9.
10. 11.
12.
UCAPAN TERIMA KASIH DaIam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Abdurrouf, Sdr. Suradji dan Sdr. Agus Tri Punvanto, yang telah banyak membantu daIam pelaksanaan eksperimen, pengambilan data, dan analisis data. Semoga segaIa bantuan yang telah diberikan mendapatkan balasan dari Allah SWT. Arnien.
TANYA-JAW AB
DAFTAR PUSTAKA 1. KASUGAI, ¥, et ai, Measurement of Formation Cross Sections of Short-Lived Nuclei by 14MeV Neutrons, Japan Atomic Energy Research Institute, JAERI-M 93-124, (1993). 2. CSIKAI, 1., CRC Handbook of Fast Neutron Generators, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida, (1987). 3. MAEKAWA,H., Nuclear Data Requirementsfor Tritium Breeding Calculations and Testing of Evaluated Nuclear Data in Japan, Nuclear Data for Fusion Reactor Technology, IAEA Tecdoc-457, Vienna, (1988), p.46-59. 4. NARGOLWALLA, S.S., and PRZYBYLOWICS, E.P., Activation Analysis with Neutron Generators, John Wiley & Sons, New York, (1973). 5. BORMANN, M., et ai, Tables and Graphs of Cross-Sections for (n,p), (n,), and (n,2n) Reactions in the Region Energy I 37 Mev, Handbook of Nuclear Cross-Section, IAEA Reports-I56, Vienna, (1974), p.87-272. 6. ERDTMAN, G., Neutron Activation Tables, Weinheim Verlag Chernie, New York, (1976). 7. CONDE, H., Standard Cross-Sections for Fusion, Nuclear Data for Fusion Reactor
-
Sudjatmoko, dkk.
13.
Technology, IAEA Tecdoc-457, Vienna, (1988), p.144-150. DARSONO, Pengukuran Tampang Lintang Reaksi Neutron Cepat Dengan Teknik Dua Detektor, Pro siding PPI, PPNY -BATAN, Yogyakarta (1993). MARSONGKOHADI, Dasar-dasar Fisika Inti Dalam Pengantar Ilmu Pengetahuan daD Teknologi Reaktor, BATAN-Jakarta, (1978). BEISER, A., Concepts of Modem Physics, 4th edition, McGraw-Hill Inc., New York, (1987). BECKURTS, KH., and WIRTZ, K, Neutron Physics, Springer Verlag, New York Inc., New York, (1964). DAROCZY, S., et ai, Measurement of the Yield of Short-Lived Fission Products by the Direct Ge(Li) Methoa, IAEA Training Course on Utilization of Neutron Generator, Debrecen, (1978). MANN, F.M., etal, Nuclear Data Measurements and Statusof AvailableNuclear Data for Blanket, Shielding, and Activation Problems, Nuclear Data for Fusion Reactor Technology, IAEA Tecdoc- 457, Vienna, (1988), p.9-12.
Tri Mardji Atmono
-
Hasil eksperimenmenunjukkan harga-harga yang berbeda untuk masing-masing detektoI: (HpGe, NaI(Tl)) apa sebabnya? - Hasil eksperimen dibandingkan dengan eksperimen lain {Bormann, Erdtrnann). Apakah pactakondisi eksperimen yang identik? Apabila demikian apa perlunya dilakukan eksperimen yang sarna? - Pacta umumnya pembahasan mengenai Cross-Section tidak bisa lepas daTiprobability (umpama probability partikel menumbuk target) tetapi pactammus tidak ada faktor probability ini. Mohon dijelaskan. Sudjatmoko -
Terutama disebabkan resolusi dan efisiensi detektor berbeda. - Kondisi eksperimen dari peneliti lain kami tidak tahu, yang pasti tampang-lintang unsur-unsur diukurpada energi neutron yang sarna. - Mohon dilihat lagi pada perumusan-perumusan yang digunakan, sehingga dapat dilihat ada beberapa parameter yang berkaitan dengan probabilitas.
IsSN 0216-3128
