ProsidingPertemuandon PresentasiIlmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999
BukuI
71
PEMBUATAN PROGRAM APN UNTUK SIMULASI ANALISA PENGAKTIF AN NEUTRON CEP AT Zaenal Abidin, Supriyono PATH-Balan,Yogyakarata
Darsono P3TM-Batan,Kotak Pas 1008,Yogyakarta55010
ABSTRAK PEMBUATANPROGRAMAPN UNTUK SIMULASIANAL/SAPENGAKTIFANNEUTRONCEPAT Te/ah dibuat program APN untuk simu/asi proses ana/isis denganaktivasi neutron cepat.APN dibuat dengan menggunakanbahas program Turbo Pascal. Prinsip kerja APN ada/ah dengan menyusunbank data nuk/irdan perhitungannya,ditampi/kan do/am menu utama yang berisi: menu Pustaka APN, Tampang Lintang Reaksi, F/uks neutron,Panduuntuk panduan penggunaanprogram APN, Efisiensi Detektor, KonsentrasiBahan,SensitivitasAna/itik, Batas Deteksi,dan Dos untuk ke/uar. Simu/asi dapat di/akukan denganmemasukkanlmemi/ih data yang te/ahdisediakanatau menambahdata baru. Program simu/asi ini dapat digunakandenganbaik untukperhitungan-perhitunganmaupununtuk mempero/ehdata-data nuk/ir dari berbagai unsur untuk keper/uanana/isapengaktifanneutroncepat. Hasi/ simu/asisensitivitasana/itik menunjukkanbahwa jika jluks neutron yang digunakan semakin besar maka sensitivitas ana/itik dari masing-masingunsurakan mengeci/.
ABSTRACT A COMPUTER CODE TO SIMULATE THE FAST NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS. Thefast neutron activation analysis (FNAA) computercode for simulation which is executableon IBM-PC/AT computeror its compatiblehas beenmodeusing Turbo Pascalprogramming language ofthe 6.0 version. This codeworks basedon the nuclear data bank and the calculationsrelated to FNAAformulas. The main menu of this code are library, reaction cross-section,neutronflux. detector efficiency, concentration, analyticalsensitivity.detection limit, help,and Exit. This codecan be run by highlighted its menuand then press the Enter. Thesimulation can be don~ byselectingthe available data or inputting new datafrom the keyboardThedemoproved that this code worksproperly. The result ofanalytical sensitivity's simulation showedthat if the neutronflux becomehigher the analytical sensitivityfor each isotopelement'sbecame smaller.
PENDAHULUAN P
embuatan pengembangan
program daTi
APN aplikasi
merupakan Ms-Excel
untuk
simulasi analisis pengaktifanneutron yang ada di PATN[5]. Program ini dimaksudkansebagaialat peraga untuk praktikurn Fisika Atom Inti clan sekaligusuntuk membantupara pemakaigenerator neutron di PPNY dalam memilih data-datanuklir daTi berbagai isotop clan untuk perhitunganyang berhubungandenganmetode Analisis Pengaktifan NeutronCepat(APNC). Padamakalahini dibahastentang pembuatan APN clan aplikasinya. APN dibuat dengan menggunakanbahasa program pascal yang berisi perhitungan-perhitungan clan data-datanuklir yang ditampilkandalam suatumenuutama.
Analitik, HatasDeteksi dan Dos. Denganmemilih menu utama ini program APN dapat digunakan sebagaimedia simulasi dan simulasi sensitifitas analitik, efisiensi detektor, fluks neutron, konsentrasidan tampang lintang reaksi sebelum melakukanpraktektikum.
ANALISIS PENGAKTIFAN NEUTRON CEPAT (APNC) APNC
suatu tara
unsur
berdasarkan
imbas
suatu
unsur
cepat dengan APNC beberapa maka reaksi radioaktif radiasi radioaktif
dalam inti,
reaksi bahan
maka
yang dari
bahan dengan
inti pada tersebut.
unsur-unsur
ditandai unsur-unsur
tersebut.
ditembak
suatu
ditembak
akan terjadi
menganalisis radioaktivitas
dengan
di atas 0.5 MeV.
: bila
unsur
untuk
timbulnya
akibat
energi
adalah
terdapat
Data yang digunakan sebagai bank data berasaldaTiaktivasi neutronGerhardErdtman clan dataJ.Csikai.[2]. Menu utama terdiri daTi: Pandu, PustakaAPNC, Tampang Lintang, Fluks Neutron, Efisiensi Detektor, Konsentrasi, Sensitivitas
adalah
suatu
dengan yang
neutron
Prinsip
yang
neutron
dari
(cepat)
unsur-unsur Akibat
dasar
terdiri
yang
terjadinya
akan
menjadi
adanya
pancaran
telah
menjadi
EA.}"
Inti atom dari unsur-unsur yang ditembak dengan neutron cepat akan mengalami eksitasi atau inti terganggu sehingga menjadi radioaktif clan untuk kembali ke keadaan dasarnya, inti akan mengalami peluruhan clan memancarkan radiasi. Radiasi yang dipancarkan dari inti yang tereksitasi dapat berupa pancaran radiasi Alpha, Beta atau Gamma. Peristiwa eksitasi atau perubahan inti atom menjadi radioaktif dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain dipengaruhi oleh : fluks neutron cepat yang ditembakkan, tampang lintang reaksi neutron clan banyak atom dalam unsur tersebut. Inti yang ditembak dengan neutron akan mempunyai kecepatan reaksi R yang mengikuti persamaan: R =
NoO" (I)
Padasaatterjadi pembentukaninti radioaktif, secarabersamaanterjadi pula prosespeluruhanatau pemancaranradiasi,sehinggalaju pertumbuhaninti radioaktif selama berada dalam pengaruhmedan neutronakanmengikutipersamaan :
dN dt
= <1>NftD" -AN u~ --
(2)
dimana : <1> = fluks neutron (neutron/cm2/detik) N = jumlah inti atom semula No = jumlah inti atom yang terbentuk 0"
= tampang lintang reaksi neutron
(cm1
)., = konstantapeluruhan Bila ditentukan bahwa pacta saat f = 0 -:,. N = 0 dan fluks neutron selarna penembakan(iradiasi) dianggaptetap, maka untuk selang waktu penembakan(iradiasi) fir jumlah isotop radioaktif yang terbentuk dapat diturunkan dari persarnaan (2), yaitu : N=~~(l-exp(-JJir))
A
(3)
Jika bahan terdiri atas atom sejenis dengan berat atom BA dan massa unsur adalah m, maka rapatatomdalambahanadalah: Nnv = m*a*NA BA dimana: a = kelimpahanisotopunsur N A= bilanganAvogadro(6.02 x 1023 atom/mol) dimana: m td
= massacuplikan = waktutunda
BA tc
= beratatom = waktupencacahan
Y a
= GammaYield = kelimpahanisotop
(4)
Bila bahan dikeluarkan dari medan neutron, maka hanya akan terjadi pelumhan saja. Jika cuplikan diletakkan pacta medan neutron itu selama t Ir detik dan barn dicacah setelah t d ' maka dari persamaan(5) dapat diperoleh aktivitasnya sebesar Ad = Noo-(l-exp(-At;r)XeXp(-Atd))
(7)
Andaikan unsur diiradiasi selarna waktu tak terhingga, maka besarnya radioaktivitas akan tetap daD keadaan ini dinamakan sebagai radioaktivitas imbas mencapai keadaan jenuh. Berdasarkan eksperimen, bila unsur diiradiasi selama 5 x waktu paro, maka aktivitas akan mencapai 97% keadaan jenuhnya. Untuk waktu tertentu yaitu 10, maka radioaktivitas akan diperoleh dengan mengintegrasikan dari keadaan 1 = 0 hingga 1 = 1c, yaitu :
(8) Adapun k = liYadalah tetapan yang mengandungefisiensi detektor Ii daD prosentase peluruhan radiasi gamma yang disebut Gamma Yield (Y). Secara lengkap persamaan(8) dapat ditulis sebagai:
c= m.N a .a..O'.Y.&Z
,
(9)
dim ana,
Z = (l-exp(-JJir)Xexp(-JJd)Xl-exp(-JJc))
NA
A fir
&
a
= bilanganAvogadro = konst.peluruhan = waktu irradiasi = fluks neutron = efisiensidetektor = tampanglintang reaksi
~
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999
SIMULASI SENSITIVITAS ANALITIK Untuk mendapatkan sensivitas analitik yang rendah, maka perlu diperhatikan beberapa parameter yang acta pacta persamaan (9). Parameter tluks neutron tergantung pacta mesin generator neutron, sedangkan parameter efisiensi detektor daD serapan diri tergantung pacta sistem deteksi. Parameter waktu tergantung pacta sistem transfer pneumatik daD teknik pendeteksian. Sedangkan parameter konstanta nuklir tergantung pacta sifat fisik dari isotop yang dipilih. Ada beberapatahapan pemilihan pactasimulasi sensitivitas analitik suatu unsur yaitu :
BukuI
73
SubmenuFLUKS NEUTRON. SubmenuEFISIENSIDETEKTOR. SubmenuKONSENTRASI. SubmenuSENSITIVITAS ANALITIK. SubmenuBATAS DETEKSI. Algoritma menuutarna besertasusunansubmenunya, telah disusun seperti dalam bagan algoritmaberikut.
_u
ur-.
~~>
Pemilihan isotop yang paling melimpah, tampang lintang daD intensitas sinar gamma terbesar serta umur paro yang pendek. Memilih tenaga gamma yang tidak berinterferensi (jika terpaksa pilih yang interferensi terkecil).
"'AKA IIPItC
A
I"~'~ ~~
(V
II
WPJ'kU~
11
--'-
om
(.!;:)
I !.~." ~~
I
~'\
Pacta simul~i sensitivitas analitik -.TW noA8 AKAUdiasumsikan bahwa luas puncak foto (CN ) sebesar 200 cacah yang tercatat oleh efisiensi detektor ( E> 001 ~~ /4' 15% ) cukup untuk mendeteksi suatu unsur. Waktu iradiasi (t;) daD waktu pencacahan (to ) masingmasing sebesar 900 detik. Sedangkan waktu pendinginan ( ~ ) yang berhubungan dengan kemampuan waktu transfer cuplikan adalah 5 detik. Pacta simulasi sensitivitas analitik ini faktor serapan Bagan1 : Diagram Alir MenuUtama diri tidak diikut sertakan karena faktor ini sangat tergantung pacta tempat cuplikan daD bentuk Sub-submenutersebutmempunyaisub-submenu cuplikan, sedang parametertluks neutron tergantung lagi yangpenjelasannya adalahsebagaiberikut : pacta generator yang digunakan yaitu generator diPPNY.
~~~=I:=~
0*1
1
\!)'---~---~)
Sub Menu PANDU
PENYUSUNAN ALGORITMA APN BahasaPascalsebagaibahasapemrograman tingkat tinggi yang terstruktur mempunyai kelebihan-kelebihan dalam memudahkan penyusunan program daD pelacakan kesalahan.
Tahapan awal dari proses simulasi ini adalah penyusunan algoritma guna memudahkan penyusunansuatuprogramkomputer,yaitu dengan membuatbagan alir. Algoritma daDbagan alirnya dituliskan denganurut-urutansebagaiberikut. Bagan Alir Menu Utama Dalam PascaldaDjuga kebanyakanbahasa pemrograman terstruktur lainnya, pengambilan keputusanuntuk sejumlahaltematifjawaban dapat dilaksanakan dengan statemen CASE. Statemen inilah yang mendasari pembuatan menu utama dengan9 sub-menunya, yaitu : SubmenuPANDU : Berisipanduanyangdigunakan untukmendapatkan keterangantentangprogram APN. SubmenuPUSTAKAAPNC. SubmenuTAMPANG LINTANG.
MenuPANDU terdiri dari 2 submenu, yaitu "Baca Aku Dulu" yang berisi aturan-aturan pemasukandata dan penggunaanprogram yang berisi keterangan singkat metode Analisa Pengaktifan Neutron dan keteranganpenggunaan masing-masingmenu. Sedangkan menu "DOS" berisi fasilitasuntukkeluar dari program. Sub Menu PUSTAKA APNC Menu PUSTAKA APNC berisi 5 sub menu, yaitu "TAMPIL ISOTOP" digunakan untuk menampilkandata-dataisotopberdasarkanlambang unsur, "TAMPIL ENERGI" digunakan untuk menampilkansemua data-dataisotop berdasarkan energi gamma,"URUT ENERGI" digunakanuntuk menampilkansemuadataisotopyangactadalamfile Atom.dta berdasrkan urutan energi, "TAMBAH DATA" , "KOREKSI DATA" dan "HAPUS DATA" masing-masing digunakan untuk menambah, mengkoreksi dan menghapus data. Detail dari submenuini ditulis dalamLampiran 1. Sub Menu TAMPANG LINTANG Menu TAMPANG LINTANG mempunyai2 sub-menu,yaitu "Tampang Lintang (Cara 1)" dan
1~
.52325
74
ProsidingPertemuandan PresentasiIlmiah PPNY-BATAN,Yogyakarta~6-27Mei 1998
Buku I
dengan yang kita inginkan, maka perlu diuji kebenarannya. Pengujian dilakukan dengan memasukkandata-datayang sesuaidengandeklarasi variabelyang telahditentukan.Dalam pengujian ini sebagian besar data diambil daTi basil-basil pengamatanorang lain yang berkaitan dengan penggunaanteknik APNC. Sebagaimisal :
"Tampang Lintang (Cara 2)" yang semuanya digunakan untuk membantu perhitungan tampang lintang reaksi (0") suatu isotop. Detail dari sub menu ini ditulis dalam Lampiran 2. Sub Menu FLUKS NEUTRON Menu FLUKS NEUTRON langsung digunakan untuk menghitung besarnya fluks neutron. Detail dari sub menu ini ditulis dalam Lampiran 3.
Untuk pembuatan Pustaka APNC yang memuat tenaga sinar gamma, intensitas sinar gamma,kelimpahanisotop, beratatom,jenis unsur, umur paroh,tampanglintang reaksi daDjenis reaksi daTi beberapa unsur, data diambil daTi [5] daD hasilnyadapatdilihat pada [1]. Karenadatatersebut banyak sekali, maka hanya sebagian yang dilampirkanpadamakalahini.
Sub Menu KONSENTRASI Menu EFISIENSI mempunyai 8 sub menu, yaitu "PERBAIKAN", "T AMPILKAN" dan "HAPUS" berkaitan dengan masalah pendataan, sedangkan "MASUKKAN", "ABSOLUT", "INTRlNSIK" berkaitan dengan perhitungan efisiensi detektor. Detail dari sub menu ini ditulis dalam Lampiran 4.
Menu konsentrasi / Konsentrasi dapat digunakanuntuk menghitung konsentrasi suatu unsur, misalnya unsur Vanadium (SIV) sebagai sampel cuplikan daD Aluminium r7 AI) sebagai sampelstandar,maka dapatdilakukan perhitungan konsentrasiVanadium dengancara sebagaiberikut
Sub Menu KONSENTRASI Menu KONSENTRASI terdiri dari 3 sub menu, yaitu "Konsentrasi I", "Konsentrasi II" dan "Konsentrasi III" masing-masing sub-menu berguna untuk menentukan besarnya konsentrasi suatu unsur dalam cuplikan dengan cara berbeda seperti yang telah tersusun dalam pembuatan algoritma. Detail dari sub menu ini ditulis dalam Lampiran 5.
CuplikandaDstandardiiradiasibersarna Untuk menghitungkonsentrasiV, ditentukan lebih dulu faktor sensitivitasnyadengandata yang ada, kemudiandihitung konsentrasidenganrumus yangadadiprogram. Massa sampel standar sarna denganmassa total=O.OIgr. Hasilnyaadalahtabell.
HASIL DAN PEMBAHASAN Setelahprogram APN selesaidibuat, untuk memastikanbahwa program APN tersebut sesuai Tabell. HasilPerhitunganKonsentrasiVanadium
waktu Waktu Faktor MassadIm cps iradiasi tunda(dtk) cacah(dtk) sensitivitas Sampel(gr) (dtk 600 I 558 I 5.71530xlO.':u I 9.01_~ I.~ L1QQ 600 I 900 I 8.29205xlO""u r3OO noo
Konsentrasi
Waktu
j Cuplikan,
Standar
dan untuk sampel = 1 X 10-10n/cm2.dt
Cuplikan clan standar diiradiasi sendirisendiri. Massasampelstandar= massatotal = 0.01 gr. Fluks neutronuntuk standar= 1 x 10-9n/cm2.dt Tabel2. Hasil PerhitunganKonsentrasiVanadium Waktu iradiasi
~ Cuplikan
600
Standar
600
waktu
tunda(dtk) 300
300
Waktu cps cacah(dt k) 558 300
300
900
Massadim Sampel(gr) 9.013310
Faktor
Konsentrasi
Sensitivitas 5.71530xIO.
9%
26
8.29205xlO' 26
Pada perhitungan Fluks Neutron diambil Sampel = Aluminiumf7 AI) dengan Efisiensi detektor =
X 10-4.
Hasiinya adalah tabel3. berikut besertadatanya.
ZaenalAbidin, dkk.
ISSN0216-3128
~rr: 11.
ProsidingPertemuan dan Presentasi Ilmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 --
Buku I
75
Tabel3. HasilPerhitunganFluks Neutron No
Massa (gr)
td (menit)
fir
( detik) 1.0199 1.0199 1.0181 1.0181 0.9963
14400
300
'C
~enit) 300
7200 10800 10800
~
300
Tabel 3 mendemonstrasikan program yang dibuat untuk menghitungfluks neutron. Datano. 2 sid 5 pada tabel 3 berdasarkanhasil eksperimen untuk kondisi arusberkasion deutronyang berbeda. Fluks neutron pactadata no. } dan 2 ditentukan menggunakanmassafoil Al yang sarna,waktutunda dan cacah yang sarna tetapi pactawaktu irradiasi yang berbeda.Kondisi arusberkasion deutronpacta no.} lebih besar dari pacta no.2. Dengan menggunakanprogram APN besar fluks neutron ditentukan,dan hasilnya sepertipactatabel I. Untuk arus berkas ion deutron yang besar,fluks neutron yang besar. Hal ini menunjukkanprograrn yang dibuatberfungsidenganbaik. Pacta simulasi analisa pengaktifan neutron cepatdan perhitunganbatasdeteksiperlu dilakukan pemilihan data nuklir. Data nuklir diarnbil dari
Dari tabel 4 terlihat bahwa Cu mempunyai batas deteksi yang paling kecil dibanding unsur lain, tetapi untuk menentukansensitivtasnyaharus dicari dari menu Sensitivitas Analitik. Hasil simulasi sensitivitas pengaktifan neutron cepat untuk fluks neutron= 109n/cm2.detikdan efisiensi detektor15%dan 20% dapatdilihat padaLampiran 9 Sedangkan untuk fluks neutron = 1010 n/cm2.detikdenganefisiensidetektof 15%dan 20% dapatdilihat Lampiran 10. Hasilyang diperolehini sarna dengan basil simulasi menrgunakan MsExcel maupunLotus 123.
KESIMPULAN Dari uraian dan pembahasanyang telah dilakukan tentang pembuatan program APN sebagaimedia simulasi dan basil simulasi APNC, ISSNO216-3128
"
CD
Fluks Neuton
46214 24289 12475 25217 16539
3.02824 x 1.62701 x 8.37001 x 1.69191 x 1.04257 x
10" 10 10 10 10
pustaka 2. Selanjutnya sebelum menggunakan menu Sensitivitas\Sentivitas Tunggal atau Sensitivitas\ Sensitivitas Siklik untuk menghitung sensitivitas analitik, maka program pemilihan reaksi, dengan menu Sensitivitas\Pilih Data atau Limit\Pilih Data harus dijalankan dulu untuk mendapatkan file data PILIH.DT A yang berisi record-record data isotop yang mewakili ke 76 unsur. Data nuklir terpilih dapat dilihat Lampiran 8. Tabel 4 di bawah ini adalah basil perhitungan barns deteksi beberapa unsur dengan memakai menu Batas Deteksi. Data masukan yang digunakan adalah sebagai berikut : Laju cacah latar (7:t2.64) cps, waktu cacah 300 dtk, waktu tunda 300 dtk, waktu iradiasi 600 dtk, fluks neutron 1 x 109n/cm2.dt, efisiensi detektor 20%, dan ralat maksimum yang diijinkan 0.5 %
makadapatdiambilkesimpulanbahwa: Media simulasi pactaprogram APN dapat digunakan dengan baik untuk perhitunganperhitunganmaupununtuk mendapatkandata-data nuklir dari berbagaiunsur,yang diperlukan dalam APNC olehparapekerjageneratorneutron. Program APN lebih praktis digunakan dibanding menggunakan program spreedsheet. Perhitunganterpentingdalam analisa pengaktifan neutron cepat adalah perhitungan sensitivitas analitik, karena perhitungan ini dapat digunakan untuk menentukan massa unsur yang dapat diaktivasi oleh perangkat pengaktifan neutron, perhitunganlain adalahsebagaipenunjang. Sensitivitas akan mengecil untuk fluks neutrondan efisiensidetektoryang tinggi.. ZaenalAbidin,dkk.
DAFTARPUSTAKA
Lampiran1. Diagramalir menupustakaAPNC
1. AGUNG SURADIYO., Simulasi Analisa Pengaktifan Neutron Cepat Dengan Menggunakan Program Komputer Bahasa Turbo Pascal, Tugas akhir tingkat sarjana, FakultasMIPA UNDIP Semarang(1997). 2.
DARSONO, "Pembuatan Bank Data daD Simulasi Analisa Aktivasi Neutron Cepat dengan Program Lotus-123", prosiding KomputasiDalam SainsdaDTeknologiNuklir II, PPI-BATAN Jakarta(1993).
3. EKO NUGROHO., PemrogramanTerstruktur dengan Pascal, Andi Offset, Yogyakarta (1996). 4. ERDMAN. G, Neutron Activation Tabel, Verlag Chemic, Weinheim,New York (1976). 5.
Kruger P, Principle of Activation Analysis, Weley Interscience,New York (1971).
6.
WISNU A W., ZAENAL A, ..Aplikasi MsExcel Untuk Simulasi Analisa Pengaktifan Neutron Cepat", SeminarWidyaiswaraBatan
Lampiran2. Diagram alir menutampanglintang
,Jakarta(1998).
TANYAJAWAB TegasSutondo * Mengapa judul makalah ditekankan untuk neutroncepat. *
Apakah basil simulasi sudah divalidasi terhadapbasil eksperimen.Mohon penjelasan validasiprogramtersebut.
Zaenal Abidin *
*
Karena untuk memenuhi kebutuhan para peneliti yang menggunakangeneratorneutron dan generator yang tersedia hanya hanya generator neutron cepat saja.(lihat pendahuluanmakalahini).
~
Program ini disusun berdasar hasil-hasil percobaan jadi validasinya sesuai dengan validasi penelitian sebelumnya.
Suparmono *
Apakah program APNC "ini dapat digunakan untuk analisa neutron termal.
Zainal Abidin * Program APN ini khusus dibuat untuk analaisa pengaktifan neutronceFaloJadi jika mau digunakan untuk neutron termal harus merubahbankdatanya. zaenaI Abidin, dkk.
~
--u~ ~
T'.uoo. -~L~~7 Ko-~
.
ISSN 0216-312:8
Lampiran4. Diagram alir menuefisiensi
Lampiran6. DiagramaliI menusensitivitas
Lampiran7. Diagramalir menubarnsdeteksi Lampiran 5. Menu konsentrasi
ISSN 0216-3128
I
78 Lampiran
8. Data nuklir
Lampiran9. Graflk sensitivitaspactafluks 109
~
~
= ~
~
ftjc xl .£=~
~
i a ~
ZaenalAbidin. dkk.
ISSN 0216-3128
: ~
p ~ e ~
i
~ ,~1
30
~~27 ;J
,~
~~IO
~
~.~~~If'If",~~IC~~~
~ ~
~ ~
SeaI~
Grafik Se~
(J.1g)
Lampiran11. Graafikefisiensidetektor
Or. "-rehC.t.k
-
p-
K.lu.r
C/]
.~
Koe.,tsi.n
~r
~
-
.£,1,] .t2] .[3]
l'-e:6
s.e8
-
KoefJ(or8
&.81
12.47
%M 1.68 1.1? 121.7
ISSN0216-3128
3-+'i.2 2.~.6
~
778.1
Zaenal Abidin, dkk.
