PENENTUAN FLUKS NEUTRON PADA KOLOM IRRADIASI SISTEM TRANSFER PNEUMATIK PASCA PENGGANTIAN BAHAN BAKAR

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

PENENTUAN FLUKS NEUTRON PADA KOLOM IRRADIASI SISTEM TRANSFER PNEUMATIK PASCA PENGGANTIAN BAHAN BAKAR Eko Edy Karmanto, Aris Basuki Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 E-mail: [email protected]

ABSTRAK PENENTUAN FLUKS NEUTRON PADA KOLOM IRRADIASI SISTEM TRANSFER PNEUMATIK PASCA PENGGANTIAN BAHAN BAKAR. Penentuan besarnya fluks neutron reaktor Kartini telah dilakukan dengan metode pengukuran tidak langsung, menggunakan keping Au197 diaktivasi dalam kolom irradiasi. Pencacahan keping yang radioaktif dilakukan dengan system cacah yang telah diinstal menjadi satu kesatuan perangkat dengan system transfer pneumatic, menggunakan detektor Hp.Ge. Hasil penelitian dan perhitungan menunjukkan besarnya fluks neutron pada kolom irradiasi yang terletak pada ring F8 teras reaktor sebesar 2,28 × 10 n cm 9

−2

s

−1

.

ABSTRACT DETERMINATION OF NEUTRON FLUX IN IRRADIATION COLUMN AT THE PNEUMATIC TRANSFER SYSTEM AFTER REFUELING. The determination of the neutron flux by the indirect measurement method, by using activation foil Au197 activated at the irradiation column of Kartini reactor has been done. Counting of radioactive samples was done by counting system installed as one device with pneumatic transfer system, using a detector Hp.Ge. The results of research and calculation shows the amount of neutron flux in the irradiation field, located in the reactor core of F8 ring is 2.28 x 109 n cm-2 s-1.

metode aktivasi. Bahan aktivasi detektor yang

PENDAHULUAN

S

197

alah satu fasilitas irradiasi yang terdapat pada reaktor Kartini adalah kolom irradiasi sistem transfer Pneumatik (Pneumatik Transver System). Selain diketahui besarnya fluks neutron rerata pada system teras reaktor, akan lebih baik apabila diketuhi juga besarnya fluks neutron pada masingmasing fasilitas irradiasi, agar dapat memilih dan mengatur pemanfaatan tiap-tiap fasilitas irradiasi tersebut sesuai dengan kebutuhan analisis yang diperlukan. Melalui penelitian ini, dilakukan pemetaan dan pengukuran fluks neutron pada fasilitas irradiasi “Pneumatik” pasca penambahan bahan bakar reaktor Kartini. Pengukuran fluks neutron dilakukan dengan menggunakan metode pengukuran secara tak langsung yaitu dengan

Buku I hal 330

digunakan adalah keping Au . Pada penelitian ini digunakan detektor HpGe untuk mencacah banyaknya zarah radiasi dari cuplikan. Dari banyaknya cacah yang terukur ini dapat dihitung besarnya aktivitas yang sebanding dengan fluks neutron [3]. Pengukuran besarnya fluks neutron pada fasilitas irradiasi Pneumatik dilakukan oleh karena pasca penambahan bahan bakar belum dilakukan pemetaan fluks neutron pada fasilitas iirradiasi tersebut.Tujuan Penelitian ini adalah mendapatkan data fluks neutron pada fasilitas irradiasi Pneumatik setelah penambahan bahan bakar. yaitu pada posisi ring F8, ditunjukkan pada gambar 1.1

ISSN 1410 – 8178

Eko Edy Karmanto, dkk


F30 G 10

F29 9543

F28

G1

F26

E21

D16

9874

9980

E20

D15

C11

G5

9889

9869

9598

F22 9542 G

9881

D14 9594

E19 9639

E18 9349

F21

E17

2779 G

9872

C1 9892

C12 9597

F24

B6 9995

D13

C9

9982

Batang Kendali

A

B4

B3

C5

9988

9996

Batang Kendali

C8 9986

D12 9985

C6 9975

C7 9983

E16

9984 E15 9595

G9 F18

9535

D6

E8

9978

9882

D7

D10

D9

9873

9870

E14 9888

F10

9537

F17 AmBe

F16

G8

9640 9871

E13

E12 9890

F15 2821 G

F13

F14 2792 G

F9 2666 G

E9

E11

9353

F8

PN

9885 E10

9593

G7

E7 9886

D8

9641 F19

D5 9879

9997

D11 F20 2810 G

C4 9977

F7

E6 9596

D4 9878

C3 9981

F6 G 1247

E5 9354

D3 9638

B2 9987

F5 9891

E4 9887

C2 9998

CT

G6

D2 9352

B1 9883 IFE

B5 9994

C10 9976

E3 9636

9877

F25

F23

F4

9979 D1

D18 9880

D17

9635

F3 9538

E2

Batang Kendali

9350

E23 9637

9539

9541

E1

E24

E22

G3

F2 9876

F27

G4

F1 9540

F11

9536

F12 2812 G

9875

Gambar 1.1 : Konfigurasi Teras Reaktor Kartini •

TATA KERJA 1.

Variabel Penelitian Pada penelitian ini variabel-variabel yang digunakan adalah sebagai berikut: • Variabel Bebas : waktu irradiasi yang dilakukan selama 1 jam, massa sampel dengan massa 0,004 gram dan 0,005 gram, jenis sampel berupa foil emas. • Variabel Terikat : Fluks neutron dalam kolom irradiasi pada ring F8 Pneumatik. • Variabel terkontrol: posisi irradiasi di dalam teras reaktor pada ring F8 Reaktor Kartini, waktu pencacahan selama 5 menit, efisiensi system pencacahan sebesar 0,747%. 2.

Instrumen Penelitian Dalam penelitian ini alat-alat yang digunakan meliputi: alat preparasi sampel, alat irradiasi (Reaktor Kartini) dan alat cacah, serta pemindah sampel (Pneumatic Transfer System).Untuk preparasi sampel digunakan peralatan: • Timbangan elektronik, piranti ini digunakan untuk menimbang foil emas yang akan diaktivasi. Alat ini bermerek DRAGON 303, dengan nomor seri 1201160031, item 12105210, ketelitiannya 0,001 gram, power requirements 8-14,5 V ~ 50/60 Hz. • Kapsul pembungkus foil • Pinset, digunakan untuk mengambil foil emas sebelum aktivasi. Eko Edy Karmanto, dkk.

Gunting, digunakan untuk menggunting kertas yang digunakan untuk membungkus foil emas. • Isolatip, digunakan untuk merekatkan emas dengan kadmium. Iradiasi dilakukan dalam kolom irradiasi yang terletak di ring F8 sistem teras Reaktor Kartini yang akan diukur fluks neutronnya. Alat yang digunakan untuk pencacah sampel meliputi: • Detektor HPGe (CANBERA), tipe koaksial, nomor seri : GC 1018 • Sumber tegangan tinggi (HV), dengan tegangan 3 kV • Pre Amplifier (CANBERA), nomor seri: 2002 C • Amplifier (ORTEC), nomor seri: 572 • Cryostat (CANBERA), nomor seri : 7500 • Komputer dengan sistem operasi DOS • Pinset, digunakan untuk mengambil foil emas setelah di aktivasi Alat yang digunakan untuk mengirim dan menarik atau memindahkan sampel dari dan ke kolom irradiasi menuju pencacah adalah sistem transfer Pneumatik, yang terdiri beberapa unit alat yaitu: • Hand louder • Pemuat • Teras Reaktor • Alat pencacah • Tempat pembuangan sampel • Kompresor

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal 331


3.

Bahan Penelitian Bahan-bahan yag digunakan adalah foil 197

emas (Au ) dengan nomor atom 197, waktu paro 2,7 hari, tampang lintang mikroskopis 98,8 3

barn, rapat massa 19,32 gram/cm , kemurnian 99,9918 %, diameter 0,0254 mm, massa 0,004 gram dan 0,005 gram. Juga menggunakan cadmium dengan ketebalan 1 mm untuk membungkus foil emas. 4.

Desain Penelitian Pada penelitian ini digunakan desain penelitian seperti disajikan pada gambar 2.1 sebagai berikut:

c. d.

Melakukan pencacahan sampel Mencatat hasil pencacahan

6.

Teknik Analisa Data Data yang diperoleh pada penelitian ini berupa hasil pencacahan, waktu irradiasi, waktu tunda dan waktu cacah. Besarnya fluks neutron pada titik-titik peletakan foil sampel dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan (2.3) sebagai berikut:

φ=

kBc∑act (1 − e

λ Cρ

(2.3)

)(e −λt2 −t1 )(1 − e −λt3 −t2 )

− λt1

dengan C adalah jumlah cacah, λ adalah konstanta peluruhan (s −2

−1

−1

), ф adalah fluks neutron 3

(n cm dtk ), V adalah volume materi (cm ), Σ act adalah tampang lintang aktivasi makroskipis (cm

−1

), k adalah konstanta (efisiensi detektor), t1

adalah lama waktu irradiasi (s),

adalah

( t 2 − t1 )

lama waktu tunggu sebelum dicacah (s),

(t3 − t 2 )

adalah lama waktu pencacahan (s). Ralat pengukuran fluks neutron diketahui dengan perambatan ralat sebagai berikut:

φ=

λC kV Σ act (1 − e

− λ t1

)(e − λ ( t2 −t1 ) )(1 − e − λ (t3 −t2 ) )

λ Cρ ∂φ =− 2 ∂Bc k ∑act Bc (1 − e −λti )(e −λtd )(1 − e −λtc )

Gambar 2.1 Desain Penelitian 5.

Langkah Kerja 5.1 Tahap Preparasi Sampel a. Mempersiapkan dan mengukur massa keping emas sebanyak 4 keping. b. Melapisi 2 keping emas dengan cadmium. c. Memaksukkan emas yang dilapisi cadmium dan yang tidak dilapisi cadmium ke dalam kapsul. 5.2 Tahap Irradiasi Mengoperasikan Reaktor Kartini pada daya 100 kW dengan daya penuh dan mengaktifkan sistem transfer Pneumatik. a. Memasukkan foil ke titik-titik yang akan dilakukan pemetaan fluks neutron pada fasilitas irradiasi Pneumatik, menggunakan sistem transfer sampel Pneumatik b. Melakukan irradiasi pada waktu tertentu. Pada penelitian ini sampel diirradiasi selama 1 jam.

Buku I hal 332

(2.6)

− λt c

λ Cρ ( e ) ∂φ =− ∂tc k ∑act Bc (1 − e −λti )(e −λtd )(1 − e −λtc ) 2 2

(2.5)

− λt d

λ Cρ ( e ) ∂φ = ∂t d k ∑act Bc (1 − e −λti )(e −λtd )(1 − e −λtc ) 2

(2.4)

− λt i

λ Cρ ( e ) ∂φ =− ∂ti k ∑act Bc (1 − e −λti ) 2 (e −λtd )(1 − e −λtc ) 2

(2.7)

Karena persamaan fluks neutron merupakan fungsi wariabel terhadap waktu, maka rambatan ralatnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8) sebagai berikut:

∆φ =

ISSN 1410 – 8178

∂φ ∂φ ∂φ ∂φ ∆Bc + ∆t i + ∆t d + ∆t c ∂Bc ∂t i ∂t d ∂t c

(2.8)



∆φ = −

λ Cρ λ2Cρ (e −λt ) ∆Bc + − ∆ti 2 k ∑act Bc (1 − e −λt ) 2 (e −λt )(1 − e −λtc ) k ∑act Bc (1 − e −λti )(e −λtd )(1 − e −λtc ) i

i

λ2Cρ (e−λt ) λ 2 Cρ ( e − λ t ) ∆ t − ∆tc d k ∑act Bc (1 − e− λt )(e− λt )(1 − e− λtc )2 k ∑act Bc (1 − e −λt )(e −λt )(1 − e −λtc ) c

d

i

+

d

i

d

d

+

λ 2 Cρ

=

k ∑act Bc (1 − e −λti )(e −λtd )(1 − e −λtc )  1  e − λt e − λt ∆ + ∆ + ∆ + ∆t c  Bc t t i d  − λt − λt 1− e 1− e  λBc  i

c

i

c

HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Fluks Neutron: Data pengukuran fluks neutron pada fasilitas irradiasi pneumatik disajikan seperti pada tabel berikut: Tabel 3.1 Waktu Aktivasi, Waktu Tunggu dan Waktu Pencacahan Foil Emas Waktu aktivasi (s)

Waktu tunggu (s)

(t 1 )

(t 2 - t 1 )

Berat foil (gram)

Waktu pencacahan (s) (t 3 - t 2 )

Tanpa Cd

Dengan Cd

Tanpa Cd

Dengan Cd

Tanpa Cd

Dengan Cd

0,004

3600

3600

1 919 580

1 919 220

300

300

0,005

3600

3600

1 918 800

1 918 440

300

300

Setelah dilakukan aktivasi maka selanjutnya dilakukan pencacahan foil. Hasil pencacahan disajikan pada tabel (3.2) berikut ini: Tabel 3.2 Hasil Pencacahan Berat foil (gram)

Foil Emas (Au) Tanpa Cd (cps)

Dengan Cd (cps)

0,004

271,03

178,83

0,005

537,23

109,51

Eko Edy Karmanto, dkk.

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal 333


Berdasarkan data pada tabel (3.1) dan tabel (3.2) dengan menggunakan persamaan (2.3) dan persamaan (2.8) maka dapat dihitung besarnya aktivitas dan nilai fluks neutron untuk

masing-masing tempat pengukuran seperti yang ditunjukkan pada tabel (3.3).berikut.

Tabel 3.3 Data Fluks Neutron Thermal dan Perambatan Ralat Fluks Neutron Berat foil (gram)

Aktivitas Tanpa Cd

s

−1

) Fluks neutron thermal

Dengan Cd

0,004

7704047,515

5077814,492

(2,85±0,03) × 10

9

(1,88±0,02) × 10

9

(0,97±0,05) × 10

9

0,005

15235399,3

3102340,943

(4,50±0,04) × 10

9

(0,92±0,01) × 10

9

(3,58±0,05) × 10

9

−2

−1

n cm s , hasil selengkapnya 2,85 × 10 disajikan pada tabel 3.3. sedangkan pada gambar 3.1 berikut dapat dilihat perbedaan antara fluks neutron yang terbungkus cadmium dengan yang tidak terbungkus cadmium. 9

Fluks Neutron (n cm^-2 s^-1)

−2

Tanpa Cd

Pada penelitian ini dilakukan pengukuran besaran fluks neutron pada fasilitas irradiasi Pneumatik yang bertujuan untuk mengetahui besar fluks neutron yang terdapat pada ring Pneumatik (ring F8) setelah penambahan bahan bakar Reaktor Kartini. Pada tanggal 25 januari 2010 bahan bakar yang berada di posisi ring D16 dengan nomor bahan bakar 9592 diganti dengan bahan bakar baru dengan nomor bahan bakar 9638. Kemudian bahan bakar 9592 dimasukkan di bak perisai. Selanjutnya pada tanggal 19 April 2010 bahan bakar 9638 yang berada di ring D16 dipindah ke ring D3 yang berisi bahan bakar 9980, dan bahan bakar 9980 di pindah di D16. Pada penelitian ini reaktor dioperasikan pada daya 100 kW dan diperoleh hasil pengukuran fluks neutron pada ring Pneumatik (ring F8) yaitu untuk PN1 memiliki orde sebesar

5

Fluks Neutron (n cm Dengan Cd

Dari hasil pengukuran maka diperoleh besaran fluks neutron untuk keping emas yang tidak terbungkus cadmium lebih besar dari pada keping emas yang terbungkus cadmium. Hal ini disebabkan karena keping emas yang tidak terbungkus cadmium itu seluruh neutron yang ada dapat bereaksi dengan foil sehingga neutron yang berperan adalah neutron total. Sedangkan keping emas yang terbungkus cadmium itu neutron yang bereaksi adalah neutron cepat karena neutron lambat (E<0,5 eV) tertahan oleh cadmium. Jadi foil hanya bereaksi dengan neutron yang [5] mempunyai energi >0,5 eV. Dari hasil pengukuran fluks neutron diperoleh nilai fluks neutron total dan neutron cepat pada ring F8. Fluks neutron thermal adalah selisih antara fluks neutron total dan neutron cepat, maka dapat diketahui besar fluks neutron thermal pada fasilitas irradiasi Pneumatik adalah 2,28 × 10 n cm 9

−2

s

−1

. Secara teoritis besar fluks

neutron memiliki orde 10

11 [4] ,

sedangkan pada

penelitian ini hasilnya adalah 2,28 × 10 n cm 9

−2

s

−1

, hal ini disebabkan karena penelitian dilakukan di ring F8 yang terletak di pinggir dimana nilai yang besar berada di ring tengah.

Sampel Emas dengan massa 0,004 gram dan 0,005 gram

KESIMPULAN

4

Emas tidak terbungkus cadmium

3 2 1 0

0.004 0.004 0.005 0.005 Massa Emas (gram)

Emas terbungkus cadmium

Gambar 3.1 Diagram Fluks Neutron Sampel Emas dengan massa 0,004 gram dan 0,005 gram.

Buku I hal 334

Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, diperoleh data fluks neutron thermal 9 pada ring “F8” sebesar (2,28±0,05) × 10 n cm −2

−1

s . Hasil ini lebih kecil dari perhitungan fluks 11 neutron rerata sampai dengan orde 10 Hal ini disebabkan karena penelitian dilakukan di ring F8 yang terletak di pinggir, sedangkan sesuai dengan distribusi fluks neutron, nilai yang paling besar berada di ring A, di tengah system teras.

ISSN 1410 – 8178



DAFTAR PUSTAKA 1. Erdtmann, Gerhard. 1976. Neutron Activation Tables. Weinheim Newyork:Verlag Chemie. 2. Erdtmann, Gerhard dan Soyka, Werner. 1979. The Gamma Rays of the Radionuclides. Weinheim Newyork:Verlag Chemie 3. Glasstone S dan Edlund C. 1963. The Elements of Theory Nuclear Reactor. Canada: Van Nostrand Reinhold 4. Rany Saptaaji. 1998. Penentuan Fluks Neutron Pada Beamport dan Fasilitas Irradiasi Lazy Susan Reaktor Kartini. Yogyakarta:UGM 5. Wisnu Susetyo. 1998. Spektrometri Gamma. Yogyakarta:UGM

Eko Edy Karmanto, dkk.

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal 335

PENENTUAN FLUKS NEUTRON PADA KOLOM IRRADIASI SISTEM TRANSFER PNEUMATIK PASCA PENGGANTIAN BAHAN BAKAR

Recommend Documents