PRO SIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLffi Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan Yogyakarta, 26 Agustus Z008
PENINGKATAN
FLUKS GENERATOR NEUTRON SAMES J-25 PTAPB-BATAN Agus Tri Purwanto, Suraji Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Badan Tenaga Nuklir Nasional
ABSTRAK PENINGKATAN FLUKS GENERATOR NEUTRON SAMES J-25 PTAPB-BATAN. Telah dilakukan peningkatan fluks generator neutron SAMES J-25 125 keV/ 2 mA, dengan cara mengganti target tritium dan penambahan gas deuterium. Sistem target generator neutron dibuka, dibersihkan dalam glow box untuk menghindari kontaminasi, kemudian dipasang tritium target yang baru pada sistem target generator neutron. Pengisian gas deuterium dilakukan dengan cara reservoir gas pada generator neutron divakumkan terlebih dahulu untuk menjaga kemumian gas hingga kevakuman 10-3 mbar kemudian gas deuterium diisikan dengan tekanan 2 bar. Setelah pemasangan tritium dan pengisian gas deuterium selesai, sistem generator neutron divakumkan hingga mencapai 1(J5 mbar. Dari pengukuran fluks neutron yang telah dilakukan, diperoleh peningkatan fluks neutron dari ± 1ct n/cm2.detik menjadi ± 1(/ n/cm2.detik. Kata kunc; : tritium, deuterium, fluks neutron, generetor neutron
ABSTRACT THE INCREMENT OF NEUTRON FLUX FOR PTAPB-BATAN J-25 SAMES NEUTRON GENERATOR. The increment of neutron flux for 125 keV /2 mA J-25 SAMES neutron generator has been done. It was done with changed tritium target and added deuterium gas. The system of neutron generator target was opened, cleaned in glow box to avoided contamination. The new tritium target was set in neutron generator vacuum system. The impregnation of deuterium gas was done with vacuumed gas reservoir of neutron generator to kept its purity until 10-3 mbar and deuterium gas was filled 2 bar. After this process finished, neutron generator system was vacuumed until 10-5 mbar. From the measurement of neutron flux was obtained increment of neutron flux from ± 1ct n/cm2.second to ± 1cf n/cm2.second. Key words: tritium, deutrium, neutron flux, neutron generator
PENDAHULUAN
Dengan neutron
berkembangnya ilmudaridan teknologi, tidak saja diperoleh reaktor nuklir namun dapat juga diperoleh dari peralatan akselerator partikel bermuatan, yaitu akselerator generator neutron. Akselator generator neutron merupakan suatu alat yang dapat memproduksi neutron cepat melalui reaksi fusi deU/ron (D) dengan tritium (T) atau reaksi J H(d,nl He. Energi neutron yang dibangkitkan dari akselerator generator neutron berenergi tunggal dengan En=14,5 MeV (I). Generator neutron berfungsi sebagai peralatan analisis yang handal dengan metode 306
AANC (Analisis Aktivasi Neutron Cepat) dimana selama ini digunakan untuk pengukuran data nuklir, analisis unsur dan analisis pencemaran lingkungan baik dalam bent uk padat, cair, maupun gas. Untuk menjaga kinerja peralatan supaya dapat beroperasi secara optimum maka diperlukan perawatan secara rutin. Bagian-bagian yang perlu mendapatkan perawatan adalah : sumber ion, sistem pemercepat, sistem vakum, sistem optik, sistem target, dan sistem penunjang. Semua perangkat tersebut harus mendapat perhatian perawatan yang memadai agar masing-masing dapat memberikan kinerja yang optimal.
ISSN 1410 - 8178
Agus Tri Purwanto, dkk.
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008
Peralatan generator neutron pada akhirakhir ini produksi neutronnya menurun ditandai dengan sensitivitasnya menurun sehingga tidak mampu mengaktivasi unsur-unsur mikro yang terdapat dalam cuplikan. Fluks neutron yang dihasilkan hanya ± 104 n/cm2.detik, dan untuk meningkatkannya kembali diperlukan langkahlangkah perawatan untuk mencari penyebab terjadinya penurunan tluks neutron. Setelah dilakukan pengamatan dari komponen utama yang ada, maka untuk meningkatkan tluks neutron difokuskan pada penggantian tritium target karena sudah terlampaui jumlah jam pakainya dan penambahan gas deuterium, dua kompenen ini sangat berpengaruh langsung dengan produksi neutron yang dihasilkan. Diharapkan peralatan generator neutron dapat menghasilkan tluks neutron yang cukup tinggi ± 108 n/cm2.detik. Dengan tluks neutron yang tinggi sensitivitas peralatan akan meningkat dan mampu mengaktivasi unsur-unsur mikro yang terdapat dalam cuplikan yang akan diamati. TEORI Sistem Generator
Neutron
Generator neutron adalah salah satu jenis akseleratol' partikel produksi neutron, yang digunakan untuk menghasilkan neutron cepat. Neutron cepat ini dihasilkan oleh reaksi inti yang terjadi antara deutron (D) dengan tritium (T). GambaI' skema generator neutron SAMES J-25 150 keY / 2 mA disajikan pada GambaI' I.
I GambaI' I. Skema generator neutron Sames Type J-25-150keY /2mA Keterangan gambar : 1. Sumbel' tegangan tinggi 2. Sumber tegangan pemfokus 3. Sumber tegangan ekstraktor 4. Sumbc~rtegangan RF 5. Sumb(~rtegangan magnet 6. Sumber ion tipe RF 7. Tabung akselerator Agus Tri Purwanto, dkk.
8. Landasan 9. Pegangan terisolasi 10. Sumber tegangan terisolasi 11. Pompa difusi 12. Pompa rotary 13. Lensa kuadrupol 14. Target
Secara garis besar bagian-bagian pokok generator neutron adalah(2). I. Sumbel' Ion Sumber ion adalah bagian yang berfungsi untuk menghasilkan ion-ion deutron dari gas deuterium yang berada di dalam sumber ion. Sumbel' ion yang dipakai adalah tipe RF (radio frequency) yang mempunyai prinsip kerja sederhana. lonisasi gas deuterium oleh gelombang elektromagnet dari osilator frekuensi tinggi melalui kawat yang dililitkan pada tabung gelas berisi gas deuterium, menghasilkan ionion deutron. 2. Sumbel' Tegangan Tinggi Sumbel' tegangan tinggi berfungsi untuk menghasilkan tegangan tinggi searah (DC). Sumbel' tegangan tinggi yang digunakan pada generator neutron adalah sumber tegangan tinggi jenis FeUci. 3. Sistem Lensa Pemfokus Lensa pemfokus berfungsi untuk memfokuskan berkas ion deutron yang keluar dari sumber ion. Berkas ion yang keluar dari sumber ion cenderung menyebar akibat gaya tolak-menolak antara ion-ion itu sendiri. Oleh sebab itu perlu difokuskan terlebih dahulu sebelum mencapai tabung pemercepat. 4. Tabung Pemercepat Tabung pemercepat berfungsi untuk mempercepat ion-ion deutron yang keluar dari sumber ion hingga mencapai energi di atas 100 keY. Tabung pemercepat ini terdiri dari beberapa elektroda yang diberi tegangan tinggi dari sumber tegangan tinggi melalui pembagi tegangan (voltage divider), sehingga antar elektroda-elektroda tersebut terjadi gradien potensial yang memberikan percepatan pada ion-ion deutron. 5. Lensa Kuadrupol Lensa kuadrupol terletak di belakang tabung pemercepat. Lensa kuadrupol ini berfungsi untuk memfokuskan ion-ion yang keluar dari tabung pemercepat menuju target tritium. Lensa ini terdiri dari 2 elemen yang masing-masing berupa susunan 4 bucl1 elektroda secara kuadrupol. 6. Inti Target Inti target adalah bahan yang diharapkan dapat menghasilkan neutron dengan tluks yang tinggi pada saat berinteraksi dengan deutron. Inti target juga harus mempunyai umur paro yang panjang, kelimpahan neutron yang tinggi dan tidak menyerap neutron. Pada generator neutron Sames J-25 yang digunakan sebagai target adalah tritium yang dideposisikan pada tembaga sebagai target perantara. Target tritium yang
ISSN 1410 - 8178
307
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi
Akselerator
Yogyakarta,
ditembak oleh ion-ion deutron berbentuk padatan. 7. Sistem vakum Sistem vakum pad a generator neutron mutlak diperlukan, yaitu untuk mencegah atau paling tidak memperkecil terjadinya tumbukan antara ion-ion positif yang dihasilkan sumber ion dengan atom-atom gas sisa pada generator neutron. Jika terjadi tumbukan antara ion-ion deutron dengan atom-atom gas sisa, dapat terjadi ionisasi gas. Ion-ion negatifhasil ionisasi gas tersebut akan bergerak berlawanan arah dengan deutron. Pompa vakum terdiri dari sebuah pompa rotary dan pompa difusi atau pompa turbo molekul. Tingkat kehampaan yan§ dapat dicapai oleh pompa rotary mencapai 10' torr, dan pompa difusi atau pompa turbo molekul mencapai 10.6 torr. Kehampaan yang diperlukan pada generator neutron minimal 10.5 mbar. 8. Sistem Kendali Generator neutron diletakkan pada ruang khusus dengan ketebalan dinding sekitar 1 meter. Sistem kendali di luar ruang diperlukan untuk mengoperasikan generator neutron secara aman. Sistem kendali berupa panel yang berfungsi untuk memantau dan mengendalikan keIja generator neutron sesuai dengan kondisi operasi yang diinginkan. Sistem kendali dilengkapi juga dengan monitor, sehingga operator dapat memonitor generator neutron dari ruang kendali selama operasi berlangsung. Cara Kerja Sistem Generator Neutron Gas deutrium dialirkan ke sumber ion untuk diionisasi dengan medan RF, ion-ion yang dibangkitkan didorong keluar dengan tenaga pendorong dari tengangan ekstraktor keluar menuju tabung akselerator untuk dipercepat dengan tegangan tinggi pemercepat 110 keY. Dalam perjalanannya berkas ion cenderung menyebar yang akibatnya akan terjadi kehilangan berkas (beam loss), ini tidak diinginkan maka berkas ion tersebut difokuskan dengan lensa kuadrupol listrik. Kemudian berkas ion deuteron ditumbukkan pada target tritium, sehingga terjadi interaksi antara D dan T yang menghasilkan neutron cepat melalui reaksi T(d,nfHe atau 3H+2H-+4He+n. Neutron yang dihasilkan dari reaksi tersebut dimanfaatkan untuk iradiasi bahan atau cuplikan. Pengukuran Fluks Neutron Teknik pengukuran fluks neutron dilakukan dengan metode aktivasi, yaitu dengan mengaktivasi sampel standar. Inti atom unsur yang diaktivasi akan menangkap neutron dan berubah menjadi radioaktif dengan memancarkan sinar y. Sinar y 308
dan Proses Bahan
28 Agustus 2008
yang dipancarkan kemudian dicacah dengan spektrometer gamma untuk diketahui cacahnya. Jumlah cacah kejadian peluruhan selama waktu untuk pencacahan (~) adalah(3): C=J1e1=0 kA de-A1dt C = k ~()N (1- e -AIa)e -Atd (1- e -Ate) Ie
(1)
Dengan : k = E Y dengan E = efisiensi pencacahan Y = prosentasi peluruhan gamma (gamma yield) Jumlah nuklida sasaran dapat dihitung dengan kesetaraan mol: N
=--8 mNA SA
Dengan : m = massa cuplikan NA = bilangan Avogadro SA= berat atom unsur cuplikan a = kelimpahan relatifisotop cuplikan Dengan demikian persamaan (1) menjadi : C
=--8-mN A ~()EY (1-e -Ala) e-Aid (1 -e -Ate) BA A
(2)
Dengan : ~ = fluks neutron, () = tam pang lintang reaksi }. = ketetapan peluruhan, td= waktu tunda to= waktu yang diperlukan untuk iradiasi te= waktu yang diperlukan untuk pencacahan Persamaan (2) tersebut sebagai dasar dan persamaan akhir analisis aktivasi. TATA KERJA
Peralatan dan Bahan Tritium target, gas deuterium, regulator gas, sistem vakum, glow box, tool set. Langkah kerja : I. Mengganti tritium target a. Mengisolasi sistem vakum b. Melepas sanbungan sistem pendingin c. Melepas sambungan sistem pneumatik d. Melepas bagian-bagian pemegang tritium target e. Melepas tritium target f. Membersihkan.bagian-bagian pemegang tritium target g. Memasang tritium target baru h. Mengintalasi kembali pemegang tritium target i. Menguji vakum sistem generator neutron 2. Pengisian gas deuterium a. Melepas sambungan gas b. Melepas sumber daya paladium c. Memasang manometer gas
ISSN 1410-8178
Agus Tri Purwanto, dkk.
PRO SIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta,
28 Agustus 2008
d. Memvakumkan reservoir gas e. Pengisian gas ke dalam reservoir gas f. Mengintalasi kembali ke sistem sumber ion 3. Mengukur fluks neutron a. Mengaktivasi sampel standart b. Meneaeah e. Menghitung tluks neutron HASIL DAN PEMBAHASAN Mengganti tritium target Dalam pelaksanaan penggantian tritium target agar sistem vakum tidak terganggu seeara total dan pompa vakum tetap dapat beroperasi maka katup isolasi antara target dan sistem vakum ditutup. Sistem target dibuka dan dibersihkan bagian-bagian yang kotor dengan alkohol kemudian dikeringkan dengan pemanas tujuannya agar gasgas yang terdapat dalam komponen sestem target dapat menguap, sehingga tidak terjadi out-gassing pada sistem vakum pada level vakum tinggi. Target tritium yang baru disiapkan untuk dipasang pada sistem target dan dikerjakan dalam glow-box untuk menghindari kontaminasi Iingkungan. Sistem target disajikan pada Gambar 2.
Gambar 3. Proses pengisian gas deuterium Uji coba vakum Setelah proses penggantian target tritium dan pengisian gas deuterium selesai, dieek apakah sambungan-sambungan atau baut-baut pengikat telah terpasang dengan baik. Kemudian sistem vakum dijalankan untuk memvakumkan sistem secara keseluruhan dengan menggunakan pompa rotari untuk tingkat kevakuman rendah dan pompa difusi untuk tingkat kevakuman tinggi. Dari percobaan yang dilakukan untuk pompa rotari disajikan pada Tabel I, dan pompa difusi pada Tabel 2. Tabel I.
waktu
Tabel 2.
waktu
Tingkat kevakuman vs pemompaan pompa rotari IO'J 2568 xx tO'l 10pemvakuman menit lO,j 10'2 50 menit 54Kevakuman 40 20 30 60 menit (mbar) No. Waktu
5. 4. 2. 3. 6.
I.
Gambar 2. Sistem target generator neutron Sames 3. 2. 6. 4. 5. I. Type J-25-150 keY / 2 mA Pengisisan gas deuterium Gas deuterium merupakan masukan pada sumber ion untuk diionisasi" dimana keeukupan gas pada reservoir sangat menentukan hasil ionisasi yang sedang berlangsung. Kekurangan gas ditandai dengan nyala sinar yang tidak terang pada tabung ionisasi, dan berdampak pada arus ion deutron yang keeil, sehingga reaksi D - T tidak optimal. Dalam pelaksanaan pengisian gas terlebih dahulu melepas saluran gas masuk ke sumber ion kemudian dipasang ke saluran pompa vakum untuk memvakumkan gas reservoir, setelah tereapai kevakuman 10-3 torr saluran ditutup. Regulator gas dibuka untuk memasukkan gas. Proses pengisian gas deuterium disajikan pada Gambar 3. Agus Tri Purwanto, dkk.
Tingkat kevakuman vs pemompaan pompa difusi 10'5 150 30 menit IO'J 10'> IO'~ 120 180 90 60pemvakuman menit menit 4Kevakuman 2I23I xx 10 10'~ No. Waktu (mbar)
Hasil pengujian yang diperoleh menunjukkan bahwa sistem vakum generator neutron telah terpasang dengan baik dan tidak bocor. Waktu yang dibutuhkan untuk vakum rendah dikatakan baik jika dalam waktu kurang dan I jam pompa rotary mampu meneapai orde 10'3 mbar, sedangkan untuk vakum tinggi pompa difusi mampu meneapai tingkat kevakuman orde 10'5 mbar atau lebih dalam waktu 2 - 3 jam setelah keadaan vakum rendah tercapai (orde ± 10-3 mbar).
ISSN 1410 - 8178
309
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLffi Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008
Pengukuran fluks neutron Setelah tercapai tingkat kevakuman yang dipersyaratkan maka generator neutron dapat dioperasikan yaitu pada orde JO-5 mbar, untuk dilakukan pengukuran fluks neutronnya. Metode yang dilakukan adalah metode pengukuran tak langsung yaitu dengan cara mengaktivasi sampel standar alumuniun selama 30 men it, kemudian sampel dicacah selama 2 menit dengan peralatan spektrometer gamma. Dengan menggunakan persamaan 2, maka tluks neutron generator neutron dapat dihitung. Hasil pengukuran tluks neutron disajikan pada tabel 3. Tabel 3. Hasil pengukuran tluks neutron Fluks neutron (neutron/cm2 9875 9990 9795 108 No. Cacah (detik) 3,008 x J08 detik)
neutron dalam kondisi baik dan layak digunakan untuk keperluan analisis aktivasi neutron cepat. DAFT AR PUST AKA
I.
SUNARDI, ST, 2007. Petunjuk Praktikum Generator Neutron, Yogyakarta: PTAPB BATAN. 2. DJOKO S.P, 1994. Petunjuk Praktikum Aktivasi Neutron Cepat, Yogyakarta : Bidang Fisika Nuklir dan Atom Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta. 3. DARSONO, 1998. Generator Neutron dan Aplikasinya. Diklat Pengenalan dan Aplikasi Akselerator, Pusdiklat-Batan, Yogyakarta.
TANYA JAWAB Dari hasil pengukuran fluks neutron yang diperoleh menunjukkan bahwa fluks generator neutron mengalami peningkatan dari semula orde 104 neutron/cm2 detik menjadi 108 Neutron/cm2 detik. Data ini menunjukkan bahwa sensitivitas peralatan meningkat, sehingga akan mampu mengaktivasi kandungan unsur dalam cuplikan yang relatif sedikit. KESIMPULAN
Sukarsono ~ Bagaimana teknik pemasangan mengingat tritium merupakan pemancar
tritIUm, 13?
Agus T.P ~ Pemasangan target tritium dilakukan selain dengan pakaian kerja (masker, sarung tangan, jas lab, dll) juga dilakukan dengan secepat mungkin dilakukan bersama dengan petugas proteksi radiasi.
Dari data pengukuran tluks neutron yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa generator
310
ISSN 1410 - 8178
Agus Tri PUlwanto, dkk.
