UJI FUNGSI FASILITAS IRADIASI SISTEM RABBIT PNUMATIK REAKTOR RSG GAS MENGGUNAKAN BAHAN ACUAN STANDAR

SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176

UJI FUNGSI FASILITAS IRADIASI SISTEM RABBIT PNUMATIK REAKTOR RSG GAS MENGGUNAKAN BAHAN ACUAN STANDAR Elisabeth Ratnawati, Saleh Hartaman, Kawkab Mustofa PRSG Gedung 31, Batan, Puspiptek Serpong 15313 Email untuk korespondensi : [email protected]

ABSTRAK UJI FUNGSI FASILITAS IRRADIASI SISTEM RABBIT PNUMATIK REAKTOR RSG GAS MENGGUNAKAN BAHAN ACUAN STANDAR. uji fungsi fasilitas irradiasi sistem rabbit pneumatik dengan menggunakan bahan acuan standard (Standard Reference Material.) dilakukan untuk mengetahui apakah fasilitas irradiasi ini sudah dapat berfungsi dengan baik sesuai prosses dan hasil yang diharapkan dengan cara melakukan pengukuran terhadap kapsul yang dikirim ke terminal posisi iradiasi di teras. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kapsul yang diiradiasi dalam sistem rabbit pnumatik memiliki paparan yang tinggi yaitu 120 mR/h untuk kapsul yang pertama, dan 320 mR/h untuk kapsul yang kedua dan ketiga. Waktu irradiasi adalah 5-10 detik. Dengan paparan yang tinggi ini maka kapsul tidak dapat dicacah langsung karena akan menyebabkan nilai ‘dead time’ melebihi 10% dan ini menjadikan hasil pencacahan akan memiliki kesalahan yang berarti. Kemudian dilakukan percobaan dengan cara iradiasi kapsul kosong (blanko) dengan posisi yang sama. Hasil iradiasi menunjukkan adanya paparan yang tinggi pula yaitu 1Rad/h dan 4 rad/h. Berdasarkan hasil analisis kualitatif terhadap kapsul kosong (blanko), diketahui bahwa kapsul kosong yang digunakan untuk iradiasi pada sistem rabbit pnumatik memiliki beberapa unsur pengotor yaitu Mn-56, Zn-65, Na-24. Paparan yang tinggi diduga berasal dari unsur-unsur pengotor kapsul,yang berasal dari media yang ada didalam pipa pnumatik. Fasilitas iradiasi sistem rabbit pnumatik belum dapat digunakan sebagaimana mestinya. Perlu dilakukan perbaikan lebih lanjut agar fasilitas iradiasi sistem rabbit pnumatik ini dapat berfungsi seperti yang diharapkan. Kata kunci: fasilitas iradiasai, sistem rabbit pnumatik, paparan radiasi

ABSTRACT FUNCTIONAL TEST OF THE IRRADIATION FACILITY PNEUMATIC RABBIT SYSTEM RSG GAS USING STANDARD REFERENCE MATERIAL.Functional test of iiradiation facility pneumatic rabbit system using Standard Reference Material has been carried out to ceck rhe state of facility fulfilling the function. To measure the delivered capsule in the irradiation position in the reactor core, it has been got the exposure measuremen of the first capsulas 120 mR/h and the secobdcapule is 320 mR/h with the irradiation time 5-10 seconds. With the presence of high exposure then the capsule can not be counted directly because it will cause the value of dead time exceeding 10% and it makes the results of the counting will have significant errors. Therefore, the experiment using empty (blank) irradiation capsule in the same position has to be done. Irradiation results indicate that the exposure is also high as 1Rad / h and 4 rad / h. Based on the results of the qualitative analysis of the empty (blank) capsule , it is known that the empty capsules are used for the irradiation of the rabbit pnumatik systems have some element impurities, namely Mn-56, Zn-65, Na-24. this high Exposure probably derived from capsule's impurity elements , derived from the existing media in the pnumatik pipe . Pnumatik rabbit system irradiation facility can not be used properly. There needs to be further improvement so that pnumatik rabbit system irradiation facilitiy is able to function as expected. Keywords: irradiasai facility, pneumatic rabbit systems, exposure radiation

PENDAHULUAN Reaktor Serba Guna RSG-GAS dengan daya termal maksimum 30 MW dan memiliki fluks Elisabeth Ratnawati, dkk

neutron rata-rata 2 x 1014 n/cm2.det merupakan reaktor riset terbesar di Indonesia. Reaktor ini dilengkapi dengan berbagai macam fasilitas iradiasi. Ditinjau dari segi letaknya, fasilitas iradiasi dapat dibagi menjadi tiga, yaitu fasilitas 171

STTN-BATAN & PTAPB-BATAN

SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 yang terletak di dalam teras reaktor, fasilitas yang terletak di berilium reflektor dan fasilitas yang berada di luar teras reaktor. Salah satu fasilitas iradiasi yang dimiliki Reaktor Serba Guna RSGGAS ialah fasilitas iradiasi sistem rabbit. Fasilitas ini digunakan untuk iradiasi bahan di dalam reaktor. Sistem rabbit terdiri dari 4 posisi dengan kecepatan normal (sistem hidrolik) dan 1 posisi dengan kecepatan tinggi (sistem pnumatik). Sistem rabbit digunakan untuk pemindahan sampel yang akan diiradiasi ke dalam daerah teras (core) reaktor dan juga untuk pengeluaran sampel yang telah selesai diiradiasi. Pada saat reaktor beroperasi, yang dimanfaatkan selama ini adalah sistem rabbit dengan kecepatan normal (hidrolik). Dimana irradiasi dapat dilakukan baik untuk waktu pendek (0,5-5 menit), medium (5-30 menit) maupun panjang (> 1 jam). Pada saat ini, sistem pnumatik yang memiliki kecepatan transfer 10 m/dt mulai dicoba dioperasikan untuk iradiasi dalam orde waktu detik. Diharapkan dengan beroperasinya sistem pnumatik ini, maka pelayanan iradiasi dengan menggunakan waktu dalam orde detik dapat berjalan dengan baik. Penelitian ini akan dilakukan dengan cara melakukan iradiasi bahan acuan standar (SRM) yang dikeluarkan oleh NIST dengan menggunakan sistem rabbit pnumatik. Apabila sistem berfungsi dengan baik, maka kapsul yang sudah diiradiasi tersebut dapat langsung dicacah. Pencacahan akan dilakukan dengan menggunakan Detektor HPGe. Spektrum hasil pencacahan akan dianalisis secara kualitatif dan kuantitatif untuk masing-masing unsur yang terdeteksi. Nilai hasil uji akan dibandingkan dengan nilai yang terdapat dalam sertifikat. Dengan demikian dapat diketahui apakah fasilitas Sistem rabbit pnumatik ini dapat berfungsi dengan baik.

TEORI Fasilitas Iradiasi RSG-GAS Fasilitas iradiasi dapat dibagi menjadi tiga yaitu: 1. Fasilitas Iradiasi dalam Teras terdiri dari : a. Fasilitas iradiasi CIP (Central Irradiation Position). b. Fasilitas Iradiasi IP (Irradiation position)

STTN-BATAN & PTAPB BATAN

2. Fasilitas iradiasi di luar teras. a. Beam tube S-1 (Xenon Loop). Fasilitas ini digunakan untuk produksi I-125. b. Beam Tube S-2 (Dry Neutron Radiography). Digunakan untuk penelitian sains dan materi. c. Beam Tube S-3 (Small Angle Neutron Scattering). Digunakan untuk penelitian sains dan materi. d. Beam Tube S-4 (Neutron Defraction). Digunakan untuk penelitian sains dan materi. e. Beam Tube S-5 (Polarized Neutron Scattering). Digunakan untuk penelitian sains dan materi. f. Beam Tube S-6 (Powder Defractometer). Digunakan untuk penelitian sains dan materi. g. Neutron Transmutation Doping (NTD).Posisi dari fasilitas ini adalah di sisi selatan dari teras, fasilitas ini digunakan untuk irradiasi batu topaz. Fasilitas Iradiasi di Berilium Reflektor Sistem rabbit adalah salah satu fasilitas iradiasi yang terletak di Berrylium Reflektor yang digunakan untuk produksi radioisotop dan analisis pengaktifan neutron. Fasilitas Rabbit terdiri dari sistem hidrolik dan sistem pneumatik. Sistem hidrolik menggunakan air sebagai media pengangkut kapsul iradiasi, sedangkan pnumatik menggunakan gas nitrogen. RSG-GAS memiliki 4 buah sistem hidrolik dan satu sistem pnumatik. Sistem pnumatik hanya mempunyai satu pipa saluran dengan diameter 20 mm. Disamping sebagai media pengangkut, air dan gas nitrogen berfungsi juga sebagai pendingin kapsul selama iradiasi berlangsung. Isotop yang mempunyai umur paro pendek dapat menggunakan pneumatic rabbit yang memiliki kemampuan melakukan pengiriman lebih cepat dari pada sistem hidrolik. Sistem hidrolik dan pnumatik dapat dioperasikan secara bersama-sama dalam waktu yang bersamaan sehingga dapat mengiradiasi beberapa cuplikan sekaligus. Sistem rabbit pada dasarnya terdiri atas: 1. Stasiun iradiasi 2. Tabung/pipa 3. Stasiun pengiriman dan penerimaan 4. Sistem proses 5. Elektronik, instrumentasi dan sistem kontrol

172

Elisabeth Ratnawati, dkk

SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Rancangan dasar sistem rabbit adalah sebagai berikut(2) Deskripsi Jumlah Ukuran pipa transfer Media pengangkut dan pendingin Material pipa transfer

Sistem rabbit hidrolik 4 Diameter dalam 36 mm Air

Sistem rabbit pneumatik 1 Diameter dalam 20 mm Gas nitrogen

Dalam kolam AlMg3, luar kolam stainless steel

Tekanan operasi Kecepatan transfer Material rabbit Lama iradiasi minimum Kecepatan pendingin disekeliling kapsul Bahan diiradiasi

Tekanan sekeliling 0,6 m/dt Plastik, aluminium 0,2 dt Minimum 0,6 m/dt

Dalam kolam AlMg3, luar kolam stainless steel 1,5 bar 10 m/dt plastik 0,2 dt Minimum 35 m/dt

Ukuran sampel Berat sampel Ukuran kapsul Berat sampel dan kapsul Panas spesifik

- kimia anorganik (KCl, KBr, dll) kimiaorganic(glikogen,polystyrene, dll) - Eksperimen physic (Gd+Eu, dll) - Biofisik (tiroid, Iodin, dll) - Kelautan (Mn, kerang, dll) -Teknologi semikonduktor (Ge, Si, dll) - material fisik (Co, Ni, Cd, dll) - Makanan Diameter 25 mm Panjang 96 mm Maksimum 70 g Diameter luar 33 mm Panjang 96 mm Maksimum 100 g 15 W/g

Spektrometer Sinar Gamma Susunan peralatan yang digunakan untuk mengukur radiasi nuklir baik intensitas maupun energinya disebut sistem pengukur radiasi (nuclear counting systems). Secara umum sistem ini dibedakan menjadi dua yaitu sistem pencacah atau single channel analyser (SCA) dan sistem spektroskopi (spektrometer) yang sering juga disebut multi channel analyser (MCA). Sistem pencacah digunakan untuk mencacah atau menghitung jumlah radiasi yang mengenai detektor, dengan kata lain mengukur jumlah (intensitas) radiasi karena jumlah pulsa listrik sebanding dengan jumlah radiasi. Sistem spektroskopi (spektrometer) digunakan untuk mengukur distribusi energi atau sering disebut sebagai spekrum energi dari radiasi yang mengenai detektor. Spektrum radiasi tersebut dapat menunjukkan nilai intensitas pada setiap tingkat energi, sehinga puncak energi dari radiasi yang datang dapat ditentukan. Spektrometer gamma merupakan sistem spektroskopi untuk mengukur radiasi gamma. Dengan demikian detektor yang digunakan adalah detektor gamma. Ada dua jenis detektor sinar gamma yang biasa digunakan yaitu detektor NaI(Tl) dan HPGe. Detektor HPGe adalah detektor

Elisabeth Ratnawati, dkk

Aluminium Tembaga Perak Vanadium Chromium Samarium Gadolinium Cobalt Tallium Bola s.d diameter 2 mm 0,01 – 0,05 g Diameter luar 18 mm Panjang 46 mm Maksimum 10 g 5 W/g

semikonduktor yang digunakan untuk keperluan spektroskopi gamma resolusi tinggi (high resolution spectroscopy) yang memiliki resolusi sekitar 2 keV. Resolusi ini jauh lebih baik daripada detektor NaI(Tl) Konfigurasi umum dari suatu spektrometer digambarkan seperti dibawah ini:

Gambar 1. Konfigurasi Spektrometer

METODE PENELITIAN Metode penelitian dibuat dengan tahapantahapan sebagai berikut : Preparasi Sampel dari SRM 1633b Coal Fly Ash ditimbang dengan rentang 30-40 mg. Selanjutnya sampel dimasukkan dalam vial polietilen yang telah di rendam dalam larutan HNO3 1:1 selama 24 jam, kemudian dibilas dengan aquadest dan aceton. 173

STTN-BATAN & PTAPB-BATAN

SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Kemudian dimasukkan dalam kapsul khusus untuk iradiasi pnumatik. Iradiasi Neutron Iradiasi dilakukan di fasilitas Sistem Rabbit Pnumatik (RS-5) RSG-GAS dengan fluks neutron 3,5x1013 n.cm-2. s. Iradiasi dilakukan selama 5-10 detik. Kemudian langsung dilakukan pencacahan. Pengukuran Sinar γ Untuk pengukuran energi sinar-γ dilakukan dengan spektrometri gamma menggunakan detektor HPGe. Dari hasil pengukuran akan diperoleh spektrum energi sinar-γ dan intensitas unsur-unsur yang terkandung dalam cuplikan yang teraktivasi. Analisis Kualitatif Dan Kuantitatif Analisis kualitatif dilakukan untuk mengidentifikasi unsur yang terkandung dalam cuplikan dengan menggunakan program GENIE 2000. Sedangkan analisis kuantitatif dilakukan dengan menggunakan salah satu bahan Standard Reference Material (SRM) sebagai bahan acuan.

HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil irradiasi sampel selama 5detik dengan menggunakan fasilitas iradiasi sistem rabbit reaktor RSG GAS pnumatik (RS-5) diperoleh kapsul berisi sampel bahan acuan (SRM) yang memiliki paparan tinggi (120mR/h). Hal ini menyebabkan kapsul tersebut tidak dapat dilakukan pencacahan. Karena untuk sistem iradiasi pnumatik, sampel yang berada didalam vial akan dicacah bersama dengan kapsul. Paparan tinggi pada kapsul menyebabkan angka dead time berada diatas 10% dan hal ini akan menyebabkan kesalahan pencacahan menjadi besar. Sedangkan apabila dilakukan pendinginan (cooling down), maka nuklida yang terbentuk dari hasil reaksi dengan neutron sudah habis meluruh karena memiliki waktu paruh yang sangat pendek (orde detik). Demikian juga yang terjadi dengan kapsul berisi sampel yang berikutnya. Kapsul kedua yang di iradiasi selama 10 detik memiliki paparan 320 mR/h, dan kapsul ketiga yang diiradiasi selama 5 detik memiliki paparan 320 mR/h. Dengan demikian hasil uji pemanfaatan sistem rabbit pnumatik dengan menggunakan sampel bahan acuan standar (SRM) yang dikeluarkan oleh NIST tidak dapat dilanjutkan. Hasil irradiasi sampel yang berupa Standard Material Reference dapat dilihat pada Tabel 1 dibawah ini.

No

Posisi

1 2 3

RS-5 RS-5 RS-5

Waktu Irradiasi 5 5 10

Paparan (mR/h) 120 320 320

Melihat hasil dari percobaan ini kemudian timbul pertanyaan mengapa paparan yang ditimbulkan dalam sistem rabbit pnumatik ini menjadi tinggi. Sedangkan pada sistem rabbit hidrolik yang sudah digunakan cukup lama tidak memiliki masalah yang sama. Kemudian muncul dugaan bahwa penyebab dari paparan yang tinggi ini, berasal dari kapsul yang digunakan untuk iradiasi dalam sistem rabbit pnumatik. Maka kemudian dilakukan irradiasi terhadap kapsul kosong (blangko) pada posisi yang sama yaitu RS5. Berdasarkan hasil iradiasi terhadap kapsul kosong yang digunakan pada sistem rabbit pnumatik, diperoleh bahwa paparan yang terdapat dalam kapsul kosong sangat tinggi, yaitu 1 Rad/h untuk kapsul kosong yang pertama dan 4 Rad/h untuk kapsul yang kedua. Hasil irradiasi kapsul kosong (blangko) dapat dilihat pada table 2 dibawah ini: dengan menggunakan sistem rabbit hidrolik, agar dapat dilakukan pencacahan. Dari hasil pencacahan terhadap kapsul kosong (blangko) yang telah diiradiasi pada posisi RS-3 dan RS-4 dengan waktu 10 detik maka dapat terdeteksi adanya unsur pengotor Mn-56, Zn-65, Na-24 . Hasil pencacahan kapsul kosong dapat dilihat pada tabel 3 Bila dibandingkan dengan penelitian yang terdahulu (Tabel 4) yaitu penentuan kandungan pengotor yang terdapat dalam vial poyethielen dan quartz yang digunakan untuk iradiasi pada sistem hidrolik, maka kandungan pengotor kapsul pnumatik ini relatif lebih banyak jenisnya. Hal ini menguatkan dugaan bahwa secara tidak langsung pengotor yang terkandung dalam kapsul turut menyumbang terbentuknya paparan yang tinggi. Kemungkinan yang lain yaitu karena sistem pneumatik ini menggunakan media pengangkut udara, tidak seperti sistem hidrolik yang menggunakan air sebagai media pengangkut kapsul yang dapat berfungsi pula sebagai perisai radiasi (shielding). Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan diatas, maka dapat dinyatakan bahwa masih perlu penelitian dan kegiatan perbaikan fasilitas irradiasi sistem rabbit pnumatik ini supaya dapat berfungsi seperti yang diharapkan.

Tabel 1. Hasil Irradiasi Sampel SRM 1633b Coal Fly Ash

STTN-BATAN & PTAPB BATAN

174

Elisabeth Ratnawati, dkk

SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Tabel 3. Hasil Pencacahan Terhadap Kapsul Kosong (Blanko) No 1 2 3

Posisi Irradiasi RS-4 RS-4 RS-4

Waktu Irradiasi 10 10 10

Paparan (mR/h) 5 0,4 1,8

Tabel 4. Hasil Pengukuran Pengotor Vial Secara Kualitatif(1) No. 1 2 3 4 5 6

Jenis Vial Polietilen 1 Polietilen 2 Polietilen 3 Quartz 1 Quartz 2 Quartz 3

Berat keping (gr) 0,26156 0,26809 0,26394 0,03997 0,03808 0,05126

Lama iradiasi (menit) 1 5 120 1 5 120

KESIMPULAN 1. Fasilitas iradiasi sistem rabbit pnumatik belum dapat berfungsi sebagaimana mestinya karena kapsul yang telah di iradiasi memiliki paparan yang tinggi sehingga tidak memungkinkan untuk dilakukan pencacahan. 2. Paparan yang tinggi ini kemungkinan berasal dari pengotor kapsul, yang berasal dari media sepanjang pipa sistem pnumatik. 3. Perlu dilakukan penelitian lanjutan agar sistem rabbit pnumatik dapat berfungsi dengan baik dan aman.

DAFTAR PUSTAKA 1. Elisabeth Ratnawati dkk, (2006), Menentukan Kandungan Pengotor Dalam Vial Polietilen Dan Quartz Dengan Metode Analisis Aktivasi Neutron, Prosiding Seminar Hasil Penelitian P2TRR, ISSN 0854.5278 2. ANONIMOUS,” Safety Analysisi Report” Vol 1, rev.8 MPR G.A Siwabessy, BATAN 3. IAEA, Practical Aspect of Operating A Neutron Activation Laboratory, IAEATECDOC-564,Wina 1990 4. NIST, “Certificate of Analysis Standard Reference Material 1633b Coal Fly Ash ”, Gaithersburg, MD 20899, Certificate Issue date 31 January 2003. 5. Wisnu Susetyo, (1998), Spektrometri Gamma Dan Penerapannya Dalam Analisis Pengaktifan Neutron, Gajah Mada University Press.

TANYA JAWAB Pertanyaan 1. Metode apa yang dipakai untuk membersihkan kapsul polyetilene? (M. Hadi Kusuma) Elisabeth Ratnawati, dkk

Lama pencacahan (menit) 60 600 3600 60 600 3600

Jenis Unsur Cr Cr

2. Jika sistem pneumatik ini berfungsi baik, dengan v = 10 m/s, berapa jarak dari titik iradiasi ke penempatan sampel? Harus menghitung delay time peluruhan sumber. (M. Hadi Kusuma) 3. Kenapa bisa reaktor terbesar di Indonesia, ada peralatan yang tidak digunakan sejak di bangun reaktor tersebut. Apa memang tidak ada manfaatnya alat yang terpasang tersebut? (Djiwo Harsono) 4. Apakah sudah ada penelitian lanjutan, mengenai penggantian bahan dari kapsul? Kira-kira bahan apa yang sesuai? Dan alasan penggunaan bahan tersebut? (Widyarti Norma P.) 5. Dalam penelitian ini apakah terdapat perhitungan k-eff dan distribusi fluks neutron? Jika ada berapa nilai k-eff dan distribusi fluks? Dan berapa lama prosesnya? (Mike Susmikanti) Jawaban 1. Kapsul polyetilen dibersihkan dari pengotornya dengan cara direndam dengan HNO3 1 : 1 selama 24 jam, dan dibilas dengan aquadest dan aceton. 2. Jarak dari stasiun pengirim menuju reaktor adalah 24 meter. 3. Tentu saja manfaat fasilitas iradiasi sistem rabbit pneumatik ini besar sekali. Karena itulah kami di bagian pelayanan iradiasi terus berusaha untuk mengupayakan agar sistem ini dapat berfungsi dengan baik. 4. Dari rancangan dasar sistem rabbit ini, material yang digunakan untuk kapsul adalah plastik (PE) jadi tidak digantikan dengan bahan lain. Hanya perlu dibersihkan untuk menghilangkan pengotor yang ada. 5. Sampai saat ini belum dilakukan karena sistem ini belum berfungsi tetapi untuk sistem hidrolik sudah dilakukan

175

STTN-BATAN & PTAPB-BATAN