evaluasi fluks neutron termal di fasilitas iradiasi

SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
EVALUASI FLUKS NEUTRON
DI ELEMEN BERILIUM B-3 DAN G-10 RSG G.A. SIWABESSY
Jaka Iman1, Damar Yanti2, Royadi3, Ariyawan S.4
1,2,3,4
PRSG-BATAN, Kawasan Puspiptek, Gd.31 Lt.2, Serpong, Tangerang, Banten 15310,
Telp. (021) 7560908, Faks. (021) 7560573
E-mail : [email protected]
ABSTRAK
EVALUASI FLUKS NEUTRON DI ELEMEN BERILIUM B-3 DAN G-10 RSG G.A. SIWABESSY. Telah
dilakukan evaluasi fluks neutron di elemen berilium B-3 dan G-10 RSG-GAS dengan menggunakan keping
aktivasi dengan tujuan untuk mengetahui fluks neutron cepat di posisi tersebut dengan bergantinya konfigurasi
teras baru. Pengukuran menggunakan 6 keping nikel. Iradiasi dilakukan pada daya 200 kW selama 30 menit
tanpa menjalankan pompa pendingin primer. Aktivitas keping diukur dengan menggunakan detektor germanium
yang berkemurnian tinggi (HPGe) dan sistem analisator saluran banyak (MCA) dengan perangkat lunak Gamma
Trac. Hasil pengukuran fluks neutron cepat maksimum di elemen berilium B-3 sebesar 2,19E12 n/cm2.s. dan
fluks neutron cepat rata-rata di elemen berilium B-3 sebesar 1,91E12 n/cm2.s. Sedangkan hasil pengukuran fluks
neutron cepat maksimum di elemen berilium G-10 sebesar 2,12E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat rata-rata di
elemen berilium G-10 sebesar 1,73E12 n/cm2.s.
Kata kunci : fluks neutron, elemen berilium, keping aktivasi, detektor
ABSTRACT
NEUTRON FLUX EVALUATION AT BERYLLIUM ELEMENT B-3 AND G-10 OF RSG G.A SIWABESSY.
Neutron flux has been evaluated in the beryllium element B-3 and G-10 RSG-GAS by using pieces of activation
in order to determine the fast neutron flux at the position by the turn of the configuration of the new core.
Measurements using 6 pieces of nickel. Irradiation performed at 200 kW power for 30 minutes without running
the primary coolant pump. Activity was measured by using a piece of berkemurnian high germanium detector
(HPGe) and many channel analyzer system (MCA) with Gamma Trac software. The results of measurements of
the maximum fast neutron flux in the element beryllium B-3 at 2.19 E12 n/cm2.s. and fast neutron flux average on
the element beryllium B-3 at 1.91 E12 n/cm2.s. While the results of measurements of the maximum fast neutron
flux in the beryllium element for the G-10 2.12 E12 n/cm2.s. and fast neutron flux average on the element
beryllium G-10 of 1.73 E12 n/cm2.s.
Keywords : neutron flux, beryllium element, foil, activation, detector
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
280
Jaka Iman dkk
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
1. PENDAHULUAN
Catu daya
tegangan tinggi
Salah satu pemanfaatan fasilitas Reaktor
Serba Guna G.A. Siwabessy adalah tersedianya
fasilitas iradiasi untuk digunakan berbagai tujuan
seperti produksi radioisotop, iradiasi bahan dengan
neutron dan sebagainya. Di dalam konfigurasi teras
terdapat beberapa fasilitas pendukung diantaranya
elemen berilium.
Tujuan pengukuran fluks neutron di posisi
elemen berilium B-3 dan G-10 adalah untuk
mengetahui fluks neutron cepat di posisi tersebut,
dengan bergantinya konfigurasi teras maka perlu
dilakukan pengukuran untuk mengetahui
fluks
neutron cepat di posisi elemen berilium B-3 dan G-10.
Dan disamping itu bagi pengguna jasa iradiasi, telah
terukur fluks neutron pada posisi iradiasi tersebut.
Pengukuran fluks neutron cepat dilakukan
dengan metode aktivasi neutron dan menggunakan
keping nikel, yang mana keping nikel mempunyai
cakupan energi tangkapan neutron lebih lebar.
Peralatan yang digunakan dalam pengukuran aktivasi
keping tersebut adalah detektor germanium yang
berkemurnian tinggi (HPGe) dan sistem analisator
saluran banyak (sistem MCA) dengan perangkat lunak
Gamma Trac.
Kalibrasi
sistem
dilakukan
dengan
menggunakan sumber radioaktif standar setelah
dilakukan penyiapan peralatan dan bahan. Selanjutnya
dilakukan pengukuran aktivitas tiap-tiap keping yang
telah diiradiasi dan diperoleh hasil fluks neutron cepat
di posisi elemen berilium B-3 dan G-10 dengan
menggunakan program Excell.
Dalam makalah ini dibahas secara rinci
pengukuran fluks neutron cepat di posisi elemen
berilium B-3 dan G-10 RSG G.A. Siwabessy.
2. TEORI
Berdasarkan
metode aktivasi
keping,
pengukuran fluks neutron ditentukan dari hasil
pengukuran aktivitas keping yang telah diiradiasi
selama waktu tertentu. Besarnya aktivitas keping
sebanding besarnya fluks neutron dan lamanya
iradiasi. Semakin besar fluks neutron dan semakin
lama keping aktivasi diiradiasi maka semakin besar
aktivitas keping tersebut1,2).
Karena besarnya aktivitas keping dapat
diukur dengan suatu peralatan sistem spektrometri
gamma, maka besarnya fluks neutron dapat ditentukan
berdasarkan hasil pengukuran aktivitas keping.
Rangkaian peralatan sistem spektrometri gamma dapat
dilihat pada Gambar 1.
Jaka Iman dkk
Perisai Radiasi
Detektor HPGe
Sumber
radioaktif
(keping)
Pre
Amplifier
Komputer pribadi dan
kartu MCA
Amplifier
printer dot matrix
Gambar 1. Rangkaian peralatan sistem
spektrometri gamma.
Berdasarkan hasil pengukuran aktivitas
keping nikel yang digunakan, besarnya fluks neutron
ditentukan dengan persamaan1,2,3,4) :
φ=
BA. A(t) .e
m.N o .σ ( 1  e
 λ.ti
λ.td
.t m
).( 1  e
 λ.tm
(1)
)
dimana :
BA
A(t)

td
tm
ti
m
No
σ
= berat atom detektor keping
= aktivitas terukur keping
= tetapan peluruhan isotop
yang timbul (s-1).
= waktu peluruhan
= waktu pengukuran
= waktu iradiasi
= massa keping
= bilangan Avogadro
= tampang lintang inti keping
terhadap neutron.
3. TATA KERJA
Pengukuran fluks neutron dilakukan pada
posisi elemen berilium B-3 dan G-10 (Gambar 2),
dengan tahapan sebagai berikut :
Pemegang keping (foil holder) sebelum
diiradiasi, dibersihkan terlebih dahulu dari debu dan
kotoran yang menempel pada permukaan pemegang
keping, pemegang keping dapat dilihat pada Gambar
3.
Keping-keping nikel diidentifikasi, kemudian
ditimbang beratnya.
Keping-keping nikel dilekatkan ke pemegang
keping.
Pemegang keping yang berisi keping-keping
nikel, dimasukkan ke dalam teras reaktor posisi
elemen berilium B-3 dan G-10.
Keping-keping nikel siap diiradiasi pada daya
200 kW selama 30 menit.
Setelah selesai diiradiasi, pemegang keping
yang berisi keping-keping nikel dikeluarkan dari teras
reaktor untuk pendinginan.
281
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
Pemegang keping yang sudah meluruh
kemudian dibongkar, keping-keping nikel dikeluarkan
dan ditaruh di cawan petri dish.
Perangkat spektrometri gamma kemudian
dikalibrasi energi dan kalibrasi efisiensi, maka
pencacahan keping dapat dilakukan.
Keping-keping nikel dicacah selama 1000
detik dengan program Gamma Trac, kemudian
dianalisis pada 3 energi yaitu energi 366,3 keV, 1115,6
keV, dan 1481 keV untuk mendapatkan aktivitas.
Dari hasil aktivitas dimasukkan ke program
Excell untuk mendapatkan fluks neutron cepat.
Konfigurasi teras RSG-GAS dengan fasilitas
pendukungnya dapat dilihat pada gambar 2 dibawah
ini.
Gambar 3. Pemegang keping (foil holder).
K
BS
B
B
P
R
T
F
B
B
B
BS
B
B
J
B
BS
B
B
B
B
B
BS
B
H
B
FE
1
FE
2
FE
3
FE
4
FE
5
FE
1
B
B
BS
G
B
FE
3
FE
8
IP
CE
7
FE
7
FE
6
B
BS
B
F
FE
2
FE
2
CE
3
FE
6
FE
8
CE
2
E
FE
3
CE
6
FE
4
D
FE
5
IP
FE
8
C
FE
2
FE
7
CE
1
FE
7
B
BS
NS
FE
6
FE
8
B
FE
1
10
9
FE
7
FE
1
B
PN
RS
FE
6
IP
FE
3
B
HY
RS
FE
4
CE
5
FE
5
B
HY
RS
FE
6
CE
4
FE
3
FE
1
B
HY
RS
CE
8
IP
FE
8
FE
4
B
B
HY
RS
FE
7
FE
4
FE
5
FE
3
FE
2
B
BS
B
8
7
6
5
4
3
2
1
Dari hasil identifikasi keping-keping nikel,
maka diperoleh data geometri dan massa/berat keping
yang digunakan dalam pengukuran fluks neutron cepat
di bawah ini.
CIP
A
Tabel 1.Data geometri dan massa keping yang
digunakan dalam pengukuran fluks
neutron di posisi elemen berilium B-3
RSG-GAS.
Beryllium Block Reflector
No.
Ket : FE = Elemen Bakar, CE = Elemen Kendali, B = Elemen Berilium,
BS = Berilium Stopper dengan sumbat, IP = Posisi Iradiasi, CIP =
Posisi Iradiasi Pusat, PNRS = Sistem Rabbit Pneumatic, HYRS =
Sistem rabbit Hydraulic, PRTF = Fasilitas Uji Kenaikan Daya.
Gambar 2. Konfigurasi teras RSG GAS dengan
fasilitas pendukung.
Pemgang keping (foil holder) yang terbuat dari
aluminium dengan panjang 600 mm dan tebal 1,5 mm,
berfungsi untuk meletakkan foil-foil nikel. Pemegang
keping (foil holder) dapat dilihat pada gambar 3.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
282
Posisi
Iradiasi
Jenis
Keping
Tebal
(mm)
Massa
(gram)
1
B-3
Ni
0,25
0,1148
2
B-3
Ni
0,25
0,1128
3
B-3
Ni
0,25
0,1126
4
B-3
Ni
0,25
0,1151
5
B-3
Ni
0,25
0,1144
6
B-3
Ni
0,25
0,1144
Jaka Iman dkk
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
Tabel 2. Data geometri dan massa keping
yang digunakan dalam pengukuran
fluks neutron di posisi elemen
berilium G-10 RSG-GAS.
No.
Posisi
Iradiasi
Jenis
Keping
Tebal
(mm)
Massa
(gram)
1
G-10
Ni
0,25
0,1138
2
G-10
Ni
0,25
0,1139
3
G-10
Ni
0,25
0,1149
4
G-10
Ni
0,25
0,1142
5
G-10
Ni
0,25
0,1137
6
G-10
Ni
0,25
0,2860
sebesar 2,19E12 n/cm2.s., terletak pada jarak 237,5
mm (diukur dari posisi pemegang keping terbawah)
dan fluks neutron maksimum pada posisi elemen
berilium G-10 sebesar 2,12E12 n/cm2.s., terletak
pada jarak 237,5 mm (diukur dari posisi pemegang
keping terbawah).
Tabel 4. Aktivitas dan fluks neutron di posisi
elemen berilium G-10 RSG-GAS.
Besarnya fluks neutron dapat ditentukan
secara langsung dengan menggunakan rumusan
persamaan (1).
Tabel 3. Aktivitas dan fluks neutron di posisi
elemen berilium B-3 RSG-GAS.
Posisi
Iradiasi
Posisi
aksial
(mm)
Aktivitas
(Bq/gr)
Fluks
Neutron
(n/cm2.s)
B-3
12,5
2,45E+07
1,32E+12
87,5
3,33E+07
1,79E+12
162,5
3,45E+07
1,86E+12
237,5
4,07E+07
2,19E+12
312,5
3,95E+07
2,12E+12
387,5
4,00E+07
2,15E+12
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah didapat aktivitas masing-masing
keping, maka diperoleh fluks neutron cepat di posisi
di elemen berilium B-3 dan G-10. Hasil pengukuran
fluks neutron cepat di posisi elemen berilium dapat
dilihat pada Tabel 3 dan 4 sedangkan grafik fluks
neutron versus posisi aksial dapat dilihat pada Gambar
4. Dari uraian tersebut diatas bahwa harga fluks
neutron maksimum pada posisi elemen berilium B-3
Jaka Iman dkk
Posisi
Iradiasi
Posisi
aksial
(mm)
Aktivitas
(Bq/gr)
Fluks
Neutron
(n/cm2.s)
G-10
12,5
1,94E+07
1,04E+12
87,5
3,14E+07
1,69E+12
162,5
3,34E+07
1,80E+12
237,5
3,94E+07
2,12E+12
312,5
3,72E+07
2,00E+12
387,5
3,19E+07
1,72E+12
Gambar 4. Pengukuran Fluks Neutron di posisi
elemen berilium B-3 dan G-10.
283
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
Pada gambar 4 dapat dilihat bahwa fluks neutron cepat
maksimum di posisi elemen berilium B-3 lebih besar
dibandingkan pada posisi elemen berilium G-10.
SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII
YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011
ISSN 1978-0176
Siwabessy, (Prosiding Seminar Nasional VI SDM
Teknologi Nuklir, Yogyakarta, 18 Nopember
2010), Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Badan
Tenaga Nuklir Nasional, Yogyakarta (2010) 795.
5. KESIMPULAN
Pengukuran fluks neutron cepat di posisi
elemen berilium B-3 dan G-10 telah berhasil
dilaksanakan. Adapun hasil pengukuran fluks neutron
cepat maksimum di posisi elemen berilium B-3
sebesar 2,19E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat ratarata di posisi elemen berilium B-3 sebesar 1,905E12
n/cm2.s.,
hasil pengukuran fluks neutron cepat
maksimum di posisi elemen berilium G-10 sebesar
2,12E12 n/cm2.s. dan fluks neutron cepat rata-rata di
posisi elemen berilium G-10 sebesar 1,728E12
n/cm2.s. Fluks neutron maksimum dan rata-rata di
posisi di elemen berilium B-3
lebih besar
dibandingkan dengan fluks neutron maksimum dan
rata-rata di posisi di elemen berilium G-10. Dengan
diketahuinya fluks neutron cepat ini maka apabila ada
sampel yang akan diiradiasi pada posisi tersebut maka
sudah dapat ditentukan lama iradiasinya.
6. UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan
terima kasih kepada semua pihak baik langsung
maupun tidak langsung atas terselesaikannya makalah
ini. Ucapan terima kasih terutama disampaikan kepada
Sub. Perencanaan Operasi, Sub. Pelaksana Operasi dan
Sub. Pelayanan Iradiasi.
7. DAFTAR PUSTAKA
1.
SUWOTO, Evaluasi Fluks Neutron Thermal
dan Epithermal di Fasilitas Iradiasi Rabbit Sistem,
(Prosiding Hasil Penelitian P2TRR, Serpong,
2005, Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor
Riset, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Serpong
(2005).
2.
JAKA IMAN, Evaluasi Fluks Neutron
Termal di Fasilitas Iradiasi Sistem Rabbit RSG
G.A. Siwabessy, (Prosiding Seminar Penelitian
dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Yogyakarta,
06 Oktober 2009), Pusat Teknologi Akselerator
dan Proses Bahan, Badan Tenaga Nuklir Nasional,
Yogyakarta (2009) 275.
3.
ASNUL SUFMAWAN, Evaluasi Fluks
Neutron Termal di Fasilitas Topaz Reaktor RSGGAS, (Prosiding Seminar Penelitian dan
Pengelolaan Perangkat Nuklir, Yogyakarta, 28
September 2010), Pusat Teknologi Akselerator
dan Proses Bahan, Badan Tenaga Nuklir Nasional,
Yogyakarta (2010) 392.
4.
JAKA IMAN, Evaluasi Fluks Neutron
Termal di Fasilitas Silikon Doping RSG G.A.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
284
Jaka Iman dkk