RANCANG BANGUN BENT MONOCHROMATOR UNTUK PENINGKATAN INTENSITAS NEUTRON PADA SAMPEL HRPD

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN BENT MONOCHROMATOR UNTUK PENINGKATAN INTENSITAS NEUTRON PADA SAMPEL HRPD Herry Mugirahardjo, Trihardi Priyanto, M. Rifai Musih, A. Ramadhani Pustek Bahan Industri Nukir BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong ABSTRAK RANCANG BANGUN BENT MONOCHROMATOR UNTUK PENINGKATAN INTENSITAS NEUTRON PADA SAMPEL HRPD. Saah satu cara untuk meningkatkan fuks neutron pada posisi sampe adaah dengan memusatkan berkas neutron dari monokromator ke arah sampe. Daam usaha pengembangan peraatan HRPD, teah diakukan rancang bangun bent monochromator untuk meningkatkan intensitas hamburan neutron pada sampe HRPD. Daam rancang bangun bent monochromator ini digunakan ima buah krista siikon dengan dimensi 100 X20 X5 ( p x x t ) mm. Focusing berkas neutron diakukan pada arah horisonta dan vertika. Pengaturan focusing baik arah vertika maupun horisonta diakukan secara mekanis. Pengujian bent monochromator diakukan menggunakan peraatan Tripe Axis Spektrometer. Dari hasi pengujian menunjukkan bahwa bent monochromator dapat digunakan untuk meningkatkan intensitas berkas neutron pada sampe HRPD. Kata kunci : bent monochromator, focusing ABSTRACK DESIGN AND CONSTRUCTION OF BENT MONOCHROMATOR TO INCREASE NEUTRON INTENSITY AT THE HRPD. One posibiity to increase neutron fux at the sampe position is by focusing neutron beam from the monochromator to sampe In the HRPD a bent monochromator has been made has made to increase the intensity of neutron beam. The bent monochromator is design to use use five siicon crystas with the dimension of 100 () X20 (h) X5 (w) mm. The neutron beam is focused on ed on horizonta and vertica directions. The vertica and horisonta focusing adjustment is carried out by means of mechanica system. Bent monochromator has been tested using a Tripe Axis Spektrometer. The resut shows that the bent monochromator has been succesfuy to increase the neutron intensity at the HRPD sampes position. Key words : bent monochromator, focusing 1. PENDAHULUAN Difraktometer neutron serbuk resousi tinggi ( HRPD-DN3 ) adaah peraatan yang berfungsi untuk mengetahui poa difraksi suatu materia dengan teknik difraksi neutron. HRPD adaah saah satu difraktometer yang dimiiki oeh Pusat Teknoogi Bahan Industri Nukir-BATAN dan dipasang di Baai Percobaan Hamburan Neutron Gedung 40, dan pada saat ini merupakan peraatan yang paing sibuk meayani permintaan pengukuran sampe, baik dari BATAN maupun instansi uar. berasa dari neutron monokromator. Neutron yang masih bersifat poikromatis tersebut berasa dari reaktor G.A Sywabessy. Oeh monokromator, neutron poikromatis diubah menjadi monokromatis dan diarahkan ke sampe. Oeh sampe neutron akan dihamburkan dan ditangkap oeh muti detektor utama. Hamburan iniah yang akan membentuk suatu poa difraksi yang kemudian akan dianiisis ebih anjut. Prinsip kerja HRPD diperihatkan pada gambar 1. Prinsip kerja HRPD adaah mendeteksi hamburan neutron dari sampe dengan 32 buah detektor utama. Hamburan neutron dari sampe Herry Mugirahardjo dkk 605 Sekoah Tinggi Teknoogi Nukir-BATAN

2 berkas neutron poikromatis dari reaktor berkas neutron monokromatis sampe Monokromator muti detektor utama (32 buah) SEMINAR NASIONAL dimensi rancangan bent monochromator harus ebih besar dari dimensi penampang berkas neutron dari NGT. Agar optima, focusing diakukan dengan arah vertika maupun horisonta. Pada focusing arah horisonta diakukan dengan menekuk krista Siikon menjadi bidang cekung, sehingga difraksi neutron akan memusat ke arah sampe. Besarnya tegangan krista diukur dengan Strain Gauge. Pada focusing arah vertika diakukan dengan mengatur sudut masing-masing krista agar difraksi neutron dari monokromator terpusat menuju sampe. Pada rancangan ini digunakan ima buah krista Siikon sebagai monokromator. Masing-masing krita dapat diatur kemiringannya agar hamburan neutronnya terpusat menuju sampe. Gambar 1. Prinsip kerja HRPD Daam pengukuran HRPD, untuk mendapatkan satu data pengukuran yang dapat dianaisis dengan benar diperukan waktu pengukuran cukup ama yaitu 30 jam. Daam satu sikus pendek operasi reaktor seama 88 jam, hanya dapat diakukan 2 kai pengukuran. Ha tersebut yang menyebabkan penanggung jawab peraatan merasa kesuitan daam mengaokasikan waktu pengukuran. Karena semakin banyaknya daftar sampe yang akan diukur dengan peraatan HRPD. Saah satu cara untuk mempercepat periode pengukuran adaah dengan meningkatkan intensitas neutron terhambur dari monokromator. Daam kegiatan ini peningkatan fuks neutron pada sampe diakukan dengan cara focusing hamburan neutron dari monokromator ke sampe. Neutron dari reaktor diairkan ke monokromator meaui tabung pemandu neutron (NGT). Dimensi penampang NGT adaah 30 x 90 mm, sedangkan sampe yang akan diukur ditempatkan daam wadah tabung vanadium dengan ukuran 10 x 50 mm. Berdasarkan ha ini, berkas neutron dari NGT tidak dapat secara optima dihamburkan oeh monokromator kearah sampe. Fuks neutron banyak tertahan karena beam narrower diatur sebesar ukuran sampe. Agar fuks neutron ke arah sampe optima, neutron dari NGT dipusatkan oeh monokromator menuju sampe baik pada arah vertika maupun horisonta. Berdasarkan uraian tersebut, peru diakukan rancang bangun bent monochromator. Kegiatan ini merupakan kegiatan USPEN 2011 dengan took ukur Pemberdayaan Peraatan Hamburan Neutron. 2. DASAR TEORI DAN METODOLOGI Metode yang diakukan pada kegiatan ini adaah memusatkan hamburan neutron monokromatis dari NGT ke arah sampe, sehingga Pada gambar 2 diperihatkan berkas neutron poikromatis dari NGT diubah menjadi bent monochromator sampe berkas neutron monokromatis terfokus berkas neutron poikromatis dari NGT Gambar 2. Iustrasi airan berkas neutron terfokus neutron monokromatis oeh monokromator. Oeh bidang-bidang krista yang sudah di bending, berkas tersebut diarahkan memusat kearah sampe. Berkas neutron yang diterima oeh sampe adaah sebesar berkas neutron yang dihamburkan oeh bidang monokromator. Daam rancang bangun bent monochromator diengkapi dengan fasiitas untuk mengatur sudut krista pada arah vertika dan mengatur regangan krista siikon. Namum pengaturan ini masih manua dan beum diengkapi dengan pengaturan secara eektrik. Sehingga daam meakukan pengujian bent monochromator dengan neutron diakukan pada peraatan hamburan neutron yang mempunyai goneometer ditempat terbuka, yaitu Tripe Axis Spektrometer ( TAS ). Prinsip dasar focusing arah horisonta adaah dengan memberikan tekanan pada dua titik dipermukaan krista Siikon secara simetris. Adanya tekanan tersebut atom-atom krista akan mengaami deformasi simetris. Dengan adanya deformasi ini, Sekoah Tinggi Teknoogi Nukir-BATAN 606 Herry Mugirahardjo dkk

3 difraksi hamburan neutron akan mengaami pemusatan secara simetris. strain gauge berkas neutron datang L Gambar 3. Iustrasi pemusatan arah horisonta pada bent monochromator. Pada gambar 3 ditunjukkan iustrasi pemusatan difraksi berkas neutron oeh krista Siikon. Berkas neutron datang diarahkan ke pusat krista. Pada kondisi awa sebeum diakukan focusing, yaitu dengan memutar as uir pada penekuk krista, berkas neutron terdifraksi akan mempunyai ebar berkas yang sama dengan berkas datang. Seteah diakukan focusing, neutron terdifraksi akan memusat, besar sudut focusing tergantung dari besar tekanan yang diakukan pada kedua ujung krista. Pada gambar 4 diperihatkan sudut focusing vertika masing-masing krista. Apabia adaah jarak monokromator dengan sampe; h adaah tinggi krista; d jarak krista dan α adaah sudut focusing, maka sudut focusing masing-masing krista dapat dihitung dengan persamaan yang disarikan pada tabe 1. Daam rancangan ini bahan-bahan yang digunakan adaah aumunium seri 5 yang mudah didapat dipasaran bebas. Kemudian bahan untuk pembuat sumbu-sumbu gerak vertika dan 2θ krista sampe berkas neutron terfokus Gambar 4. Sudut pemusatan arah vertika Tabe 1. Rumus perhitungan sudut masing-masing krista. No Sudut focusing Persamaan 1 Krista 1 2( d h) 1 arctg 2 Krista 2 d h 2 arctg 3 Krista Krista 4 5 Krista 5 d h arctg 2( d h) 5 arctg 4 horisonta, as uir untuk mendorong penekuk dibuat dari bahan as kuningan. Pengujian secara optik Pengujian yang diakukan pada bent monochromator meiputi pengujian secara optik dan pengujian secara neutron. Daam pengujian secara optik krista monokromator diganti dengan ima buah cermin yang mempunyai dimensi yang sama dengan dimensi krista. Pengujian pertama yaitu pengujian kerataan dudukan penekuk krista. Pengujian ini diakukan dengan meetakkan satu benda urus didepan bent monochromator. Bayangan yang dihasikan oeh keima cermin harus berupa bayangan yang sama dan urus. Bayangan masingmasing cermin harus menyambung menjadi benda yang sama dengan bendanya, apabia sambungan antar cermin patah atau menyimpang, maka peru diakukan pengaturan pada as sumbu gerak horisonta sampai bayangan keima cermin urus. Pengujian optik kedua adaah untuk mengetahui fungsi pengatur sudut focusing arah vertika. Berkas sinar datang menggunakan cahaya matahari yang diarahkan ke cermin, kemudian pantuan cahaya matahari diarahkan ke sebuah dinding. Pantuan cahaya matahari membentuk ima buah berkas cahaya. Dengan mengatur sudut focusing arah vertika, keima berkas cahaya tersebut dibuat saing menumpuk menjadi satu berkas. Apabia ha ini dapat diakukan, maka pengatur sudut focusing arah vertika dapat berfungsi dengan baik. Pengujian secara neutronik Pengujian secara neutronik diakukan seteah pengujian secara optik berjaan dengan baik. Pengujian ini diakukan diperaatan Tripe Axis Spektrometer ( TAS ), karena pada peraatan TAS. Monokromator yang digunakan adaah krista Siikon ( Si-331 ) yang ditempatkan pada goneometer sampe. Kemudian seteah itu diakukan Herry Mugirahardjo dkk 607 Sekoah Tinggi Teknoogi Nukir-BATAN

4 scan untuk mengetahui posisi maksimum masing-masing krista. Pada kondisi idea posisi untuk ima krista Siikon mempunyai niai yang sama. Apabia ada perbedaan niai maka peru diakukan pengaturan sudut focusing arah horisonta sampai niai keima krista sama. Pengujian neutronik kedua adaah dengan merekam berkas neutron terdifraksi dengan fim poaroid. Pengujian ini diakukan untuk mengetahui arah focusing secara vertika. Fim poaroid dietakkan pada jarak yang sama dengan jarak dari monokromator sampai pusat meja sampe HRPD ( 2800 mm ). Keima berkas neutron tersebut diarahkan ke fim. Hasi tangkapan fim poaroid harus berupa satu berkas neutron terpusat. Apabia hasi tangkapan fim beum berupa satu berkas, maka peru diakukan pengaturan kembai sudut focusing arah vertika pada masing-masing krista. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Daam rancang bangun bent monochromator, penekukan krista diakukan secara mekanis. Pada gambar 2 diperihatkan prinsip kerja rancangan bent monochromator. Ujung-ujung krista dijepit dengan penjepit krista yang terbuat dari bahan aumunium. Daam focusing arah horisonta, focusing diakukan dengan cara tekanan pada kedua ujung krista. Untuk mengatur tegangan krista, penjepit krista didorong oeh sebuah pendorong krista. Pendorong ini berupa sebuah as uir kirikanan. Apabia diputar ke kanan, maka pendorong krista akan mendorong penjepit sehingga akan menambah tegangan permukaan krista. Permukaan krista Siikon dihubungkan dengan Strain Gauge untuk mengukur tegangan permukaan krista. Demikian juga sebaiknya, apabia pendorong diputar ke kiri, maka penjepit akan mengendor dan tegangan permukaan krista akan berkurang. SEMINAR NASIONAL Pada gambar 5 diperihatkan gambar perpektif penjepit monokromator, sumbu gerak vertika dan sumbu gerak horisdonta. Focusing monokromator pada arah vertika diakukan dengan cara mengatur sumbu gerak vertika. Rancangan bent monochromator menggunakan ima buah krista Siikon. Apabia penomoran krista diurutkan dari bawah ke atas, focusing monokromator diakukan pada krista nomor 1, 2, 4 da 5. Posisi pusat hamburan berkas neutron krista nomor 3 sudah satu pusat dengan sampe, sehingga tidak peru diakukan pengaturan focusing. Keima bent monochromator disusun secara vertika di daam satu rumah monokromator. Di daam rumah monokromator diengkapi dengan fasiitas untuk mengatur kerataan masing-masing krista agar keima krista mempunyai satu bidang permukaan yang sama. Focusing monokromator baik arah vertika maupun horisonta diakukan secara mekanis. Ha tersebut menjadi tidak memungkinan untuk mengatur tegangan permukaan dan kemiringan masing-masing krista diakukan diperaatan HRPD, karena meja monokromator teretak didaam shieding neutron guite tube. Sebeum digunakan di HPD, tegangan permukaan dan kemiringan krista monokromator diatur di peraatan Tripe Axis Spektometer ( TAS ) yang berada di Baai Percobaan gedung Reaktor G.A Sywabessy. Pengaturan diakukan dengan mengkondisikan jarak monokromator dengan detektor sama dengan jarak monokromator dan sampe di HRPD. Pada gambar 6 diperihatkan gambar simuasi engkap bagian depan bent monochromator ima krista Siikon Dan Gambar 7 memperihatkan gambar simuasi engkap bagian beakang bent monochromator. penjepit krista Siikon Sumbu gerak vertika pendorong krista Sumbu gerak horisonta Gambar 5. Simuasi bentuk rancangan bent Monokromator untuk satu krista Gambar 6. Gambar simuasi perpekstif Sekoah Tinggi Teknoogi Nukir-BATAN 608 Herry Mugirahardjo dkk

5 bagian depan bent monochromator Hasi pengujian secara optik baik pengujian pertama maupun kedua, keima cermin pada bent monochromator sudah menghasikan bayangan benda yang urus menyambung secara vertica. Demikian juga pengujian dengan cahaya matahari, keima pantuan cahaya matahari sudah menghasikan berkas cahaya yang terpusat pada satu berkas. bagian beakang bent monochromator Seteah pengujian secara optik berhasi dengan baik, maka dianjutkan dengan pengujian secara neutronik. Hasi pengujian secara neutronik disarikan pada tabe 2. Keima Krista Siikon diberi regangan yang merupakan seisih antara besar regangan akhir dan besar regangan awa sebeum diakukan pengencangan pada as pendorong Krista. Besar niai regangan masing-masing krista berbeda, karena pemberian regangan berdasarkan perasaan, kemudian diukur. Perbedaan niai 2θ dan intensitas maksimum yang dihasikan antara krista satu dengan krista yang ain kemungkinan dapat disebabkan oeh kesaahan pada saat pemotongan krista. Gambar 7. Gambar simuasi perpekstif Tabe 2. Hasi pengukuran can pada masing-masing krista No Krista Regangan awa ( Regangan akhir ( µ Regangan krista 2θ Intensitas µ strain ) strain ) ( µ strain ) ( o ) ( counts ) Krista , Krista , Krista , Krista , Krista , Herry Mugirahardjo dkk 609 Sekoah Tinggi Teknoogi Nukir-BATAN

6 untuk meakukan pengujian di peraatan HRPD. Namun sebeum diakukan pengujian pada peraatan HRPD, bent monochromator hasi rancang bangun peru disempurnakan kembai. Terutama peebaran pada jangkauan pengatur sudut focusing arah horizonta untuk menyamakan sudut 2 θ dan meningkatkan intensitas pada masing masing krista 5. DAFTAR PUSTAKA Gambar 8. Hasi tangkapan berkas neutron terdifraksi dari bent monochromator Pada gambar 8 diperihatkan contoh gambar tangkapan berkas neutron yang dihasikan oeh krista siikon, warna putih pada adaah berkas neutron yang ditangkap oeh fim Poaroid. Hasi ranang bangun bent monochromator diperihatkan pada gambar R.S Khurmi, JK Goya, A Text Book of Machine Design, Third Edition, New Dehi, R.S Khurmi, JK Goya, A Text Book of Appied Machine, New Dehi, Manua Operasi HRPD, Sumitomo Corporation, Tokyo, Japan, Sears Zemansky, Fisika untuk Universitas 3 Optika, Fisika Modern, Edisi kedua, Erangga, Jakarta Gambar 9. Bent monochromator hasi rancang bangun, 4. KESIMPULAN Hasi rancang bangun bent monochromator dapat menghasikan berkas neutron terfokus pada sampe. Hasi rancang bangun bent monochromator dapat dianjutkan Sekoah Tinggi Teknoogi Nukir-BATAN 610 Herry Mugirahardjo dkk