PENGUKURAN FLUKS NEUTRON DENGAN KAPSUL POLIETILENDAN AI-I050 DI FASILITAS RABBIT SYSTEM

Transkripsi

1 YOGYAKARTA, DESEMBER 2006 PENGUKURAN FLUKS NEUTRON DENGAN KAPSUL POLIETILENDAN AI-I050 DI FASILITAS RABBIT SYSTEM SUTRISNO, SARWANI, SALEH HARTAMAN, ASNUL SUFMAWAN Pusat Reaktor Serba Guna - BATAN, Kawasan PUSPIPTEK Gedung No. 31 Serpong, Tangerang 15310, Banten, Indonesia Telp , Fax prsg@cbn.net.id Abstrak PENGUKURAN FLUKS NEUTRON DENGAN KAPSUL POLIETILEN DAN AL-I050 DI FASILITAS RABBIT SYSTEM. Untuk melaksanakan iradiasi suatu sampel di dalam fasilitas Rabbit System, sampel harus dibungkus dalam kapsul rabbit. Ada dua jenis kapsul rabbit yaitu kapsul jenis polietilen yang dipakai untuk wadah sampel dengan waktu iradiasi pendek (maksimum 40 menit) dan kapsul AI~1050 yang digunakan untuk wadah sampel dengan waktu iradiasi panjang (;:::3jam).Kedua kapsul tersebut mempunyai tampang lintang serapan mikroskopis yang berbeda. Untuk meningkatkan ketelitian dalam menganalisis suatu sampel dengan metode analisis aktivasi neutron, maka perlu diketahui besarn jluks neutron pada fasilitas Rabbit System. Telah dilakukan pengukuran jluks neutron termal dengan metode aktivasi keping (keping Au) di setiap posisi iradiasi fasilitas Rabbit System RS1, RS2, RS3 dan RS4 pada daya 15 MW dengan lama iradiasi 5 menit. Hasil pengukuran jluks neutron dengan kapsul polietilen pada RS1 adalah 3, (n/cm2.det), RS2 = 3, (n/cm2.det), RS3 = 3, (n/cm2.det), dan RS4 = 3, (n/cm2.det). Kapsul AI-1050 pada RS1 adalah 2, (n/cm2.det), RS2 = 2, (n/cm2.det), RS3 = 2, (n/cm2.det), dan RS4 = 2, (n/cm2.det). Kata-kata kunci: jluks neutron, polietilen, rabbit system Abstract NEUTRON FLUX MEASUREMENT BY POLYETHYLENE AND AL-I050 CAPSULE AT THE RABBIT SYSTEM FACILITY. To conduct the target irradiation at rabbit system facility sampel must be kept in a sealed capsule. There are two types of rabbit capsule, polietilen capsule and AI-1050 capsule. Polietilen capsule is used for short time irradiating (Approx. 40 minutes) and AI-1050 is usedfor long time irradiating (Approx. 3 hours). Both capsule have difference cross section microscopic absorbtion. To enhance the accuracy of analysis the target, it is used neutron activation analysis (NAA) method. It is needed the data of neutron jlux at rabbit system facility. It has been measured thermal neutron jlux by foil activation method (foil Au) at every irradiation position that are RS1, RS2,RS3 and RS4 at 15 MW power and 5 minutes irradiation time.. The result shows the following RS1 = 3, (n/cm2.s), RS2 = 3, (n/cm2.s), RS3 = 3, (n/cm2.s), and RS4 = 3, (n/cm2.s) for polietilen capsule. For AI-1050 capsule showed the result followin? RS1 = 2, (n/cm2.s), RS2 = 2, (n/cm2.s), RS3 = 2, (n/cm2.s), and RS4 = 2, (n/cm.s). Keywords: neutron jlux, polyethylene, rabbit system Sutrisno dkk 159 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

2 YOGYAKARTA, DESEMBER 2006 PENDAHULUAN Fasilitas iradiasi Rabbit System merupakan fasilitas iradiasi yang digunakan untuk produksi radioisotop dan untuk penelitian aktivasi neutron. Ada dua jenis Rabbit System, yaitu Hydraulic Rabbit dan Pneumatic Rabbit System. Hydraulic Rabbit menggunakan air sebagai media pengangkut kapsul iradiasi, sedangkan pada pneumatic rabbit menggunakan gas nitrogen. Di samping sebagai media pengangkut, air dan nitrogen tersebut berfungsi sebagai pendingin kapsul selama iradiasi berlangsung. Fasilitas iradiasi tersebut dapat digunakan untuk iradiasi sampel dengan waktu singkat (beberapa detik) sampai waktu relatif panjang (4-6 jam). Unrtuk sampel yang mempunyai isotop dengan waktu paruh pendek (orde detik) digunakan pneumatic rabbit yang dapat mel;akukan pengiriman lebih cepat dari hydraulic rabbit, sedangkan sampel yang mempunyai isotop dengan waktu paruh panjang menggunakan hydraulic rabbit. Untuk melaksanakan iradiasi suatu sampel di dalam fasilitas Rabbit System diperlukan suatu wadah yang disebut kapsul rabbit. Ada dua jenis kapsul rabbit yaitu kapsul jenis Polietilen yang hanya dipakai untuk wadah sampel dengan waktu iradiasi pendek (maksimum 40 menit) dan kapsul jenis AI-I050 yang digunakan untuk wadah sampel dengan waktu iradiasi panjang. Unsur C dan H sebagai penyusun bahan kapsul polietilen memiliki tampang lintang yang lebih kecil dari tampang lintang unsur Al pada kapsul AI-I050 di samping unsur pengotor yang terkandung dalam kapsul terse but. Untuk meningkatkan ketelitian dalam menganalisis suatu sampel dengan menggunakan metode Analisis Neutron (AAN), maka perlu diketahui besarnya fluks neutron di dalam kedua jenis kapsul tersebut. Dalam penelitian ini akan dilakukan pengukuran fluks neutron di dalam kapsul jenis AI-1050 dan polietilen di setiap posisi iradiasi fasilitas hydraulic rabbit, dengan cara melakukan pengukuran fluks neutron dengan metode aktivasi keping (keping Au) pada daya 15 MW dan lama iradiasi 5 menit. Dari penelitian ini diharapkan fasilitas hydraulic rabbit dapat digunakan untuk penelitian aktivasi neutron dengan akurat. TEOR! Diskripsi Fasilitas Rabbit System!l] Rabbit system adalah salah satu fasilitas iradiasi yang terletak di Berrilium Reflektor yang digunakan untuk produksi radioisotope dan analisis aktivasi Neutron. Fasilitas Rabbit System yang terdapat di RSG-GA Siwabessy ada 2 jenis yaitu Hydraulic Rabbit dan Pneumatic rabbit. Hydraulic Rabbit menggunakan air sebagai media pengangkut kapsul iradiasi, sedangkan pneumatic rabbit menggunakan gas nitrogen. RSG-GA Siwabessy mempunyai 4 buah hydraulic rabbit yang dapat dioperasikan sendiri-sendiri atau bersama-sama yang mempunyai diameter dalam pipa pengirim 36, 4 buah hydraulic rabbit tersebut dinamai Rabbit System I (RS 1) yang menempati posisi B 1, RS2 menempati C I, RS3 menempati D I dan RS4 menempati E I seperti pada konfigurasi teras RSG GA Siwabessy (Gambar 1), flow diagram hydraulic rabbit terlihat seperti Gambar 2 dan karakteristik Hydraulic rabbit dan pneumatic rabbit terlihat seperti Tabel 1. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN 160 Sutrisno dkk

3 YOGY AKARTA, DES EMBER 2006 Tabe1.1 Karakteristik No Pengukuran Uraian Jumlah Dimensi tabung pengirim Media pengirim pendingin Material pengalir T ekanan Kecepatan pemindah Material kapsul Ukuran sampel Serat sampel + Kapsul Kapasitas panas dan pipa ke~a yang dapat diiradiasi Serat Sampel Ukuran Kapsul Hydraulic Rabbit dan Pneumatic Rabbit Hydraulic Rabbit 4 sistem Diameter dalam 36 Fluks Neutron(2] Besarnya fluks neutron di dalam teras reaktor dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan melakukan pengukuran fluks neutron secara langsung dan pengukuran tak langsung. Pengukuran langsung dilakukan dengan detektor neutron (FC, IC, BF3, SPND) yang didimasukkan Air Pipa pengirim dan pengembali didalam dan diluar AIMg3 kolam Tekanan sekeliling 0,6 m/dt Plastik (polietilen), Aluminium Diameter 25 Panjang 70 Maximum 70 gr Diameter luar 33 Panjang total 96 Max 100 gr 15 W/gr Pneumatic Rabbit 1sistem Diameter dalam 20 Gas Nitrogen Pipa pengirim dan pengembali didalam dan diluar AIMg3, kolam sambungan pipa di luar kolam SS 1,5 bar 10 m/dt Plastik (polietilen), Aluminium Diameter 2 0,01-0,05 gr Diameter luar 18 Panjang total 46 Max 10 gr 5 W/gr ke dalam teras reaktor. Pada pengukuran langsung ini level fluks neutron dapat langsung dilihat pada alat pembacanya, namun ketelitian hasil pengukurannya sangat rendah. Pengukuran tak langsung dilakukan menggunakan bahan detektor berupa keping atau kawat tertentu yang diaktivasi di dalam teras reaktor. Hasil pengukuran tak langsung akan dapat diperoleh sesaat setelah pencacahan keping, namun hasilnya sangat akurat. Dengan mengetahui pengelompokan energi neutron tersebut maka dalam pengukuran fluks neutron tak langsung, dipilih bahan detektor yang cocok dengan energi neutron yang akan diukur. Bahan-bahan seperti Au, In, Ag, Cu, Sc, Dy, Mn dan Fe-58 sensitif terhadap neutron yang berenergi termal dan epitermal. Untuk memisahkan neutron termal dan epitermal digunakan bahan pembungkus cadmium. Peralatan yang digunakan dalam pengukuran fluks neutron tak langsung ini adalah: I Detektor semikonduktor yang dilengkapi dengan preamplifier 2 Catu daya tegangan tinggi, penguat (amplifier) spectroscopy. 3 Perubah sinyal analog ke digital (ADC). 4 Analisis ketinggian pulsa multi kanal (MCA). 5 Komputer dengan fasilitas masukanlkeluaran (input/output). 6 Pencetak (printer) Besarnya fluks neutron termal berdasarkan aktivasi detektor keping terukur ditentukan dengan persamaanyj Dengan : BA m NO Abare Acd oth Gth A. ti Berat atom massa keping bilangan avogadro aktivitas keping terbuka aktivitas keping terbungkus cadmium tampang lintang aktivitas unsur keping Faktor perisai diri termal keping konstanta peluruhan isotop keping waktu iradiasi keping Sutrisno dkk 161 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

4 YOGY AKARTA, DESEMBER 2006 TAT A KERJA Pengukuran fluks neutron termal di dalam kapsul jenis polietilen dan AI-I050 dilakukan pada setiap posisi iradiasi fasilitas hydraulic rabbit (RSI, RS2, RS3 dan RS4) dengan tahapan sebagai berikut:[4] I Kapsul Polietilen (Gambar 4) dan AI-I050 (Gambar 5) sebelum diiradiasi, dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran atau debu yang menempel pada permukaan kapsul dengan aceton. 2 Keping-keping Au yang akan digunakan sebagai bahan detektor ditimbang beratnya. Selanjutnya sebagian Au dibungkus dengan Cd dan lainnya dengan AI. 3 Dimasukkan I buah keping Au yang telah terbungkus Al ke dalam kapsul polietilen pada posisi atas dan 1 buah keping Au terbungkus Cd pada posisi bawah. 4 Iradiasi kapsul polietilen yang telah berisi keping Au pada fasilitas hydraulic rabbit RS1, RS2, RS3 24 No dan RS4 pada daya 15 MW 3 1 Posisi Ax! (108 selama 5 menit. Bq) Ab (108 Bq) 5 Keping-keping Au teraktivasi tersebut dicacah dengan menggunakan detektor Hp Ge dan dianalisis dengan MCA lama pencacahan detik setelah mengalami peluruhan 2-3 hari. 6 Diulangi tata kerja no.3, 4, dan 5 dengan menggunakan kapsul AI HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengukuran fluks neutron termal dengan metode aktivasi keping (keping Au) di setiap posisi iradiasi fasilitas hydraulic rabbit (RS1, RS2, RS3 dan RS4) menggunakan kapsul jenis polietilen dan AI-1050 dapat dilihat pada Tabel2 dan Tabel 3. Tabe12. Hasil Pengukuran F1uks Neutron Terma1 Di Hydraulic Rabbit System Pada Daya 15 MW Menggunakan Kapsu1 Polietilen. No Posisi Iradiasi RS1 RS2 RS3 RS4 keping terbuka, At, (108 ~ 7,280 7,630 7,425 7,740 Dari Tabel 2 dapat dibuat grafik hasil pengukuran fluks neutron menggunakan kapsul polietilen seperti terlukis dalam Gambar 6. Tabe13. Hasi1 Pengukuran F1uks Neutron Terma1 di Hydraulic Rabbit System Pada Daya 15 MW Menggunakan RS1 RS2 RS3 RS4 keping neutron keping Fluks Iradiasi terbuka, terbungkus cadmium, 6,8902,035 6,7501,750 6,8351,860 6,9301,503 2,965 2,949 2,196 2,881 n/(cm2.det) termal 1013 keping terbungkus cadmium, Acd (108 Bq) 1,395 1,450 1,390 1,461 Kapsu1 A Fluks neutron termal 1013 n/(cm2.det) 3,488 3,660 3,577 3,714 Dari Tabel 3 di atas dapat dibuat grafik hasil pengukuran fluks neutron menggunakan kapsul AI-1050 seperti terlukis dalam Gambar 7. Dari Tabel di atas, hasil pengukuran fluks neutron di setiap posisi iradiasi menggunakan kapsul polietilen pada RS1 adalah 3, n/(cm2.det), RS2 = 3, n/(cm2.det), RS3 = 3, n/(cm2.det) dan RS4 = 3, n/(cm2.det), sedangkan pengukuran fluks neutron di setiap posisi iradiasi menggunakan kapsul AI 1050 pada RS1 adalah 2, n/(cm2.det), RS2 = 2, n/(cm2.det), RS3 = 2, n/(cm2.det) dan RS4 = 2, n/( cm2.det). Dari harga fluks neutron termal tersebut menunjukkan bahwa harga fluks neutron termal di dalam kapsul AI-1050 mempunyai harga lebih kedl dibandingkan dengan harga fluks neutron di dalam kapsul polietilen. Hal ini Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN 162 Sutrisno dkk

5 YOGYAKARTA, DESEMBER2006 disebabkan unsur C dan B sebagai penyusun bahan kapsul polietilen mempunyai tampang lintang serapan lebih keeil dibandingkan unsur Al yang terkandung dalam kapsul Al-l050, di samping unsur pengotornya. KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa, a. Barga fluks neutron termal di posisi iradiasi fasilitas RSl, RS2, RS3, dan RS4 dengan menggunakan kapsul Al-l050 mempunyai harga lebih kecil dari kapsul Polietilen, disebabkan tampang lintang Al-I050 lebih besar dari Polietilen. b. Basil pengukuran fluks neutron tersebut dapat digunakan sebagai aeuan pemetaan fluks neutron di RSG-GA Siwabessy. DAFTAR PUSTAKA 1. SARWANI, dkk, 1999, "Analisis dan Pengukuran Laju Dosis Radiasi Kapsul AI-I050 pada fasilitas iradiasi Rabbit System, Prosiding Hasil Penelitian P2TRR, ISSN AMIR HAMZAH, , "Pengukuran Fluks Netron", Diklat Selingkung (in House Training) Manajemen Teras RSG-GAS. 3. IAEA Tech. Rep, Series No.107, 1970,"Neutron Fluence measurement", 4. SRI WARDHANI, dkk "Penentuan Unsur Kelumit Dalam Cuplikan Batuan Dengan Metode APN'" Prosiding Hasil Penelitian Tahun , PRSG-BATAN, ISSN FlukoneutroD termal(io"o/em'/det) fgj Konflgur 1ter re.klor RSG.GAS danger F IIII Indl 1 CIP Centrallradlatlon Position FE: Elam en baker ce Elemen kandali ; Elernan reflektor 85+ I BS+: Eleman reflektordengan penyumbal lp I IP ;!radiation Position PN RS ; Pneum aile Rabbit System HYRS : Hydraulic Rabbit Sistem NR Nautron Radiography NDT Neutron Transmutation Doping Facility PRTF: Power ramp teet facility Gambar 1. Konfigurasi Teras Reaktor Dengan Fasilitas Iradiasi Sutrisno dkk 163 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

6 YOGY AKARTA, DESEMBER 2006 Gambar 2. Diagram Alir Hydraulic Rabbit System RS1 RS2 RS3 RS4 Poslallradlasl Rabbit System Gambar 3. Stasiun Pengiriman Sampel di Isotope Cell Gambar 6. Grafik Hasil PengukuranFluks Menggunakan Kapsul Polietilen Neutron Gambar 4. Kapsul Iradiasi Polietilen FI uk. neutron x 10"'13 nl (cm"2.del) RS1 RS2 RS3 RS4 Poslal Iradlasl Rabbit system Gambar 5.Kapsul Iradiasi AI-1050 Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran Fluks Neutron Menggunakan Kapsul AI-1050 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 164 Sutrisno dkk