ANALISIS DATA TAMP ANG LINT ANG TOTAL MINIMA NITROGEN-14 FILE DATA NUKLIR JENDL-3.2

Transkripsi

1 ANALISIS DATA TAMP ANG LINT ANG TOTAL MINIMA NITROGEN-14 FILE DATA NUKLIR JENDL-3.2 Suwoto, Tumpal Pandiangan, Ferhat Aziz Pusat Pengembangan Sistem Reaktor Maju -BATAN ABSTRAK ANALISIS DATA TAMPANG LINTANG TOTAL MINIMA NITROGEN-J4 FILE DATA NUKLIR JENDL-3.2. Te/ah di/akukan uji integral tampang /intang neutron untuk nitrogen-/4 yang terkandung pada file data nuk/ir JENDL-3.2. Analisis perhitungan didasarkan pada percobaan Broomstick ORNL-USA yang te/ah di/akukan o/eh MAEKER, R.E. Untuk perbandingan data, te/ah di/akukan ana/isis perhitungan dengan file data nuk/ir /ainnya seperti JENDL-3./. ENDFIB-fl.'. ENDFIB-V/ JaIl juga dellgall JEF2.2. Ilasil perhitungan dengan file data nuk/ir JENDL-3.2 secara integral menunjukkan kesesuaian yang baik dengall hasi/ yang diperoleh dari pengukuran. seperti juga dengan file data nuk/ir ENDFIB-VI. Ter/ihat file data nuk/ir JENDL-3.2 memberikan hasil yang jauh /ebih baik dibanding file data nuk/ir JENDL-3.1. Secara kese/uruhan dapat disimpulkan bahwa tampang /intang total minima nitrogen-/4 yang terkandung pada file data nuk/ir JENDL-3.2 mempunyai kualitas yang baik, walaupun pada daerah energi antara 0.5 Me V dan 0.9 MeV tampang /intang totaltersebut masih terlalu rendah (kira-kira 4 %) dengan minima yang fer/alii da/am. ABSTRACT DATA ANALYSES OF MINIMA TOTAL CROSS-SECTIONS OF NITROGEN-I4 ON JENDL-3.2 NUCLEAR DATA FILE. The integral tests of neutron cross-sections for shielding material such as nitrogen-14 contained in JENDL-3.2 file have been performed. Analyses of tho: calculation for nitrogen-14 was based on the MAEKER's ORNL.Broomstick Experiment at ORNL-USA. For the data comparison, the calculation analyses with JENDL-3.1 file, ENDF/B-IV file. ENDF/B-VI file and JEF2.2 have also been carri~d out. The overall calculation results by using JENDL-3.2 evaluation showed good agreement with the experimental data, as well as those with the ENDF/B.Vl evaluation. In particular, the JENDL-3.2 evaluation gave better results than JENDL-3.1 evaluation and ENDF/B-fV. It was been concluded that the total c~osssections of Nitrogen-l 4 contained in JENDL-3.2 file is was in very good agreement with the experimental results, although the total cross-sections in the energy range between 0.5 MeV and 0.9 Me V on file JENDL- 3.2 was small (about 4% lower), and minima of total cross-secfions was deeper. PENDAHULUAN A Plikasi material nitrogen di bidang teknologi nuklir banyak dijumpai sebagai pendingin pada sistem pelengkap (auxiliary unit) reaktor. Di samping itu juga bisa dipakai sebagai bahan bakar uranium nitrida (UN, U2N3 dan UN3) serta dapat juga digunakan sebagai pendingin gas pada reaktor GCR (Gas Cooled Reactor) yang umumnya dapat memakai gas He, CO2, N2 atau udara. Dalam perhitungan fisika reaktor, keandalan rancangan sangat bergantung pada ketelitian data nuklir yang digunakan din bergantung juga pada metoda perhitungan yang digunakan. Dua syarat tersebut di atas mempunyai keterkaitan antara satu dengan lainnya sehingga dapat menentukan ketelitian perhitungan. Dalam perhitungan perisai radiasi, tamping lintang total dan tamping lintang hamburan material perisai memegang peranan yang sangat penting. Bentuk lembah antara dua resonansi, yaitu tamping lintang minima juga sangat penting untuk diperhitungkan, karena ini menunjukkan faktor kemungkinan untuk meloloskan radiasi. Untuk menguji keandalan file data JENDL- 3.2 khususnya di bidang aplikasi perisai radiasi telah dilakukan uji tam pang lintang total nitrogen-14. Hal tersebut sangat esensial guna mengetahui aplikabilitas nuklida nitrogen-14 dalam file data JENDL-3.2 tersebut. Perhitungan yang dilakukan di sini didasarkan pada hasil percobaan Broomstick di ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA? yang telah dilakukan oleh MAEKER, R.E (1972)[1 yang mempunyai tujuan untuk menyelidiki tampang lintang total minima di daerah energi MeV. Percobaan Broomstick tersebut mempunyai geometri yang sangat bagus serta metode perhitungan yang mudah dilakukan. Percobaan tersebut dirancang sedemikian rupa sehingga sampel ditempatkan pada sumbu yang segaris dengan berkas neutron dari reaktor. Dalam" percobaan tersebut, diukur spektrum neutron cepat yang ditransmisikan melalui sampel silinder dengan diameter 4 inchi. Sam pel ini diiradiasi ol.eh berkas neutron dari Tower Shielding Reactor-II (TSF-II) di ~~., ~._~ Suwoto, dkk ISSN

2 ORNL, USA. Analisis tampang lintang total untuk nitrogen-i4 dilakukan dengan menghitung spektrum neutron yang melewati sampel silinder cair clan dibandingkan dengan spektrum yang diperoleh dati tam pang lintang total point-wise yang terdapat pada file data nuklir JENDL-3.2, JENDL-3.I, ENDF/B- IV, ENDF/B- VI and JEF2.2 yanf dihitung dengan program komputer BROOMST[2,J, METODA PERHITUNGAN Metoda perhitungan yang digunakan adalah analitis mumi, sehingga tidak memerlukan perhitungan transport yang remit. Karena perhitungan dilakukan secara analitis, maka hasil perhitungan Broomstick hanya dipengaruhi oleh tampang lintang total material tersebut. Sehingga hanya informasi mengenai tam pang lintang total saja yang akan diperhatikan. Perhitungan analitis percobaan Broomstick tersebut dapat di!akukan dengan dua langkah sebagai berikut: I. Menentukan spektrum neutron uncollided yang ditransmisikan melalui sam pel. Langkah ini dimaksudkan agar efek tam pang lintang total minima diketahui. 2. Dengan hasil nilai spektrum neutron uncollided yang diperoleh dari langkah pertama, ditentukan spektrum neutron cepat dengan memperhatikan fungsi resolusi sistem spektrometer NE-213 yang digunakan. Perhitungan langkah pertama dilakukan untuk penentuan spektrum neutron uncollided NuncC6E') dengan menggunakan persamaan:[11 NI81C(~E') = LNo(Ei)e.Lr.(E,)tAEi/~E' (1) dim ana : ~in6 No(Ej) : spektrum sumber neutron yang diambil dari nilai percobaan, T : tebal sampel, cm 6E j: interval energi yang umumnya cukup kecil dimana semua struktur tampang lintang minima tercakup dalam hampiran. Pada perhitungan langkah kedua, dengan mengambil hasil perhitungan langkah pertama (spektrum neutron uncol/ided Nunc(6E'),) dan memasukkan fungsi resolusi dari sistem spektrometer NE-213 dengan menggunakan persamaan:(i] N unc (E) = L Nunc (6E ') R(E I ~ E) 6E '(2) E' ISSN 0216.j12g dimana R(E' -.E) adalah gausian yang terpusat pada E', yang merupakan titik tengah dari AE'. Dengan menggunakan harga-harga resolusi energi sistem spektrometer NE-213 yang diperoleh oleh MAEKER, R.E. tersebut, maka R(E' -.E) menjadi(i]; R(E' - -.E) -~ a E' e.0,5 x {(E.E') Xa2i,54820 ]2 (3) dimana a (dalam % energi puncak) adalah harga FWHM (Full Width Half Maximum) pada energi E' yang diperoleh dari data percobaan. '. Untuk melakukan perhitungan tersebut di alas, digunakan program BROOMST yang dapat secara langsung mengakses file data nuklir dengan fom1at ENDF/B. Program BROOMST ini clan subroutine-nya hanya mengakses tampang lintang total fom1at ENDF/B clan data tampang lintang total ini harus diberikan dalam bentuk pointwise yang mempunyai interpolasi linier-linier (LIN-LIN) antara energi clan tampang lintang. Sehingga sebelum perhitungan dilaksanakan, maka data tam pang lintang material tersebut harus droses dengan progr1\m LINEAR!4), RECENyls clan SIGMAI!6), seperti pada Gambar I. Dalam Gambar 1 tersebut, FILE 2 adalah file data yang memuat parameter resonansi yang digunakan untuk menggenerasi tam pang lintang, dan FILE 3 merupakanfile data nuklir yang berisikan hubungan antara tampang lintang clan energi. Program BROOMST ini menghitung harga spektrum neutron yang ditansmisikan dengan menggunakan fungsifungsi yang diberikan untuk spektrum sumber neutron clan resolusi detektor yang diberikan oleh data dari percobaan. Hasil perhitungan 'Broomstick ini kemudian akan dibandingkan dengan data basil percobaan clan dengan file data terevaluasi lainnya. Data ketebalan dan kondisi sampel yang digunakan ditampilkan pada Tabell. Tabel I. Kondisi dan tebal sampel serta jangkauan energi yang digunakan pada percobaan Broomstick nitrogen-14!1 Nuklida Ketebalan Sampel (cm) Kondisi Sampel nitrogen Jangkauan Energi (MeV) HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan yang diperoleh dapat dilihat pad a Gambar 2 dan Gambar 3. Gambar 2 menunjukkan perbandingan antara hasil pengukuran dan hasil perhitungan untuk spektrum neutron yang melewati sampel silinder Nitrogen-14 dengan Suwoto. dkk.

3 FlleData ~ 166 Buku I Prosiding Per/emuan dan Pre.i'en/asi Jlmiah P3TM-BATAN. Yogyakarta Juli 2000 ketebalan sampel cm yang dihitung dengan file data nuklir JENDL-3.1, JENDL-3.2, ENDF/B- IV, ENDF/B-VI dan JEF2.2. Sedangkan pada Gambar 3 ditunjukkan prom harga C/E (Calculated / Experimental) untuk beberapa file data nuklir. Pad a Tabel I statistik harga C/E diberikan secara rata-rata untuk tiap-tiap file data nuklir. Tabel 2. Statistik harga C/E rata-rata perhitungan Broomstick untuk Nitrogen-14. Nuklir JENDL-3.1 JENDL-3.2 ENDF/B-IV ENDF/B-VI JEF2.2 C/E Abs (1.0- C/E) ! : Std. Dev Dari Tabel 2, Gambar 2 dan 3, terlihat dengan jelas perbedaan an tara hasil perhitungan file data nuklir JENDL-3.1 dan JENDL-3.2 khususnya pada daerah energi antara 5 Me V dan 10 Me V. Pada daerah energi tersebut jelas sekali tampak bahwafile data nuklir JENDL-3.2 jauh lebih baik pada JENDL Karena. pada daerah energi tersebut tam pang lintang total file data Nitrogen-14 JENDL-3.1 terlihat terlalu rendah di bawah file data nuklir lainnya. Perhitungan spektrum neutron yang ditransmisikan oleh sam pel Nitrogen-14 oleh file data nuklir JENDL-3.1 sangat overestimate sekitar 200% terhadap hasil percobaan. Tampang lintang total Nitrogen-14 file data JENDL-3.1 pada energi tersebut terlalu kecil atau tam pang lintang total minima terlalu dalam. Tampang lintang total tersebut telah dikoreksi pada file data JENDL-3.2 (Gambar 5 dan Gambar 6) sehingga hasil perhitungan dengan Broomstick ini menghasilkan spektrum neutron yang lebih baik. Namun perlu dicatat pula bahwa pada daerah energi 0.5 MeV dan 0.9 MeV tampang lintang total minimafile data nuklir Nitrogen-14 JENDL-3.1 atau JENDL-3.2 masih relatif rendah dibanding dengan file data nuklir lainnya seperti ENDF/B-IV. ENDF/B-VI atau JEF2.2 seperti terlihat pada Gambar 5. Sehingga hasil perhitungan C/E dengan file data JENDL-3.1 atau JENDL-3.2 Icbih tinggi darifile data lainnya, seperti terlihat pada Gambar 3. Hal ini dapat dijelaskan karena data tampang lintang total dan neutron spektrum yang ditransmisikan mempunyai korelasi proporsional terbalik. Tampang lintang total file data nuklir Nitrogen-14 JENDL-3.1 dan JENDL-3.2 padu ducruh encrgi antura 0.5 McV dan 0.9 MeV terlihat terlalu rendah (kira-kira 4% lcbih rendah) dibanding file data lainnya, seperti tampak pada Gambar 5. Sedangkan pada Gambar 4 menunjukkan tampang lintang total Nitrogen-14 pad a daerah energi antara 0.5 MeV dan II MeV. Harga statistik profit C/E rata-rata pada file data nuklir selain JENDL-3.1 mempunyai kesamaan harga sampai dua desimal. Dari profile C/E dengan perhitungan Broomstick ini terlihat bahwa file data nuklir ENDF/B-VI sedikit lebih baik dibanding denganfile data JENDL-3.2. Gambar 1 I Perhitungan BROOMST I I. CODE I Proses persia pan perhitungan dengan BROOMST code ""'~'I\'\' ""\0 Suwoto, dkk ISSN

4 Com parllon 01 calculated and m ealured transm Itted spectrum through Nitrogen (91.44 cm thick test) 10' ~" «0- u OJ G- III 0 10' OJ 0-!: ~ III Z 0( «0-10.' 10' NEUTRON ENERGY(MeV) Gambar 2. Spektrum neutron yang ditransmisikan melalui sampel nitrogen-14 (tebal sampel =91.44 cm) ~ Ụ II) 0... ~ II)z ( ~ U 0.75 CIE profile, for Nitrogen (91.44 cm thick te,t) , , NEUTRON ENERGY(MeV) Gambar 3. Perbandingan profil C/E (hasil perhitungan/eksperimen) untuk sampel nitrogen-14 (tebal sampel = cm) NEUTRON I.7 ENERGY(MeV) 9 Gambar 4. Tampang lintang Total nitrogen-14 pada energi MeV

5 NEUTRON ENERGY (MoVI Gambar 5. Tampang lintang total nitrogcn-14 pada cncrgi MeV -; c.~ z 0 -= (.) UJ UI UI UI 0 a: (.) Gambar 6. Tampang lintang total nitrogen-14 pada energi 5-10 MeV Dengan demikian secara keseluruhan hasil perhitungan melalui percobaan Broomstick ini dapat disimpulkan bahwa tampang lintang total Nitrogen- 14 yang terkandung padafile data nuklir JENDL-3.2 mempunyai kualitas yang baik dan mendekati file data nuklir ENDF/B-Vl, walaupun masih terdapat permasalahan pada daerah energi antara 0.5 MeV dan 0.9 MeV, dimana tampang lintang total Nitrogen-14 padafile data nuklir JENDL-3.2 terlalu kecil (kira-kira 4 % lebih rendah). KESIMPULAN Analisis tampang lintang total secara integral untuk perisai melalui perhitungan Broomstick sangat efektif dan mudah di lakukan, khususnya untuk menyelidiki tampang lintang total minima pacta daerah energi MeV pad a material Nitrogen-14. Hasil perhitungan Broomstick secara keseluruhan menunjukkan bahwa aplikabilitas dan keandalan tampang lintang total Nitrogen-14 pacta file data nuklir JENDL-3.2 telah teruji dan mendekati file data nuklir ENDF/B-Vl, walaupun masih acta beberapa persoalan khususnya tampang lintang total Nitrogen-14 pacta daerah energi antara 0.5 MeV dan 0.9 MeV. Pacta daerah energi tersebut tam pang lintang total Nitrogen-14 di JENDL-3.2 masih terlalu rendah (kira-kira 4 %) atau tampang lintang total minima terlalu dalam. Dibandingkan dengan versi JENDL sebelumnya, JENDL-3.1, temyata jelas sekali Suwoto, dkk ISSN

6 perbedaan pada daerah energi antara 5 MeV clan 10 MeV pada JENDL-3.2 telah dilakukan perbaikanperbaikan, sehingga menghasilkan data perhitungan yang sangat bagus. Sehingga secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa aplikabilitas clan keandalan tampang lintang total Nitrogen-14 pada JENDL-3.2 mendekati file data ENDF/B-VI, walaupun masih terdapat kekurangan. JENDL-32 jauh lebih baik jika dibanding dengan JENDL-3 J (khususnya tampang lintang total minima N-14) Supriyono -Terangkan proses linierisasi dari program linier -Apa yang dapat dia;nbil dari data tabel 2 terhadap basil penelitian. DAFTARPUSTAKA I. MAERKER, R. E.: STD3. "Nitrogen Broomstick Experiment -An Experimental Check of Neutron Total Cross Sections", ORNL- TM-3869 (Revised),(1972). 2. HASEGAWA, A., Komunikasi Pribadi. 3. SUWOTO and HASEGAWA, A: "Shielding Benchmark of Several Nuclides Contained in JENDL-3.2 File", Final Report of STA, Agustus CULLEN, D.E., "Program LINEAR (Version 79-1): Linearize Data in the ENDF/B Format, Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, CA, UCRL-50400, Vol. 17, Part. A, Rev. 2 ( 1979). 5:. CULLEN, D.E., "Program RECENT (Version 79-1):' Reconstruction of Energy Dependent Cross-scctions for Rcsonance Paramctcrs in the ENDF/B Format, Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, CA, UCRL-50400, Vol. 17, Part. C, (1979). Suwoto -Proses untuk memudahkan proses perhitungan selanjutnya. Karena biasanya skema hubungan yang digunakan dalam File [)ata Nukli Terevaluasi adalah Lin-Lin, Lin-log, log-lin, lin-cost, Cost-lin. Otomatis melinearisasi data tampang lintang di file 3 ENDF (Evaluated Nuclear Data File) -Dari tabel2 diketahui bahwa hasil perhitungan dengan JENDL-32 jauh lebih baik dibanding dengan JENDL-3. J, walaupun belum sebaik ENDF/B-VI. Bambang Sumarsono.Apakah program dapat untuk menganalisis susunan campuran material dalam bahan bakar. -Mengapa tidak digunakan metoda analisis satuan sel untuk penentuan tam pang lintang material bahan bakar dalam reaktor. () CULLEN, D.E., "Program SIGMA I (Version Su,voto 79-1); Doppler Broaden Evaluated Crosssections in the Evaluated Nuclear Data -Pada dasarnya program Broomst dapat digunakan untuk menghitung(mengetahui FileNersion B (ENDF/B) Format, Lawrence tampang lintang total minima material apa Livermore I.aboratory, Livermore, CA, UCRLsaja.. Tetapi untuk validasi hasil yang ada data 50400, Vol. 17, Part. B, Rev. 2 (1979). eksperimennya adalah material 0, N, Na, Fe dan material campuran Stainless Steel.. TANYAJAWAB Bambang Herutomo -Hasil evaluasi menunjukkan bahwa JENDL.33 lebih baik dibandingkan JENDL3.1 "Improvement" apa saja [hasil pengukuran, model evaluasi] yang diperoleh JENDL3.2 dibanding JENDL 3.1? Su,voto -Perbaikan yang dilakukan pada JENDL-32 dilakukan dengan perbaikan evaluasi menggunakan "teknik unfolding" pada daerah energi antara 5./0 MeV di tampang lintang total Nitrogen-/4 sehingga hasilnya dengan -Karena hanya untuk melihat seberapa dangka//dalam tampang lintang total minima sehingga tidak perlu ditakukan analisis satuan set.. ISSN Suwoto, dkk.