196 Buku I Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juti 1999 ANALISIS PERHITUNGAN SPEKTRUM NEUTRON TERAS RSG-GAS DENGAN NISBAH CADMIUM Ita Budi R,, Arnir Harnzah PRSG -BATAN ABSTRAK AnaI;s;s Perh;tungan Spektrum Neutron Teras RSG-GAS dengan N;sbah Cadmium Telah dilakukan analisis perhitungan spektrum neutron dengan cara membandingkan hasil perhitungan nisbah cadmium terhadap hasil eksperimen di posisi iradiasi CIP dan IP2, IP3 serra IP4 pada teras 10 RSG-GAS menggunakan WIMSID4-Batan-2DIFF. Nisbah cadmium yang diukur dan dihitung adalah keping yang terbuat darj.au, Mn dan Co. Perhitungan spektrum dilakukan dalam 69 kelompok energi dengan tam pang lintang reaksi sera pan keping sebesar 541 kelompok energi (0-10 MeV). Nilai perbedaan antara hasil perhitungan nisbah cadmium dengan hasil eksperimen pada semua kasus ada dalam interval I J% -26%, yang mana berada di luar rentang deviasi pengukuran. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa penggunaan WIMS/D4 dalam menggenerasi konstanta kelompok untuk mendapatkan spektrum neutron, khususnya di daerah non fuel, kurang memadai. ABSTRACT Calculation Analysis on Neutron Spectrum of RSG-GAS Core with Cadmium Ratio. The calculation analysis of neutron spectrum was performed by comparing the calculation result of cadmium ratio with the experiment result on C/P. /P2./P3 and /P4 irradiation positions ofrsg-gas tenth core by using W/MS/D4- Batan-2D/FF. The foils of Au. Mn and Co were used for determination of the measured and calculated cadmium ratios. Spectrum calculation was done in 69 energy group with 54/ energy group (0 -/0 MeV) cross section of foil absorption reaction. The difference values between cadmium ratio calculation and experiment result for all cases were in interval of 11% -26% which are out of measurement deviation range. From these results. it can be concluded that the use of W/MS/D4 in generating group constant is not sufficient to obtain the neutron spectrum. especially for non-fuel region. PENDAHULUAN B idang Pengembangan Teknologi Reaktor P2TRR saat ini sedang mengembangkan paket program difusi multi dimensi. Partisipasi kelompok dosimetri neutron dalam hal ini adalah menverifikasi dad menganalisis perhitungan spektrum neutron dengan basil eksperimen. Analisis perhitungan spektrum neutron dari program WIMS/D4 & Batan-1DIFF telah dilakukan dengan cara membandingkan basil perhitungan nisbah cadmium dari berbagai jenis keping aktivasi dengan basil eksperimen di teras-b Perangkat Kritik Universitas Kyoto (KUCA).r1J. Hasilnya cukup baik dengan harga perbandingan basil perhitungan terhadap eksperimen (C/E) kurang dari 10 %. Pacta penelitian ini analisis perhitungan spektrum neutron dari program WIMS/D4 & Batan- 2lliFF dilakukan pacta teras ke sepuluh RSG-GAS. Metode yang digunakan adalah metode aktivasi dad keping yang digunakan sebagian besar adalah Au serta lainya adalah Co dad Mo. Program WIMS/D4 adalah program perhitungan sel dengan struktur kelompok energi mak- Ita Budi R., dkk --- simum sebesar 69 kelompok. Program ini memiliki keterbatasan-keterbatasan.[2] Pada penelitian ini dapat dilihat seberapa besar keterbatasan itu mempengaruhi basil perhitungan spektrum. TATA KERJA Tahapan kerja terdiri dari generasi konstanta kelompok, perhitungan spektrurn dan perhitungan nisbah cadmium yang masing-masing akan dibahas di bawah ini : Generasi Konstanta Kelompok Perhitungan spektrum neutron pacta umumnya diawali dengan penggenerasian konstanta kelompok yang dikerjakan melalui paket program penggenerasi. perhitungan set untuk membangkitkan konstanta kelompok dari elemen bakar, elemen kendali dad struktur material penyusun teras RSGqAS dilakukan dengan program deterministik WIMS/D4 yang dijalankan pacta komputer mainframe V AX8550. ISSN 0216-3128
.~I'8 I.!J;-I Proseding Pertemuan don Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juli 1999 Buku I K J /' H IX, ><IXI~,XI~I 72 I 73 I 74 I 75 ;f3-9.51 25.58 43,24 50.55 45.08It84 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 BERILLIUM BLOK REFLEKTOR Gambar 1. Konfigurasi teras ke sepuluh RSG-GAS. Model elemen bakar 3-D ditransformasi ke dalam geometri multi-slab I-D. Opsi powerc dan buckling diaktitkan untuk melakukan pembakaran agar diperoleh konstanta kelompok elemen bakar untuk berbagai kelas fraksi bakar. Pembangkitan konstanta kelompok struktur material dilakukan dengan opsi region yang disediakan dalam WIMS/D4. Pemilihan 69 kelompok energi neutron dimaksudkan sebagai upaya untuk mendapatkan perhitungan gel yang cukup presisi. Perhitungan Spektrum Neutron Meskipun teori transport merupakan dasar utama dalam perhitungan reaktor, akan tetapi teori difusi dengan beberapa syarat yang dipenuhi cukup dapat dipercaya untuk banyak perhitungan reaktor seperti perhitungan kritikalitas, distribusi rapat daya, fluks clan spektrum neutron, manajemen bahan bakar dalam teras, clan lain-lain. Program difusi Batan-2DIFF dalam geometri reaktor 2-D X-Y dimanfaatkan untuk mendapatkan spektrum neutron 69 kelompok energi dari teras ke sepuluh RSG-GAS pertengahan siklus, yang konfigurasinya dilukiskan dalam Gambar 1 dengan distribusi fraksi bakarnya. Perhitungan Nisbah Cadmium Defmisi dati nisbah cadmium adalah perbandingan antara.respon keping yang diiradiasi tanpa pembungkus cadmium. Cadmium mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besar di daerah termal sehingga keping yang diiradiasi dengan pembungkus cadmium hanya bereaksi dengan neutron epitermal dan cepat saja.. Besarnya nisbah cadmium dihitung dengan persamaan di bawah inii3]: N '" d rc = L NG"ag (E)fg (E)(Jg(E) IsgsG LNG" ag(e)fg(e)(jg(e)~(e) IsgSG = kerapatan atom keping, O"agrE) = tampang lintang serapan pacta energi E (1) (untuk U-235 dipahami sebagai tampang lintang fisi), fgre) = faktor perisai diri pacta energi E, T gre) t/lg(e) = faktor penetrasi neutron melewati ca9- mium pacta energi E, = fluks neutron pacta.energi E (dalam ha1 ini fluks neutron keluaran Batan-2DIFF).
198 BukuJ Faktor perisai diri pacta suatu daerah energi E memenuhi hubungan sebagai berikut : fg = "f;'d(t -E3(La d)) (2) Proseding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juli 1999 Pacta penelitian ini data tampang lintang yang digunakan berasal dati data tampang lintang 00- SCROSS'84 yang terdapat di pustaka pacta paket program SANOII, sebesar 541 kelompok energi (0-10 MeV). dengan En (x) = J(e-Xllln 0 )dt (3) yaitu defmisi umum untuk integral eksponensial. Notasi ~a adalah tampang lintang serapan makroskopik dan d adalah tebal keping. Faktor penetrasi neutron melewati cadmium pada suatu daerah energi E didetinisikan sebagai berikut : HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan nisbah cadmium dilakukan untuk keping Au yang diiradiasi di teras ke sepuluh RSG-GAS pacta daerah CIP,.IP2, IP3 & IP4. Sedangkan perhitungan nisbah cadmium untuk keping Mn dan Co dilakukan untuk daerah CIP saja. Hasil perhitungan nisbah cadmium tersebut dan perbandingannya dengan eksperimen ditampilkan dalam Tabel I. Spektrum keluaran dari perhitungan difusi Batan-2DIFF pacta posisi CIP, IP2, IP3 dan IP4 dilukiskan dalam Gambar 2. Tabell. Nisbah cadmium beberapa keping. *(Rcd Perhitungan -Rcd Eksperimen) / Rcd Eksperimen x 100% Gambar 2. Spektrum neutron perhitungan difusi 2-D di CIP, IP2, IP 3 dan IP4. Ita Budi R., dkk ISSN 02.16-3128
Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juti 1999 Buku I 199 Dari Tabel 1 dapat dilihat beberapa hal yang dijelaskan sebagai berikut: Untuk semua keping di posisi CIP dad IP hasil perhitungan nisbah cadmium lebih besar daripada hasil eksperimen. Perbedaan tersebut lebih besar daripada 10%, yaitu rentang deviasi pengukuran. Perbedaan terkecil terjadi pacta keping Mn, yakni 11 %. Hal ini karena Mn mempunyai tampang lintang serapan termal dan integral resonansi yang paling kecil. Perbedaan yang jauh lebih besar daripada eksperimen menunjukkan bahwa spektrum neutron hasil perhitungan pacta daerah termal terlalu besar atau spektrum neutron daerah epitermal yang terlalu kecil. Dari Gambar 2 dapat diamati bahwa spektrum di CIP (E- 7), IP2 (E-4), IP3 (D-9) maupun di IP4 (B'-6) mempunyai kecenderungan yang sarna, yaitu resonansi yang acta pacta bentuk spektrum di atas terjadi pacta daerah yang sarna dengan resonansi tampang lintang fisi dari U-235, yakni di daerah antara I,OE-OI ev dan I,OE+03 ev. Fenomena itu dapat dijelaskan sebagai berikut: Paket program WIMS/D4 yang digunakan untuk menghitung konstanta kelompok dalam perhitungan hamburannya menggunakan teori transport yang didekati dengan deret Legendre orde 0 (Po). Atom ringan mempunyai fenomena transport neutron yang lebih banyak dad kompleks daripada atom berat sehingga pendekatan orde 0 dari deret Legendre kurang memadai. Akibatnya untuk daerah non fuel yang terbentuk dari material beratom ringan tidak memberikan hasil konstanta kelompok yang tepat. Ketidak-tepatan itu berlanjut pacta perhitungan teras yang menghasilkan keluaran spektrum neutron. Selain itu keterbatasan yang dimiliki WIMS/D4 adalah masalah pemodelan sel yang hanya bisa memodelkan sel yang terns berulang sehingga pembangkitan konstanta kelompok pacta daerah non fisi yangjauh darifuel diperlakukan oleh WIMS/D4 seolah-olah dekat dengan fuel. Oleh karena itu spektrum pacta daerah non fuel terpengaruh oleh spektrumfuel. KESIMPULAN DAN SARAN Analisis perhitungan spektrum neutron WIMS/D4-Batan-2DIFF pada teras ke sepuluh RSG-GAS dengan metode nisbah cadmium telah dilakukan. Hasil perbandingan perhitungan dad eksperirnen memiliki perbedaan yang cukup besar. Penggunaan WIMS/D4 dalam menggenerasi konstanta kelompok untuk mendapatkan spektrum neutron khususnya di daerah non fuel di RSG-GAS kurang memadai. Untuk memperoleh spektrum neutron, pada saat pembangkitan konstanta kelompok disarankan menggunakan paket program transport yang lebih baik pendekatan hamburannya dad juga pemodelannya. UCAP AN TERIMAKASIH Terimakasih karni sarnpaikan kepada Dr. Ir. Liem Peng Hong, Ir. Tagor Malem Sembiring dan T.A. Budiono, ST. serta Asnul Sufmawan dan Jaka Iman atas diskusi dan bantuannya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Terimakasih pula kami sampaikan kepada Dr. Uju Jujuratisbela dan Dr. Osman Sudjadi atas koreksi dan sarannya dalam perbaikan makalah ini. DAFTAR PUSTAKA 1. ITA BUDI R. dan ZUHAIR, "Analisis Perhitungan Spektrum Neu1ron Batan-lD1FF dengan Metode Nisbah Cadmium", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu.Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Yogyakarta, 8-10 Juli 1997 2. LIEM P.R. dkk, KomunikasiPribadi 3. ITA BUDI R. dan AMIR HAMZAR, "Program Perhitungan Faktor Perisai Diri Keping Aktivasi Neu1ron", Risalah Lokakarya Komputasi dalam Salls dan Teknologi Nuklir IV, Jakarta, 2-3 Februari 1994 TANYA JA WAD Tjiptono -Mengapa dalam eksperimen hanya digunakan 3 jenis keping? -Mengapa menggunakan WIMSD-4 yang memang tidak memadai atau bukan untuk perhitungan spektrum? Sebaiknya gunakan SAND II yang.merupakan program untuk spektrum neutron. -Kebetulan pada waktu itu hanya 3 jenis keping soja yang digunakan. -Program WIMS/D4 tidak secara lang$ung menghitung spektrum. Batan-2DIFF yang melakukannya dengan memanfaatkan konstanta kelompok dari WIMS/D4. Untuk perhitungan nisbah cadmium, spektrum neutron 69 kelompok keluaran
200 Buku I -Batan-2DIFF diekspansi kelompok energinya menjadi 541 kelompok energi sesuai dengan struktur kelompok energi pada pustaka tam pang lintang DOSCROSS'84 yang terdapat di pustaka pada program SAND-I/. Nur Rohmad -Dalam perhitungan spektrum neutron teras RSG- GAS dengan WIMS/D4 maka perlu input-input awal. Input awal apa saja yang dibutuhkan. -Apakah data tampang lintang hasil pengukuran atau data yang sudah ada? -Apakah perbedaan metode ini dibandingkan dengan metode SANDPOI? -Apakah penggunaan keping Au, Mn clan Co dapat mewakili semua distribusi energi dari spektrum neutron (dari tennal sid fast neutron). -Data input WIMS/D4 berupa geometri don model sel, kerapatan atom material. Beberapa opsi dalam WIMS/D4 juga membutuhkan data daya don waktu untuk mendapatkan konstanta kelompok elemen bakar dengan fraksi bakar tertentu. Proseding Pertemuan don Presentasi Itmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14-15 Juti 1999 -Untuk perhitungan nisbah cadmium, digunakan data tam pang /intang yang sudah ado do/am pus taka DOSCROSS'84 dipustaka SAND-II. -Metode ini cukup baik ketika diap/ikasikan do/am perhitungan spektrum di Teras-B Kuca. Dengan SANDPOI perbedaannya tidak begitu signifikan. -Dapat, karena Au dapat mewaki/i semua distribusi energi dari spektrum neutron. Ma'sum Ischaq -~ perhitungan selalu lebih besar dari Red eksperimen, sehingga secara statistik (bila pengukurannya cukup banyak) kesalahannya mungkin tidak terlalu besar, setelah program diadjust dulu. Bagaimana pendapat penyaji? -Sebenarnya pengukurannya cukup banyak secara statistik sehingga muncul deviasi pengukuran yang besarnya J 0%. Program Batan-2DIIF sudah terbukti cukup teruji dengan baik hila menggunakan konstanta kelompok dari program perhitungan sel yang lain JAFUEL. Jadi mungkin WIMS/D4 yang perlu direvisi atau sebaiknya dalam pembangkitan konstanta kelompok menggunakan program transport yang lebih baik pendekatan hamburan don pemodelan selnya. Ita Budi R., dkk ISSN 0216-3128