SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

PENGUKURAN FLUKS NEUTRON DENGAN KAPSULPOLIETILENDAN AI-I050 DI FASILITAS RABBIT SYSTEM

SUTRISNO, SARWANI, SALEH HARTAMAN, ASNUL SUFMAWANPusat Reaktor Serba Guna - BATAN,

Kawasan PUSPIPTEK Gedung No. 31Serpong, Tangerang 15310, Banten, IndonesiaTelp. +62-21-7560908, Fax. +62-21-7560573

E-mail:prsg@cbn.net.id

Abstrak

PENGUKURAN FLUKS NEUTRON DENGAN KAPSUL POLIETILEN DAN AL-I050 DI FASILITASRABBIT 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 untukwadah 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 lintangserapan mikroskopis yang berbeda. Untuk meningkatkan ketelitian dalam menganalisis suatu sampel denganmetode analisis aktivasi neutron, maka perlu diketahui besarn jluks neutron pada fasilitas Rabbit System. Telahdilakukan pengukuran jluks neutron termal dengan metode aktivasi keping (keping Au) di setiap posisi iradiasifasilitas Rabbit System RS1, RS2, RS3 dan RS4 pada daya 15 MW dengan lama iradiasi 5 menit. Hasilpengukuran jluks neutron dengan kapsul polietilen pada RS1 adalah 3,488.1013 (n/cm2.det), RS2 = 3,660.1013(n/cm2.det), RS3 = 3,577.1013 (n/cm2.det), dan RS4 = 3,714.1013 (n/cm2.det). Kapsul AI-1050 pada RS1 adalah2,881.1013 (n/cm2.det), RS2 = 2,965.1013 (n/cm2.det), RS3 = 2,949.1013 (n/cm2.det), dan RS4 = 2,196.1013(n/cm2.det).

Kata-kata kunci: jluks neutron, polietilen, rabbit system

Abstract

NEUTRON FLUX MEASUREMENT BY POLYETHYLENE AND AL-I050 CAPSULE AT THE RABBITSYSTEM 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 usedfor 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 thetarget, it is used neutron activation analysis (NAA) method. It is needed the data of neutron jlux at rabbit systemfacility. It has been measured thermal neutron jlux by foil activation method (foil Au) at every irradiationposition that are RS1, RS2,RS3 and RS4 at 15 MW power and 5 minutes irradiation time .. The result shows thefollowing RS1 = 3,488.1013 (n/cm2.s), RS2 = 3,660.1013 (n/cm2.s), RS3 = 3,577.1013 (n/cm2.s), and RS4 =

3,714.1013 (n/cm2.s) for polietilen capsule. For AI-1050 capsule showed the result followin? RS1 = 2,881.1013(n/cm2.s), RS2 = 2,965.1013 (n/cm2.s), RS3 = 2,949.1013 (n/cm2.s), and RS4 = 2,196.1013 (n/cm .s).

Keywords: neutron jlux, polyethylene, rabbit system

Sutrisno dkk 159 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

PENDAHULUAN

Fasilitas iradiasi Rabbit System merupakanfasilitas iradiasi yang digunakan untuk produksiradioisotop dan untuk penelitian aktivasi neutron.Ada dua jenis Rabbit System, yaitu HydraulicRabbit dan Pneumatic Rabbit System. HydraulicRabbit menggunakan air sebagai mediapengangkut kapsul iradiasi, sedangkan padapneumatic rabbit menggunakan gas nitrogen. Disamping sebagai media pengangkut, air dannitrogen tersebut berfungsi sebagai pendinginkapsul selama iradiasi berlangsung. Fasilitasiradiasi tersebut dapat digunakan untuk iradiasisampel dengan waktu singkat (beberapa detik)sampai waktu relatif panjang (4-6 jam). Unrtuksampel yang mempunyai isotop dengan waktuparuh pendek (orde detik) digunakan pneumaticrabbit yang dapat mel;akukan pengiriman lebihcepat dari hydraulic rabbit, sedangkan sampelyang mempunyai isotop dengan waktu paruhpanjang menggunakan hydraulic rabbit. Untukmelaksanakan iradiasi suatu sampel di dalamfasilitas Rabbit System diperlukan suatu wadahyang disebut kapsul rabbit. Ada dua jenis kapsulrabbit yaitu kapsul jenis Polietilen yang hanyadipakai untuk wadah sampel dengan waktuiradiasi pendek (maksimum 40 menit) dan kapsuljenis AI-I050 yang digunakan untuk wadahsampel dengan waktu iradiasi panjang. Unsur Cdan H sebagai penyusun bahan kapsul polietilenmemiliki tampang lintang yang lebih kecil daritampang lintang unsur Al pada kapsul AI-I050 disamping unsur pengotor yang terkandung dalamkapsul terse but. Untuk meningkatkan ketelitiandalam menganalisis suatu sampel denganmenggunakan metode Analisis Aktivasi Neutron(AAN), maka perlu diketahui besarnya fluksneutron di dalam kedua jenis kapsul tersebut.

Dalam penelitian ini akan dilakukanpengukuran fluks neutron di dalam kapsul jenisAI-1050 dan polietilen di setiap posisi iradiasifasilitas hydraulic rabbit, dengan cara melakukanpengukuran fluks neutron dengan metode aktivasikeping (keping Au) pada daya 15 MW dan lamairadiasi 5 menit. Dari penelitian ini diharapkanfasilitas hydraulic rabbit dapat digunakan untukpenelitian aktivasi neutron dengan akurat.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

TEOR!

Diskripsi Fasilitas Rabbit System!l]

Rabbit system adalah salah satu fasilitasiradiasi yang terletak di Berrilium Reflektor yangdigunakan untuk produksi radioisotope dananalisis aktivasi Neutron. Fasilitas Rabbit Systemyang terdapat di RSG-GA Siwabessy ada 2 jenisyaitu Hydraulic Rabbit dan Pneumatic rabbit.

Hydraulic Rabbit menggunakan air sebagai mediapengangkut kapsul iradiasi, sedangkan pneumaticrabbit menggunakan gas nitrogen. RSG-GASiwabessy mempunyai 4 buah hydraulic rabbityang dapat dioperasikan sendiri-sendiri ataubersama-sama yang mempunyai diameter dalampipa pengirim 36 mm, 4 buah hydraulic rabbittersebut dinamai Rabbit System I (RS 1) yangmenempati posisi B 1, RS2 menempati C I, RS3menempati D I dan RS4 menempati E I sepertipada konfigurasi teras RSG GA Siwabessy(Gambar 1), flow diagram hydraulic rabbitterlihat seperti Gambar 2 dan karakteristikHydraulic rabbit dan pneumatic rabbit terlihatseperti Tabel 1.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN 160 Sutrisno dkk

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DES EMBER 2006ISSN 1978-0176

Tabe1.1 Karakteristik Hydraulic Rabbit dan PneumaticRabbit

Serat sampel

+ Kapsul

Kapasitas

panas

Pengukuran Fluks Neutron(2]

Besarnya fluks neutron di dalam terasreaktor dapat dilakukan dengan dua cara yaitudengan melakukan pengukuran fluks neutronsecara langsung dan pengukuran tak langsung.Pengukuran langsung dilakukan dengan detektorneutron (FC, IC, BF3, SPND) yang didimasukkan

ke dalam teras reaktor. Pada pengukuranlangsung ini level fluks neutron dapat langsungdilihat pada alat pembacanya, namun ketelitianhasil pengukurannya sangat rendah. Pengukurantak langsung dilakukan menggunakan bahandetektor berupa keping atau kawat tertentu yangdiaktivasi di dalam teras reaktor. Hasil

pengukuran tak langsung akan dapat diperolehsesaat setelah pencacahan keping, namunhasilnya sangat akurat. Dengan mengetahuipengelompokan energi neutron tersebut makadalam pengukuran fluks neutron tak langsung,dipilih bahan detektor yang cocok dengan energineutron yang akan diukur. Bahan-bahan sepertiAu, In, Ag, Cu, Sc, Dy, Mn dan Fe-58 sensitifterhadap neutron yang berenergi termal danepitermal. Untuk memisahkan neutron termal danepitermal digunakan bahan pembungkuscadmium. Peralatan yang digunakan dalampengukuran fluks neutron tak langsung ini adalah:

I Detektor semikonduktor yang dilengkapidengan 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 berdasarkanaktivasi detektor keping terukur ditentukandengan persamaanYJ

No Uraian

Jumlah

Dimensi

tabung

pengirimMedia

pengirim dan

pendingin

Material pipa

pengalir

T ekanan ke~a

Kecepatan

pemindahMaterial

kapsul

Ukuran

sampel yang

dapatdiiradiasi

Serat Sampel

Ukuran

Kapsul

Sutrisno dkk

HydraulicRabbit

4 sistemDiameter

dalam 36mmAir

Pipa

pengirim dan

pengembalididalam dan

diluar kolam

AIMg3

Tekanan

sekeliling

0,6 m/dt

Plastik

(polietilen),Aluminium

Diameter 25

mm

Panjang 70mm

Maximum 70

grDiameter

luar 33 mm

Panjangtotal 96 mm

Max 100 gr

15 W/gr

Pneumatic

Rabbit

1sistemDiameter

dalam 20 mm

Gas Nitrogen

Pipa pengirimdan

pengembalididalam dan

diluar kolam

AIMg3,

sambungan

pipa di luarkolam SS

1,5 bar

10 m/dt

Plastik

(polietilen),Aluminium

Diameter 2

mm

0,01-0,05 gr

Diameter luar

18mm

Panjang total46mm

Max 10 gr

5 W/gr

161

Dengan :BAmNOAbareAcdoth

GthA.

ti

Berat atom

massa kepingbilangan avogadroaktivitas keping terbukaaktivitas keping terbungkus cadmiumtampang lintang aktivitas unsur kepingFaktor perisai diri termal kepingkonstanta peluruhan isotop kepingwaktu iradiasi keping

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Tabe12. Hasil Pengukuran F1uks Neutron Terma1 DiHydraulic Rabbit System Pada Daya 15 MW

Menggunakan Kapsu1 Polietilen.

Dari Tabel 2 dapat dibuat grafik hasilpengukuran fluks neutron menggunakan kapsulpolietilen seperti terlukis dalam Gambar 6.

Tabe13. Hasi1 Pengukuran F1uks Neutron Terma1 di

Hydraulic Rabbit System Pada Daya 15 MW

Menggunakan Kapsu1 A1-1050.

AktivasiAktivasiFluks

Posisi

kepingkepingneutron

No Iradiasiterbuka,terbungkustermal

Ab (108 Bq)

cadmium,1013

Ax! (108 Bq)n/(cm2.det)

1RS1 6,8902,0352,881

2RS2 6,7501,7502,965

3RS3 6,8351,8602,949

4RS4 6,9301,5032,196

Fluks

neutron

termal

1013

n/(cm2.det)3,488

3,660

3,577

3,714

Aktivasi

keping

terbungkuscadmium,

Acd (108 Bq)1,395

1,450

1,390

1,461

Aktivasi

keping

terbuka,

At, (108

~7,280

7,630

7,425

7,740

RS1

RS2

RS3

RS4

Posisi

Iradiasi

12

34

No

Dari Tabel 3 di atas dapat dibuat grafikhasil pengukuran fluks neutron menggunakankapsul AI-1050 seperti terlukis dalam Gambar 7.

Dari Tabel di atas, hasil pengukuran fluksneutron di setiap posisi iradiasi menggunakankapsul polietilen pada RS1 adalah 3,488 .1013n/(cm2.det), RS2 = 3,660 .1013 n/(cm2.det), RS3= 3,577 .1013 n/(cm2.det) dan RS4 = 3,714.1013n/(cm2.det), sedangkan pengukuran fluks neutrondi setiap posisi iradiasi menggunakan kapsul AI­1050 pada RS1 adalah 2,881 .1013 n/(cm2.det),RS2 = 2,965 .1013 n/(cm2.det), RS3 = 2,949.1013 n/(cm2.det) dan RS4 = 2,196 .1013n/( cm2.det). Dari harga fluks neutron termaltersebut menunjukkan bahwa harga fluks neutrontermal di dalam kapsul AI-1050 mempunyaiharga lebih kedl dibandingkan dengan hargafluks neutron di dalam kapsul polietilen. Hal ini

TAT A KERJA

Pengukuran fluks neutron termal di dalamkapsul jenis polietilen dan AI-I050 dilakukanpada setiap posisi iradiasi fasilitas hydraulicrabbit (RSI, RS2, RS3 dan RS4) dengan tahapansebagai berikut:[4]I Kapsul Polietilen (Gambar 4) dan AI-I050

(Gambar 5) sebelum diiradiasi, dibersihkanterlebih dahulu dari kotoran atau debu yangmenempel pada permukaan kapsul denganaceton.

2 Keping-keping Au yang akan digunakansebagai bahan detektor ditimbang beratnya.Selanjutnya sebagian Au dibungkus denganCd dan lainnya dengan AI.

3 Dimasukkan I buah keping Au yang telahterbungkus Al ke dalam kapsul polietilenpada posisi atas dan 1 buah keping Auterbungkus Cd pada posisi bawah.

4 Iradiasi kapsul polietilen yang telah berisikeping Au pada fasilitas hydraulic rabbitRS1, RS2, RS3 dan RS4 pada daya 15 MWselama 5 menit.

5 Keping-keping Au teraktivasi tersebutdicacah dengan menggunakan detektor HpGe dan dianalisis dengan MCA lamapencacahan 200-1200 detik setelahmengalami peluruhan 2-3 hari.

6 Diulangi tata kerja no.3, 4, dan 5 denganmenggunakan kapsul AI-1050.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran fluks neutron termaldengan metode aktivasi keping (keping Au) disetiap posisi iradiasi fasilitas hydraulic rabbit(RS1, RS2, RS3 dan RS4) menggunakan kapsuljenis polietilen dan AI-1050 dapat dilihat padaTabel2 dan Tabel 3.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN 162 Sutrisno dkk

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

disebabkan unsur C dan B sebagai penyusunbahan kapsul polietilen mempunyai tampanglintang serapan lebih keeil dibandingkan unsur Alyang terkandung dalam kapsul Al-l050, disamping unsur pengotornya.

KESIMPULAN

Dari penelitian ini dapat disimpulkanbahwa,

a. Barga fluks neutron termal di posisi iradiasifasilitas RSl, RS2, RS3, dan RS4 denganmenggunakan kapsul Al-l050 mempunyaiharga lebih kecil dari kapsul Polietilen,disebabkan tampang lintang Al-I050 lebihbesar dari Polietilen.

b. Basil pengukuran fluks neutron tersebutdapat digunakan sebagai aeuan pemetaanfluks neutron di RSG-GA Siwabessy.

DAFTAR PUSTAKA

1. SARWANI, dkk, 1999, "Analisis dan PengukuranLaju Dosis Radiasi Kapsul AI-I050 padafasilitas iradiasi Rabbit System, Prosiding HasilPenelitian P2TRR, ISSN 0854-5278

2. AMIR HAMZAH, 1999-2000, "Pengukuran FluksNetron", Diklat Selingkung (in HouseTraining) Manajemen Teras RSG-GAS.

3. IAEA Tech. Rep, Series No.107, 1970,"NeutronFluence measurement",

4. SRI WARDHANI, dkk "Penentuan Unsur KelumitDalam Cuplikan Batuan Dengan MetodeAPN'" Prosiding Hasil Penelitian Tahun 1995­1996, PRSG-BATAN, ISSN 0854-5278.

FlukoneutroD termal(IO"o/em'/det)

fgJ

Konflgur •• 1ter •• re.klor RSG.GAS dangeR F •• IIII ••• Indl •• 1

CIP Centrallradlatlon Position

FE: Elam en bakerPN RS ; Pneum aIle Rabbit System

ce ; Elemen kandali

HYRS : Hydraulic Rabbit Sistem

Elernan reflektorNR Nautron Radiography

85+ I BS+: Eleman reflektordengan penyumbalNDT Neutron Transmutation Doping Facility

lP I IP ; !radiation PositionPRTF: Power ramp teet facility

Gambar 1. Konfigurasi Teras Reaktor Dengan Fasilitas Iradiasi

Sutrisno dkk 163 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Gambar 2. Diagram Alir Hydraulic Rabbit System

RS1 RS2 RS3 RS4

Gambar 3. Stasiun Pengiriman Sampel di Isotope Cell

Gambar 4. Kapsul Iradiasi Polietilen

Poslallradlasl Rabbit System

Gambar 6. Grafik Hasil PengukuranFluks NeutronMenggunakan Kapsul Polietilen

FI uk. neutronx 10"'13

nl (cm"2.del)

RS1 RS2 RS3 RS4

Gambar 5.Kapsul Iradiasi AI-1050

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 164

Poslal Iradlasl Rabbit system

Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran FluksNeutron Menggunakan Kapsul AI-1050

Sutrisno dkk