PENGUKURAN RAPAT FLUKS NEUTRON TERAS PERTAMAREAKTOR SERBA GUNA G.A. SIWABESSY

Amir Hamzah. Zuhair dan Kun ·S.O

Pusat Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy

ABSTRAK

Pengukuran rapat fluks neutron diposisi irradiasi IP1CE-7) dan IP2 CD-6) teras pertama Reaktor Serba GunaG.A. Siwabessy dilakukan dengan metoda aktivasi kepingcoball. Rapat fl'uks neutron diukur pada 3 Ctiga) tingkatfraksi bakar teras reaktor Cyang ditandai dengan posisi bank292. 306 dan 322 mm) pada daya sekitar 2.5 MW. Monitor dayaJKT 04 dikalibrasi terhadap daya termal dan garis kalibrasidaya ini diekstrapolasikan ke daya nominal Cl0.7 MW).

Hasil pengukuran rapat fluks neutron pada dava 10.7 W~~ 14 14 -Z-1berharga antara 3.96 x 10 dan 5.25 x 10 cm.s. Selainkoreksi yang tel"dapat pada penguk uran aktivitas kepi ng dankoreksi ekstrapolasi daya. juga diperhitungkan koreksikontribusi pengukuran selama reaktor di start-up.

ABSTRACT

Measur.ements of neutron flux density in irradiationpositions IPl CE-7) and IP2 CD-7) of the first core of G.A.Siwabessy reactor has been done with cobalt foil activationmethode. Neutron flux density has been measured at 3(three) different burnup stages Cat bank positions 292. 306and 322 mm) at about 2.5 MW: The indication of JKT 04 wascal i brated agai nst thermal power and this calibration 1inewas extrapolated to nominal power Cl0.7 MW). The resulting1'1ux densi ty for nominal power is between 3.96 x 1014 and5.25 x 1014 cm-2.s-~ Beside the corect~on coming from foilactivity measurements and power extrapolation. thecontribution due to start-up time were taken into account.

I. PENDAHULUAN

Pengukuran rapat fluks neutron merupakan salah satu

bagian dari serangkaian pengukuran yang harus dilakukan pada

suatu reaktor terlebih lagi pada reaktor yang baru dibangun

seperti Reakt.or Serba Guna G.A. Siwabessy.

184

Seperti dike-

185

"lahui reak"lor yang "lerlet.ak di kawasan PUSPlTEK Serpong i"lu

merupakan reakt.or risel berdaya linggi C30 MW) dan ber"lipe

uj i ma "leI'ial CMTR). Sebagai mana I'eak t.or penel it...ian pada RSG­

GAS neu"lron hasil fisi dimanfaatkan seoptimal mungkin unt...uk

penelit...ian dan produksi radio isot...op. RSG-GAS memungkin-

kan hal itu karena didisain unt...ukmenghasilkan berkas

neu"lron pad a posisi irradiasi pusal yang eukup besar yait...u14 -2 -1 (1)

sekit...ar4,2x10 em .s. Karena it...u,berapa besar rapat...

fluks neut...ronpada RSG-GAS merupakan suat...u pertanyaan yang

harus diberikan jawabannya berdasarkan pengukuran.

Untuk meneapai daya 30 MW, RSG-GAS dengan berbagai per­

timbangan terutama dari segi fisika teras, didisain t...eras­

teras pada operasi t...ransisiyang bert...ingkatmenurut... pert...am­

bahan jumlah bahan bakar dan daya nominal tiap teras ter-

sebul. Teras transisi ini t...erdiridari 6 Cenam) t...erasyaitu

"leras pert...amadengan jumlah bahan bakar 12 buah daya nominal

10,7 MW, teras kedua dengan 16 buah bahan bakar daya nominal

13,3 MW dan seterusnya hingga teras kerja atau teras setim­

bang dengan 40 buah bahan bakar daya nominal sebesar 30 Mw.

Meskipun demikian, dari segi t...ingkat rapat...fluks neutron

pada tiap-tiap teras t...ersebuldidisain sama besarnya. (1)

Pada makalah disajikan hasil pengukuran rapat fluks

neu"lron pada "leras per lama RSG-GAS. Pengukuran tersebut di-

lakukan pada posisi irradiasi IPl dan IP2 atau E-7 dan D-6

didalam t...erasClihat. gambaI' 1) yang memberikan hasil ant...ara14 14 -2 -1

3, 96 x 10 dan 5, 25 x 10 em. s

II. TEORI

Rapat fluks neutron dihitung melalui pengukuran akt...i­

vit...asgamma dari suatu euplikan yang t...elahdiiradiasi diukur

dengan det...ekt...orGe dan spekt.romet.er gamma. Spektrum gamma

dievaluasi dan dianalisis dengan bant...uan komput...er melalui

suat...u paket...program. Hasilnya adalah akt.ivi t...asspesifik

keping pada akhir irradiasi yang pada gilirannya dihit...ung

rapat...fluks neutron.

186

LIGHT -\VA TER -REFLECTOR

10 9 8 7 6 5 3 2

8E 1

BE '2

BE 3

BE (.

8E 5

BE 6

BE 7

8E 8000BE 98E 10BE 11- FE , I FE '2

-®

.---,BE 12

BE 13CE , CE '2BEll.(~S 1/- -_/~-

®IFE41FES r9BE15CE 3FE 3 FE 6BE16-

0"FE 7FEeFE 9I®FE 10

CE 1.8E 17 c9®

I-f9OE 18

CE SFE1'IFE1'2

CE 68E lr)8E 20- -e

BOl8E 22BE 23@8E21.BUSBE26BE 27<~

BERYLLIUM

BOS8E 29BUO8E31BE 32BE 33eC3£.80S8£36BE 37

BLOCK REFLECTOR K

J

H

G

F

E

o

C

B

A

IP1. IP2. Rll-RI3. = Dummy-Elements

~ Stopper-Element without Stopper

~ Stopper-Element with start-up SourceFE = Fuel ElementCE = Control-ElementBE = Beryllium-Reflector ElementRS = Rabbit system

Gambar 1.Konfigurasi teras pertama RSG G.A. Siwabessy

187

Rumus dasar yang di gunak an unt.uk penguk ur an ak t.ivi t.as

adal ah sebagai ber ikut.. Kepi ng yang di gunak an adal ah alloy

Co Al dengan per sent.ase Co sek it.ar 0.5 %. Apabi 1a j uml ahat-om Co-59 sebesar No dengan t.ampang 1int.ang akt.ivi las a.maka l~ju pembent.ukan isolop radioakt.if Co-50 (dN ) selamaiselang wakt.u irradiasi dl adalah

dN idt.-

= N a ¢ - A. No i(1)

dimana suku ·pert.ama ruas kanan persama.an (1) menyalakan

jumlah reaksi serapan neutron dan suku ke duanya menyalakan

neulr on dan A.

Dengan menginlegrasi-

¢ 1'1uksDi si ni

selelah wakluN 1

reaksi peluruhan isolop N .iadalah konst.ant.a peluruhan isot.op N .

~ ikan persamaan (1). diperoleh jumlah isotop

irradiasi t. sebesari

N Ct. )i i=

N a ¢o (2)

Akt.ivit.as keping set.elah waklu iradiasi t. sebesari

AC t. ) = A. N (t. )i i i

(3)

Secara praktis t.idak mungkin dilakukan pencacahan sesaal

selelah ak hi r irradiasi. maka diperlukan waklu unluk pe-

nanganan dan persiapan pencacahan

kian akt.ivit.as yang t.erukur sebesar

sel ama t. .2

Dengan demi-

(4)

Dari akt.ivit.as keping yang t.erukur ini. fluks neut.ron dapal

dihit.ung berdasarkan persamaan (4). yait.u

188

M A

¢> =

0

p.L.aCl

-X t (5)

- e 1)

dengan A o

AC t .t )_ 1 2

£)\.te 2 dan efisiensi alat £ • j umlah

atom Co-59 N = ML dimana M adalah berat atom Co-59 dan Lo p.adalah bilangan Avogadro dan p adalah kandungan mass a Cobalt

di dalam alloy.

III. TATA KERJA DAN PERCOBAAN

A. Peralatan

Reaktor yang siap beroperasi

- Detektor Ge dan Dewar

- Sistem spektrometer gamma

- Komputer pribadi dan printer

- Paket program komputer pada hard-disk

- Detektor NaICT1) 3" x 3"

sel panas CHot cell)

B. Persiapan Irradiasi

Keping dan kawat Co dengan spesifikasi pada tabel Cl)

dipasang pada batang Ai yang didalamnya terdapat kawat

Co, dengan ketinggian sekitar 202 mm dari ujung bawah

Cposisi aksial yang diperkirakan untuk fluks maksimum)

Keping dan kawat tersebut dimasukkan ke dalam kelong­

song Al Cmirip elemen dummy) demikian sehingga posisi

keping pada garis diagonal kelongsong dan kawat Co ber­

ada pada titik sudutnya

Hal diatas dilakukan pada dua buah elemen irradiasi

- Kedua elemen irradiasi tersebut dimasukkan ke dalam

teras reaktor Creaktor dalam keadaan mati) pada posisi

£-7 dan D-6 sedemikian sehingga posisi keping berada

pada satu garis diagonal teras dari A-3 ke H-l0.

Tabel 1

189

Data keping dan kawat yang diirradiasi

_TenisKawatKeping

Kandungan

99.9133 Yo Co0.491Yo co99 •4108 Yo Al0.0982 lain-lain

Diameter

0.381mm 12.7 mm

Panjang'"640 mm

Tebal0.127 mm

C. Langkah selama Irradiasi

- Reaktor dihidupkan menuju daya 2.5 MW dengan peri ode

secepat mungkin

- Reaktor distabilkan pada daya tersebut selama 10 jam

Setelah 10 jam irradiasi. reaktor dimatikan dengan

jalan pancung Cdi scram)

- Pada langkah-langkah diatas. dicatat temperatur pend i­

ngin primer yang masuk dan keluar teras. posisi bank

dan reg. rod semen tara indikat.or _TKT04 dipantau dengan

reakt.ivitymeter

- Setelah 12 jam. lemen irradiasi dikeluarkan dari dalam

teras reaktor.

D. Pencacahan Keping

- Pencacahan dilakukan dengan MCA yang telah dikalibrasi

sebelumnya dan kemudian diana lis is dan dihitung besar

aktivitasnya dengan bantuan paket program SPECTRAN pada

komputer

- Dari hasil pengukuran aktivitas keping tersebut kemudi­

an dapat dihilung besarnya rapal rluks neutron lermal

dengan disertai beberapa koreksi.

E. Scanning Gamma Kawal Co

Tabung Al yang berisi kawat Co dipasang pada alal Scan­

ning gamma didalam sel panas CHol Cell)

190

Ala~ scanning gamma diprogram dan disambungkan MCA me­

lalui suatu antar muka (interface) khusus

Kawat Co ~iscanning melalui kolimator yang disusun di­

dalam sel panas

Hasil scanning sepanjang kawat Co berupa distribusi

laju cacah sepanjang kawat Co yang

teras secara aksial.

IV. HA.-qL OAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengukuran

berarti sepanjang

Hasil pengukuran aktivitas spesifik per gram keping

beserta kesalahannya dimuat didalam tabel (2). Sedangkan

hasil akhir rapat fluks neutron dimuat dalam tabel (3) dan

distribusi aksial fluks neutron pada posisi E-7 ditunjukkan

pada gambar (2) dan gambar (3) untuk posisi 0-6. Hasil

scanning kawat Co no. 11 menunjukkan ketidak beresan pada

hasil scanning. hal itu diperkirakan adanya kerusakan pada

kawat tersebut sehingga pada gambar (3) dapat dimuat gambar

hasil scanning kawat no 11 yang dilakukan pada tanggal

20-8-88.

B. Pembahasan

Rumusan dalam perhitungan rapat fluks neutron yang

diberikan oleh persamaan (5) untuk inti radioaktif yang

berumur panjang seperti Co-60 (sekitar 5.27 th). dapa~

disederhanakan menjadi

1> =M A o

()'. L. >\. -:- t. p(6)

dengan

A = aktivitas spesifik per gram pada akhir irradiasi.oM = berat atom Co-50

()' = tampang lintang aktivitas Co-59

L = bilangan avogadro

191

Tabel 2 . Hasil pengukuran akLiviLas keping

ir.Pos.dino.b~wakLu/kanalno.wakLuakLi.spesi-KeLeli-

no.LerasLangscanningkepingcacahfikC bq/g)Lian CX)

86

71,392.62xl0

E72360 s 871800s2 •82x1 071.39

882.45x1071,39

1 1812.44x1071.39

D61200 s1821800s2.73x1071,39

1832.39x1 071,39

83

71,401 •51xl0

E714:397 s841800s1.76x1071,40

85

71.401 •56xl 0

2 891.41x1071.40

D611170 s901800s1.75x1071.40

1....•....•1.47x1071,40I I~

331 )1.77x1071.67

E74170 s 341800s2.82x1071.39

352.67x1071.39

3 312)--

D65370 S1402 )1800s

--322}

--131

2.77x1071,39E7

13350 s1321800s3.06x1 071,39133

2.48x1071.394 187

2.47xl071,40D6

12170 s1881800s3.02x1 071.38189

71.392.38xl0

Keterangan 1. Keping dibungkus Cd2. Keping rusak

Tabel 3 Hasil rapaL fluks neuLron

Iradi asiyang ke1234

Daya CMW)

2.3172.2632.5322.532

FakLor

eksLrapo-lasi

ke 10.7 MW4.624.734.234.23

KeLeliLianekstrapolasi

0.350.360.320.32

.AXIAL FLUX DISTRIBUTIONAt posisition E7

Flux density [1E14]

.L_. Moas. 09.8.885.1

4.1

3.1

2.1

1. 1

2..__ Meas. 20.8.88

0.1o

..•..---.---'-100 150 200

-r----t-------t-250 300 3:50 400

Axial Position [mlm]

I460 :500 550

: ..

I

600 650

Gambar 2. DisLribusi fluks aksial posisi E7

i·

p('~~hijtjlf1iof foHs:" "-

.....•----~-.----~....-.--....~--.-~-_....-~-----~...-----~----..~----~.---~--.-L.......--.....- :...--

5.1

4.1

~J. 1

11. 1

AXIAL FLIJ)( EHS'''R'IBU-rI40INAt pos!:si tion DiS

Flux density [1E14]r------~-----_._., - __ ~ _:_--.-----,~-.------ _i . : " ... : : ; :

J " " .- [:==-~-~~~~~-09'8~88---I j.-./~~=-::::=:=t~:>~ .:::;. 13~::':':'J : •••... ~::.;.; .••• ~. ''' .• , ••••••• :

I ..•.,. "I' "',.,~.. >,~.,:.... "'~ .. 'j .,.1/:

J /{;;/}:>I 1 ..:.....~

I 2 'I-1....I

I-1. ..IIi

IiIi...

C~.1 -~---r-----+-----+-----+-----t------+-----I-------t-------+-------1----+-----r-o 50 -100 1:50 200 250 3010 3;f;0 400 460 500 550 600 650

Axial Po,sition [mm]

Gabmar 3. Distribusi fluks aksial posisi D6

194

A = konstanta peluruhan isotop Co-50

P = kandungan Co di dalam alloy Co-Al

t = waktu irradiasi

Karena waktu paro Co-50 relatif panjang maka peluruhan

salama irradiasi dan pengukuran aktivitas dapat diabaikan.

Sedangkan peluruhan antara akhir irradiasi dan awal

peneaeahan dihitung 01eh perangkat 1unak Canber ra (pr ogram

SPECTRAN-P) . Ketel itian penguk uran dihitung dengan metoda

akar dari penju~ahan kuadrat kelelitian-kelelitian relatif

tiap parameter. Berikut ini dimuat data-dala (parameter)

beserla keleliliannya masing-masing.

M = 58,93 gram/mol [3)

L=6,022 X 1023 l/mol [3)

3 ,150 x 10-2 3

2+/-5,0 X[3)C/ = em-3

5,0 X[2)P =4,910 x 10 +/-

m

=pada tabel2 +/-2,6 X

A

-~1/jam

= 1 ,500 x 10

Kelelitian aktivilas spesifik yang lerlera pada tabel

(2) dihilung oleh pakel program SPECTRAN-F yang dibuat oleh

Canberra Co. Perhilungan ketelitian tersebut dijelaskan pada

dokumentasi Canberra:4J Koreksi faklor serapan diri unluk

keping Co murni dengan kelebalan 0,1 mm sebesar O,912~~J

Karena pada keping yang digunakan kandungan Co hanya 0,491

X, maka faklor serapan diri lersebul dapal diabaikan. Korek­

si waklu slral-up dapal dilenlukan dengan anggapan bahwa

perioda slarl-up dibual konslan,

berikul

ls

dan dilurunkan sebagai

¢ T = ¢ /ao J exp Cl/D dlo

(7)

dengan

¢ = fluks pada akhir slarl-upoT = koreksi waklu

a = faklor reduksi unluk fluks pada lilik awal inler-

195

val waktu yang diperhitungkan

ts = waktu antara titik awal dan titik akhir start-up

T = perioda start-up reaktor

Perioda start-up reaktor dapat diperkirakan dari monitor

daya pada rekorder, dan

exp C ts/T) = a T = ts/ln a

dengan mengintegrasikan persamaan (7) dan dengan penyederha­

naan diperoleh koreksi waktu

T ~ T

Dari hasil pemantauan daya pada rekorder, T = 2,17

menit untuk tiap-tiap irradiasi, maka koreksi waktu ini

harus ditambahkan ke dalam waktu irradiasi. Sedangkan kete­

litian waktu irradiasi diambil' 1 menit yang merupakan

resolusi dari jam yang terdapat pada ruang kendali utama

RSG-GAS.

Pada irradiasi yang ketiga,

bungk us dengan Cadmi urn. Harga

sebesar

dipasang kepi ng yang

ratio Cd dan faktor

di ­Cd

= 15,16

= 0,936RcdFcd

Pengukuran ini dilakukan pada daya sekitar 2,5 MW.

Untuk mengetahui besar rapat fluks neutron pada daya nominal

Cl0,7 Mw) dilakukan ekstrapolasi dengan kalibrasi daya

termal yaitu

Daya termal

_T KT 04C A)

4,7 6,72 8,62 10,29

-69,4xl0

dengan deviasi standar s = 0,16 MW yang memberikan kesalah­

an sebesar 6 % untuk 'daya 2,5 MW dan kesalahan daya 10,7 MW

d' k' k 4 - 0 [6Jl. per l.ra an ,t5:Yo.

196

Oaya yang 'lerbaca pada moni'lor daya JKT 04 pada liap

irradiasi adalah pada label (3).

Oari serangkaian koreksi-koreksi yang dapal diperhi­

lungkan maka dapal diperoleh hasil seperli yang lerlera pada

label (3) dan dari hasil scanning gamma kawal Co yang dinor­

malisasikan lerhadap harga fluks neulron lermal hasil peng­

ukuran keping diperoleh dislribusi aksial pada posisi IPl

CE-7) dan IP2 CO-5) yang diperlihalkan pada gambar (2) dan

gambar (3).

V. KESI MPULAN

Hasil pengukuran rapal fluks neulron leras perlama

RSG-GAS~pada posisi IPl CE-7) dan IP2 CO-5) sebesar anlara14 14 -2-1

3.95 x 10 dan 5.25 x 10 cm.s sedangkan menurul perhi-

t.ungan

besar

harga rapal 1'1uks14 -1-24.2 x 10 cm, s •

neulron

dengan

pada posi si lersebul se­

demikian pengukuran ini

'lelah membuklikan hasil perhilungan lersebul,

ACUAN

1. BATAN REACTOR SUPPLY CONTRACT belween Republic of Indone­

sia aclingby and through Badan Tenaga Atom Nasional and

Interatom Inlernationale Alomreaklorbau GMBH

2. Documentali on of Reaclor Exper imenl Co. sesuai dengan

Cal. no. 380

3. Chart of Nuclides. Karlsruhe 1974

4. Documenlation of Camberra Co. on SPECTRAN-F

5. Neutron flux measuremenls. IAEA reporl St I/Doc/10/107.

Wien 1970

5. Interatom Evaluation Reporl no. 50. 155. 38. dated 28

Seplember 1988. "N-Flux Measurements".

197

TANYA JAWAB

1. RPH Ism:un toyo

Apakah peng~~uran dengan dibungkus Cd hanya satu kaii

saja ?

Kom.ent0.1"

Kaiau hasiinya akan digunakan sebagai pengukuran neutron

termaL, maka setiap posisi untuk tiap pengukuran harus

diRer ja.~an peneukuran tanpa dan dengan pembunghus Cd .

..}awaban

Yo., tapi pada posisi yang sama

dwT'JT'LYyang deha t dengan e ierF'ven

dan

bahar

ietaknya dipinggir

yang terdekat yang

diper.~irakan .~ontr ibus i neutron epiterm.ai dar~ ~,"eut ror~.

ce~~t Lebih besar dari pada ditengah dummy.

Terima kosih atas kom.entarnya.

2. Jupiter Sitorus

DaLam perala tan disebutkan m.emakai

dengan. dete.~tor ini

detehtor No.1 juga.

di la.~uhan? Dan

bagaimana hasi lnya Cseja1.1h.mana hesaiahannya_) ?Jawaban

Detektor No.1 dipakai untuk m.elakukan scanning gamma kawat

cobal t dan ha....sil ya.ng diperoleh hanya berupa distribusi

fiul'<.srelatip (profile~) secara aksiai sepanja.ne teras.

3. Abubakar R

a. Hengapa dilakukan pengukuran pada 2,5 HW ?b. A~~ benar yang diukur hanya neutron termai, mahon pen-

J'elasar~nya ~

Jau'O.ban

a. Bila daya reaktor sendiri tinggi maka peracunan Xe

semakin besar yang akan m.empengaruhi pengukuran fluks

CXe rnenyerap neutron':> dan bi la daya terLaLu renda.~

akan m.enimbuikan ketidak-pastian ekstrapoiosi ke daya

198

nominal. ap.an semap.in besar

b. Ya, karena detektor yane dieunakan adal.ah yane sensi­

tif terhadap neutron termal. dan dieunaP.an pembunekus

Cadmium untuk memperhitunekan kontribusi neutron epi-

termal. dan neutron cepat yane sebesar 7 %.

4. 5yarip

a. Heneapa dieunakan foil. cobal.t ? Fl.uks apa yane terukur

CApakah tidak l.ebihbaik jika dieunakan In atau Au) ?dis tr ibus inya menunju.~.~an..hartfa ma,~s

.Jawaban

a. Foil. cobal.t saneat baik untuk mengukur fl.uks neutron

yan8 berorde tineei C1014) disQN~ine itu waktu paruh-

ri'yarel.atif panjane untuk meredu.~i ket idak-past ian

peneukuran. Sedanekan In dan Au berumur pendek akan

saneat cocok untuk meneukur fl.uks berorde rendah

C 1012) dan di l.akukan pada fasi l.itas sis tem."Rabbi t".

b. Harea maks. distribusi fl.uks semakin bereeser keatas

untuk peneukuran berikutnya Cyane bel.akanean) karena

fraksi ba.~ar teras semakin besar sehineea posisi

batane kendal.i semakin tineei.

5. Edi Trijono

Peneukuran fl.uks neutron juea dil.akukan denean. detektor

kawat bahan cobal.t, peneukuran aktivitas dil.akukan denean

metoda scannine baeian demi baeian. Baeaimana cara mere­

duksi cacah backeround dari aktivitas baeian yane tak ter

scannine

.Jawaban

Scannine eamma kawat cobal.t dimaksudkan unt~~ memperol.eh

distribusi fl.uks rel.atif sepanjane teras Caksial.) berupa

count rate dan harea absol.ut fl.uks neutron diperol.eh dari

timbal. didal.am sel. panas Chot

peneukuran kepine cobal.t.

eround dieunakan kol.imator

cel.l.)

Untuk mereduksi cacal'/..back-