PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLffi

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 26 Agustus Z008

PENINGKATAN FLUKS GENERATOR NEUTRON SAMES J-25PTAPB-BATAN

Agus Tri Purwanto, SurajiPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Badan Tenaga Nuklir Nasional

ABSTRAK

PENINGKATAN FLUKS GENERATOR NEUTRON SAMES J-25 PTAPB-BATAN.Telah dilakukan peningkatan fluks generator neutron SAMES J-25 125 keV/ 2 mA,dengan cara mengganti target tritium dan penambahan gas deuterium. Sistem targetgenerator neutron dibuka, dibersihkan dalam glow box untuk menghindarikontaminasi, kemudian dipasang tritium target yang baru pada sistem target generatorneutron. Pengisian gas deuterium dilakukan dengan cara reservoir gas padagenerator neutron divakumkan terlebih dahulu untuk menjaga kemumian gas hinggakevakuman 10-3 mbar kemudian gas deuterium diisikan dengan tekanan 2 bar.Setelah pemasangan tritium dan pengisian gas deuterium selesai, sistem generatorneutron divakumkan hingga mencapai 1(J5 mbar. Dari pengukuran fluks neutron yangtelah dilakukan, diperoleh peningkatan fluks neutron dari ± 1ct n/cm2.detik menjadi ±1(/ n/cm2.detik.Kata kunc; : tritium, deuterium, fluks neutron, generetor neutron

ABSTRACT

THE INCREMENT OF NEUTRON FLUX FOR PTAPB-BATAN J-25 SAMESNEUTRON GENERATOR. The increment of neutron flux for 125 keV /2 mA J-25SAMES neutron generator has been done. It was done with changed tritium target andadded deuterium gas. The system of neutron generator target was opened, cleaned inglow box to avoided contamination. The new tritium target was set in neutrongenerator vacuum system. The impregnation of deuterium gas was done withvacuumed gas reservoir of neutron generator to kept its purity until 10-3 mbar anddeuterium gas was filled 2 bar. After this process finished, neutron generator systemwas vacuumed until 10-5 mbar. From the measurement of neutron flux was obtainedincrement of neutron flux from ± 1ct n/cm2.second to ± 1cf n/cm2.second.Key words: tritium, deutrium, neutron flux, neutron generator

PENDAHULUAN

Dengan berkembangnya ilmu dan teknologi,neutron tidak saja diperoleh dari reaktor nuklirnamun dapat juga diperoleh dari peralatanakselerator partikel bermuatan, yaitu akseleratorgenerator neutron. Akselator generator neutronmerupakan suatu alat yang dapat memproduksineutron cepat melalui reaksi fusi deU/ron (D)dengan tritium (T) atau reaksi JH(d,nl He. Energineutron yang dibangkitkan dari akseleratorgenerator neutron berenergi tunggal denganEn=14,5 MeV (I).

Generator neutron berfungsi sebagaiperalatan analisis yang handal dengan metode

AANC (Analisis Aktivasi Neutron Cepat) dimanaselama ini digunakan untuk pengukuran data nuklir,analisis unsur dan analisis pencemaran lingkunganbaik dalam bent uk padat, cair, maupun gas.

Untuk menjaga kinerja peralatan supaya

dapat beroperasi secara optimum maka diperlukanperawatan secara rutin. Bagian-bagian yang perlumendapatkan perawatan adalah : sumber ion, sistem

pemercepat, sistem vakum, sistem optik, sistemtarget, dan sistem penunjang. Semua perangkattersebut harus mendapat perhatian perawatan yangmemadai agar masing-masing dapat memberikankinerja yang optimal.

306 ISSN 1410 - 8178 Agus Tri Purwanto, dkk.

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

8. Landasan

9. Pegangan terisolasi

13. Lensa kuadrupol14. Target

TEORI

Secara garis besar bagian-bagian pokokgenerator neutron adalah(2).I. Sumbel' Ion

Sumber ion adalah bagian yang berfungsi untukmenghasilkan ion-ion deutron dari gasdeuterium yang berada di dalam sumber ion.Sumbel' ion yang dipakai adalah tipe RF (radio

frequency) yang mempunyai prinsip kerjasederhana. lonisasi gas deuterium olehgelombang elektromagnet dari osilator frekuensitinggi melalui kawat yang dililitkan pada tabunggelas berisi gas deuterium, menghasilkan ion­ion deutron.

2. Sumbel' Tegangan TinggiSumbel' tegangan tinggi berfungsi untukmenghasilkan tegangan tinggi searah (DC).Sumbel' tegangan tinggi yang digunakan padagenerator neutron adalah sumber tegangantinggi jenis FeUci.

3. Sistem Lensa PemfokusLensa pemfokus berfungsi untuk memfokuskanberkas ion deutron yang keluar dari sumber ion.Berkas ion yang keluar dari sumber ioncenderung menyebar akibat gaya tolak-menolakantara ion-ion itu sendiri. Oleh sebab itu perludifokuskan terlebih dahulu sebelum mencapaitabung pemercepat.

4. Tabung PemercepatTabung pemercepat berfungsi untukmempercepat ion-ion deutron yang keluar darisumber ion hingga mencapai energi di atas 100keY. Tabung pemercepat ini terdiri daribeberapa elektroda yang diberi tegangan tinggidari sumber tegangan tinggi melalui pembagitegangan (voltage divider), sehingga antarelektroda-elektroda tersebut terjadi gradienpotensial yang memberikan percepatan padaion-ion deutron.

5. Lensa KuadrupolLensa kuadrupol terletak di belakang tabungpemercepat. Lensa kuadrupol ini berfungsiuntuk memfokuskan ion-ion yang keluar daritabung pemercepat menuju target tritium. Lensaini terdiri dari 2 elemen yang masing-masingberupa susunan 4 bucl1 elektroda secarakuadrupol.

6. Inti TargetInti target adalah bahan yang diharapkan dapatmenghasilkan neutron dengan tluks yang tinggipada saat berinteraksi dengan deutron. Inti targetjuga harus mempunyai umur paro yang panjang,kelimpahan neutron yang tinggi dan tidakmenyerap neutron. Pada generator neutronSames J-25 yang digunakan sebagai targetadalah tritium yang dideposisikan pada tembagasebagai target perantara. Target tritium yang

10. Sumber teganganterisolasi

11. Pompa difusi12. Pompa rotary

GambaI' I. Skema generator neutron Sames TypeJ-25-150keY /2mA

Keterangan gambar :1. Sumbel' tegangan

tinggi2. Sumber tegangan

pemfokus3. Sumber tegangan

ekstraktor4. Sumbc~rtegangan RF5. Sumb(~rtegangan

magnet6. Sumber ion tipe RF7. Tabung akselerator

I

Sistem Generator Neutron

Generator neutron adalah salah satu jenisakseleratol' partikel produksi neutron, yangdigunakan untuk menghasilkan neutron cepat.Neutron cepat ini dihasilkan oleh reaksi inti yangterjadi antara deutron (D) dengan tritium (T).GambaI' skema generator neutron SAMES J-25 150keY / 2 mA disajikan pada GambaI' I.

Peralatan generator neutron pada akhir­akhir ini produksi neutronnya menurun ditandaidengan sensitivitasnya menurun sehingga tidakmampu mengaktivasi unsur-unsur mikro yangterdapat dalam cuplikan. Fluks neutron yangdihasilkan hanya ± 104 n/cm2.detik, dan untukmeningkatkannya kembali diperlukan langkah­langkah perawatan untuk mencari penyebabterjadinya penurunan tluks neutron. Setelahdilakukan pengamatan dari komponen utama yangada, maka untuk meningkatkan tluks neutrondifokuskan pada penggantian tritium target karenasudah terlampaui jumlah jam pakainya danpenambahan gas deuterium, dua kompenen inisangat berpengaruh langsung dengan produksineutron yang dihasilkan.

Diharapkan peralatan generator neutrondapat menghasilkan tluks neutron yang cukuptinggi ± 108 n/cm2.detik. Dengan tluks neutron yangtinggi sensitivitas peralatan akan meningkat danmampu mengaktivasi unsur-unsur mikro yangterdapat dalam cuplikan yang akan diamati.

Agus Tri Purwanto, dkk. ISSN 1410 - 8178 307

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

(2)

ditembak oleh ion-ion deutron berbentuk

padatan.7. Sistem vakum

Sistem vakum pada generator neutron mutlakdiperlukan, yaitu untuk mencegah atau palingtidak memperkecil terjadinya tumbukan antaraion-ion positif yang dihasilkan sumber iondengan atom-atom gas sisa pada generatorneutron. Jika terjadi tumbukan antara ion-iondeutron dengan atom-atom gas sisa, dapatterjadi ionisasi gas. Ion-ion negatifhasil ionisasigas tersebut akan bergerak berlawanan arahdengan deutron. Pompa vakum terdiri darisebuah pompa rotary dan pompa difusi atau

pompa turbo molekul. Tingkat kehampaan yan§dapat dicapai oleh pompa rotary mencapai 10'torr, dan pompa difusi atau pompa turbomolekul mencapai 10.6 torr. Kehampaan yangdiperlukan pada generator neutron minimal 10.5mbar.

8. Sistem KendaliGenerator neutron diletakkan pada ruang khususdengan ketebalan dinding sekitar 1 meter.Sistem kendali di luar ruang diperlukan untukmengoperasikan generator neutron secara aman.Sistem kendali berupa panel yang berfungsiuntuk memantau dan mengendalikan keIjagenerator neutron sesuai dengan kondisi operasiyang diinginkan. Sistem kendali dilengkapi jugadengan monitor, sehingga operator dapatmemonitor generator neutron dari ruang kendaliselama operasi berlangsung.

Cara Kerja Sistem Generator NeutronGas deutrium dialirkan ke sumber ion

untuk diionisasi dengan medan RF, ion-ion yangdibangkitkan didorong keluar dengan tenagapendorong dari tengangan ekstraktor keluar menujutabung akselerator untuk dipercepat dengantegangan tinggi pemercepat 110 keY. Dalamperjalanannya berkas ion cenderung menyebar yangakibatnya akan terjadi kehilangan berkas (beamloss), ini tidak diinginkan maka berkas ion tersebutdifokuskan dengan lensa kuadrupol listrik.Kemudian berkas ion deuteron ditumbukkan padatarget tritium, sehingga terjadi interaksi antara Ddan T yang menghasilkan neutron cepat melaluireaksi T(d,nfHe atau 3H+2H-+4He+n. Neutron yangdihasilkan dari reaksi tersebut dimanfaatkan untukiradiasi bahan atau cuplikan.

Pengukuran Fluks Neutron

Teknik pengukuran fluks neutron dilakukandengan metode aktivasi, yaitu dengan mengaktivasisampel standar. Inti atom unsur yang diaktivasiakan menangkap neutron dan berubah menjadiradioaktif dengan memancarkan sinar y. Sinar y

yang dipancarkan kemudian dicacah denganspektrometer gamma untuk diketahui cacahnya.

Jumlah cacah kejadian peluruhan selamawaktu untuk pencacahan (~) adalah(3):

C=J1e kA e-A1dt1=0 d

C = k ~()N (1- e-AIa)e -Atd (1- e -Ate) (1)Ie

Dengan :k = E Y dengan E = efisiensi pencacahanY = prosentasi peluruhan gamma (gamma yield)

Jumlah nuklida sasaran dapat dihitungdengan kesetaraan mol:

N mNA=--8SA

Dengan :m = massa cuplikanNA = bilangan AvogadroSA= berat atom unsur cuplikana = kelimpahan relatifisotop cuplikan

Dengan demikian persamaan (1) menjadi :

C mN A ~()EY (1 -Ala) -Aid (1 -Ate)=--8-- -e e -eBA A

Dengan :~ = fluks neutron, () = tampang lintang reaksi}. = ketetapan peluruhan, td= waktu tundato= waktu yang diperlukan untuk iradiasite= waktu yang diperlukan untuk pencacahan

Persamaan (2) tersebut sebagai dasar danpersamaan akhir analisis aktivasi.

TATA KERJA

Peralatan dan Bahan

Tritium target, gas deuterium, regulatorgas, sistem vakum, glow box, tool set.

Langkah kerja :

I. Mengganti tritium targeta. Mengisolasi sistem vakumb. Melepas sanbungan sistem pendinginc. Melepas sambungan sistem pneumatikd. Melepas bagian-bagian pemegang tritium

targete. Melepas tritium targetf. Membersihkan.bagian-bagian pemegang

tritium targetg. Memasang tritium target baruh. Mengintalasi kembali pemegang tritium

targeti. Menguji vakum sistem generator neutron

2. Pengisian gas deuteriuma. Melepas sambungan gasb. Melepas sumber daya paladiumc. Memasang manometer gas

308 ISSN 1410-8178 Agus Tri Purwanto, dkk.

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

d. Memvakumkan reservoir gase. Pengisian gas ke dalam reservoir gasf. Mengintalasi kembali ke sistem sumber ion

3. Mengukur fluks neutrona. Mengaktivasi sampel standartb. Meneaeahe. Menghitung tluks neutron

HASIL DAN PEMBAHASAN

Mengganti tritium target

Dalam pelaksanaan penggantian tritiumtarget agar sistem vakum tidak terganggu seearatotal dan pompa vakum tetap dapat beroperasi makakatup isolasi antara target dan sistem vakumditutup. Sistem target dibuka dan dibersihkanbagian-bagian yang kotor dengan alkohol kemudiandikeringkan dengan pemanas tujuannya agar gas­gas yang terdapat dalam komponen sestem targetdapat menguap, sehingga tidak terjadi out-gassingpada sistem vakum pada level vakum tinggi. Targettritium yang baru disiapkan untuk dipasang padasistem target dan dikerjakan dalam glow-box untukmenghindari kontaminasi Iingkungan. Sistem targetdisajikan pada Gambar 2.

Gambar 3. Proses pengisian gas deuterium

Uji coba vakum

Setelah proses penggantian target tritiumdan pengisian gas deuterium selesai, dieek apakahsambungan-sambungan atau baut-baut pengikattelah terpasang dengan baik. Kemudian sistemvakum dijalankan untuk memvakumkan sistemsecara keseluruhan dengan menggunakan pomparotari untuk tingkat kevakuman rendah dan pompadifusi untuk tingkat kevakuman tinggi. Daripercobaan yang dilakukan untuk pompa rotaridisajikan pada Tabel I, dan pompa difusi padaTabel 2.

Tabel I. Tingkat kevakuman vspemompaan pompa rotari

waktu

No. Waktu pemvakumanKevakuman (mbar)

I.

10 menit 5 x tO'l

2.

20 menit 8 x 10'2

3.

30 menit 6 x 10'2

4.

40 menit 5 x IO'J

5.

50 menit 4 x lO,j

6.

60 menit 2 x IO'J

Tabel 2. Tingkat kevakuman vspemompaan pompa difusi

waktu

Gambar 2. Sistem target generator neutron SamesType J-25-150 keY / 2 mA

Pengisisan gas deuteriumGas deuterium merupakan masukan pada

sumber ion untuk diionisasi" dimana keeukupan gaspada reservoir sangat menentukan hasil ionisasiyang sedang berlangsung. Kekurangan gas ditandaidengan nyala sinar yang tidak terang pada tabungionisasi, dan berdampak pada arus ion deutron yangkeeil, sehingga reaksi D - T tidak optimal. Dalampelaksanaan pengisian gas terlebih dahulu melepassaluran gas masuk ke sumber ion kemudiandipasang ke saluran pompa vakum untukmemvakumkan gas reservoir, setelah tereapaikevakuman 10-3 torr saluran ditutup. Regulator gasdibuka untuk memasukkan gas. Proses pengisiangas deuterium disajikan pada Gambar 3.

No. Waktu pemvakumanKevakuman (mbar)I.

30 menit I x IO'J

2.

60 menit 2 x 103.

90 menit 4 x 10'~

4.

120 menit 3 x IO'~

5.

150 menit 2 x 10'>

6.

180 menit I x 10'5

Hasil pengujian yang diperolehmenunjukkan bahwa sistem vakum generatorneutron telah terpasang dengan baik dan tidakbocor. Waktu yang dibutuhkan untuk vakum rendahdikatakan baik jika dalam waktu kurang dan I jampompa rotary mampu meneapai orde 10'3 mbar,sedangkan untuk vakum tinggi pompa difusimampu meneapai tingkat kevakuman orde 10'5mbar atau lebih dalam waktu 2 - 3 jam setelahkeadaan vakum rendah tercapai (orde ± 10-3 mbar).

Agus Tri Purwanto, dkk. ISSN 1410 - 8178 309

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLffi

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Pengukuran fluks neutronSetelah tercapai tingkat kevakuman yang

dipersyaratkan maka generator neutron dapatdioperasikan yaitu pada orde JO-5 mbar, untukdilakukan pengukuran fluks neutronnya. Metodeyang dilakukan adalah metode pengukuran taklangsung yaitu dengan cara mengaktivasi sampelstandar alumuniun selama 30 men it, kemudiansampel dicacah selama 2 menit dengan peralatanspektrometer gamma. Dengan menggunakanpersamaan 2, maka tluks neutron generator neutrondapat dihitung. Hasil pengukuran tluks neutrondisajikan pada tabel 3.

Tabel 3. Hasil pengukuran tluks neutron

No. Cacah (detik)Fluks neutron (neutron/cm2

detik)I.9990 3,008 x 108

2.

9795 3,008 x J08

3.

9875 3,008 x J08

Dari hasil pengukuran fluks neutron yangdiperoleh menunjukkan bahwa fluks generatorneutron mengalami peningkatan dari semula orde104 neutron/cm2 detik menjadi 108 Neutron/cm2detik. Data ini menunjukkan bahwa sensitivitasperalatan meningkat, sehingga akan mampumengaktivasi kandungan unsur dalam cuplikanyang relatif sedikit.

KESIMPULAN

Dari data pengukuran tluks neutron yangdiperoleh maka dapat disimpulkan bahwa generator

neutron dalam kondisi baik dan layak digunakanuntuk keperluan analisis aktivasi neutron cepat.

DAFT AR PUST AKA

I. SUNARDI, ST, 2007. Petunjuk PraktikumGenerator Neutron, Yogyakarta: PTAPBBATAN.

2. DJOKO S.P, 1994. Petunjuk PraktikumAktivasi Neutron Cepat, Yogyakarta : BidangFisika Nuklir dan Atom Pusat Penelitian Nuklir

Yogyakarta.3. DARSONO, 1998. Generator Neutron dan

Aplikasinya. Diklat Pengenalan dan AplikasiAkselerator, Pusdiklat-Batan, Yogyakarta.

TANYA JAWAB

Sukarsono~ Bagaimana teknik pemasangan tritIUm,

mengingat tritium merupakan pemancar 13?

Agus T.P~ Pemasangan target tritium dilakukan selain

dengan pakaian kerja (masker, sarung tangan,jas lab, dll) juga dilakukan dengan secepatmungkin dilakukan bersama dengan petugasproteksi radiasi.

310 ISSN 1410 - 8178 Agus Tri PUlwanto, dkk.