p~ ~ N~ H t N~ J ~ X K.. 3. fSSN 1410-/~g~

:!:!:,,:::'1

PERKEMBANGAN TERAKHIR FASILITAS HAMBURAN NEUTRON

AbarrulIkram

Puslitbang Iptek Bahan -BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang

ABSTRAK

PERKEMBANGAN TERAKHIR FASILITAS HAMBURAN NEUTRON. Telah dilakukan berbagai usaha untuk meningkatkan kinerjaperalatan hamburan neutron di Serpong. Dalam makalah ini dibahas fasilitas hamburan neutron yang ada di Serpong termasuk reaktor serna gunaGA Siwabessy. kondisi dan keadaannya dalam satu tahun terakhir. Beberapa aktifitas penting pada setiap peralatan juga disajikan, terutama yangberkaitan dengan penggantian kolimator 3 HRPD dan pengujian difraktometer untuk tegangan sisa dengan sebuah cuplikan standar.

ABSTRACT

LATEST DEVELOPMENT ON THE NEUTRON SCATTERING FASILITIES. Some improvements have been done to improvepeformances of the neutron scattering instruments in Serpong. This paper presents the fasilities including its research reactor, their conditions andstatus in the past one year period. Some crucial activities are also presented especially the ones related to the replacement of HRPD thirdcollimators and the investigation of standard sample using diffractometer for residual stress measurements.

PENDAHULUAN

Sejak Indonesia memiliki reaktor riset pertamadi Bandung pacta awal tabun 60an, salah satu usahapemanfaatannya adalah untuk penelitian bahan denganteknik hamburan neutron. Dalam 10 tabun terakhir,keberadaan reaktor riset terbesar di Indonesia, RSG-GASdi Serpong, telah dimanfaatkan untuk berbagai kegiatanpenelitian. Berkas neutron yang dihasilkan di terasnyadaD disalurkan lewat empat daTi enam tabung berkasdigunakan untuk penelitian bahan dengan teknikhamburan neutron. Fasilitas hamburan neutron yang actadi P31B (dulu PPSM), BAT AN tersebut disajikan pactagambar 1 dengan perincian peralatan disajikan pacta tabel

Sebagai pengguna neutron dari reaktor, fasilitasini sangat bergantung pada operasi reaktor tersebut.Sejak diresmikannya, operasi reaktor ini selalu berubah-ubah, baik durasi maupun dayanya, sesuai dengankondisi reaktor itu sendiri, apalagi pada saat suasanaperekonomian kurang cerah seperti tiga tabun terakhirini. Hal ini sangat mempengaruhi kinerja dari fasilitashamburan neutron, apalagi ketika beberapa peralatan darifasilitas itu sendiri mengalami hambatan secaraelektronik maupun mekanik. Tabel 2 merangkum secaraurn urn rnoda operasi RSG-GAS dalarn beberapa tahun

terakhir.

berfungsi dengan baik dan optimal sehingga pacta saat itubelum acta kemantapan dalam moda operasi reaktormaupun dayanya. Hal ini tentu saja dapat dipahamimengingat pacta saat itu banyak sekali komponen danfasilitas iradiasi yang harus diuji dengan berbagai kondisioperasi reaktor. Oleh karena itu, fasilitas hamburanneutron yang telah diresmikan sejak Agustus 1992 belumdapat menunjukkan kinerja yang maksimal meskipunkondisinya masih baru dan sebenarnya bisaberproduktifitas tinggi. Setelah tahun 1995, reaktorberoperasi dengan lebih mantap, bahkan pacta tahun 1997berhasil mencapai batas psikologis 5000 jam operasisetahun. Pacta saat itu dicanangkan untuk lebihmeningkatkan dayanya sehingga dapat memberikanproduktifitas yang lebih tinggi baik untuk produksiradioisotop maupun untuk kegiatan penelitian lainnyatermasuk dengan teknik hamburan neutron. Tapi sepertitampak dalam label 2, krisis yang melanda negara kitamenentukan lain.

Dalam suasana ekonomi yang kurang baik ini,sejak tiga tahun lalu daya operasi reaktor diturunkan dari25MW menjadi 15MW, meskipun disain dari terasnyadipersiapkan untuk operasi dengan daya 30MW. Hal initentu saja menurunkan intensitas neutron yang sampaipacta fasilitas hamburan neutron. Meskipun demikian,perubahan moda operasinya menjadi 12 -9 (12 harioperasi dan 9 hari off> telah memberikan kesempatan

Sebelum tahun 1995, banyak sekali pekerjaanyang masih hams dilaksanakan agar reaktor dapat

~I 2g J~ 2000

P"'~1~F~H t.."..,..N~A(.,..,...l fA

lebih banyak dan temyata cukup efektif untuk kegiatanpenelitian dengan fasilitas harnburan neutron. Kinerjaperalatan hamburan neutron dengan moda dan dayaoperasi seperti itu telah karni sajikan dalarn Seminar inidua tahun lalu [I]. Pada saat itu secara umum tidak adamasalah yang cukup berarti selain diperlukannya waktu

eksperimen yang lebih larna untuk mendapatkan statistikyang sarna. Pada HRPD terjadi peningkatan latarbelakang meskipun tidak banyak mengganggu puncak-puncak dari pola difraksi yang dihasilkannya. Mulaitahun lalu, akibat keterbatasan yang masih mencekik,mod a operasi diperlonggar lagi menjadi 12 -16 (12 harioperasi dan 16 hari o.fJ) sehingga praktis reaktor terse butberoperasi bulanan dengan lama operasi hanya 12 haridan dengan daya operasi tetap 15MW. Berkurangnyajumlah hari operasi rata-rata per bulan ini tentu saja

mengurangi kesempatan pelaksanaan kegiatan penelitiandengan hamburan neutron.

KINERJA PERALA TAN HAMBURAN NEUTRON

Dengan keadaan operasi reaktor seperti itu,tentu saja kegiatan penelitian dengan hamburan neutronmengalami sedikit gangguan sehingga perlu dilakukanusaha untuk meningkatkan efektifitas pendayagunaanperalatan. Dalam makalah ini disajikan kondisi masing-masing peralatan berikut usaha yang telah daD sedangdilakukan serta unjuk kerjanya.

Gambar 1. Tata letak peralatan hamburan neutron di

XHR dan NGH

Difraktometer Neutron, DN-l MDifraktometer ini didedikasikan untuk penelitian

tegangan sisa yang ada dalarn bahan. Dalam setahunterakhir ini telah dilakukan penge-set-an kembali seluruhbaglan difraktometer ini mulai dari kolimator pertama,kedua lalu pengaturan monokhromator kristal tunggalSilikon yang disusun, dilengkungkan daD difokuskan.Selanjutnya detektor satu dimensi diganti dengandetektor Dol dimensi seperti pada setting awaldifraktometer ini 13 tahun yang lalu.

Untuk melihat kinerja difraktometer ini setelahdilakukan penge-set-an ulang tadi maka dilakukanpengukuran cuplikan "standar" dengan bantuan JAERl.Gambar 2 menampilkan hasil pengukuran terse butberupa pola difraksi dari bahan A6063 yang dijadikanstandar pengukuran. Secara kualitatif, pola ini telahmenunjukkan bahwa setting DN-I M saat ini sudah cukupbaik. Meskipun pengujian terhadap stress yang adadalarn bahan belum memuaskan hasilnya, pembandingandengan peralatan yang sarna dari laboratorium lain akanmenentukan tingkat keandalan peralatan ini di petadunia.

A606:3000

2500

~ 2000

1500

<.) 1000

500

045 55 65 75 85 95

Sudur rQ

Gambar 2. Pola difraksi cuplikan A6063

Tabel 2. Daya dan Moda OperasiReaktor Serba Guna -GA Siwabessy

TAHUN DAY A MODAANGGARAN OPERAS I OPERASI

Sebelum 1995 Berubah-ubah Tidak tentu1995/1996 < 22 MW Tidak tentu

1996/1997 <25MW 5-7

1997/1998 25 MW 5 -71998/1999 15MW 12-9

1999/2000 15 MW 12-16

2000 15 MW 12 -16

Four Circle Diffractometer/Texture Diffractometer(FCD/TD), DN-2

Difraktometer ini mengalami kemacetan sejakOktober 1998 akibat komputer yang mengontrolnya tidakdapat diinisialisasi. Dalam setahun terakhir telahdilakukan usaha untuk mencari sistem kendali altematifyang dapat menggantikan sistem yang ada. Pada tahunanggaran 2000 ini dengan bantuan Dr. Daniel Kumia dariFisika ITB akan dilakukan penggantian sistem kendalitersebut dengan mikrokontroler yang akan dibuat sendiri

~

~, 2g J~ 2000

p~~ T~ F~ H~ N£IM-A~'~

sehingga kebergantungan terhadap komponen maupunexperties asing dapat diminimalkan.

Fasilitas Radiografi Neutron, RN-1Tidak banyak yang dapat dilakukan saat ini

untuk meningkatkan kinerja fasilitas radiografi neutronini mengingat segala sesuatunya telah dilakukan secaramaksimal pacta bagian di luar inner collimator, sehinggapengambilan data maupun pengolahannya telahmenggunakan sistem mutakhir yang dapat melakukantomografi maupun real time measurements. Masalahhomogenitas dan resolusi yang rendah hanya dapatdiatasi hila inner collimator diganti dengan yang baruyang memiliki LID ratio yang lebih baik. Selain mahal,hal ini juga membutuhkan perhitungan dan pengerjaanyang teliti, serius. terencana dan terkoordinasi.

Difraktometer Neutron Reso/usi Tinggi (HRPD), DN-3Difraktometer ini merupakan yang terbaik

kondisinya dan memberikan hasil pengukuran yangmemadai sehingga paling banyak pula digunakan.Meskipun demikian, masih banyak ruang untukmeningkatkan kinerjanya, antara lain denganmemperbaiki sistem elektronik detektomya, menggantikolimator bahkan mengganti sistem kontrol daD

komputemya.Mengingat kondisi perekonomian kita yang

belum membaik, maka dipikirkan berbagai usaha yangtidak memerlukan biaya besar. Dengan bantuan JAERI,telah dilakukan penggantian kolimator 3 daTi 10 menitmenjadi 6 menit. Gambar 3 menampilkan pola difraksicuplikan standar TiOz sebelum daD sesudah kolimator 3diganti. Tampak bahwa tidak banyak yang dapatdiperoleh dengan penggantian kolimator 3 tanpa diikutioleh penggantian yang lain. Selain intensitas tiap puncakmenurun, ketelitian tidak bertambah baik. Dari hasilrefinement kekedua pola tersebut didapat bahwapenggunaan kolimator 10 menit masih memberikanharga kesesuaian yang jauh lebih baik. Meskipundemikian, mengingat sulitnya mengganti kolimator danresiko yang harus dihadapi, untuk saat ini kolimator 3HRPD dipertahankan menggunakan yang 6 menit. Dariberbagai analisa dalam tiga tahun terakhir ini, perbaikanterhadap elektronik setelah detektor akan jauh lebihefektif untuk meningkatkan kinerja HRPD. Hal ini akandilakukan pacta waktunya nanti mengingat diperlukannyaexperties daD dana yang tidak sedikit.

Triple Axis Spectrometer (TAS), SN-ISpektrometer ini mengalami hambatan sejak

kurang lebih 5 tahun yang lalu. Berbagai usaha telahdilakukan berdasarkan berbagai hipotesa dan analisatentang sebab musabab kemsakannya. Saat ini telahditetapkan bahwa akan dilakukan penggantian sistemkendalinya dengan sistem yang sedang diterapkan padaFCD/TD jika memang berhasil dan memungkinkan baikdari segi hardware, software maupun biayanya.

Small Angle Neutron Scattering (SANS) Spectrometer,SN-2

Peralatan ini memiliki banyak sekali komponenyang karenanya juga memiliki banyak titik kritis biladikaitkan dengan kerusakan yang mungkin terjadi. Saatini mechanical velocity selector yang berfungsimenseleksi panjang gelombang neutron yang akandigunakan beracl.a dalam kondisi yang sangatmengkhawatirkan mengingat selang udara dan sistemkontrolnya sudah sangat usang dan rentan terhadapkerusakan/kemacetan. Sementara itu sistem kolimatoryang ada juga tidak memberikan hasil seperti yang

diharapkan.Meskipun demikian telah dilakukan berbagai

usaha untuk mendayagunakan spektrometer ini,

diantaranya dengan mengkalibrasinya dengan berbagaicuplikan standar. Gambar 4 menyajikan hasil pengukurancuplikan standar PS-PEP, polystyrene-block-poly( ethylene-alt-propylene). Meskipun belummemuaskan, tampilan hasilpengukuran tersebut telahmenunjukkan adanya puncak-puncak yang dihasilkanoleh struktur mikro yang acta dalam cuplikan standarterse but. Posisi, intensitas dan bentuk puncak tersebuttelah menunjukkan kepekaan spektrometer ini terhadapkeberadaan struktur mikro yang ada dalam cuplikan. Darigambar tersebut masih banyak yang harus dilakukanuntuk meningkatkan presisi dari hasil pengamatan.Persoalan serius yang dihadapi oleh spektrometer iniadalah munculnya puncak aneh ketika tabung pemandupada sistem kolimatomya digantikan dengan tabungpenyerap neutron yang seharusnya malah meningkatkankolimasi pacta berkas neutron yang datang pacta cuplikan.Analisa terhadap kemungkinan kesalahan pada sistemkolimator tersebut sedang dilaksanakan dan diharapkan

3000

2500

~ 2000.cro 1500()ro

() 1000

500

tio_10

--k.;d=UJ60 80 100 120 140 160

Sudut 2 Theta0 20 40

Gambar 3. Pola difraksi sample standar TiO2sebelum dan sesudah kolimator 3 diganti

~, 2~ J~ 200012

Pl.o~ T~ F~ H~ N~A ~ I A

dapat memberikan kesimpulan yang bermanfaat bagikinerja spektrometer ini.

KESIMPULAN

PS-PEP (TV)10000

-;- 1000~

100

10

0 0.05 o. 0.15 0.2 0.25 0.3

Q {nm-1}

Di tengah suasana perekonomian yang belummembaik ini, telah dilakukan berbagai usaha untukmeningkatkan keandalan daD kinerja perlatan hamburanneutron. Selain dengan usaha sendiri, bantuan JAERImasih berperan dalam usaha tersebut. Penggantian sistemkendali pada FCDfTD diharapkan berjalan lancarsehingga dapat diterapkan pada T AS tahun depan. Hal iniselain akan meningkatkan kemampuan SDM di Balai

Spektrornetri, juga mengurangi kebergantungan padaproduk rnaupun keahlian dari luar negri yang selama inisangat mernpengaruhi keadaan dan kemampuan peralatanhamburan neutron.

Dalam setahun terakhir ini tiga peralatan(FDC/TD, T AS daD Radiografi Neutron) belumrnenunjukkan kemajuan, sementara DN-IM telah di-setulang dengan basil yang meskipun belum memuaskantapi telah menunjukkan kemajuan, terutama dalampelak~anaannya dimana hampir seluruhnya dilakukanoleh SDM Balai Spektrornetri sendiri. SpektrometerSANS daD HRSANS telah banyak dieksplorasi, namunbasil yang rnemuaskan juga belurn tampak. Meskipundernikian berbagai aspek telah dapat dipelajari daDdiharapkan dapat bermanfaat untuk peningkatanselanjutnya. Sementara itu HRPD telah menunjukkanbasil yang meskipun tidak lebih baik dari sebelumnyatapi banyak memberikan kontribusi pada peningkatankemarnpuan SDM.

Dari kegiatan setahun terakhir ini diharapkankegiatan tahun ini akan lebih terarah dan jelas sehinggahasilnyapun dapat lebih maksimal.

Gambar 4. Hasil pengukuran cuplikan standar PS-PEPdengan Spektrometer SANS

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyampaikan rasa penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh star dan teknisi di OPT -BalaiSpektrometri, P3IB-BATAN yangtelah dengan sungguh-sungguh melakukan tugasnya masing-masing sehinggapeningkatan kemampuan Balai Spektrometri ini dapatmemberikan basil seperti sekarang. Penulis jugamengucapkan terima kasih kepada Yatno yang telahmembantu dalam pembuatan gambar dan grafik untukmakalah ini.

High Resolution SANS Spectrometer(HRSANS), SN-3Selain banyaknya komponen, spektrometer ini

merupakan yang paling rum it untuk dioperasikan. Hal ini

karena masing-masing komponen harus dikalibrasi dulu

satu persatu sebelum percobaan dapat dilakukan.Kesulitan makin bertambah karena hila terjadi putuslistrik, maka seluruh komponen spektrometer ini harus

dikalibrasi ulang. Saat ini sedang dilakukan usaha untukmengkalibrasi spektrometer ini dengan cuplikan standar

Sia2. Sementara itu ada komponen yang harus diperbaiki

dulu sebelum kalibrasi dapat dilaksanakan.

DAl'lARPUSTAKA

A. IKRAM, Pemberdayaan Fasi/itas HamburanNeutron BATAN-Serpong, Seminar NasionalHamburan Neutron dan Sinar X (1998), Serpong,

[1].

13~I 2g J~ 2000