rancang bangun bent monochromator untuk...

SEMINAR NASIONALSDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGY AKART A, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

RANCANG BANGUN BENT MONOCHROMATOR UNTUKPENINGKATAN INTENSITAS NEUTRON PADA SAMPEL HRPD

Herry Mugirahardjo, Trihardi Priyanto, M. Rifai Muslih , A. Ramadhani

[email protected] Bahan Industri Nuklir - BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong

ABSTRAK

RANCANG BANGUN BENT MONOCHROMATOR UNTUK PENINGKATAN INTENSITAS

NEUTRON PADA SAMPEL HRPD. Salah satu cara untuk meningkatkan fluks neutron pada posisi sampeladalah dengan memusatkan berkas neutron dari monokromator ke arah sampel. Dalam usahapengembangan peralatan HRPD, telah dilakukan rancang bangun bent monochromator untuk meningkatkanintensitas hamburan neutron pada sampel HRPD. Dalam rancang bangun bent monochromator inidigunakan lima buah kristal si/ikon dengan dimensi 100 X20 X5 (p x I x t) mm. Focusing berkas neutrondilakukan pada arah horisontal dan vertikal. Pengaturan focusing baik arah vertikal maupun horisontaldilakukan secara mekanis. Pengujian bent monochromator dilakukan menggunakan peralatan Triple AxisSpektrometer. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa bent monochromator dapat digunakan untukmeningkatkan intensitas berkas neutron pada sampel HRPD.

Kata kunci : bent monochromator, focusing

ABSTRACK

DESIGN AND CONSTRUCTION OF BENT MONOCHROMATOR TO INCREASE NEUTRON

INTENSITY A T THE HRPD. One posibi/ity to increase neutron flux at the sample position is by focusingneutron beam from the monochromator to sample In the HRPD a bent monochromator has been made hasmade to increase the intensity of neutron beam. The bent monochromator is design to use use five siliconClystals with the dimension of 100 (I) X20 (h) X5 (w) mm. The neutron beam isfocused on ed on horizontaland vertical directions. The vertical and horisontal focusing adjustment is carried out by means ofmechanical system. Bent monochromator has been tested using a Triple Axis Spektrometer. The resultshows that the bent monochromator has been succesfuly to increase the neutron intensity at the HRPDsamples position.

Key words: bent monochromator, focusing

1. PENDAHULUAN

Difraktometer neutron serbuk resolusi

tinggi ( HRPD-DN3 ) adalah peralatan yangberfungsi untuk mengetahui pola difraksi suatumaterial dengan teknik difraksi neutron. HRPDadalah salah satu difraktometer yang dimiliki olehPusat Teknologi Bahan lndustri Nuklir-BA TAN dandipasang di Balai Percobaan Hamburan NeutronGedung 40, dan pada saat ini merupakan peralatanyang paling sibuk melayani permintaan pengukuransampel, baik dari BAT AN maupun instansi luar.

Prinsip kerja HRPD adalah mendeteksihamburan neutron dari sam pel dengan 32 buahdetektor utama. Hamburan neutron dari sam pel

Heny Mugirahardjo dkk 605

berasal dari neutron monokromator. Neutron yangmasih bersifat polikromatis tersebut berasal darireaktor G.A Sywabessy. Oleh monokromator,neutron polikromatis diubah menjadi monokromatisdan diarahkan ke sampel. Oleh sampel neutron akandihamburkan dan ditangkap oleh multi detektorutama. Hamburan inilah yang akan membentuksuatu pola difraksi yang kemudian akan dianilisislebih lanjut. Prinsip kerja HRPD diperlihatkan padagambar 1.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

rangkaian RC yang berfungsi sebagai filter. Danlilitan primer trafo arus akan diinduksi ke lilitansekunder yang mempunyai perbandingan jumlahlilitan yang lebih banyak sehingga tegangan disekunder menjadi tinggi. Untuk menyalurkan daya,maka digunakan elektroda yang dapat mengeluarkanpercikan api.

4. PENGUJIAN ALAT

Setelah selesai dilakukan perakitan tercetaklayout PCB, pesawat diuji terlebih dahulu untukmendapatkan hasil yang dikehendaki.

SEMINAR NASIONAL

SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII


4. Kesalahan tidak terlalu mempengaruhikinerja alat.

5. KESIMPULAN

1. Telah di buat Pisau bedah listrik ,denganfrekuensi 450 KHz, daya 47,97 watt.

2. Telah di uji coba dengan menggunakan mediasahun sebagai tes kalibrasi dengan hasilkedalaman minimal Imm dan maksimal 2 mm

dengan pembanding radiotom 804

6. DAFT AR PUST AKA

•

•(I

I•

! -)j

sabun

•

Gambar 13 Cara Pemakaian Pisau Bedah Listrik

Langkah-Iangkah pengujian :

1. Siapkan sabun sebagai media pengujian.2. Pasang elektroda aktif dan elektroda netral.3. Pasang sabun diatas elektroda netral.4. Tekan tombol power sehingga indikator power

menyala.5. Tekanfoot switch dan gerakkan elektroda aktif

di atas media (sabun) sampai ada percikan api.6. Apabila dosisnya kurang, maka atur pengaturan

dosis dengan memutar saklar pengaturan dosis.

Dari hasil analisa data antara perhitungan teori danpraktek ada selisih perbedaan hal ini disebabkan :

1. Kesalahan manusia (human error),diantaranya adalah kesalahan pembacaanalat ukur, penyetelan yang tidak tepat danpemakaian instrumen yang tidak sesuai.

2. Kesalahan yang disebabkan olehkekurangan-kekurangan instrumen, sepertikerusakan atau adanya bagian-bagian yangaus dan pengaruh lingkungan terhadapperalatan atau pemakai.

3. Kesalahan yang disebabkan oleh perubahanspesifikasi dari komponen-komponen yangdipakai.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

•

•

•

•

•

•

•

•

•

604

Anonim, 1997 ,Operating Instruction AndOperating Manual Radiotom 804,JermanMalvino. 1996. Prinsip-Prinsip ElektronikaEdisi ke Tiga. Penerbit Erlangga.Cooper, David, William. 1993. lnstrumentasiElektronik dan Teknik Pengukuran. PenerbitErlangga.Carr,J., 1991 ,Introduction To BiomedicalEquipment Technology,2nd Edition,John WileyAnd Sons,New YorkCooglin R.F,1994, Penguat Operasional DanRangkaian Tterpadu Linier {Penerjemah Ir.Herman Widodo ),edisi II,PenerbitAirlangga,J akartaDepartemen Kesehatan 2002. PedomanPemeliharaan Electro Couter.

Fizgerald,A,E dan Gebriel A,1985,Dasar-DasarElektro Teknik {Penerjemah PanturSilaban),Edisi Kelima Jilid 2,PenerbitErlanggga,JakartaGolman,L, 1981 ,The Biomedical Laser,SpingerVerlag,New YorkIbrahim,K.F, 1991, Teknik Digital {PenerjemahIr.P .Insap Santosa,M.Sc),CetakanKedua,Penerbit Andi,Y ogyakartaHayt, H. William. 1996. Rangkaian Listrik.Penerbit ITB Bandung.Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan

Penerapannya. Penerbit ITB Bandung.Warsito,S, 1996, Kamus ElektronikaIndonesia,Edisi Yang Disempumakan,PenerbitPT Gramedia Pustaka Utama,JakartaWarsito,S,.1995, Vademekum Elektronika,EdisiKelima,Penerbit PT Gramedia PustakaUtama,J akarta

Joko Sunardi dkk

SEMINAR NASIONALSDM TEKNOLOGI NUKLIR VIIYOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

bagian depan bent monochromator

Hasil pengujian secara optik baik pengujianpertama maupun kedua, kelima cermin pada bentmonochromator sudah menghasilkan bayanganbenda yang lurus menyambung secara vertical.Demikian juga pengujian dengan cahaya matahari,kelima pantulan cahaya matahari sudahmenghasilkan berkas cahaya yang terpusat pada satuberkas.

bagian belakang bent monochromator

Setelah pengujian secara optik berhasildengan baik, maka dilanjutkan dengan pengujiansecara neutronik. Hasil pengujian secara neutronikdisarikan pada table 2. Kelima Kristal Silikon diberiregangan yang merupakan selisih antara besarregangan akhir dan besar regangan awal sebelumdilakukan pengencangan pada as pendorong Kristal.Besar nilai regangan masing-masing kristal berbeda,karena pemberian regangan berdasarkan perasaan,kemudian diukur. Perbedaan nilai 28 dan intensitasmaksimum yang dihasilkan antara kristal satudengan kristal yang lain kemungkinan dapatdisebabkan oleh kesalahan pada saat pemotongankristal.

Gambar 7. Gambar simulasi perpekstif

Tabel 2. Hasil pengukuran (0 can pada masing-masing kristalNo Kristal

Regangan awal (Regangan akhir ( /lRegangan kristal28Intensitas

/l strai n )

strain)( /l strain)( 0 )( counts)

Kristal I

-418-3793926,6529734

Kristal 2

1671902326,45300

Kristal 3

-546-5202626,810478

Kristal 4

-460-4392126,2545206

Kristal 5

3894051625,457046

Heny Mugirahardjo dkk 609 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

(j) scan untuk mengetahui posisi (j) maksimummasing-masing kristaI. Pada kondisi ideal posisi (j)

untuk lima kristal Silikon mempunyai nilai yangsarna. Apabila ada perbedaan nilai (j) maka perludilakukan pengaturan sudut focusing arah horisontalsampai nilai (j) kelima kristal sarna.

Pengujian neutronik kedua adalah denganmerekam berkas neutron terdifraksi dengan filmpolaroid. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahuiarah focusing secara vertikal. Film polaroiddiletakkan pada jarak yang sarna dengan jarak darimonokromator sampai pusat meja sampel HRPD (2800 mm ). Kelima berkas neutron tersebutdiarahkan ke film. Hasil tangkapan film polaroidharus berupa satu berkas neutron terpusat. Apabilahasil tangkapan film bel urn berupa satu berkas,maka perlu dilakukan pengaturan kembali sudutfocusing arah vertikal pada masing-masing kristal.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam rancang bangun bentmonochromator, penekukan kristal dilakukan secaramekanis. Pada gambar 2 diperlihatkan prinsip kerjarancangan bent monochromator. Ujung-ujung kristaldijepit dengan penjepit kristal yang terbuat daribahan alumunium. Dalam focusing arah horisontal,focusing dilakukan dengan cara tekanan pada keduaujung kristal. Untuk mengatur tegangan kristal,penjepit kristal didorong oleh sebuah pendorongkristal. Pendorong ini berupa sebuah as ulir kirikanan. Apabila diputar ke kanan, maka pendorongkristal akan mendorong penjepit sehingga akanmenambah tegangan permukaan kristal. Permukaankristal Silikon dihubungkan dengan Strain Gaugeuntuk mengukur tegangan permukaan kristal.Demikian juga sebaliknya, apabila pendorongdiputar ke kiri, maka penjepit akan mengendor dantegangan permukaan kristal akan berkurang.

Su~bugernkhorison~1

Gambar 5. Simulasi bentuk rancangan bentMonokromator untuk satu kristal



Pada gambar 5 diperlihatkan gambarperpektif penjepit monokromator, sumbu gerakvertikal dan sumbu gerak horisdontal.

Focusing monokromator pada arah vertikaldilakukan dengan cara mengatur sumbu gerakvertikal. Rancangan bent monochromatormenggunakan lima buah kristal Silikon. Apabilapenomoran kristal diurutkan dari bawah ke atas,focusing monokromator dilakukan pada kristalnomor 1, 2, 4 da 5. Posisi pusat hamburan berkasneutron kristal nomor 3 sudah satu pusat dengansampel, sehingga tidak perlu dilakukan pengaturanfocusing.

Kelima bent monochromator disusunsecara vertikal di dalam satu rumah monokromator.Di dalam rumah monokromator dilengkapi denganfasilitas untuk mengatur kerataan masing-masingkristal agar kelima kristal mempunyai satu bidangpermukaan yang sarna.

Focusing monokromator baik arah vertikalmaupun horisontal dilakukan secara mekanis. Haltersebut menjadi tidak memungkinan untukmengatur tegangan permukaan dan kemiringanmasing-masing kristal dilakukan diperalatan HRPD,karena meja monokromator terletak didalamshielding neutron guile tube. Sebelum digunakan diHPD, tegangan permukaan dan kemiringan kristalmonokromator diatur di peralatan Triple AxisSpektometer ( TAS ) yang berada di BalaiPercobaan gedung Reaktor G.A Sywabessy.Pengaturan dilakukan dengan mengkondisikan jarakmonokromator dengan detektor sarna dengan jarakmonokromator dan sampel di HRPD.

Pada gambar 6 diperlihatkan gambarsimulasi lengkap bagian depan bent monochromatorlima kristal Silikon Dan Gambar 7 memperlihatkangambar simulasi lengkap bagian belakang bentmonochromator.

Gambar 6. Gambar simulasi perpekstif

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN 608 Heny Mugirahardjo dkk

Tabell. Rumus perhitungan sudut masing-masingkristal.

Sudut

focusing


YOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

difraksi hamburan neutron akan mengalamipemusatan secara simetris.

No Persamaan

2(d + h)Kristal 1al = arctgI

d+h2

Kristal 2 a2 = arctg--I3

Kristal 3 a3 =0sampel

d+h4

Kristal 4 a = -arctg--4 Iberkas neutron

"-

2(d + h)berkas neutron

datang terfokusSKristal 5 as = -arctg--I

Gambar 3. Ilustrasi pemusatan arah horisontalpada bent monochromator.

Pada gambar 3 ditunjukkan ilustrasi pemusatandifraksi berkas neutron oleh kristal Silikon. Berkas

neutron datang diarahkan ke pusat kristal. Padakondisi awal sebelum dilakukan focusing, yaitudengan memutar as ulir pada penekuk kristal, berkasneutron terdifraksi akan mempunyai lebar berkasyang sarna dengan berkas datang. Setelah dilakukanfocusing, neutron terdifraksi akan memusat, besarsudut focusing tergantung dari besar tekanan yangdilakukan pada kedua ujung kristal.

Pada gambar 4 diperlihatkan sudut focusingvertikal masing-masing kristal. Apabila I adalahjarak monokromator dengan sampel; h adalah tinggikristal; d jarak kristal dan a adalah sudut focusing,maka sudut focusing masing-masing kristal dapatdihitung dengan persamaan yang disarikan padatabel 1. .

Dalam rancangan ini bahan-bahan yangdigunakan adalah alumunium seri 5 yang mudahdidapat dipasaran bebas. Kemudian bahan untukpembuat sumbu-sumbu gerak vertikal dan

Gambar 4. Sudut pemusatan arah vertikal

horisontal , as ulir untuk mendorong penekuk dibuatdari bahan as kuningan.

Pengujian secara optikPengujian yang dilakukan pada bent

monochromator meliputi pengujian secara optik danpengujian secara neutron. Dalam pengujian secaraoptik kristal monokromator diganti dengan limabuah cermin yang mempunyai dimensi yang sarnadengan dimensi kristal. Pengujian pertama yaitupengujian kerataan dudukan penekuk kristal.Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan satubenda lurus didepan bent monochromator. Bayanganyang dihasilkan oleh kelima cermin harus berupabayangan yang sarna dan lurus. Bayangan masingmasing cermin harus menyambung menjadi bend ayang sarna dengan bendanya, apabila sambunganan tar cermin patah atau menyimpang, maka perludilakukan pengaturan pada as sumbu gerakhorisontal sampai bayangan kelima cermin lurus.

Pengujian optik kedua adalah untukmengetahui fungsi pengatur sudut focusing arahvertikal. Berkas sinar datang menggunakan cahayamatahari yang diarahkan ke cermin, kemudianpantulan cahaya matahari diarahkan ke sebuahdinding. Pantulan cahaya matahari membentuk limabuah berkas cahaya. Dengan mengatur sudutfocusing arah vertikal, kelima berkas cahayatersebut dibuat saling menumpuk menjadi satuberkas. Apabila hal ini dapat dilakukan, makapengatur sudut focusing arah vertikal dapatberfungsi dengan baik.Pengujian secara neutronik

Pengujian secara neutronik dilakukansetelah pengujian secara optik berjalan dengan baik.Pengujian ini dilakukan diperalatan Triple AxisSpektrometer ( TAS ), karena pad a peralatan TAS.Monokromator yang digunakan adalah kristalSilikon ( Si-331 ) yang ditempatkan pad agoneometer sampel. Kemudian setelah itu dilakukan

Herry Mugirahardjo dkk 607 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN

~okromatormulti detektorutama (32buah)

berkasneutronmonokromatis

sam pel

Gambar 1. Prinsip keIja HRPD

Dalam pengukuran HRPD, untukmendapatkan satu data pengukuran yang dapatdianalisis dengan benar diperlukan waktupengukuran cukup lama yaitu 30 jam. Dalam satusiklus pendek operasi reaktor selama 88 jam, hanyadapat dilakukan 2 kali pengukuran. Hal tersebutyang menyebabkan penanggung jawab peralatanmerasa kesulitan dalam mengalokasikan waktupengukuran. Karena semakin banyaknya daftarsampel yang akan diukur dengan peralatan HRPD.Salah satu cara untuk mempercepat periodepengukuran adalah dengan meningkatkan intensitasneutron terhambur dari monokromator. Dalam

kegiatan ini peningkatan fluks neutron pada sampeldilakukan dengan cara focusing hamburan neutrondari monokromator ke sampel.

Neutron dari reaktor dialirkan ke monokromator

melalui tabung pemandu neutron (NGT). Dimensipenampang NGT adalah 30 x 90 mm, sedangkansampel yang akan diukur ditempatkan dalam wadahtabung vanadium dengan ukuran 10 x 50 mm.Berdasarkan hal ini, berkas neutron dari NGT tidakdapat secara optimal dihamburkan olehmonokromator kearah sampel. Fluks neutron banyaktertahan karena beam narrower diatur sebesar

ukuran sampel. Agar fluks neutron ke arah sampeloptimal, neutron dari NGT dipusatkan olehmonokromator menuju sampel baik pad a arahvertikal maupun horisontal. Berdasarkan uraiantersebut, perlu dilakukan rancang bangun bentmonochromator. Kegiatan ini merupakan kegiatanUSPEN 2011 dengan tolok ukur PemberdayaanPeralatan Hamburan Neutron.

2. DASAR TEORI DAN METODOLOGI

Metode yang dilakukan pada kegiatan iniadalah memusatkan hamburan neutron

monokromatis dari NGT ke arah sampel, sehingga


YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

dimensi rancangan bent monochromator harus lebihbesar dari dimensi penampang berkas neutron dariNGT. Agar optimal, focusing dilakukan dengan arahvertikal maupun horisontal. Pada focusing arahhorisontal dilakukan dengan menekuk kristal Silikonmenjadi bidang cekung, sehingga difraksi neutronakan memusat ke arah sampel. Besamya tegangankristal diukur dengan Strain Gauge. Pada focusingarah vertikal dilakukan dengan mengatur sudutmasing-masing kristal agar difraksi neutron darimonokromator terpusat menuju sampel. Pad arancangan ini digunakan lima buah kristal Silikonsebagai monokromator. Masing-masing krital dapatdiatur kemiringannya agar hamburan neutronnyaterpusat menuju sampel.

Pada gambar 2 diperlihatkan berkasneutron polikromatis dari NGT diubah menjadi

berkas neutron polikromatis dariNGT

Gambar 2. Ilustrasi aliran berkasneutron terfokus

neutron monokromatis oleh monokromator. Oleh

bidang-bidang kristal yang sudah di bending, berkastersebut diarahkan memusat kearah sampel. Berkasneutron yang diterima oleh sampel adalah sebesarberkas neutron yang dihamburkan oleh bidangmonokromator. Dalam rancang bangun bentmonochromator dilengkapi dengan fasilitas untukmengatur sudut kristal pada arah vertikal danmengatur regangan kristal silikon. Namumpengaturan ini masih manual dan belum dilengkapidengan pengaturan secara elektrik. Sehingga dalammelakukan pengujian bent monochromator denganneutron dilakukan pada peralatan hamburan neutronyang mempunyai goneometer ditempat terbuka,yaitu Triple Axis Spektrometer ( TAS ).

Prinsip dasar focusing arah horisontaladalah dengan memberikan tekanan pada dua titikdipermukaan kristal Silikon secara simetris. Adanyatekanan tersebut atom-atom kristal akan mengalamideformasi simetris. Dengan adanya deformasi ini,

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 606 Heny Mugirahardjo dkk

•••dI

Gambar 8. Hasil tangkapan berkas neutronterdifraksi dari bent monochromator

Pada gambar 8 diperlihatkan contoh gambartangkapan berkas neutron yang dihasilkan olehkristal silikon, wama putih pada adalah berkasneutron yang ditangkap oleh film Polaroid.

Hasil ranang bangun bentmonochromator diperlihatkan pada gambar 9.

.~Gambar 9. Bent monochromator hasil rancang

bangun,

4. KESIMPULAN

Hasil rancang bangun bentmonochromator dapat menghasilkan berkasneutron terfokus pada sampeI. Hasil rancangbangun bent monochromator dapat dilanjutkan

Seko/ah Tinggi Tekn%gi Nuklir-BATAN 610



untuk melakukan pengujian di peralatan HRPD.Namun sebelum dilakukan pengujian padaperalatan HRPD, bent monochromator hasilrancang bangun perlu disempumakan kembali.Terutama pelebaran pada jangkauan pengatursudut focusing arah horizontal untukmenyamakan sudut 2 I} dan meningkatkanintensitas pada masing masing kristal

5. DAFTAR PUSTAKA

1. R.S Khurmi, JK Goyal, A Text Book ofMachine Design, Third Edition, NewDelhi, 1992.

2. R.S Khurmi, JK Goyal, A Text Book ofApplied Machine, New Delhi, 1992.

3. Manual Operasi HRPD, SumitomoCorporation, Tokyo, Japan, 1992

4. Sears Zemansky, Fisika untuk Universitas

3 Optika , Fisika Modern, Edisi kedua,

Erlangga, Jakarta

Heny Mugirahardjo dkk

rancang bangun bent monochromator untuk...

Documents