Prvsidillg Seminar !Iasi! !'cllc!i,ial1 P2TNRT"!1I1112{)()-!

ISSN OSS4-S27X

PENENTUAN FLUENS NEUTRON DI POSISI IRADIASI TERAS REAKTORRSG G.A. SIW ABESSY

Amir HanlZah

Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset-Batan

ABSTRAKPENENTUAN FLUENS NEUTRON 01 POSISI IRADIASI TERAS REAKTOR RSG G.A.

SIW ABESSY. Telah dilakukan pengukuran fluens neutron di posisi fasilitas iradiasi sistem'rabbit' RS-I teras silisida reaktor RSG-GAS. Pengukuran dilakukan dengan metoda aktivasikeping. Untuk mengukur fluens neutron termal digunakan keping emas sedangkan untukmengukur fluens neutron cepat digunakan keping nike!. Hasil pengukuran fluens neutron termaldi posisi RS-I sebesar 4, 14x 1021 nlcm2 dan fluens neutron epitermal sebesar I, 19x I 021 nlcm2

dengan eror relatif 5% dan fluens neutron cepat sebesar 5,87x I018 nlcm2 dengan eror relatif 4%.Hasil pengukuran fluens neutron terutama fluens neutron cepat (dengan energi > 0, I MeV)sangat jauh lebih kecil dari besarnya fluens neutron yang dapat menimbulkan perusakan radiasipada komponen teras reaktor yaitu diatas Ix I020 nlcm2•

ABSTRACTTHE NEUTRON FLUENCE DETERMINATION IN THE REACTOR COREIRRADIATION POSITION OF RSG G.A. SIWAI3ESSY. The neutron tluence measurement

has been done in RS-I rabbit system irradiation position of RSG-GAS reactor. The foilactivation method has been used for the measurement. Gold foil was used for thermal and

epithermal neutron fluence and nickel foi I was used for fast neutron tluence measurements. Theresults showed that the thermal neutron tluence in RS-I rabbit system is 4.] 4x I021 n/cm2 andepithermal fluencc is 1.19x I021 n/cm2 with the relative error 5% and fast neutron tluence is5.87x1018 n/cm2 with relative error 4%. The measurement of neutron fluences especially (withenergy> 0.1 MeV) is too low to make radiation damage in reactor core components whichgreater than Ix I020 n/cm2•

PENDAHULUAN

Setelah 16 tahun beroperasi sejak kekritisan pertama pada bulan Agustus 1987,

reaktor RSG G.A. Siwabessy, belum pernah dilakukan penelitian yang mengarah pada

perusakan material struktur teras reaktor karena pengaruh radiasi. Seperti diketahui,

material struktur teras reaktor antara lain komponen penyangga bahan bakar, tangki

reaktor dan komponen teras lain selalu mengalami paparan radiasi gamma dan neutron

yang sangat tinggi seJama operasi reaktor. Semua material dari komponen tersebut akan

mengalami kerusakan secara atomis karena pengaruh radiasi terutama neutron yang

dikenal dengan istilah perusakan radiasi (radiation damage).

Setidaknya ada dua proses perusakan radiasi, yaitu pad a proses tumbukan

elastis, teljadi penta Ian inti atom material dari posisi kisi kristalnya yang menimbulkan

kekosongan dan penyisipan (vakansi dan intcrtisi) atom schingga menyebabkan

50

ISSN 085~-5278 I'CW.!/1{UUl1 rl1lCl1S ,Velllf"

,,1mir Iloncah

degradasi sifat fisik dan mekanik metrial tersebut. Proses perusakan radiasi lain adalah

terjadinya akumulasi gas hidrogen atau helium di dalam material yang disebabkan oleh

reaksi inti (n,p=H+) dan (n,ex=He2+) selama pemaparan radiasi neutron yang dialami

material. Akumulasi gas hidrogen atau helium dalam bentuk gelembung ini juga

menyebabkan degradasi sifat fisik dan mekanik material. Kedua proses perusakan

rasiasi tersebut terhadap material struktur teras reaktor tidak dapat dihindari selama

operasi reaktor. Para peneliti hanya mengamati bilamana material tersebut sudah tidak

layak lagi digunakan dan harus diJakukan penggantian.

Kedua proses perusakan radiasi tersebut bergantung pada besarnya energi dan

jumJah neutron yang memapar suatu material, semakin besar energi dan jumlah

neutronnya maka akan semakin besar tingkat perusakan material tersebut. Oalam proses

tumbukan elastis, besarnya energi neutron minimal yang dibutuhkan untuk

memindahkan suatu atom dari posisi kisinya adalah Jebih besar dari energi ikat kisi

kristal material. Secara umum, untuk memindahkan suatu atom dari posisi kisinya,

dibutuhkan energi neutron lebih besar dari I MeV atau yang dikenal sebagai neutron

cepat. Reaksi (n,p) dan (n, ex) juga yang berperan adalah neutron ccpat. Sedangkan

jumlah neutron yang memapar material scdemikian sehingga menyebabkan perusakan

radiasi yang dikenal dengan fluens neutron. Parameter perusakan radiasi adalah ukuran

berapa ban yak suatu atom dipindahkan dari posisi kisinya oleh tumbukanclastis neutron

yang dikenal dengan istilah perpindahan per atom (displacements per atom = dpa).

Sedangkan laju pcrtumbukan hidrogen dan helium dinyatakan dalam bagian per sejuta

atomis (atomic part per million = atomic ppm) dalam selang waktu tertentu.

Untuk mengukur jumlah neutron khususnya neutron cepat, maka dilakukan

penelitian penentuan fluens neutron ini agar dapat diperkirakan tingkat perusakan

material struktur teras reaktor sehingga dapat diantisipasi segala sesuatunya untuk

mengindari akibat yang tidak diinginkan. Pengukuran dilakukan di posisi iradiasi sistem

rabbit teras reaktor RSG G.A. Siwabessy dengan menggunakan metoda aktivasi keping.

Metoda ini dipilih karena beberapa keunggulan diantaranya adalah cukup mudah, murah

dan tidak sensitif terhadap radiasi gamma lataI' yang sangat tinggi serta menjanj ikan

hasil yang cukup akurat.

51

I'ro.lidill); Semiliar lIasill'cllclirialll' 2TIIIITallllll 200./

TEOR!

ISSN OS5·1-527S

Besarnya fluks neutron termal berdasarkan aktivitas dctektor keping terukur

ditentukan dengan persamaan :

BA.Ab (t){I- _1_}e)JJ 1mRed

¢III = N (I -h ) (I -h) G/11. 0 .alll • - e ., . - e . no • /11

Sedangkan fluks neutron epitermal ditentukan dengan persamaan :

(I)

¢c i = ¢III.a/II In( £2 )P fR I -1).[ .G. £ (2)Cc r i'pl I

Dan fluks neutron cepat dihitung dengan persamaan :

¢ = BA.Ab (1).<1" .Im •.•••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••.•••••••••••.•• (3)f .1II.No.a f.n - e -.a, ).(1 - e

Pada persamaan-persamaan di atas, simbol dari besaran-besaran terse but adalah:

BA = berat atom detektor keping,

Ab(t) = aktivitas terukur keping terbuka,

Red = nisbah kadmium,

A. = tetapan pelurukan,

td, tm dan ti = waktu peluruhan, waktu pengukuran dan waktu iradiasi,

m = massa keping detektor,

No = bilangan Avogadro,

<Jth,<Jf= tam pang lintang inti keping terhadap neutron termal, neutron cepat,

Ir = integral resonansi, diperoleh dari literatur,

Gth, Gepi = faktor perisai diri termal, epitermal,

EI = energi batas bawah neutron epitermal = 0,5 e V,

E2 = energi batas atas neutron epitermal = 0, I Me V.

Besarnya fluens neutron ditentukan dengan persamaan :

F/llens = ¢.I on •••• on ••••••• on ••••••••••••••••••••••••• on •••••••••••••••••••••••••••••••••••• __ •• __ • (4)

dengan: <p= fluks neutron,

t = waktu (detik), biasanya dalam setahun.

52

ISSN 085-1-5278

TAT A KERJA

Pencnluon Fluc/ls Vell/rAmi,. lIam~(l11

Tahapan pengukuran fluens neutron yang dilakukan pada penelitian ini adalah

sebagai berikut:

1. Persia pan bahan keping dan pengemasan keping ke dalam kapsul serta kalibrasi

peralatan pengukuran aktivitas keping aktif.

2. Iradiasi keping di fasilitas sistem rabbit reaktor RSG GA Siwabessy.

3. Pembongkaran keping dari kapsul.

4. Pencacahan dan analisis spektrum gamma sehingga diperoleh aktivitas keping yang

telah diiradiasi.

5. Perhitungan fluks dan fluens neutron.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran aktivitas detektor keping emas setelah diiradiasi di fasilitas

sistem rabbit reaktor RSG-GAS ditabulasikan di dalam Tabel 1. Fluks neutron tennal,

epitermal dan fluks neutron cepat ditentukan berdasarkan persamaan-persamaan yang

telah dikemukakan pad a bab teori. Hasil penentuan fluks dan fluens neutron dimuat di

dalam Tabel 1.

Pada Tabel I tersebut dapat dilihat bahwa besarnya fluks neutron tennal di

fasi Iitas sistem rabbit RS-l adalah 1,31 E 14 n/cm2/det dan fluks neutron epitermal

sebesar 3, 76E 13 n/cm2/det sedangkan fluks neutron cepat sebesar 1,86E 11 n/cm2/det.

Pada tabel tersebut juga dimuat hasil pengukuran tluks neutron termal

menggunakan detektor kawat em as, yang menunjukkan hasil yang cukup dekat dengan

menggunakan keping emas kecuali pada pengukuran no.3. Pad a pengukuran no.3

menunjukkan hasil yang agak berbeda, hal itu disebabkan posisi pengukuran yang

terlalu de kat dengan pembungkus cadmium sehingga teljadi depresi fluks di sekitar

pembungkus yang mengakibatkan hasil pengukuran menjadi jauh lebih kecil dari yang

lainnya.

53

----- ------- --~- --- ---------- - ----- -------- ~ n _

Pro.<idillg Semillar /fa.<il Pencliriall P2TRRTah'lII 200-1

ISSN OX54-5278

Tabel1. Aktivitas keping/kawat dan penentuan fluks neutron di sistem rabbit reaktor RSG-GAS

FluksAktivilas

Deviasi OeviasiFluens

NoKepinglKawalPembungkusReaksi RCdNeulron

(Bq/gr)

(%) (n/eml/del)(n/eml/del)(n/eml)

1

Keping Emas') AIAu1S7(n,C)Au'S38,52E+104.93.51.31E+146.43E+124,14E+21

2

Kepin9 Emas1 CdAu"1(n,t)Au"32.44E+104,93,53,76E+131,84E+121.19E+21

3

Kawat Emas') AIAu"7(n,8)Au'931.72E+104.93,52,66E+131,30E+128.40E+20

4

Kawai Emas') AIAu";(n,~)Au'S37.87E+104,93,51.22E+145,96E+123,84E+21

5

Kawai Emas') AIAu";(n,C)Au'939.48E+104.93.51.47E+147.18E+124.62E+21

6

Keping Titan~) AITi"5(n,p)S~67.08E+047.82.20E+101.72E+096.94E+17

7

Kepin9 Nikel~) AINi55(n,p )C0535,14E+052.91.86E+115.40E+095.87E+18

Keterangan:

'j Untuk pengukuran fluks neutron termal dan epi:ermal

'"i Untuk pengukuran fluks neutron cepat

Hasil pengukuran £luks neutron cepat menggunakan keping titanium

menunjukkan nilai yang jauh lebih kecil dari pad a menggunakan keping nikel. Hal itu

disebabkan oleh sensitifitas inti keping titanium dengan isotop Ti46 pad a energi neutron

yang lebih tinggi dari pad a inti keping nikel. Dengan demikian dapat dipahami bahwa

pengukuran £luks neutron cepat lebih baik menggunakan keping nikel dibanding dengan

keping titanium.

Besamya £luens neutron termal maupun £lens neutron epitermal pada Tabel 1

berorde 1021 nlcm2, namun neutron termal dan epitermal tidak terlalu berpengaruh

terhadap terjadinya proses perusakan radiasi. Sedangkan £luens neutron cepat sebesar

5,87E18 nlcm2 yang menunjukkan jumlah £luens neutron yang sangat kecil untuk

terjadinya proses perusakan radiasi. Besarnya £luens neutron cepat dengan energi di atas

1 MeV yang dapat mengakibatkan terjadinya perusakan radiasi terhadap bahan struktur

reaktor terutama bahan yang berbasis baja tahan karat adalah di atas 1xl 020 n/cm2.

54

ISSN 0854-5278

KESIMPULAN

Pel1CIJllIol1 Fluc1J.~ NClllr

Amir 1f1lm=lIh

Besarnya fluens neutron cepat dengan energi di atas 1 MeV di fasilitas sistem

rabbit reaktor RSG GA Siwabessy adalah 5,87E 18 n/cm2 yang menunjukkan jumlah

fluens neutron yang sangat kecil untuk terjadinya proses perusakan radiasi.

DAFT AR PUST AKA

1). K.H. BECKURTS and K. WIRTZ, "Neuton Physics", Springer-Verlag, New York,

1964.

2). IAEA TECH. REP., SERIES NO. 107, "Neutron Fluence Measurement", 1970.

3). E.M. ZSOLNA Y, "Neutron Flux and Spectrum Measurement by Activation Method",

Lecture note for the RTC on Calculation and Measurement of Neutron Flux for

Research Reactors, Jakarta, September 27 to October 15, 1993.

4). AMIR HAMZAH dkk., "Pengukuran Oistribusi Fluks Neutron di RSG-GAS",

Laporan penelitian tahun 1996/1997, Pusat Reaktor Serbaguna - SATAN.

55

Prosiding Seminar Hasil Pene/irian P2TRRTahlln 2004

DISKUSI

ISSN OR5~-5:;7R

1. Penanya: Jati Susilo

Pertanvaan :

Kenapa tidak menggunakan data yang sudah ada sehingga tidak perlu dilakukan

pengukuran kembali

Jawaban:

Setiap penelitian hendaknya menggunakan data terbaru mengingat kondisi teras

reaktor yang telah berubah

2. Penanya: Siamet Wiranto

Pertanyaan :

a. Oikatakan fluks neutron yang merusak material fluks > IOE20 bagaimana dengan

fluks yang lebih rendah, tetapi berlangsung dalam waktu lama

b. Setahu saya ada juga reaktor riset yang mempunyak fluks lebih tinggi dari

reaktor daya, apakah tidak kontradiksi dengan makalah yang telah disampaikan.

Jawaban :

a. Fluks neutron yang dapat mengakibatkan perusakan radiasi adalah neutron cepat

dengan energi >1Mev dan fluens > 1E20 n/cm2, sedangkan di RSG tluens

neutron cepat berorde 1E 18 nlcm2• jadi butuh waktu 100 tahun operasi baru

dapat mengakibatkan perusakan radiasi

b. Untuk kasus yang dibahas di makalah saya dalam kasus RSG-GAS telah

terjawab pada jawaban diatas. Untuk reaktor riset yang lain perlu dilihat

besarnya fluens neutron cepatnya dengan energi >1Mev

56