DESAIN KOLIMATOR TIPE TABUNG UNTUK PENYEDIA AN … · 2014. 10. 10. · Carlo N-Particle (MCNP)...

4/6 ISSN 0216 - 3128 Yohannes Sardjono, dkk.

DESAIN KOLIMATOR TIPE TABUNG UNTUK PENYEDIAAN BERKAS RADIOGRAFI DENGAN SUMBER GENERATORNETRON

Yohannes SardjonoPTAPB BATAN

Alexander Agung, Ammi Noor BaitsTeknik Fisika UGM Yogyakarta

AKSTRAK

DESAIN KOLIMATOR TIPE TABUNG UNTUK PENYEDIAAN BERKAS RADlOGRAFI DENGANSUMBER GENERATOR NETRON. Telah dilakukan desain kolimator untuk penyediaan berkas radiografi

neutron dengan sumber generator neutron. Kolimator ini berguna untuk mendapatkan jluks neutron termalyang optimal dengan pengotor radiasi (netron epitermal dan gamma) yang sekecil-kecilnya. Proses desaindilakukan dengan melakukan simulasi menggunakan Monte Carlo N-Particle (MCNP) code untukmenghitung tally berupa jluks neutron dan laju dosis ekuivalen. Desain kolimator yang dipi/ih adalah jenistabung yang tersusun dari material moderator parafin, rejlektor grafit, dan kolimator wall Alumunium.Parameter optimasi desain adalah panjang kolimator 4 - 8 cm, dengan interval I cm, jenis bahan moderator(parafin, grafit, Beri/iwn, dan air),jenis beam filter adalah timbal, dan material aperture adalah Boron atauKadmium. Kriteria penerimaanadalah jluks netron termal J(Y - 106 n.cm-2s-', nly ratio 2: 106 n.cm-2.mK'dan Cd ratio> 2. Untuk keselamatan lingkungan digunakan parafin sebagai biological shielding dan timbal

sebagai casing. Dari hasil perhitungan optimasi desain dapat diperoleh bahwa kolimator dengan sumbergenerator nuetron menghasilkan k~/u!!rqVZuks neutron termal 4.67 .± 0.5981 x IrY n.cm-2.s-', ras(o_IJiU.!.!!:.0ngammSL([l/Yr?:7t:56T(J,-000lfl). J(t n.cmo:2tiiK'-diirnaju dosis ekuivalen padajarak 10 cm dari per!!!.!!!i9anfasilitas adalah 0,0378 - 0,0521 mR/jam. - - - - -

Kala kunci : MCNP, generator netron, kolimator,jluks neutron termal, Cd ratio, rasio nly

ABSTRACT

CYLINDRICAL COLLIMATOR DESIGN TO PROVIDE NEUTRON RADIOGRAPHY FROM NEUTRON

GENERATOR SOURCE. The collimator design to provide neutron radiography from neutron generatorsource has been done. Collimator is used to gain optimum thermalneutronjlux with radiation contaminant(epitermalneutron and gamma) as low as possible. The design process was done by simulation using MonteCarlo N-Particle (MCNP) Code. The results are tallies that indicate neutronjlux and equivalent dose rate.In this research, cylindrical collimator was used which construct of paraffin as moderator, graphiet asrejlector, dan Al aswall. /ffilliOrdfdsome variations on certain components such as length 4 - 8 cm, withinterval of I cm, moderator materials (paraffin, light water, Graphiet, and Berrilium), lead beam filter thick,and aperture material (boron or Cadmium). There are three criteria for this design requirement: thermalneutronjlux IrY sid 106 n.cm-2.s-', nly ratio 2: J(t n.cm02.mRo', and Cd ratio> 20 The design was also doneon biological shielding using Paraffin and Aluminum case. The design had output for thermal neutron of(4.67.± 0.5981).103 n.cm-2.s-' and has nly ratio of (I. 56 .± 0,000111).106 n cm-2 mK'. Equivalent dose rate atradius 10 cmfrom surface of the designed equipment was 0,0378 sid 0,0521 mR/hour.

Keyword: MCN?, neutron generator source, collimator, thermal neutronjlux, Cd ratio,G"

PENDAHULUAN

Berdasarkan Air Carriers Traffic Data AndAccident/Incident Data yang dikeluarkan olehDirektorat lendral Perhubungan Udara - DirektoratStandar Keselamatan Udara (DSKU) selama 10tahun 1995 - 2005 bahwa dalam 1 tahun rata-rata

terjadi 6 kali kecelakaan, 12 kali kejadian pesawatterbang dan 13.943.111 orang penumpang yangsukses menikmati jasa penerbangan tersebut. Daribeberapa kali kecelakaan dan kejadian terse butbahwa rata-rata pertahun telah terjadi korban 44orang meninggal dan 29 orang cedera. Untuk ituprioritas manajemen dan teknologi tmasportasi pada

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Yohannes Sardjono, dkk. ISSN 0216 - 3128 417

Agenda Riset Nasional ditekankan pada keselamatan, keamanan dan kesesuaian dengankomponen loka\. Keselamatan dan keamanan dalamtransportasi salah satunya ditentukan denganNondestructive Inspection (NDI) Procedures sepertiyang tercantum dalam Advisory Circular AC 145-6approve maintenace organizations for compositeand bonded aircraft structure revision : 0 april 1999

yang diterbitkan Oirjen Perhubungan Udara OEPHUB RI bahwa dalam perbaikan dan perawatanharus disediakan banyak, hal khususnya metode danprosedur tak rusaW(NOT) seperti radiografi neutron,sinar gamma da~sinar-X, serta ultrasonic danbeberapajenis peralatan test yang lainnya[1].

Pengujian tak merusak - NOT adalah metodepengujian sistem, struktur dan komponen dalamsuatu industri dengan tidak mengubah keadaan fisikbenda uji terse but. Teknik yang digunakan adalahmaterial uji diradiasi dengan memanfaatkan dayapenetrasi radiasi materi target sehingga diperolehrekaman pencitraan dari radiasi yang diterimamateri target. Tujuan NOT adalah untuk mengetahuikandungan cacat pada suatu komponen. Uji takrusak dengan neutron radiografi adalah salah satumetode teknik nuklir yang memiliki daya saing dankeunggulan jika dibandingkan dengan radiografisinar x maupun sinar gamma yaitu dapat digunakanuntuk menginspeksi nomor atom ringan H, Li danBoron dan bahkan dapat digunakan untukmenentukan radioisotopes serta menentukanmaterial yang nomor atomnya medium s.d. heavymetal seperti Cd, Sm, Europium, gadolonium dandysprosium. Hal ini disebabkan bahwa sifatinteraksi hamburan neutron dengan materi lewat intisedang sinar x interaksi elektron yang berada dikulit atom.

Neutron radiografi dengan sumber generatorneutron memiliki kelebihan selain dapat menekanbiaya juga waktu inspeksi yang cepat karena sistem,struktur dan komponen (SSK) yang akan diinspeksidapat dilakukan secara langsung (insitu). Syaratsumber generator neutron harus memiliki fluksneutron thermal 101 _104 n.cm·Z.s,1 dan radiasi

gamma di permukaan sistem neutron radiografiadalah maksimum 0,1 mR/jam dan beberapa syaratlainnya seperti nilai banding cadmium dan gamma,

perbandingan panjang dan diameter kolimator danpemilihan geometri kolimator[2].

Untuk memenuhi persyaratan-persyaratantersebut maka dilakukan optimasi desain pembuatankolimator agar disamping persyaratan terpenuhijuga sesuai dengan dimensi dan geometri SSK yangakan diinspeksi. Perhitungan optimasi desaindilakukan dengan paket komputer Monte Carlo NParticle (MCNP) yang sudah establis penggunaannya untuk menghitung interaksi antara partikelneutron dan neutron maupun jenis-jenis partikellainnya[3]. Optimasi desain dan pembuatan kolimator dilakukan dengan mensimulasi jenis dangeometri material penyusun kolimator sepertii/uminator yang berfungsi untuk menyediakansumber neutron yang seragam biasanya terbuat darigrafit, beam filter yang berfungsi menghilangkanjenis radiasi yang tidak diinginkan dari sumberbiasanya bahan yang digunakan adalah Bi, Pb,Ah03, SiOz, aperture yang berfungsi untukmembatasi masuknya neutron kedalam kolimator,gamma shielding yang berfungsi untuk mengurangiradiasi gamma dan bahan yang digunakan biasanyaPb, collimator wall yang berfungsi untuk pengurungpancaran neutron biasanya terbuat dari boron ataumeterial dengan scattering cross section kecil,cleanup plates yang berfungsi sarna seperticollimator wall sebagai pengurung pancaran neutronbiasanya terbuat dari boron dan terakhir adalahfilling gas yang berfungsi untuk memperbaikidistribusi pancaran neutron dan mengurangi hamburannya yang terbuat dari bahan Helium[2,3].

BATASAN DAN OPTIMASI PARAMETER DESAIN

Kegiatan teknologi adalah pentahapan kegiatan yang berkaitan dengan penelitian (reserach),pengembangan (development), perekayasaan (enginering) dan operasi (operation). Status kegiatandesain kolimator adalah berada dalam tahapanpenelitian yang dalam hal ini mencakup kegiatanoptimasi parameter desain yang terdapat dalamTabel 2 agar batasan desain tercapai. Adapunbatasan desain kolimator adalah seprti pada Tabel 1.

Tabel 1. Batasan desain optimasi parameter kolimator radiografi neutron sumbergenerator neutron.

NoParameter batasan desain kolimator Nilai batas

IKeluaran fluks netron termal setelah melewati kolimator 103_106 n.cm,Z.s·1

2

Neutron-gamma ratio (my) ~ 106 n.cm·2.mKI

3

Radiasi dipermukaan fasilitas uji tak rusak Maksimum 0,1 mR/jam

Prosiding PPI • PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN


418 ISSN 0216 -3128

Tabel 2. Parameter optimasi desain kolimator.

Yohannes Sardjono, dkk.

No Parameter batasan desain kolimator Nilai batas

IGeometri Tipe tabung

2

SSK yang akan diuji Homogen untuk setiap voxel (element volume

3

Material Moderator berilium, HzO, parafin, grafit, dan DzO

4

Material Aperture Kadmium dan Boron

5

Material Beamjilter Timbal (Pb)

6

Sumber netron Generator netron dengan energi netron 3 MeV

Dalam optimasi parameter desain dengansimulasi MCNP, rentang energi neutron yangdisediakan dalam program ini adalah antara 10'"sampai 20 MeV untuk semua isotop dan lebih dari150 MeV untuk beberapa isotop tertentu. Sementararentang energi foton yang disediakan antara I keVsampai 100 GeV, yang juga merupakan rentangyang sarna bagi energi elektron. Adapun satuandasar yang digunakan da]am MCNP adalah panjang(em), energi (MeV), waktu (shake, 10'8 detik),temperature (MeV, kT), densitas atom (atomlbamem), densitas (g/cm3), tampang lintang (barn, lO,z4cmz), jumlah pemanasan (MeV/tumbukan), danrasio berat atom berdasarkan pada massa neutron.

Dalam menjalankan program simulasi MonteCarlo, pengguna harus membuat jile input yangselanjutnya dapat dibaca oleh MCNP. File tersebutberisi informasi tentang permasalahan yang hendakdisimu]asikan, me]iputi spesifikasi geometri, penjelasan material dan evaluasi tampang-]intang yangdipilih, data posisi dan karakteristik sumber netron,foton, atau elektron, model hasil simu]asi atau tallyyang diinginkan dan beberapa variasi teknik-teknikreduksi yang digunakan untuk meningkatkan efisiensi. Struktur dari jile masukan tersebut adalahmessage block (optional), lank Line De/iminer(optional), one Line Problem Tittle Card, cellCards, blnk Line Deliminer, data Cards dan blankLine De/iminer (optional).

Pustaka yang digunakan oleh programMCNP berupa data atomik dan inti dengan energikontinyu yang meliputi interaksi-interaksi neutron,foton yang diakibatkan oleh interaksi neutrondengan materi, interaksi foton dengan materimaupun interaksi partikel lainnya dengan materi.Data-data atomik dan inti tersebut berupa tabel-tabelyang terkumpul dalam suatu jile direktori, XSDlR.Pengguna MCNP dapat melakukan modifikasi ataspustaka data atomik dan inti terse but dengan dataeksperimen yang dimi]iki.

MCNP memiliki 5 langkah eksekusi yangmasing-masing diberi nama modul sebagai berikut(kata dalam kurung adalah nama modulnya):

I. Memroses input file dari persoalan (IMCN).

2. Membuat plot geometri (PLOT).

3. Memroses tampang lintang (XACT).

4. Mensimulasi perjalanan partikel (MCRUN).

5. Membuat plot tally atau tampang lintang(MCPLOT).

Perja]anan netron dari sumber netron hinggapemanfaatan netron thermal untuk keperluanradiografi dapat digambarkan pada Gambar I(Smith & Meadows, ]991):

Produksi

Neuon CepatNo (n/s)

Fluks Thermal

n<Po[-,-]

em' - $ L-~ ~I I <t>[ n

DI I I cm'-s o~Kolimator Detektor

Gambar 1. Sketsa proses radiografi netron.



1\


Pada proses ini, faktor yang berpengaruh adalah

koefisien tennalisasi, ST. Umumya, rentang nilai ST

dari Yz % sampai 2 % (nilai K antara 50 sampai200). Desain kolimator yang dipilih harusmemenuhi batasan desain seperti pada Tabel I.

Peralatan Optimasi Parameter Desain

Perangkat komputer (PC) dengan danbeberapa perangkat lunak seperti MCNP 4C, MCNPVisual Editor, Microsoft Word, Microsoft Excel,Notepad, Wordpad, Microsoft Visio versi 2003 danPaint. Sedangkan tatacara optimasi desain adalahsebagai berikut:

Menguji kemampuan beberapa materi dalammelakukan tennalisasi terhadap nuetron cepat.Pengujian ini dilakukan dengan membuat iluminatordari material grafit, parafin, Be, dan H20. Modeliluminator yang dibuat adalah seperti Gambar 2.

Kode I menunjukkan posisi sumber netroncepat - energi 3 MeV -, Kode 2 sampai dengan 10merupakan materi yang diuji yang dipartisi bagianper-bagian, dengan tujuan untuk mengetahuikeadaan fluks netron cepat dan netron tennal pada

tiap-tiap bagian, dan perubahan nilai fluks tersebutdari bagian ke bagian berikutnya. Kode 17 berfungsisebagai reflektor, dalam hal ini digunakan bahangrafit.

Material moderator terbaik diketahui dengancara membandingkan keadaan fluks neutron cepat,epitennal, dan tennal pada tiap-tiap sel.

Memodelkan sistem fisis desain kolimator untuk

generator netron ke dalam fonnat kode input agardapat diproses oleh program MCNP.

Desain yang telah dibuat ada dua yaitu seperti padaGambar 3 dan Gambar 4.

Model desain yang optimum ditentukandengan mensimulasikan kedua model desain padagambar 3 dan 4 melalui program MCNP, kemudiandiperbandingkan keadaan neutron di bagiankolimator. Parameter optimasinya adalah nilai Cdratio dan fraksi n/y pada tiap-tiap bagian kolimatoryang panjangnya antara 2 cm sampai dengan 9 cmdengan interval tiap bagian 1 cm sesuai dengankemampuan dan waktu eksekusi perhitungankomputer yang digunakan.

-1

3 =34,56

-1'7'

17

8 9 10

z

Gambar 2. Model iluminator untuk penguji-an kemampuan materi dalammelakukan termalisasi terhadap netron cepat.

Model I

5---""'-"''''''''''''''''<'''''''''~zLx

«".,1,

Gambar 3. Desain kolimator model I.



420 ISSN 0216 - 3128 Yohannes Sardjono, dkk.

Tabel3. Keterangan parameter optimasi desain pada model I Gambar 3.

Nomor Keterangan1

Posisi sumber,Sumber berbentuk silinder dengan diameter 10 em.2

:Illuminator,

l\uminator berbentuk silinder dengan ketebalan 10 em dan diameter 12 em, dengan bahanmoderator.3Beam filter,

Bahan Beam filter yang digunakan adalah Pb dengan diameter 5 em dan tebal 1 em.4

:Aperture,

Bahan yang digunakan untuk Aperture adalah Boron dengan diameter luar 7 em dan tebal Iem.5Shield,

Bahan yang digunakan adalah Pb dengan ketebalan 1 em6 sid 14

:Kolimator

Bagian kolimator berisi bahan moderator sebagaimana yang digunakan untuk illuminator15 dan 16Collimator wall,

bahan yang digunakan adalan grafit berlapis AI, dengan ketebalan masing-masing 1 em dan0,5 em.

Model II

z,J._. tl,

-+--x7:\

'i,j$

J~

:)I

~,<'F

'I6'713'~?:1011

$

l"'-"

I ,'t

I

Gambar 4. Desain kolimator model II.

Tabel 4. Keterangan parameter optimasi desain pada model II Gambar 4.

Nomor Keteran2an1

Posisi sumber,Sumber berbentuk silinder dengan diameter 10 em.2

Illuminator,

l\uminator berbentuk silinder dengan ketebalan 10 em dan diameter 12 em, dengan bahanmoderator.3Shield,

Bahan yang digunakan adalah Pb dengan ketebalan I em4Beam Filter,

Bahan Beam filter yang digunakan adalah Pb dengan diameter 5 em (sesuai dengan dimensi daridiameter target tritium)'dan tebat 1 em (sesuai hasil oerhitungan ootimasi desain).5

Aperture,

Bahan yang digunakan untuk Aperture adalah Boron dengan diameter luar 7 em dan tebal I em(sesuai hasil optimasi desain)6 sid II:Kolimator,

Bagian kolimator berisi bahan moderator sebagaimana van!! di!!unakan untuk illuminator12 dan 13Collimator wall,

bahan yang digunakan adalan grafit berlapis AI, dengan ketebalan masing-masing 1 em dan 0,5em (sesuai hasil optimasi desain).

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN



Meneari tebal beam filter, jenis materialaperture dan panjang kolimator yang optimum.Teba] beam filter optimum dieari denganmemvariasikan tebal beam filter untuk desainkolimator panjang efektifnya dengan rentangketebalan 0,0 sid 1,0 em dan interval 0,25 em. Tebalbeam filter optimum ditentukan dengan mengamatiparameter rasio netron-gamma (n/y ratio).Sementara penentuan jenis material aperturedilakukan dengan memvariasikan material Borondan Kadmium dengan ukuran geometri sebagaimanayang disebutkan pada keterangan Gambar 3 dan 4panjang kolimator optimum dieari pada variasi 4 sid8 em sesuai dengan jenis dan hasil perhitungan.

Membuat perisai dan menentukan tebalnya.Tebal perisai ditentukan agar laju dosis yang diukuragar memenuhi persyaratan batas ambang laju dosisradiasi yang diizinkan, yaitu laju dosis radiasi totalpada radius 10 em dari permukaan alat adalah 0, Imrem/jam. Menghitung berat desain yangditetapkan dan yang terakhir adalah membuatgambar desain kolimator.

Pemodelan Sistem Kolimator Dalam Kode InputProgram MCNP

Contoh kode input model I pada gambar 4.2 adalahsebagai berikut:

UJI MODEL Ie eell eardsI 0 -I 8 -10 $sumber2 2 -0.89 -2 9 -II #1 $ iluminator parafin3 I -11.34 -3 8 -12 #1 #2 #4 #5 $ shield Pb

4 3 -2.3 4 -5 II -12 $ apereer Boron5 I -11.34 -4 II -12 $ beam filter Pb6 2 -0.89 -412-14$Parafin7 2 -0.89 -414-15$Parafin8 2 -0.89 -4 15 -1692-0.89 -416-17]0 2 -0.89 -4 17 -18II 2 -0.89 -4 18 -1912 2 -0.89 -4 19 -2013 2 -0.89 -4 20 -2114 2 -0.89 -4 21 -2215 2 -0.89 -4 22 -23 $ Parafin16 4 -1.67 4 -6 12 -24 $COLIMA TOR WALL Grafit17 5 -2.699 6 -7 12 -24 $COLIMATOR WALL Al18 0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14 #15 #16 #17

e mukaI ex 5

$sumber2 ex 6

$pb filter3 ex 7 4 ex 2.55 ex 3.56 ex 3.57 ex 4.08 px 09 px I10 px 1.5II px 712 px 8

$perbatasan14 px 9 15 px 1016 px II17 px 1218 px 13

Prosiding PPI • PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


422

19px 1420 px 15

21 px 1622 px I 7

23 px 18

ISSN 0216 - 3128 Yohannes Sardjono, dkk.

mode n pm I 82207.60c I $Pbm2 1001.60c 0.67533 6000.60c 0.32467 $Paraffinm3 501O.60c I $Boron

m4 6000.60C I $grafitm5 13027.60C I $AI

imp:p 1 17R 0sdef erg=3 par= I,cell= I pos= 1040 0 ara=78.5 dir= I vec= I 0 0nps 10000f5:p 9.0 0.0 0.0 2.30

10.0 0.0 0.0 2.3011.0 0.0 0.0 2.30

de5 0.0 I 0.015 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.080.10.150.20.30040.50.60.811.523456810

df52.78e-6 I.lle-6 5.88e-7 2.56e-7 1.56e-7 1.20e-7 I.lle-7 1.20e-71.47e-7 2.38e-73045e-7 5.56e-7 7.6ge-7 9.0ge-7 1.14e-6 1.47e-6 1.7ge-6 2044e-6 3.03e-6 4.00e-64.76e-6 5.56e-6 6.25e-6 7.6ge-6 9.0ge-6

f4:n 78910 II 12 13 1415fm4 1e8e4 5e-7 le-2 I 3 4

print

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian ini dilakukan dengan memposisikan beberapa material di depan sumber. Material

6 DOE+05

5 DOE+05

~....

g 4D0E+05

.s.

13D0E+05•..-=

~ 2 DOE+05:>:

~ 1 DOE+05

yang dipilih adalah grafit, parafin, Be, dan H20(air). Hasil perhitungan dapat dilihat padaGambar 5.

-+-Air-- Parafin

-0- Berilium

--Grafn

o DOE+OO

o 5 10 15 20 25

1ebU Matnia! (nl»

Gambar 5. HasH perhitungan fluks neutron termal pada beberapa material moderator.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN


Yohannes Sardjono, dkk. ISSN 0216 - 3128 423~

Dari Gambar 5 dapat disimpulkan bahwamaterial yang memungkinkan untuk digunakansebagai moderator adalah air dan parafin, karenahanya dua material ini yang menghasilkan flukstermal yang lebih tinggi dari pada fluks netronepitermal. Sementara hasil perbandingan materialair dan parafin, material parafin dinggap lebihkarena pada Gambar 5 ditunjukkan bahwa padajarak yang sarna, fluks netron termal yang dihasilkan dari peristiwa moderasi parafin lebih tinggidibandingkan dengan air. Selain moveable, materialfase padat dianggap lebih aman dibandingkanmaterial fase cair. Dari sifat fisisnya, parafin lebihringan dibanding air karena massa jenisnya yanglebih kecil.

Basil Pemi/ihan Model Desain Yang LebihOptimum

Parameter model yang diperbandingkanadalah nilai Cd ratio dan perbandingan fraksi nlydari masing-masing model desain. Dari pengujianyang dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut :

Dari hasil pada Tabel 5 dan 6 terlihat bahwakedua desain memenuhi persyaratan perbandinganrraksi neutron dengan dosis radiasi gamma, yaiturraksi nly 2: 106 n.cm-2.mK1• Penentu pemilihanmodel desain selanjutnya adalah nilai kadmiumdimana dipersyaratkan nilainya 2: 2. Dari pada tabel5 dan 6, dapat disimpulkan bahwa model yang lebihoptimum adalah model desain 11.

Tabel 5. HasH perhitungan fluks neutron dan Cd Ratio pada desain Modell.

LFluks (n.em-2.s-l)

CdDy nlyNo (em)Ratio(mR.s-l)(n.em-2 mR)Termal EpitermalTotal

1

21.23E+052.16E+052.09E+060,5701.70E-027.22E+06

2

31.29E+051.83E+051.74E+060,7061.26E-021.03E+07

3

41.13E+051.38E+051.42E+060,8201.14E-029.95E+06

4

59.72E+041.29E+051.19E+060,7516.56E-031.48E+07

5

67.98E+041.16E+059.69E+050,6897.03E-031.13E+07

6

76.09E+048.08E+047.67E+050,7536.18E-039.85E+06

7

85.00E+046.20E+046.22E+050,8067.87E-036.35E+06

8

93.52E+045.75E+045.04E+050,6127.51E-034.69E+06

Tabel 6. HasH perhiungan fluks neutron dan Cd Ratio pad a desain Model II.

LFluks (n.em-2.s-l)

CdDy nlyNo (em)Ratio(mR.s-l)(n.em-2/mR)Termal EpitermalTotal

1

22.76E+041.24E+045.74E+042.219.81E-032.81E+06

2

31.81E+041.00E+043.92E+041.806.43E-032.81 E+06

3

41.52E+046.31E+033.08E+042.414.66E-033.27E+06

4

55.43E+034.05E+031.93E+041.343.31E-031.64E+06

5

66.15E+032.47E+031.49E+042.492.92E-032.IIE+06

6

76.68E+031.68E+031.38E+043.982.23E-033.00E+06

7

83.37E+032.32E+037.99E+031.451.53E-032.21E+06

8

91.34E+038.89E+024.09E+031.511.43E-039.38E+05



424- ISSN 0216 - 3128 Yohannes Sardjono, dkk.

Basil Optimasi Parameter Desain Tebal BeamFilter, Jenis Material Aperture dan PanjangBagian Kolimator

Material beam filter ditentukan, yaitu Pbsementara tebalnya divariasikan antara 0 em sid 1

em dengan interval 0,25 em sesuai dengankemampuan dan batasan fisis dari kode komputeryang digunakan. Sedangkan material Aperture yangdivariasikan adalah B atau Cd dengan ketebalansarna dengan ketebalan filter. Jari-jari beam filterditentukan yaitu 2,5 em sedangkan jari-jari Aperturebagian luar adalah 3,5 em. Panjang kolimatordivariasikan antara 3 sampai 8 em dengan interval 1em. Hasil simulasi ditunjukkan pada Tabe! 5.

Dari Tabel 6 desain yang dipilih adalahdesain nom or 8, dengan kriteria panjang kolimator 6em, tebal Beam Filter Pb 0,75 em dan materialAperture Boron dengan ketebalan yang sarna, fluksnetron termal yang dihasilkan sebesar 4,67.103n.em-2.s-1 dan fraksi netron gamma sebesar 1,56 .106 n.em-2.mR-1•

Hasil Optimasi Desain Tebal Perisai

Perisai diperlukan untuk melindungi operatordari bahaya paparan radiasi. Berdasarkan IAEASafety Series No. 9 tahun 1962, nilai ambang laju

dosis radiasi yang diizinkan pada radius 10 em daripermukaan alat adalah 0,1 mR/jam.

Untuk mengungkung radiasi neutron dangamma, disain perisai ini menggunakan bahanmoderator parafin dan casing Pb. PerhitunganMCNP dilakukan dengan memasang detektor titikpada jarak 10 em sesuai dengan prinsip As Low AsRadiation Aceptance (ALARA) dan jarak terdekatdari permukaan perisai, pada arah samping, depan,dan atas jendela generator netron.

Dari Tabel 7 dapat ditentukan bahwa agardisain alat ini memenuhi persyaratan batas ambangyang diizinkan maka dibutuhkan perisai disainberbahan parafin dengan ketebalan 50 em dancasing Pb dengan ketebalan 7 em. Perisai ini akandapat mengurangi laju dosis total pada jarak 10 emdari permukaan alat dibawah batas ambang yangdiizinkan, dengan rineian: laju dosis posisi samping0,0452 mR/h, atas 0,0378 mR/h, dan depan 0,0521mR/h.

Hasil Optimasi Massa Sistem Radiografi

Perhitungan massa alat tidak melibatkanmassa generator netron, karena sumber netrondianggap bagian terpisah dari desain kolimator.

Tabel7. Variasi laju dosis radiasi terhadap tebal perisai.

Tebal Perisai

Tabel 8. Daftar material desain dan massanya.

No Bal!ianBahanVolume (em3)Massaienis (l!/em3)Massa (I!)

IModeratorParafin1091,15 0,89971,1235

2

Shield Pb615,051 11,346974,6783

Beam Filter Pb14,719 11,34166,91354

Averture Boron14,13 2,332,499Collimator Wall Bagian dalam

Grafit113,04 1,67188,7775

Bal!ian luar Al70,65 2,699190,6846

Bagian kolimasiParafin117,75 0,89104,798Sub total

8629,473

Perisai

Parafin I490.813,7 0,89436824,193

7PbI189.631,75 11,342150424,045

total2595879,116




Dari Tabel 8 dapat dilihat bahwa massakolimator adalah 8,629 kg, massa totalnya

14e

10e

Posi> iSurrber

2.595.879,116 kg. Gambar teknik hasil desainseperti pada Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8.

L,

6em

Gambar 6. Sistem fasilitas radiografi dan kolimator neutron tampak sam ping.

.•..n

10 em

y

L,

Ban

Gambar 7. Sistem fasilitas radiografi dan kolimator neutron tampak atas.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan ~BATAN


426

"'"

o 03 3

ISSN 0216 - 3128 Yohannes Sardjono, dkk.

Gambar 8. Sistem fasilitas radiografi dan kolimator neutron tampak depan.

KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telahdilakukan, maka dapat disimpulkan sebagaiberikut:Fluks neutron optimal sebesar (4.67 ±0.5981 ).103 n.em'2.s'l dihasilkan pada disainkolimator dengan filter Pb, Aperture B, dengan tebalmasing-masing 0,75 em dan panjang kolimator 6em. Paparan gamma pada image plane untuk disainkolimator yang dipilih sebesar (2.99 ±0.081659).10'3 mR/s. Nilai rasio neutron gammapada disain kolimator yang dipilih sebesar (1.56 ±0,0001 ).106 n em-2 mR'1 dan massa total alat322,323 Kg Disain kolimator dengan sumberneutron Generator netron yang dihasilkan telahmemenuhi persyaratan standar untuk digunakandalam NDT. Namun kontaminasi fluks neutron

eepat masih eukup tinggi sehingga masih diperlukanpenelitian lebih lanjut untuk mengurangi fluksneutron eepat yang dihasilkan dengan tetapmempertahankan nilai fluks neutron thermal diatas103 n.em'2.s". Dengan demikian fluks neutrongenerator netron dapat dimanfaatkan untukradiografi neutron sesuai dengan batasan bahwafluks neutron termal yang dihasilkan antara 101sampai dengan 104 n.em'2.s'l.

UCAP AN TERIMA KASIH

Kami mengueapkan terima kasih kepada Drs.Ilham Yazid yang telah share terhadap MCNP-4Ccode, Dr. Andang Widiarto yang telah membantumenggunakan fasilitas laboratorium komputer diT.Fisika UGM, Ir. Agus Budi Wiyatna, M.Si yangtelah menguji hasH perhitungan.

DAFTAR PUST AKA

1. http://www.dephub.go.idludaral dskulaee identdata.html#air carriers trafie data.

2. YOHANNES SARDJONO, ANDANGWIDIHARTO dan YAKOBUS KUSUMA

W1NATA, Desain Kolimator Sebagai Penyediaan Berkas Radiografi Neutron Dengan Sumber Pu-Be, Prosiding Pertemuan dan PresentasilImiah Penelitian Dasar lImu Pengetahuan danTeknologi Nuklir, Pusat Teknologi Akseleratordan Proses Bahan-BA TAN, Yogyakarta tanggal10 Juli 2006.

3. BRIESMEISTER, J.F., MCNP-A GeneralMonte Carlo N-Particle Transport Code,Manual Program, versi 4B, Los AlamosLaboratory, 1997.




TANYAJAWAB

Bambang Supardiyono

Dari grafik fiuks Neutron vs tebal material :Tebal moderator yang disarankan agar diperolehhasil maksimum? Grafik tersebut sudah di

smothing atau belum, halus belum, metode apayang digunakan?

Y. Sardjono

- Grajik tersebut belum di "smothing" tetapihasilnya tidak jauh menyimpang dan dapatdipertanggung jawabkan.

Tidak perlu.

Yudi

- Efisiensi moderator dari sumber & kolimatormemoderasi berapa?

Y. Sardjono

- Sumber generator neutron PTAPB memilikimono energi neutron yaitu 14 MeV dengan terasneutron sebesar [(t n.cm-2.S' setelah dimoderasioleh parajin turun 106 n.cm-2.S' dan terakhirkeluar ko/imator [(I n.cm-2.S'. Jadi ejisiensinyarendah karena sumbernya cepat.

- Untuk itu kedepan akan diganti sumberDeuterium yang energinya 200 keV denganfluksJ(I n.cm-2.S'.



DESAIN KOLIMATOR TIPE TABUNG UNTUK PENYEDIA AN … · 2014. 10. 10. · Carlo N-Particle (MCNP)...

Documents

Transcript of DESAIN KOLIMATOR TIPE TABUNG UNTUK PENYEDIA AN … · 2014. 10. 10. · Carlo N-Particle (MCNP)...