Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, YoRvakarta 25-27 April 1995

:2.0~

Buku I 75

PENENfUAN TAMPANG-LINTANGAKTIVASINEUTRON 14

MeVDARI UNSUR- UNSUR UMURPARO PENDEK(Mg, Si,V,Fe,Co, daDZr) DENGAN METODAAKTIVASINEUTRON CEPAT

Sudjatmoko, Djoko Siamet PudjorahardjoPPNY-BATANP.O,Box 1008 Yogyakarta55010

ABSTRAK

PENENTUAN TAMPANG-LINTANG AKTIVASI NEUTRON 14 MEV DARl UNSUR- UNSUR UMUR

PARD PENDEK (Mg, Si, V,Fe, Cu, DAN Zr) DENGAN METODA AKTIVASI NEUTRON CEPAT. Telahdilakukan pengukuran tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a), dan (n,2n) dari bahan-bahan Mg, Si, V, Fe, Cudan Zr pada energi neutron 14Me V.Pengukuran tampang-lintang dilakukan dengan menggunakan metodaaktivasi neutron cepat, dimana cuplikan diiradiasi dengan neutron 14 MeV dari generator neutron. Sinargamma yang dipancarkan dari radioisotop yang terbentuk dicacah dengan detektor HPGe dan NaI(Tl).Berdasarkan pada eksperimenyang telah dilakukan, nilai dari tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a) dan (n,2n)dari bahan tersebut di alas relatzjsama terhadap literatur dengan kesalahan lebih kecil, yang berkisar 1,82% sampai dengan 8,81 %, Sekitar 63,6 % dari seluruh tampang-lintangyang terukur mempunyai kesalahanlebih kecil dari 3 %.

ABSTRACT

DETERMINATION OF 14 MEV NEUTRON ACTIVATION CROSS-SECTION OF THE SHORTHAlF-LIFE ELEMENTS (Mg, Si, V,Fe, Cu, AND Zr) BY THE FAST NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS.Measurement of the (n,p), (n,a), and (n,2n) reaction cross-sectz'onsofMg, Si, V,Fe, Cu and Zrat the 14MeVneutron energy have been done. Themeasurementof these reactioncross-sections were done by thefast neutronactivation analysis method, where the samples were irradiated with 14 Me V neutron from the neutrongenerator, The gamma- rays emittedfrom the radioisotopeproduced by nuclear reactz'onwere counted withthe HPGe and the NaI(Tl) detectors, Based on the experimentalwhich has been done the value of the reactioncross- sections of these materials above mentioned were same relatively regarding the literature with smallererror which range 1,82 % up to 8,81 %.About 63,6 % of all cross-sections measured have the error smallerthan 3 %.

PENDAHULUAN

Pactaakhir dekade ini kebutuhan akan data nukliryang berkaitan dengan kegunaannya dalam

perancangan material reaktor fusi, percobaankerusakan terhadap radiasi, serta terapi kanker telahmendorang para peneliti di berbagai negara lebih giatmelakukan pengukuran tampang-lintang reaksineutron pacta jangkau energi tinggi 10 - 40 MeV[KASUGAI (I), CSIKAI (2)]. Pacta umumnyapengukuran tampang-lintang dari inti dengan umurpara yang panjang telah diukur secara sistematikdengan ketelitian yang sangat baik. Akan tetapi actabanyak inti dengan umur para pendek belum diukuratau telah diukur dengan ketelitian kurang baikkarena kesulitan dalam pengukuran untuk inti-intiumur para pendek.

Pengujian data tampang-lintang reaksi darisuatu bahan secara eksperimen sangat diperlukan

untuk menguji kebenaran clan keseksamaan darimetoda perhitungan clandata nuklir yang digunakanuntuk merancang clanmenganalisis suatu reaktorfusi.Sampai saat ini telah banyak jenis reaktor daya fusidanJatau reaktor eksperimen telah diusulkan. CaJonbahan yang digunakan dalam rancangan reaktor fusitelah diikhtisarkan oleh beberapa peneliti[MAEKAWA(3)],Bahan-bahan tersebut hampir sarnaantara yang diusulkan oleh peneliti satu denganlainnya. Sebagai bahan magnet antara lain adalahmagnesium (Mg), vanadium (V), clantembaga (Cu);bahan struktur adalah silikon (Si), vanadium (V), clanzirkonium (Zr); bahan struktur, reflektor clanperisaiadalah besi (Fe); clanbahan pelipat neutron adalahzirkonium (Zr).

Nilai tampang-lintang reaksi daribahan-bahan tersebut yang telah dipublikasikanantara peneliti satu clan lainnya masih terdapatperbedaan dengan ketidakpastian yang cukup besar[CSIKAI (2), NARGOLWALLA (4\ BORMAN (5),

ISSN 0116-3128 Sudjatmoko, dkk.

"-~

76

ERDTMAN(6)].Nilai ketidakpastian 2 - 4 % kc-lihatannya kecil, akan tetapi nilai ini dalam datatampang-lintang(sebagai contoh dalam bahan pelipatneutron) akan mengakibatkan taksiran terlalu tinggidalam fluks neutron pacta bebcrapa lokasi, daDtaksiran terlalu rendah pactatempat yang lain.

Salah satu metoda untuk mengukurtampang-lintang adalah metoda aktivasi neutroncepat, yang dilakukan dengan menggunakan neutron14 MeV yang dihasilkan oleh generator neutron.Studi awal telah penulis lakukan dengan metodaabsolut, daD pencacahan sinar gamma yangdipancarkanoleh radionuklida yang terbentuk setelahaktivasi dilakukan dengan menggunakan satudetektor. Namun hasil yang diperoleh kurangmemuaskankarena diasumsikan bahwa fluks neutronkonstan, tidak menggunakan tampang-lintangstandar yang tepat, kesalahan sistematik yang berasaldaTiefisiensi detektor, daDketidakpastian data nukliryang digunakan cukup besar.

Berlatar belakang pacta permasalahan-permasalahan tersebut di alas, penulis melakukanpengukuran nilai tampang-lintang daTibahan-bahanmagnet Mg, V daD Cu; bahan struktur Si; bahanstruktur, reflektor daDperisai Fe; daDbahan pelipatneutron Zr. Tujuan daTi penelitian ini adalahmenentukannilai tampang-lintang reaksi (n,p), (n,a)daD(n,2n) daTibahan-bahan tersebut dengan harapandiperoleh nilai tampang-lintang reaksi denganketidakpastian yang lebih baik. Metoda yangdigunakan untuk pengukuran tampang-lintang reaksitersebut adalah metoda aktivasi neutron 14 MeV.Sebagai referensi digunakan tampang-lintang reaksistandar 27AI(n,)2~a karena tampang-lintangreaksinya telah diukur secara seksama denganketidakpastian :t 3 % [KASUGAI (1)].lAEA jugatelahmerekomendasipenggunaan data nuklir neutron14 MeV pacta pengukuran daD analisis yangdiperlukan untuk teknologi reaktor fusi, yaitu reaksi-reaksi 27AI(n,a), 56Fe(n,p) daD 238U(n,f)sebagaimonitor fluks dalam analisis aktivasi [CONDE (7)].Untuk memperbaiki kesalahan yang ada, pencacahansinar gamma yang dipancarkan oleh radionuklidayang terbentuk setelah aktivasi dapat dilakukandengan teknik dua detektor [DARSONO (8)].Olehkarena itu dalam penelitian dilakukan pencacahangamma dengan menggunakan teknik dua detektor,yaitu dengan menggunakan detektor HPGe daDdetektor Nal(TI). Detektor HPGe mempunyairesolusi yang sangat baik, akan tetapi efisiensinyarendah; sedangkan detektor Nal(TI) resolusinyakurang baik daD efisiensinya baik. Pencacahandengan teknik dua detektor tersebut diharapkandapatmemperbaiki atau memperkecil kesalahan hasil

Buk/llProsiding Pertemuan don Presentasi l/miah

PPNY-BATAN, Yo/{yakarta 25-27 April 1995

pencacahan sinar gamma yang dipancarkan olehradionuklida yang diselidiki.

Pengukuran tampang-lintang reaksi (n,p),(n,a) daD(n,2n) daTibahan-bahan Mg, Si, V, Fe, CudaDZr sangat penting berkaitan dengan kegunaanyadalam teknologi reaktor fusi, terutama untukperhitungan daDperancangan bahan pelipat neutron,bahan struktur, reflektor, perisai daDmagnet reaktorfusi. Selain itu diharapkan' akan diperoleh nilaitampang-lintang reaksi yang seksama denganketidakpastian yang lebih baik dibandingkan dengandata-data nukliryang telah dipublikasikan.

TEORI

Reaksi inti adalah suatu proses interaksi intidengan inti atau inti dengan nukleon, sehingga teIjadiperubahan inti. Apabila inti X ditembak denganpartikel a akan teIjadi beberapa kemungkinan, salahsatunya adalah reaksi

X(a, b) Y (1)

dimana a adalah partikel penembak, X adalah intisasaran, b adalah partikel yang dipancaIkan, dan Yadalah partikel hasil. Dalam banyak kasus, intimajemuk terbentuk lebih dahulu [MARSONGKO-HADI (9)].Nomor atom daD Domer massa intimajemuk merupakan penjumlahan nomor atom daDDomer massa inti target daDpartikel penembaknya.Suatu inti majemuk dapat terbentuk daD meluruhmelalui berbagai cara, bergantung pacta energieksitasinya [BEISER (10)].Inti majemuk tersebutmempuny~ umur para dalam orde 10-19detik.

Interaksi Neutron Dengan Materi

Interaksi neutron dengan materi mem~unyaisifat yang khas dibandingkan dengan partikel yanglain. Beberapa sifat khas yang berkaitan denganpenembusan neutron ke dalam materi adalah sebagaiberikut. .

a. Neutron tidak terpengamh oleh gaya Coulomb,maka dapat masuk mendekati inti sehingga dapatteIjadi interaksi nuklir.

b. Pada energi yang sarna, tampang-lintang reaksineutron lebihkecil dibandingkan dengan partikelbermuatan. Pacta umumnya tampang- lintangreaksi neutron turun dengan bertambahnyaenergi neutron.

Interaksi nuklir antara neutron dengan materidapat dibe~akan dalam beberapa jenis antara lainadalah sebagai berikut.

Sudjatmoko; dkk. ISSN 0216-3128

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiahPPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995

Reaksi (n,2n), yang terjadi hila energi neutronE,> 10Mev. Tampang-lintangreaksicr(n,2n) pada26 nuklida stabil terletak antara 18 mb sampaidengan 1200 mb [NARGOLWALLA(4)].Reaksi (n,a.) clan(n,p), terjadi pada energi tinggikarenapartikel yang dipancarkanadalah partikelbermuatan, maka untuk melepaskan diri dari intiatom, partikd tersebut hams dapat mengatasigaya Coulomb. Tampang-lintang cr (n,a.) me-numn dari 100 mb untuk inti-inti ringan sampai1 mb pada inti-inti bernt, clan mencapai nilaimaksimum di alas 100mbpada unsur Na sampaiCl. Sedangkan tampang-lintang cr(n,p) nilainyanaik sampai dengan Z = 16, mencapaimaksimum pada 16 < Z < 24, kemudian tumnsecara bertahap sampai 2 -3 mb untuk inti-intiberat [NARGOLWALLA(4)].

Tampang-Lintang Reaksi Neutron 14 MeV

a.

b.

Dalam metoda aktivasi, cuplikan yang akandianalisis diiradiasi dengan neutron 14 MeV yangdihasilkan oleh generator neutron yang berdasarkanreaksi inti3H(d,n)4He.Akibat iradiasi sebagianinti didalam cuplikan menangkap neutron clan menjadiradioaktif. Sinar-gamma yang dipancarkan dianalisisdengan spekuometer-gamma. Analisis kualitatifdidasarkan pada energi gamma yang dipancarkan,clan dapat digunakan untuk identifikasi unsur yangteIbentuk clanreaksi yang terjadi. Sedangkananalisiskuantitatif dilakukan dengan menentukan intensitassinar-gamma yang dipancarkan. Jika waktu iradiasiadalahti,waktu tunda adalah tJclanwaktu pencacahanadalah t" maka jumlah cacah selama pelumhanadalah

(!JaNT -ln2"i/.-n)

-ln2"d/.-n (1- -ln2.'c/.-n)C=-(1-e /1112.e /1'12 e /1112

In2/r112

dengan:

k = tetapan yang mengandung efisiensi de-tektor (8)clanyieldgamma(Y)=8 . Y

~ = fluks neutrona = tampang lintang reaksiNT = jumIahnuklidatargetT1I2 = waktu paro

sedangkanjumlah nuklida sasaran adalah

NT = a m NABA

dengan :

Bllkul 77

m = massa cuplikan dalam gramNA = bilangan AvogadroBA = berat atom cuplikana = limpahan isotop cuplikan.

Dengan'memasukkan nilai e-1n2= 1/2, makapersarnaan (2) dapat disederhanakan menjadi

C = (NA / In 2) a 8 (!Jm Kl K2 (4)

Berdasarkan persamaan (4) di alas, nilai tampang-lintang reaksi dapat ditentukan, yaitu

In2 Ca =-

NA 8 (!J . m Kl K2 (5)

dengan:

Kl = (aYTI/2/ BA)K2 = (1 -0,5\/TI12)(0,5t/TII2) (1 - 0,5t/TI/2)

Dalam persamaan (5), nilai m diperoleh daripenimbangan cuplikan, C dari cacah terukur, clan 6dari kalib.rasiefisiensi detektor, sedangkan nilai (!Jbelum diketahui. Dalam metoda absolut untuk

mendapatkan nilai cr hams ditentukan lebih dahulunilai fluks neutron (!J, sedangkan pada metodakomparasi terhadap tampang-lintang standar nilai (!Jtidak perlu ditentukan [BECKURTS (II)].Besarnyanilai a suatu reaksi inti diperoleh dengan mem-bandingkan cacahnya terhadap cacah cuplikanstandar yang sudah diketahui tampang-lintangnya,sehingga persamaan (5) di alas dapat dituliskanmenjadi

(2)

(8 m Kl K2)s Ccac = as(6 m Kl K2)c Cs (6)

(3)

dimana indeks c untuk cuplikan clan indeks s untukstandar.

Sebagai suatu metoda pengukurantampang-lintang, metoda aktivasi tidak terlepas darikelebihan clan kekurangan. Menurut NARGOL-WALLA (4),metoda aktivasi memiliki kelebihandalam selektivitas (kemampuan memilih), akurasi(ketepatan), serta sensitivitas (kepekaan). Dalampraktek, metoda ini bisa dilakukan dengan sedikitcuplikan, tidak terpengamh bentuk kimia cuplikan,dapat melacak lebih dari satu reaksi pada saat yangbersamaan, serta hasilnya bisa diperoleh dengancepat. Sedangkan kelemahannya memerlukan biayaawal yang tinggi, clantidak dapat mencirikan ikatankimia cuplikan.

ISs1~0216-3128 Sudjatmoko, dkk.

78

Dalam pengukuran tampang-lintang yangtelah dilakukan dipilih metoda komparasi, denganpertimbangan bahwa secara teoritis memilikibeberapa keunggulan sebagai berikut.

a. Karena pencacahan cuplikan dan standardilakukan bersama-sama dalam satu kapsul,maka tidak perlu ditentukan lebih dahulu nilaifluks neutron <1>,sehingga terhindar daTi ke-salahan akibat harga <1>yang fluktuatif.

b. Karena pencacahan dilakukan pactasatu kapsul,maka faktor geometri cuplikan tidak banyakberpengaruh.

c. Dengan menggunakan metoda komparasi, untuksatu cuplikan bisa diperoleh lebih daTisatu nilaitampang-lintang, yaitu sejumlah energi gammastandar dikalikan energi gamma cuplikan yangmasih terdeteksi dalam barns resolusi detektor.

TATAKERJA

Peralatan yang digunakan dalam penelitian initerdiri daTi dua sistem peralatan, yaitu generatorneutron sebagai sumber neutron 14 MeV, danspektrometer-gamma.

Bahan

Dalam penelitian ini bahan yang digunakanadalah serbuk MgO, Si, V2O5,Fe, Cu, dan Zr,masing-masing dengan kemurnian 90%, 99%, 90%,98%, 99,7%, dan 80%, ditimbang dengan berattertentu menggunakan timbangan analitik digital.Masing-masing serbuk kemudian dicampur denganserbuk Al dengan kemurnian 90% denganperbandingan berat tertentu, diaduk sampai ratadengan menggunakan pengaduk, kemudiandimasukkan ke dalam kapsul polyethylene keci!.Mangkok, pengaduk, dan kapsul dibersihkan denganalkohol sebelum dipakai. Berat cuplikan diperolehdengan menimbang kapsul sebelum dan sesudah diisicampuran serbuk. Tiga kapsul disiapkan untukmasing-masing cuplikan.

Pencacahan Cuplikan

Cuplikan yang telah disiapkan kemudiandiiradiasi dengan neutron 14 MeV yang dihasilkanoleh generator neutron. Untuk mencapai aktivitasjenuh, setiap cuplikan diiradiasi selama 30 menit.

Segera setelah berakhirnya iradiasi, cuplikandicacah selama 30 menit dengan menggunakan duabuah detektor yaitu detektor HPGe dan NaI(TI)dengan waktu tunda 60 detik sebelumdimulai penca-cahan.Untuk mengidentifIkasipuncak-foto spektrumgamma, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi kanal

Buku IProsiding Pertemuan don Presentasi llmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995

MCA versus energi gamma dengan menggunakansumber gamma standar yang sudah diketahuienerginya. Dalam penelitian ini dipakai sumbergamma I37Cs(661,638 keY), 22Na(511 dan 1274,52keV), dan 60CO(1173,208 dan 1332,464 keV).Hubungan nomor kanal (x) versus energi gamma (y)dinyatakan dengan persamaan regresi parabolakuadratik

y=A +BX+'CX2 (7)

dengan A, B, dan C adalah konstanta regresi, x adalahnomor kallal, dan y adalah energi gamma.

Untuk menentukan kuantitas masing-masingunsur pacta cuplikan perin dilakukan kalibrasiefisiensi. Efisiensi mutlak yaitu rasio cacah yangterdeteksi terhadap aktivitas somber. Karena bentukdan volume sensitif daTi detektor sulit ditentukan,biasanya efisiensi detektor ditentukan secaraeksperimen dengan menggunakan somber gammastandar. Efisiensi puncak energi penuh (full energypeak efficiency) untuk energi gamma E dapatdiperoleh dengan mengukur spektrum sumbergamma standar [DAROCZY,(12)].

g(E) = ~dps f(E) (8)

diman cps adalah cacah di bawah puncak-foto perdetik, dps adalah aktivitas somber gamma pactasaatpengukuran, dan Y(E) adalah kelimpahan gamma.Untuk menentukanefisiensi pactaenergi gamma yanglain digunakan persamaan [DAROCZY, (12)]

E(E)= exp (A + B.lnE+ c.ln2E) untuk E>-200keV (9a)

L

E(E) = L: b}E} untuk E ~ 200 keVj=o (9b)

dimana A, B, C, bj dan L adalah parameter-parameterfitting. .

Kalibrasi efisiensi dilakukan denganmenggunakan somber gamma standar 152Eudenganwaktu para 13,1tahun, dan aktivitasnya 3,7 x 105Bqpactatanggal8 Pebruari 1985.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis hasH pencacahan meliputi analisiskualitatif dan kuantitatif. Analisis kualitatifdimaksudkan untuk identifikasi jenis reaksi yang

Sudjatmoko, dkk. ISSN 0216-3128

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995

terjadi dengan parameter energi gamma yangdipancarkan oleh radioisotop yang terbentuk,sedangkan analisis kuantitatif bertujuan untukmenghitungaktivitas atau laju cacahdaripuncak-fotoyang teridentifikasi. Laju cacah diperoleh dievaluasidengan menjumlahkan semua cacah yang terekamdalam inteIVal kanal {C-3s, C+3s} daD dikurangidengan cacah latar Nb, dimana C adalah posisi daripusat puncak-foto daDs adalah FWHM (Full WidthHa/fMaximum). Nbdiberikan oleh (6s)x (NL+ NH)/2,dimana NL daD NH masing-masing adalah cacahrata-rata dari 5 kana! di sekitar (C- 3s) dan (C+3s).Sebagaicontoh terlihat pactaGambar 1yaitu evaluasiluasan puncak-foto daTi sinar gamma yangdipancarkan oleh 27Mgyang dihasilkan oleh reaksi27Al(n,pi7Mg.

27Al(n ,p)27Mg .843 keV

1 FWHM

"IIII::II!..!s:

/.;CI>11.

-;'100II!

It,)

10800 843

E~ergi (keV)

Gambar 1. Evaluasi luasan puncak-foto daTisin aT gamma 843 keV yangdipancaTkan oleh 27Mg.

Kalibrasi detektor meliputi kalibrasi energidaD efisiensi. Kalibrasi energi bertujuan untukmencari hubungan antara Domerkana! MCA denganenergi gamma, dilakukan setiap kali detektor akandigunakan untuk pencacahan. Sedangkan kalibrasiefisiensi bertujuan untuk mencari efisiensi deteksi,yaitu perbandingan antara laju cacah detektorterhadap laju emisi pacta energi gamma tertentu.Berdasarkan pactapersarnaan (7) daD(9a) diperolehnilai energi gamma daDefisiensi deteksi untuk setiapcuplikan, daDreaksi inti yang teIjadi, yang hasilnyasecara lengkap tercantum dalam Tabel 1. SedangkanGambar2, 3, dan 4 memperlihatkan spektrumgamma

Buku I 79

dari cuplikan zirkonium daD besi setelah diiradiasidengan neutron 14 Mev.

Tabell. Energi gamma, efisiensi deteksi daDreaksi yang terjadi dari cuplikan MgO,Si, V205, Fe, Cu, Zr daD AI setelahdiiradiasi dengan neutron 14 MeV.

Mass::asX

t.."'" . .., ~~o""'r I 8"'0

,

~! I ~. :;.r.illuII!

t)J

.. C'o!, A . c

.! II

J;:A

..;. !. ~ I

L- i""::~:';-~~:>?';:~h~~~;">'1Jj-

.!

loz.m "'\11 EI}'e~ii '?~eV)

Gambar 2. SpektTum ganuna yang dihasilkandaTi pencacahan cuplikan ZTdengan detektoT HPGe setelahdiiradiasi dengan neutron 14 Mev.

ISSN 02ni-3f28 Sudjatnioko, dkk.

No. E't (keY) e (E) e (E) Reaksi inti

HPGe NaI(fI)

1. 439 0,0022 0,0072 26Mg (n,n) 2e

2. 975,2 0,0010 0,0060 25Mg (n,p) 25Na

3. 511 0,0019 0,0031 29Si (n,p) 29Al

4. 1778,8 0,0005 0,0015 28Si (n,p) 28AI

5. 320 0,0030 0,0103 5ly (n,p) 5lTi

6. 1311,7 0,0007 0,0021 51y (n,n) 48Sc

7. 511 0,0019 0,0061 54Fe (n,2n) 53Fe

8. 1811,2 0,0005 0,0015 56Fe (n,p) 56Mn

9. 511 0,0019 0,0061 65Cu (n,2n) 64Cu

10. 388 0,0024 0,0083 90Zr (n,n) 87mSr

11. 511 0,0019 0,0061 90Zr (n,2n) 89gZr

12. 909 0,0011 0,0032 9OZr(n,2n) 89gZr

13. 843 0,0011 0,0035 27AI (n,p) 27Mg

]4. 1369,6 0,0007 0,0020 27AI (n,n) 24Na

]5. 2754,1 0,0003 0,0009 27Al (n,n) 2a

80

,.,11'" I lu' ('.1 "

ZO",><" , .,..MQjJ:Qj

.!II

s.;

~

"

.. ",

~l!

!.=Qj0Il1

U,

.'I~ ~ t ~

TO:: 1 ~ .d ~u II I ! j

~

f 0 0

I I,~;":.. " ;, : ,

."':."'!': ~':i-.""-"',""",';4..0..,;....._.......... -, 1

':

,..,

".," .,. .., "" "., "n ""Energi (keV)

",.

Gambar 3. Spektrum ganuna yang dihasilkandaTi pencacahan cuplikan Fedengan detektor HPGe setelahdiiradiasi dengan neutron 14Mev.

Tampang-1intang untuk masing-masing bahanditentukan dengan menggunakan persamaan (6), daTIperhitungannya didasarkan pacta ni1ai tampang-

lintang standar daTi reaksi inti 27A1(n,a)24Na (E =1369,6 daTI 2754,1 keY) yang tampang-lintangnyacr(n,a) = (113,70 :to,68) fib, daTIreaksi inti 27A1(n,p)

27Mg(E't = 843,1 daTI1014,4 keY) dengan tampang-1intangcr(n,p) = (78 :t 3) mb [CONDE, (7)].Pilihanutama sebagai standar ada1ahreaksi 27A1(n,a)24Na

BllklllProsiding Pertemuan don Presentasi IImiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995

..,11'... . ...1 IhiI' """ . hlltll

rotQjJ:oj

.!II

M

8.

I;r"

.cIl10

'81i!~

.'!";'0:: ,

,. I "\":

.,

;,

f 1 1- ""i:,:;::,", , _

I

~

I

.:

oJ;;,,)>. I

',~~ ~t "~.~.:i~'~\:...i.:.""",; ~ ., -'

'" 1<,0.11 '>" "" '1>''Energi (keV)

Gambar 4. Spektrum gamma yang dihasilkandaTi pencacahan cuplikan Fedengan detektor NaI(Tl) setelahdiiradiasi dengan neutron 14 Mev.

karena (n,a) mempunyai ralat yang keci1, daTIte1ahdigunakan secara 1uas dalam analisis aktivasi padajangkau energi neutron 1 -20 Me V [CONDE, (7)].Akan teta'pi pacta reaksi tertentu, seperti 24Mg(n,p)24Nayang menghasilkan radionuklida yangsama, yang mengakibatkan penimbrungan puncak-foto sehingga ni1ai cr(n,a) tidak bisa digunakan,Da1am kasus ini digunakan ni1ai cr(n,p) sebagaistandar, Hasi1 perhitungan tampang-lintang untuktiap reaksi disajikan.da1amTabe12,

Tabel 2. HasH Perhitungan tampang-lintang reaksi dengan teknik satu dan dua detektor dibandingkan terhadapnHai tampang-lintang dari literatur, NARGOLWALLA(4>,BORMANs>, dan ERDTMAN(6).

SudJaiinoko, dkk. ISSN 0216-3128

Tam pan g L i n tan g (mb)

Reaksi Hasil Pengukura-n Literatur

HPGe NaI(fl) HPGe & NaI(TI) Nar Bormann Erdtman

26Mg (n,a) 2e 93,33 :t 9,60 88,78:t 9,90 91,06 :t 6,89 89 84:t 10 77:t 8

25Mg (n,p) 25Na 56,60 :t 3,17 51,85:t 8,67 54,23 :t 4,61 45 49:t 20 44:t 5

29Si (n,p) 29AI 105,60 :t 4,40 103,74:t 3,66 1O4,67:t 2,86 100 120:t 20 120:t20

28Si (n,p) 28AI 240,53:t 9,76 240,80:t 6,61 240,66 :t 5,89 235 250:t 30 230 :t 30

Sly (n,p) SlTi 27,71:t 1,18 27,45:t 1,12 27,58:t 0,81 27 35:t 5 35,5:t 5

Sly (n,a) 48Sc 17,65:t 0,74 17,65:t0,63 17,65:t 0,48 - 15:t 2 17:t 3

54Fe (n,2n)S23gFe 17,08:t 0,54 15,18:t0,63 16,13:t 0,42 15 1O,5:t 1 15,5:t 1

56Fe (n,p) 56Mn 109,17:t3,47 113,44:t 4,61 111,3l:t 2,89 103 112:t 6 103:t 6

6SCu (n,2n) 64Cu 1O57,37:t 29,26 1057,11 :t 24,90 1057,24:t 19,21 1100 913:t 50 956 :t 50

9OZr(n,a) 87mSr 196,22:t 17,47 193,82 :t 6,93 195,02:t 9,40 194 3,2 :t 0,3 120:t40

9OZr(n,2n)89Zr 778,19:t47,15 787,15 :t 22,29 782,67 :t 26,08 770 74:t 3 714:t 50

Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah

PPNY-BATAN, Yo{:vakarta 25-27 April 1995

Dari hasil perhitungan yang disajikan dalamTabel 2 terlihat bahwa pengukuran tampang-lintangdengan metoda aktivasi komparasi memberikan hasilyang cukup beragam, tetapi masih memperlihatkankonsistensi satu sarna lain. Perbedaan munculkarenasulitnya mencari puncak gamma yang bersih daTireaksi penimbrungan. Bila reaksi penimbrunganterjadi pacta puncak-foto daTi cuplikan, akandiperoleh nilai tampang-lintang terukur lebih besardaripada nilai rata-rata literatur. Bila penimbrunganteIjadi pactapuncak- rota daTIstandar, akan diperolehnilai tampang-lintang yang lebih kecil daripada nilairata-rata literatur. Sebagai contoh, tampang-lintangterukur daTi reaksi 9OZr(n,2n)89Zrmempunyai nilailebih besar daripada nilai rata-rata literatur, karenaadanya sumbangan cacah pactapuncak-foto 511 keYdaTI89Zroleh 26mAl hasil reaksi 27Al(n,2n)26mAl yangjuga memancarkan gamma dengan energi 511 keY.Contoh kedua, reaksi 29Si(n,p)29Al menghasilkantampang-lintang terukur yang lebih kecil daripadanilai rata-rata literatur, karena puncak-foto yang di-

. 27

gunakan berasal daTi Mg yang memancarkangamma dengan energi 843 keY hasil reaksi27Al(n,p)27Mgyang memperoleh sumbangan daTireaksi 3OSi(n,cx.)27Mg.

Beberapa reaksi penimbrungan bisa ditolerirdengan pertimbangan kelimpahan isotop daDgamma-yield, serta umur para yang pendek. Tetapipacta keadaan tertentu, reaksi penimbrunganmenyebabkan beberapa puncak-foto tidak bisadigunakansarnasekali. Pactacuplikan yangberisi (AI+ Mg),puncak-fotodenganenergi gamma 1369,6daTI2754,1 keY daTIradioisotop 22Natidak bisa diguna-kan karena merupakan hasil bersama reaksi27Al(n,cx.)24Na(a = 100 %, Y = 100 %, T1/2= 901,2meDii),daTIreaksi 24Mg(n,p)24Na(a = 78 %, Y = 100%, T1/2= 901,2 menit).

Ralat tampang-lintang terukuryang tercantumdalam Tabel 2 bersumber pacta ralat cacah cuplikandaTIstandar, ralat penimbangan massa, ralat pactakalibrasi efisiensi, serta ralat nilai tampang-lintangstandar yang digunakan. Ralat geometri tidak begituberpengaruh karena standar daTIcuplikan mengalarniperlakuan yang sama. Fluktuasi fiuks neutron bisamenimbulkan ralat yang cukup berarti, tetapi bisadiabaikanjika umur para standar daTIcuplikan tidakjauh berbeda. Pemakaian metoda komparasi dimanaserbuk cuplikan daTIstandar diperlakukan sebagaisatu kesatuan, sehingga memungkinkan tereliminir-nya faktor geometri daTIfiuktuasi neutron.

Besarnya ralat maksimum tampang-lintangdenganmenggunakan detektor HPGe adalah 10,29%untuk reaksi 26Mg(n,cx.i3Ne,sedangkan dengandetektor NaI(Tl) sebesar 16,72 % untuk reaksi

Buku I 81

25Mg(n, p)25Na. Besarnya ralat tersebut disebabkanoleh rendahnya intensitas puncak-foto daTi 23Ne daTI25Narelatif terhadap cacah latar karena Mg tercampurdengan oksigen daTIkerapatannya kecil.

Ralat tampang-lintang minimum teIjadi pacta65 . 64

reaksi Cu(n,2n) Cu yang besarnya 2,77 % denganmenggunakan detektor HPGe, daD 2,36 % denganmenggunakan detektor NaI(Tl). Hal ini disebabkankarena maksimalnya massa Cu dalam satu kapsul,daTI64CUmemiliki dill puncak-foto yang bersih daTipenimbrungan (511 daD 909 keV), daTIdianalisisdengan dua puncak-foto daTIstandar (843 daTI1369,6keV), sehingga diperoleh 4 harga tampang-lintanguntuk satu cuplikan.

Ralat tampang-lip.tang terukur untuk duadetektor diperoleh dengan mengambil akar jumlahan~(UadratdaTi ralat tampang-lintang terukur untukmasing-masing detektor dengan menggunakan faktorbobot. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa ralatpengukuran dengan dua detektor lebih kecil jikadibandingkan dengan satu detektor, dengan faktorreduksi antara 53 % untuk reaksi 25Mg(n,pi~a daTIreaksi 90Zr(n,cx.rmZrsampai dengan 71 % untuk re-aksi 26Mg(n,cx.)23Ne.Besarnya ralat pengukurantampang-lintang dengan dua detektor berkisar antara1,82 % pacta reaksi 65Cu(n,2n)64CUsampai dengan8,81 % pactareaksi 25Mg(n,p)25Na.Tujuh daTIsebelastampang-lintang terukur (63,64 %) mempunyai ralatlebih kecil daTI3 %, yaitu kisaran ralat yang diperlu-kan untuk diterimasebagaidata nuklirterutama untukperancangan bahan struktur suatu reaktor [MANN,(13)].Secara keseluruhan ralat tampang- lintang daTipenelitian ini cukup memadai karena denganmenggunakanreaksi standar 27Al(n,cx.i4Na dapatdipastikan harga ralatnya di alas 1% [CSIKAI, (2)].

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telahdilakukan dapat diambil beberapa kesimpulansebagai berikut.

1. Pengukuran tampang-lintang aktivasi neutroncepat, terutama untuk reaksi-reaksi (n,p), (n,ex.)daD (n,2n) dapat dilakukan dengan metodaaktivasi komparasi menggunakan dua detektordiperoleh hasil yang cukup baik.

2. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukandiperoleh nilai tampang-lintang terukur yangkonsisten, sesuai dengan harga daTi beberapadata literatur, serta memiliki ralat yang cukupkeci!. Tingkat akurasi data hasil penelitian tidakbisa ditentukan karena tidak tersedianya hargaacuan yang disepakati. Tujuh daTi sebelas

ISSN 0216-3128 Sudjatmoko, dkk.

82

3.

tampang-lintang terukur (63,64 %) mempunyairaIat lebih kecil daTi3 %, yaitu kisaran ralat yangdiperlukan untuk diterima sebagai data nuklir.Secara umum teknik dua detektor mampumenekan ralat dengan faktor reduksi 53 %sampai dengan 71 %.Pengukuran tampang-lintang reaksi neutroncepat dengan metoda aktivasi komparasimernilikibeberapa keuntungan antara lain hanyamemerlukan cuplikan sedikit, hasilnya dapatdiperoleh secara cepat dengan ketelitian tinggi,mudah dilaksanakan, dan dapat mengelirninirfaktor fluktuasi fluks neutron daD faktorgeometri pencacahan.

UCAPAN TERIMA KASIH

DaIam kesempatan ini penulis mengucapkanterima kasih kepada Sdr. Abdurrouf, Sdr. Suradji danSdr. Agus Tri Punvanto, yang telah banyak mem-bantu daIam pelaksanaan eksperimen, pengambilandata, dan analisis data. Semoga segaIa bantuan yangtelah diberikan mendapatkan balasan dari AllahSWT. Arnien.

DAFTAR PUSTAKA

1. KASUGAI, ¥, et ai, Measurement of FormationCross Sectionsof Short-Lived Nucleiby 14MeVNeutrons, Japan Atomic Energy ResearchInstitute, JAERI-M 93-124, (1993).

2. CSIKAI, 1., CRC Handbook of Fast NeutronGenerators, CRC Press Inc., Boca Raton,Florida, (1987).

3. MAEKAWA,H., Nuclear Data RequirementsforTritium Breeding Calculations and Testing ofEvaluated Nuclear Data in Japan, Nuclear Datafor Fusion Reactor Technology, IAEATecdoc-457, Vienna, (1988), p.46-59.

4. NARGOLWALLA, S.S., and PRZYBY-LOWICS, E.P., Activation Analysis withNeutron Generators, John Wiley & Sons, NewYork, (1973).

5. BORMANN, M., et ai, Tables and Graphs ofCross-Sections for (n,p), (n,), and (n,2n)Reactions in the Region Energy I - 37 Mev,Handbook of Nuclear Cross-Section, IAEAReports-I56, Vienna, (1974), p.87-272.

6. ERDTMAN, G., Neutron Activation Tables,Weinheim VerlagChernie, New York, (1976).

7. CONDE, H., Standard Cross-Sections forFusion, Nuclear Data for Fusion Reactor

BukllIProsiduIg PertenUlan don PresentasiIlmialr

PPNF-BATAN, Yogyakarta 25-27 Apri11995

Technology, IAEA Tecdoc-457, Vienna, (1988),p.144-150.

8. DARSONO, Pengukuran Tampang LintangReaksi Neutron Cepat Dengan Teknik DuaDetektor, Pro siding PPI, PPNY -BATAN,Yogyakarta (1993).

9. MARSONGKOHADI, Dasar-dasar Fisika IntiDalam Pengantar Ilmu Pengetahuan daDTeknologiReaktor, BATAN-Jakarta, (1978).

10. BEISER, A., Concepts of Modem Physics, 4thedition, McGraw-Hill Inc., New York, (1987).

11. BECKURTS, KH., and WIRTZ, K, NeutronPhysics, Springer Verlag, New York Inc., NewYork, (1964).

12. DAROCZY, S., et ai, Measurement of the Yieldof Short-Lived Fission Products by the DirectGe(Li) Methoa, IAEA Training Course onUtilization of Neutron Generator, Debrecen,(1978).

13. MANN, F.M., etal, Nuclear Data Measurementsand Statusof AvailableNuclear Data for Blanket,Shielding, and Activation Problems, NuclearData for Fusion Reactor Technology, IAEATecdoc- 457, Vienna, (1988), p.9-12.

TANYA-JAW AB

Tri Mardji Atmono

- Hasil eksperimenmenunjukkan harga-hargayangberbeda untuk masing-masing detektoI: (HpGe,NaI(Tl)) apa sebabnya?

- Hasil eksperimen dibandingkan denganeksperimen lain {Bormann, Erdtrnann). Apakahpactakondisi eksperimen yang identik? Apabilademikian apa perlunya dilakukan eksperimenyang sarna?

- Pacta umumnya pembahasan mengenaiCross-Section tidak bisa lepas daTiprobability(umpama probability partikel menumbuk target)tetapi pactammus tidak ada faktor probability ini.Mohon dijelaskan.

Sudjatmoko

- Terutama disebabkan resolusi dan efisiensidetektor berbeda.

- Kondisi eksperimen dari peneliti lain kami tidaktahu, yang pasti tampang-lintang unsur-unsurdiukurpada energi neutron yang sarna.

- Mohon dilihat lagi pada perumusan-perumusanyang digunakan, sehingga dapat dilihat adabeberapa parameter yang berkaitan denganprobabilitas.

Sudjatmoko, dkk. IsSN 0216-3128