Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTNser/a Fasi/itas Nuklir

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

PENGUKURAN SPEKTRUM NEUTRON PADASISTEM RABBIT RSG-GAS

Oleh

Surian Pinem, Iman Kuntoro

Pusat Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKPENGUKURAN SPEKTRUM NEUTRON P ADA SISTEM RABBIT RSG-GAS. Pengu­

kuran spektrum neutron pada sistem rabbitRSG-GAS telah dilakukan dengan metode aktivasi. Detek­tor keping sebanyak 12 jenis digunakan dalam eksperimen yang dapat mendeteksi neutron termalsampai neutron cepat. Untuk daerah termal dan epitermal keping dibungkus dengan cadmium. Lajureaksi dari keping diukur dengan detektor Ge (Li) dan Multi-Channel Analyzer (MCA) dengankesalahan sekitar 5 %. Kode komputer yang digunakan dalam menentukan spektrum neutron ada­lah SAND PO1. Hasil integral fluks neutron pada fasilitas sistem rabbit RSG-GAS adalah 1,59.1013

n/cm .s pada daya 1 MW.ABSTRACT

NEUTRON SPECTRUM MEASUREMENT ON RABBIT SYSTEM RSG-GAS. The neu­

tron spectrum on rabbit system RSG-GAS has been performed by activation method. Total 12 kindof foils dctector used in the experiment that can detected thermal neutron until fast neutron. Forthermal and epithermal region the foil were covered by cadmium. The Rate reaction of foils measuredby Ge (Li) detector and Multi-Channel Analyzer (MCA) with error 5 %. Computer code used fordetcrmine neutron spectrum is SANDPO 1.Results of integral neutron flux on the rabbit system RSG­GAS is 1.59.1013 n/cm .s at 1 MW.

"

PENDAHULUAN

Pengukurnn karakteristik spektrum neutron didalam reaktor pada dacrah energi termal sampai neutroncepat sangat penting bagi pemanfaatan reaktor. Banyakmctode yang sudah dikembangkan untuk tujuan ini.Mctode aktivasi mempunyai keuntungan dimana ukurankeping sangat kecil sehingga dapat ditempatkan padadaerah yang diinginkan, selain itu intensitas gammanyabaik dan radiasi latar belakang tidak mcmpengaruhiharga fluks yang scbcnarnya.

Dalam makalah ini akan dijelaskan pengukuranspektrum neutron pada sistem rabbitRSG G.A. Siwabessydan evaluasi karaktcristik spektrum neutron. Programunfolding yang digw1akan dalam percobaan ini adalahSANDPOll). Pengukuran spcktrum dalam program inimcmerlukan input berupa data aktivitas jenuh neutron,data tampang lintang tergantung energi dan spektrumawal. Umumnya metodeaktivasi kepingsangatsederhana,tctapi kctel itian dari hasil pcngukuran tcrgantung kepadapemilihan keping, massa, waktu iradiasi, pcncacahanaktivitas, faktor dipressi flux dan perisai diri. Kepingyang digunakan dalam eksperimen ini sangat tipisdimana tcbal maksimum 0,25 mm untuk neutron cepatdan 0,05 mm untuk neutron tcrmal dan epitermal sehinggakesalahan akibat dcprcsi fluks dari perisai diri pada per­hitungan aktivitas jenuh diabaikan.

123

TEOR!

Bila keping aktivasi di iradiasi pada waktu t, makaaktivitas yang dihasilkan adalah :

tA = f... No f a (E) f cp (E,t) dt dE

o 0dimana :

f... = konstanta peluruhanNo = jumlah atoma = tampang lintangcp = fluks

Aktivitas dapat diukurdengan mengiradiasi kepingdi dalam reaktor.

Aktivitas keping setelah diiradiasi dengan waktu tidan waktu tunggu tw adalah :

M DC = ---------. --------------------

No.m (l-e->'Ii) (e >.IW)

dimana:

M = massa atom keping (gram)No = bilangan AvogadroC = aktivitas keping yang teriradiasi di

reaktor (dps/gr).D = laju cacah total (dps)

Prosidi"g Semi"ar Tek"ologi daJl Keselamala" PLTNserra Fasililas Nuklir

ti = waktu iradiasi (detik)tw = waktu tunggu (dctik)J... = konstanta pcluruhanm = massa (gram)

Efek perisai diri neutron dari keping tidakdihitung. Menurut laporan W.L. Zijp, semua kepingyang digunakan dalam eksperimen ini mempunyaikesalahan sekitar 1,76 %.

Aktivitas jenuh diperoleh dari keping-keping yangberbeda dan spektrum awal pada posisi yang diukurdigunakan sebagai informasi input dari SAND PO 1.

Spektrum awal yang digunakan adalah 5) :- Fungsi spektrum Maxwell untuk temperatur293,5 8K.

'X11E (E) = 1,562395 1015E.exp (-3,952714107 E)- Spektrum lIE

'X11E (E) = lIE antara 0,563.10.6 dan 1,05 MeV'X11E (E) = 0 diluar interval energi ini

- Spektrum neutron fisi vhttcllE (E) = 0,484 sinh ( 2E ) e'!!

Harga energi E di dalam ketiga persamaan adalahMeV.

TATAKERJA

Ekspcrimen dilakukan pada fasilitas iradiasi sistemrabbit yang berada pada daerah reflektor. Konfigurasiteras dan lokasi fasilitas sistem rabbit dapat dilihat padaGambar 1.

Keping aktivasi diiradiasi scbanyak 12jenis dan 4keping aktivasi dibungkus dengan cadmium.Pembungkus cadmium digunakan sebagai filter neutrontermal yangmempunyai ketebalanO,5 mmdan diameter12,5 mm. Data data nuklir dari keping yang digunakandisajikan dalam Tabell.

Keping aktivasi diiradiasi pada daya 200 KW untukdaerahtemlal dan epitermaldanpadadaya 1 MW untukkepingpada daerah neutron cepat. Fasilitas sistem rabbitRSG-GAS mempunyai sistem kontrol automatiksehingga

Serpo"g. 9-10 Febrtlari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

kcsalahan lamanya iradiasi dapat diabaikan. Data-datairadiasi yangdigunakan dalam eksperimcn ini ditunjukkandalam Tabel 2.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Laju reaksi dari masing-masing keping dicacahdengan menggunakan detektor semi konduktor HPGe.Dengan menggunakan aktivitas jenuh, data tampanglintang dan spektrum awal ditentukan spektrum danbesaran fluks neutron. Bentuk spektrum awal yangdigunakanditunjukkandalam Gambar 2. Kode komputeryang digunakan untuk menentukan spektrum danbesaran fluks neutron adalah SANDP01. Diagram alirspektrum neutron dapat dilihat pada Gambar 3. Iterasidilakukan sehingga bentuk spektrum yang dipcrolehdapat diterima sebagai penyelesaian pendekatan daripersamaan aktivasi dim ana perbandingan antarapengukuran dan perhitungan sekitar 5 %. Daerah cnergipenyelesaian spektrum adalah 1O·loMeV sampai 18MeV.Hasil perhitungan aktivitas dan pcrbandingan antarapengukuran dan perhitungan aktivitas ditunjukkan dalamTabel3. Bentuk spektrum neutron pada sistem rabbitsecaragrafis disajikan pada Gambar4, besamya integralfluks sebagai fungsi energi disajikan dalam Tabel 4.Integral fluks neutron pada daerah energi 1,0.10 Me V - 18MeV adalah 1,59.1013 n/cm.s pada daya 1 MW. Padadaerah energi 10 Me V-I 0 Me V terdapat puncak­puncak dan ini disebabkan oleh tampang lintang karenapada daerah tersebut terdapat banyak puncak, makaseharusnya ban yak digunakan keping dan dibungkusdengan cadmium.

KESIMPULAN

Dari hasilpengukuran pada fasilitas sistem rabbitdapat disimpulkan bahwa neutron yang terdeteksi dari10 'loMeV -18 MeVdan integral fluks neutron 1,59.1013n/cm .s. pada daya 1 MW. Fluks termal pada energitermal (0,025 eV) adalah 1,29.1 011n/cm .s dan puncakspektrum pada energi 0,04 eV, jadi spektrum maxwellbergerak ke energi yang lebih tinggi.

DAFT AR PUST AKA

1. W.E. Feudenreich, H.J. Nolthenius, "Neutron Spectrum Unfolding Code SANPOl", ECN, Pettcn, June 1987.

2: Park, Sang Jun, "Measurement of Neutron Spectrum by Activation Detectors", Korea Atomic Energy ResearchInstitute, 1990.

3. W.E. Freudenreich, "CHARDA T a program package for calculation of neutron spectrum characteristics", ECN,Petten, April 1989.

4. W.P. Voorbraak, "Neutron Metrology in the High Flux Reactor", ECN, Petten, November 1991.

5. W.E. Freudenreich, H,J. Nolthenius, "Input description for SANDPOl", ECN, Petten, April 1987.

6. Willem L. Zijp, H,J. Nolthenius, "Cross-section Library DOSCROS84", ECN, Petten, October 1984.

7. W.L. Zipj and H.J. Nolthenius, "Neutron Self-shielding of Activation Detector Used in Spectra Unfolding, RCN,Petten, 1975.

124

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTNser/a Fasilitas Nllklir

Tabell. Data-data nuklir dari keping yang digunakan

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

Material Rea ksiTampang lintangEnergi Gama

(m baru)

(ke V)

Au

Au-197 (n,y) Au-198 58900411,8Mn

Mn-55 (n,y) Mn-56 13300846,761810,72In

In-155 (n,y) In-166m 161001097,301293,54Ti

Ti-46 (n,p) Sc-46 12,5889,291120,51Fe

Fe-54 (n,p) Mn-54 85,80834,83Ni

Ni-58 (n,p) Co-58 0,0049820,78AI

AI-27 (n,p) Mg-27 4843,801014,40Co

Co-59 (n,y) Co-60 375001173,201332,56

Tabel 2. Data-data keping yang digunakan dalam pengukuran spektrum

Keping Daya (kW)Lama iradiasiMassa (gr)Tebal (lmn)

Au-197

200200,06640,025Au-197* .

200200,06650,025Co-60

1000200,06490,05Co-60*

1000200,06400,05In-155

1000200,11410,13In-155*

1000200,11310,13Mn-55

1000200,04970,05Mn-55*

1000200,04970,05Ni-58

1000200,26000,25Ti-55

1000200,14230,25AI-27

1000200,27000,13Fe-54

1000200,12420,13

* Dibungkus dalam Cadmium

Tabel3. Aktivitas yang terukur dan terhitung pada daya 1 MW

Rcaksi Kcping Aktivitas jenuh terukurAktivitas jcnuh terhitungPerbandingan antara pe-ngukuran dan perhitunganMn 55 (n,y) Mn 56

1,430 E-101,388 E-101,038Mn 55 (n,y) Mn 56 *

1,430 E-111,520 E-110,940Co 59 (n,y) Co 60

2,430 E-102,383 E-1O1,02Co 59 (n,y) Co 60 *

9,200 E-1O6,431 E-lO1,43In 115 (n,y) In 116

9,480 E-1O1,006 E-030,94In 115 (n,y) In 116 *

2,680 E-104,134 E-lO0,648Au 197 (n,y) Au 198

9,370 E-1O9,443 E-lO0,992Au 197 (n,y) Au 198 *

9,370 E-lO8,370 E-lO1,119Ni 58 (n,p) Co 58

2,350 E-132,480 E-130,948Fe 54 (n,p) Mn 54

1,550 E-132,030 E-130,960Ti 54 (n,p) Sc 46

3,320 E-143,571 E-140,923AI 27 (n,p) Na 24

1,160 E-141,333 E-141,17

* Dibungkus dengan Cadmium125

Pros/ding Seminar Tekn%gi dan Kese/amalan PLTNserla Fasililas Nllklir

Tabel4. Fluks Neutron sebagai Fungsi Energi

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR - BATAN

Group Energi (Me V)Fluks (n/cm2 .s)

1

1,0 10-10 - 1.0 10.094,90 10+09

2.

1,0 10.09 - 1.0 10.083,87 10+11

3

1,0 10-08 - 1.0 10-074,97 10+12

4

1,0 10-07 - 1.0 10-061,02 10+12

5

1,0 10-06 - 1,0 10-055,50 10+11

6.

1,0 10-05 - 1,0 10.041,20 10+12

7

1,0 10-04 - 1,0 10-033,49 10+12

8

1,0 10-03 - 1,0 10-021,00 10+12

9

1,0 10-02 - 1,0 10-019,00 10+11

10

1,0 10-01 - 1,0 10+008,00 10+11

11

1,0 10+00 - 1,0 10+019,00 10+11

12

1,0 10+01 - 2,0 10+011,00 10+11

126

1"· .. · •• • ••.. ··1

I":':':':':':':':':':':':':'j E Ierne n b a ka ri·,:·:·:·:·,:·:·:·:·::·:~-~ Elemen kendali

Icwl HYRA

I®I PNRA

. iI!

~ !I nemen dummy I

/) Beryllium Block Reflectori

I

'"~'" ..••.• cis" '"

~§;~.~~~1; ::!;c: S·~~~~~Kc

01

J

~

~'"'"

His'"

::!t:>is"G'"

~~

ED

1:·-;:"/) Beryllium Block Reflector/) Beryllium Block Reflector

Gambar 1. Konfigurasi Teras VI RSG - GA. Siwabessy

,'j,.,.

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselama/an PLTNser/a Fasilitas Nuklir

.~- ,.,-'"·.- , .- r ·'"'-I ~·=·u '=1- .="\ I .,.:J

128

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR -BATAN

-.'-'

=b~1-. I. _._-.-1

·1-1- ,-1=1

.,,- .. J

~. ~-. L' ro::1..1 ST E~

..(1)

0.._:·rC/)

OiNL

I-<ro

f!)..0

LS

roLLI0

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNserta Fasililas Nuklir

1)/\'1'/\

TMIPM1(;

LII'ITM!G

()r)!:r;IW.'1~I1r:1I1Jr1llv)

SI'Ef<THUM I\WI\I,

f-ul1gsi SpektrulI1

I'ImOH/\MUNFOLDING

S/\NI)I'!} I

Serpong, 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

LI\JU

HEt\f(SI

Gambar 3. Diagram Pengukuran Spektrum neutron

129

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNserta Fasililas Nuklir

130

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - SATAN

[JJLiiiC

LLI

Prosiding Seminar Teknologi daJl Keselamalan PLTNserla Fasililas Nuklir

DISKUSI

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG, PPTKR-BATAN

LATIJO:Dalam pengukuran dipakai daya di bawah/sama dengan 1MW. Apakah untuk daya yangpuluhan MW spektrom dapatdianggap linear untuk semua energi ?

SURIAN PINEM :

Ekstrapolasi dapat dilakukan dari 1 MW ke 30 MW , tetapi sebenarnya tidak begitu linear. Untuk menghindari itumaka dilakukan iradiasi beberapa keping pada daya 1 MW dan 30 MW. Perbandingan aktivitas pada daya 1 MW dan30 MW meropakan faktor koreksi daya.

131

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan PLTNSerla Fasilitas Nuklir

Serpong. 9-10 Februari 1993PRSG. PPTKR - BATAN

PENENTUAN SIFAT NETRONIK ELEMEN BAKAR 1/4 ,1/2, DAN3/4 DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM TRIGAP

Oleh:

Ed! Trijono Budisantoso, Bambang Sumarsono, Tcgas SutondoPusat Penelitian NukIir Y ogyakarta - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKElemen bakar 1/4, 1/2 dan 3/4 adalah elemen-elemen bakar yang mempunyai kandungan UZrH

sebanyak 1/1, 1/2 dan 3/4 dari elemen bakar ST ANDAR dengan sisa roang volume lainnya digantikandengan Gratit. Di dalam makalah ini dilaporkan hasil pengamatan sifat netronik elemen bakar di atasdengan menggunakan program TRIGAP. Pengamatan dilakukan dengan menghitung reaktivitasnyasebagai fungsi posisi di teras rektor dan fungsi fraksi bakamya. Dari hasil perhitungan reaktivitasnyadapat disimpulkan secara keselurohan bahwa , clemen bakar yang mempunyai kandungan Uraniumjauh lebih kecil dari clemen bakarmayoritas di teras akan memberikan reaktivitas positifpada posisi­posisi teras tertentu saja, sedangkan elemen bakar yang mempunyai kandungan Uranium yang, samadengan elemen bakar mayoritas di teras akan memberikan reaktivitas positifpada sembarang posisidi teras reaktor.

ABSTRACTFuel element 1/4, 1/2 and 3/4 are three of different types of TRIG A fuels having U-ZrH volume

fraction of 1/4, 1/2 and 3/4 to that of ST ANDARD fuel respectively. The remaining space in the fuelis accupied by Graphite. This paper reports the neutronic behavior ofthe above fuels, evaluated usingTRIGAP code. The evaluation is taken by calculating their contributed reactivity for various burn upfractions and their position in the core. It is then concleded that the fuel element with much less ofUranium contents then that of the majority fuels in the core, will in fact give the positive reactivityat only certain core position, while the fuel element with the same Uranium contents to that ofmajorityfuels in the core will give the positive reactivity for any of core position.

I. PENDAHULUAN.

Reaktor KARTINI adalah reaktor riset tipe TRIGAMARK II yang mempunyai bahan bakar U-ZrH. Ragamclemen bakar yang tersedia untuk reaktor riset tipeTRIG A MARK II bermacam-macam, yaitu :

a). Elemen bakar FLIP yaitu clemen bakar U-ZrHdengan be rat elemen Uranium 8.5 % yang diper­kaya 70 %.

b). Elemen bakar ST ANDAR yaitu elemen bakr U­ZrH dengan berat elemen Uraniun1 8.5 % atau12 % yang diperkaya 20 %.

c). Elemen bakar LEU yaitu clemen bakar U-ZrHdengan berat elemen Uranium 20 % yang diper­kaya 20 %.

Aplikasi jenis elemen-elemen bakar diatas ditentukanpola pengisian teras dan aktivitas reaktomya. Pola terasreaktor KAR TINI direncana menggunakan clemen bakardari satujenis, yaitu tipe STANDAR 8.5 %. Dari elemen­clemen bakar jenis ST ANDAR 8.5 % ada elemen bakar 'yang digunakan untuk percobaan pengukuran masa kritisreaktor, yaitu elemen bakar 1/4, 1/2 dan 3/4. Elemenbakar tersebut adalah elemen bakar yang mempunyai

isian U-ZrH sebanyak 1/4, 1/2 dan 3/4 fraksi volumeelemen bakar STANDAR 8.5 % dari faksi volume sisanyadiisi dengangratit. Dimensi tisiknya sarna dengan dimensi

,tisik elemen bakar STANDAR 8.5 % lainnya dan dapatditempatkan pada sembarang posisi diteras reaktor. Dalammakalah ini dipelajari sifat elemen bakar diatas dandibandingkan dengan sifat clemen bakar STANDAR.Pengamatan sifat elemen bakar dilakukan denganmengamati reaktivitasnya pada tiap-tiap posisi di terasreaktor yang dihitung untuk berbagai tingkat fraksibakar, dari permulaan sampai fraksi bakar maksimum.Reaktivitas elemen bakar pada masing-masing posisiditeras reaktor ditentukan dengan menggunakan pro­gram TRIGAP dengan cara menghitung perbedaan fa kto rmuItiplikasi netron (K) oleh adanya clemen bakar yangbersangkutan terhadap clemen air. Hasil pengamatanreaktivitas masing-masing jenis clemen babr padaberbagai posisi di teras reaktor dijabarkan dalam bentukgratik yang kemudian dievaluasi untuk memperolehposisi-posisi optimum dari maasing-masingjenis elemenbakar.

132