ANALISIS PERHITUNGAN SPEKTRUM NEUTRON TERAS RSG-GAS DENGAN NISBAH CADMIUM

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999

196 Buku I

ANALISIS PERHITUNGAN

SPEKTRUM NEUTRON TERAS

RSG-GAS DENGAN NISBAH CADMIUM

Ita Budi R, Zuhair, Arnir Harnzah

PRSG -BATAN

ABSTRAK

AnaI;s;s Perh;tungan Spektrum Neutron Teras RSG-GAS dengan N;sbah Cadmium Telah dilakukan analisis perhitungan spektrum neutron dengan cara membandingkan hasil perhitungan nisbah cadmium terhadap hasil eksperimen di posisi iradiasi CIP dan IP2, IP3 serra IP4 pada teras 10 RSG-GAS menggunakan WIMSID4-Batan-2DIFF. Nisbah cadmium yang diukur dan dihitung adalah keping yang terbuat darj.Au, Mn dan Co. Perhitungan spektrum dilakukan dalam 69 kelompok energi dengan tam pang lintang reaksi sera pan keping sebesar 541 kelompok energi (0 -10 MeV). Nilai perbedaan antara hasil perhitungan nisbah cadmium dengan hasil eksperimen pada semua kasus ada dalam interval I J% -26%, yang mana berada di luar rentang deviasi pengukuran. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa penggunaan WIMS/D4 dalam menggenerasi konstanta kelompok untuk mendapatkan spektrum neutron, khususnya di daerah non fuel, kurang memadai.

ABSTRACT

Calculation Analysis on Neutron Spectrum of RSG-GAS Core with Cadmium Ratio. The calculation analysis of neutron spectrum was performed by comparing the calculation result of cadmium ratio with the experiment result on C/P. /P2./P3 and /P4 irradiation positions ofRSG-GAS tenth core by using W/MS/D4-Batan-2D/FF. The foils of Au. Mn and Co were used for determination of the measured and calculated cadmium ratios. Spectrum calculation was done in 69 energy group with 54/ energy group (0 -/0 MeV) cross section of foil absorption reaction. The difference values between cadmium ratio calculation and experiment result for all cases were in interval of 11% -26% which are out of measurement deviation range. From these results. it can be concluded that the use of W/MS/D4 in generating group constant is not sufficient to obtain the neutron spectrum. especially for non-fuel region.

---simum sebesar 69 kelompok. Program ini memiliki keterbatasan-keterbatasan.[2] Pada penelitian ini dapat dilihat seberapa besar keterbatasan itu mempengaruhi basil perhitungan spektrum.

PENDAHULUAN

TATA KERJA

Tahapan kerja terdiri dari generasi konstanta kelompok, perhitungan spektrurn dan perhitungan nisbah cadmium yang masing-masing akan dibahas di bawah ini :

Generasi Konstanta Kelompok

Perhitungan spektrum neutron pacta umum-nya diawali dengan penggenerasian konstanta kelompok yang dikerjakan melalui paket program penggenerasi. perhitungan set untuk membangkit-kan konstanta kelompok dari elemen bakar, elemen kendali daD struktur material penyusun teras RSG-qAS dilakukan dengan program deterministik WIMS/D4 yang dijalankan pacta komputer mainframe V AX8550.

B idang Pengembangan Teknologi Reaktor P2TRR saat ini sedang mengembangkan paket program difusi multi dimensi. Partisipasi kelompok dosimetri neutron dalam hal ini adalah menverifIkasi daD menganalisis perhitungan spektrum neutron dengan basil eksperimen. Analisis perhitungan spektrum neutron dari program WIMS/D4 & Batan-1DIFF telah dilakukan dengan cara membandingkan basil perhitungan nisbah cadmium dari berbagai jenis keping aktivasi dengan basil eksperimen di teras-B Perangkat Kritik Universitas Kyoto (KUCA).r1J. Hasilnya cukup baik dengan harga perbandingan basil perhitungan terhadap eksperimen (C/E) kurang dari 10 %.

Pacta penelitian ini analisis perhitungan spektrum neutron dari program WIMS/D4 & Batan-2lliFF dilakukan pacta teras ke sepuluh RSG-GAS. Metode yang digunakan adalah metode aktivasi daD keping yang digunakan sebagian besar adalah Au serta lainya adalah Co daD Mo.

Program WIMS/D4 adalah program per-hitungan sel dengan struktur kelompok energi

mak-ISSN 0216-3128 Ita Budi R., dkk

Proseding Pertemuan don Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I

><IXI~

K

.

~I

'8 J /'

I.

!J;-9.51

,XI~I

I 72

I

73

I

74 I 75 ;f3-25.58 43,24 50.55 45.08It84 IX, H 5 4 3 2 1 10 9 8 7 6

BERILLIUM BLOK REFLEKTOR

Gambar 1. Konfigurasi teras ke sepuluh RSG-GAS.

Model elemen bakar 3-D ditransformasi ke dalam geometri multi-slab I-D. Opsi powerc dan buckling diaktitkan untuk melakukan pembakaran agar diperoleh konstanta kelompok elemen bakar untuk berbagai kelas fraksi bakar. Pembangkitan konstanta kelompok struktur material dilakukan dengan opsi region yang disediakan dalam WIMS/D4. Pemilihan 69 kelompok energi neutron dimaksudkan sebagai upaya untuk mendapatkan perhitungan gel yang cukup presisi.

Perhitungan Nisbah Cadmium

Defmisi daTi nisbah cadmium adalah perbandingan antara .respon keping yang diiradiasi tanpa pembungkus cadmium. Cadmium mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besar di daerah termal sehingga keping yang diiradiasi dengan pembungkus cadmium hanya bereaksi dengan neutron epitermal dan cepat saja..

Besarnya nisbah cadmium dihitung dengan persamaan di bawah iniI3]:

L NG"ag (E)fg (E)(Jg (E)

'" d IsgsG rC =

LNG" ag(E)fg(E)(Jg(E)~(E)

IsgSG

(1)

Perhitungan Spektrum Neutron

Meskipun teori transport merupakan dasar utama dalam perhitungan reaktor, akan tetapi teori difusi dengan beberapa syarat yang dipenuhi cukup dapat dipercaya untuk banyak perhitungan reaktor seperti perhitungan kritikalitas, distribusi rapat daya, fluks clan spektrum neutron, manajemen bahan bakar dalam teras, clan lain-lain.

Program difusi Batan-2DIFF dalam geometri reaktor 2-D X-Y dimanfaatkan untuk mendapatkan spektrum neutron 69 kelompok energi dari teras ke sepuluh RSG-GAS pertengahan siklus, yang konfigurasinya dilukiskan dalam Gambar 1 dengan distribusi fraksi bakarnya.

N = kerapatan atom keping,

O"agrE) = tampang lintang serapan pacta energi E (untuk U-235 dipahami sebagai tampang lintang fisi),

fgrE) = faktor perisai diri pacta energi E, T grE) = faktor penetrasi neutron melewati

ca9-mium pacta energi E,

t/lg(E) = fluks neutron pacta .energi E (dalam ha1 ini fluks neutron keluaran Batan-2DIFF).

Proseding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999

198 BukuJ

Faktor perisai diri pacta suatu daerah energi E memenuhi hubungan sebagai berikut :

Pacta penelitian ini data tampang lintang yang digunakan berasal daTi data tampang lintang 00-SCROSS'84 yang terdapat di pustaka pacta paket program SANOII, sebesar 541 kelompok energi (0 -10 MeV).

fg = "f;'d(t -E3(La d)) ₍₂₎

dengan

HASIL DAN PEMBAHASAN

En (x) = J(e-Xllln )dt

0

(3) yaitu defmisi umum untuk integral eksponensial. Notasi ~a adalah tampang lintang serapan makros-kopik dan d adalah tebal keping.

Faktor penetrasi neutron melewati cadmium pada suatu daerah energi E didetinisikan sebagai berikut :

Perhitungan nisbah cadmium dilakukan untuk keping Au yang diiradiasi di teras ke sepuluh RSG-GAS pacta daerah CIP, .IP2, IP3 & IP4. Sedangkan perhitungan nisbah cadmium untuk keping Mn dan Co dilakukan untuk daerah CIP saja. Hasil perhitungan nisbah cadmium tersebut dan perbandingannya dengan eksperimen ditampilkan dalam Tabel I.

Spektrum keluaran dari perhitungan difusi Batan-2DIFF pacta posisi CIP, IP2, IP3 dan IP4 dilukiskan dalam Gambar 2.

Tabell. Nisbah cadmium beberapa keping.

*(Rcd Perhitungan -Rcd Eksperimen) / Rcd Eksperimen x 100%

Gambar 2. Spektrum neutron perhitungan difusi 2-D di CIP, IP2, IP 3 dan IP4.

ISSN 02.16 -3128

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juti 1999 Buku I 199

menggunakan paket program transport yang lebih baik pendekatan hamburannya daD juga pemodelannya.

UCAP AN TERIMAKASIH

Terimakasih karni sarnpaikan kepada Dr. Ir. Liem Peng Hong, Ir. Tagor Malem Sembiring dan T.A. Budiono, ST. serta Asnul Sufmawan dan Jaka Iman atas diskusi dan bantuannya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Terimakasih pula kami sampaikan kepada Dr. Uju Jujuratisbela dan Dr. Osman Sudjadi atas koreksi dan sarannya dalam perbaikan makalah ini.

Dari Tabel 1 dapat dilihat beberapa hal yang dijelaskan sebagai berikut: Untuk semua keping di posisi CIP daD IP hasil perhitungan nisbah cadmium lebih besar daripada hasil eksperimen. Perbedaan tersebut lebih besar daripada 10%, yaitu rentang deviasi pengukuran. Perbedaan terkecil terjadi pacta keping Mn, yakni 11 %. Hal ini karena Mn mempunyai tampang lintang serapan termal dan integral resonansi yang paling kecil. Perbedaan yang jauh lebih besar daripada eksperimen menunjukkan bahwa spektrum neutron hasil perhitungan pacta daerah termal terlalu besar atau spektrum neutron daerah epitermal yang terlalu kecil.

Dari Gambar 2 dapat diamati bahwa spek-trum di CIP (E- 7), IP2 (E-4), IP3 (D-9) maupun di IP4 (B'-6) mempunyai kecenderungan yang sarna, yaitu resonansi yang acta pacta bentuk spektrum di atas terjadi pacta daerah yang sarna dengan resonansi tampang lintang fisi dari U-235, yakni di daerah antara I,OE-OI eV dan I,OE+03 eV. Fenomena itu dapat dijelaskan sebagai berikut: Paket program WIMS/D4 yang digunakan untuk menghitung konstanta kelompok dalam perhitungan hamburan-nya menggunakan teori transport yang didekati dengan deret Legendre orde 0 (Po). Atom ringan mempunyai fenomena transport neutron yang lebih banyak daD kompleks daripada atom berat sehingga

pendekatan orde 0 dari deret Legendre kurang

memadai. Akibatnya untuk daerah non fuel yang terbentuk dari material beratom ringan tidak memberikan hasil konstanta kelompok yang tepat. Ketidak-tepatan itu berlanjut pacta perhitungan teras yang menghasilkan keluaran spektrum neutron. Selain itu keterbatasan yang dimiliki WIMS/D4 adalah masalah pemodelan sel yang hanya bisa memodelkan sel yang terns berulang sehingga pembangkitan konstanta kelompok pacta daerah non fisi yangjauh darifuel diperlakukan oleh WIMS/D4 seolah-olah dekat dengan fuel. Oleh karena itu spektrum pacta daerah non fuel terpengaruh oleh spektrumfuel.

DAFTAR PUSTAKA

1. ITA BUDI R. dan ZUHAIR, "Analisis Perhitung-an Spektrum Neu1ron BatPerhitung-an-lD1FF dengPerhitung-an Metode Nisbah Cadmium", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu .Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Yogyakarta,

8-10 Juli 1997

2. LIEM P.R. dkk, KomunikasiPribadi

3. ITA BUDI R. dan AMIR HAMZAR, "Program Perhitungan Faktor Perisai Diri Keping Aktivasi Neu1ron", Risalah Lokakarya Komputasi dalam Salls dan Teknologi Nuklir IV, Jakarta, 2-3 Februari 1994

TANYA JA WAD

Tjiptono

-Mengapa dalam eksperimen hanya digunakan 3 jenis keping ?

-Mengapa menggunakan WIMSD-4 yang memang tidak memadai atau bukan untuk perhitungan spektrum? Sebaiknya gunakan SAND II yang .merupakan program untuk spektrum neutron.

KESIMPULAN DAN SARAN

Zuhair

-Kebetulan pada waktu itu hanya 3 jenis keping soja yang digunakan.

-Program WIMS/D4 tidak secara lang$ung meng-hitung spektrum. Batan-2DIFF yang melakukan-nya dengan memanfaatkan konstanta kelompok dari WIMS/D4. Untuk perhitungan nisbah cad-mium, spektrum neutron 69 kelompok keluaran Analisis perhitungan spektrum neutron

WIMS/D4-Batan-2DIFF pada teras ke sepuluh RSG-GAS dengan metode nisbah cadmium telah dilakukan. Hasil perbandingan perhitungan daD eksperirnen memiliki perbedaan yang cukup besar. Penggunaan WIMS/D4 dalam menggenerasi konstanta kelompok untuk mendapatkan spektrum neutron khususnya di daerah non fuel di RSG-GAS kurang memadai.

Untuk memperoleh spektrum neutron, pada saat pembangkitan konstanta kelompok disarankan

Proseding Pertemuan don Presentasi Itmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juti 1999

200 _{Buku I}

-Batan-2DIFF diekspansi kelompok energinya menjadi 541 kelompok energi sesuai dengan struktur kelompok energi pada pustaka tam pang lintang DOSCROSS'84 yang terdapat di pustaka pada program SAND-I/.

-Untuk perhitungan nisbah cadmium, digunakan data tam pang /intang yang sudah ado do/am pus taka DOSCROSS'84 dipustaka SAND-II. -Metode ini cukup baik ketika diap/ikasikan do/am

perhitungan spektrum di Teras-B Kuca. Dengan SANDPOI perbedaannya tidak begitu signifikan. -Dapat, karena Au dapat mewaki/i semua

distribusi energi dari spektrum neutron. Ma'sum Ischaq

-~ perhitungan selalu lebih besar dari Red eksperimen, sehingga secara statistik (bila pengukurannya cukup banyak) kesalahannya mungkin tidak terlalu besar, setelah program diadjust dulu. Bagaimana pendapat penyaji ?

Nur Rohmad

-Dalam perhitungan spektrum neutron teras RSG-GAS dengan WIMS/D4 maka perlu input-input awal. Input awal apa saja yang dibutuhkan. -Apakah data tampang lintang hasil pengukuran

atau data yang sudah ada ?

-Apakah perbedaan metode ini dibandingkan dengan metode SANDPOI ?

-Apakah penggunaan keping Au, Mn clan Co dapat mewakili semua distribusi energi dari spektrum neutron (dari tennal sid fast neutron).

Zuhair

-Sebenarnya pengukurannya cukup banyak secara statistik sehingga muncul deviasi pengukuran yang besarnya J 0%. Program Batan-2DIIF sudah terbukti cukup teruji dengan baik hila menggunakan konstanta kelompok dari program perhitungan sel yang lain JAFUEL. Jadi mung-kin WIMS/D4 yang perlu direvisi atau sebaiknya dalam pembangkitan konstanta kelompok menggunakan program transport yang lebih baik pendekatan hamburan don pemodelan selnya. Zuhair

-Data input WIMS/D4 berupa geometri don model sel, kerapatan atom material. Beberapa opsi dalam WIMS/D4 juga membutuhkan data daya don waktu untuk mendapatkan konstanta kelompok elemen bakar dengan fraksi bakar

tertentu.