PENGUKURAN RAPAT FLUKS NEUTRON TERAS PERTAMA REAKTOR SERBA GUNA G.A. SIWABESSY

PENGUKURAN RAPAT FLUKS NEUTRON TERAS PERTAMA REAKTOR SERBA GUNA G.A. SIWABESSY

Amir Hamzah. Zuhair dan Kun ·S.O Pusat Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy

ABSTRAK

Pengukuran rapat fluks neutron diposisi irradiasi IP1 CE-7) dan IP2 CD-6) teras pertama Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy dilakukan dengan metoda aktivasi keping coball. Rapat fl'uks neutron diukur pada 3 Ctiga) tingkat fraksi bakar teras reaktor Cyang ditandai dengan posisi bank 292. 306 dan 322 mm) pada daya sekitar 2.5 MW. Monitor daya JKT 04 dikalibrasi terhadap daya termal dan garis kalibrasi daya ini diekstrapolasikan ke daya nominal Cl0.7 MW).

Hasil pengukuran~ rapat fluks14 neutron pada14 dava-Z-1 10.7 W~

berharga antara 3.96 x 10 dan 5.25 x 10 cm.s. Selain kor eksi yang tel"dapa t pada penguk ur an ak ti vitas kepi ng dan koreksi ekstrapolasi daya. juga diperhitungkan koreksi kontribusi pengukuran selama reaktor di start-up.

ABSTRACT

Measur.ements of neutron flux density in irradiation positions IPl CE-7) and IP2 CD-7) of the first core of G.A.

Siwabessy reactor has been done with cobalt foil activation methode. Neutron flux density has been measured at 3 (three) different burnup stages Cat bank positions 292. 306 and 322 mm) at about 2.5 MW: The indication of JKT 04 was cal

i

^{br ated agai nst ther mal power and thi s} cal ibr a ti on 1 ine was extrapolated to nominal power Cl0.7 MW). The resulting 1'1ux densi ty for nomi nal power is between 3.96 x 1014 and 5.25 x 1014 cm-2.s-~ Beside the corect~on coming from foil activity measurements and power extrapolation. the contribution due to start-up time were taken into account.

I. PENDAHULUAN

Pengukuran rapat fluks neutron merupakan salah satu bagian dari serangkaian pengukuran yang harus dilakukan pada suatu reaktor terlebih lagi pada reaktor yang baru dibangun seperti Reakt.or Serba Guna G. A. Si wabessy.

184

Seperti dike-

"lahui reak"lor yang "lerlet.ak di kawasan PUSPlTEK Serpong i"lu merupakan reakt.or risel berdaya linggi C30 MW) dan ber"lipe uj i ma "leI'i al C MTR). Sebagai mana I'eak t.or penel i t...ian pada RSG- GAS neu"lron hasil fisi dimanfaatkan seoptimal mungkin unt...uk penelit...ian dan produksi radio isot...op. RSG-GAS memungkin- k an hal itu karena didisain unt...uk menghasilkan berkas neu"lron pad a posisi irradiasi pusal yang eukup besar yait...u

14 -2 -1 (1)

sekit...ar4,2x10 em .s. Karena it...u,berapa besar rapat...

fluks neut...ronpada RSG-GAS merupakan suat...u pertanyaan yang harus diberikan jawabannya berdasarkan pengukuran.

Untuk meneapai daya 30 MW, RSG-GAS dengan berbagai per- timbangan terutama dari segi fisika teras, didisain t...eras- teras pada operasi t...ransisiyang bert...ingkatmenurut... pert...am- bahan jumlah bahan bakar dan daya nominal tiap teras ter- sebul. Teras transisi ini t...erdiridari 6 Cenam) t...erasyaitu

"leras pert...amadengan jumlah bahan bakar 12 buah daya nominal 10,7 MW, teras kedua dengan 16 buah bahan bakar daya nominal 13,3 MW dan seterusnya hingga teras kerja atau teras setim- bang dengan 40 buah bahan bakar daya nominal sebesar 30 Mw.

Meskipun demikian, dari segi t...ingkat rapat... fluks neutron pada tiap-tiap teras t...ersebuldidisain sama besarnya. (1)

Pada makalah disajikan hasil pengukuran rapat fluks neu"lron pada "leras per lama RSG-GAS. Pengukuran tersebut di- lakukan pada posisi irradiasi IPl dan IP2 atau E-7 dan D-6 didalam t...erasClihat. gambaI' 1) yang memberikan hasil ant...ara

14 14

-2 -1

3, 96 x 10 dan 5, 25 x 10 em. s

II. TEORI

Rapat fluks neutron dihitung melalui pengukuran akt...i- vit...asgamma dari suatu euplikan yang t...elahdiiradiasi diukur dengan det...ekt...orGe dan spekt.romet.er gamma. Spektrum gamma dievaluasi dan dianalisis dengan bant...uan komput...er melalui suat...u paket...program. Hasilnya adalah akt.ivi t...asspesifik keping pada akhir irradiasi yang pada gilirannya dihit...ung rapat...fluks neutron.

186

LIGHT

-\VA

TER -REFLECTOR

10 9 8 7 6 5 3 2

8E 1 BE '2

BE 3

BE (.

8E 5

BE 6

BE 7

8E 8

0 ⁰ 0

BE 98E 10BE 11

- _®

^{FE ,}

-

^{IFE '2 .---,}

BE 12

BE 13CE , BEll. CE '2

(~S 1/

- - ^_/

~ ^BE15

- 0"

^{CE 3FE 3BE16}FE41FES

_®I -

^{FE 6}

r9

FE 7FEeFE 9

I®

^{8ECEFE 10171.}

c9

®

-

I

_f9

OE 18

CE S

FE1'IFE1'2

CE 6

8E8E 20lr)

- _e

^{BOlBE268E 22BE 238E21.BUS}

^{<~ @}

^{BE 27}

-

BERYLLIUM

8E 298E31eC3£.BUO^BEBE 3380S8£36BE3237 BOS

BLOCK REFLECTOR ^K

J

H

G

F

E

o

C

B

A

IP1. IP2. Rll-RI3. = Dummy-Elements

~ Stopper-Element without Stopper

~ Stopper-Element with start-up Source FE = Fuel Element

CE = Control-Element

BE = Beryllium-Reflector Element RS = Rabbit system

Gambar 1.Konfigurasi teras pertama RSG G.A. Siwabessy

Rumus dasar yang di gunak an unt.uk penguk ur an ak t.ivi t.as adal ah

sebagai

ber i k ut.. Kepi ng yang di gunak an adal ah alloy Co Al dengan per sent.ase Co sek i t.ar 0.5 %. Apabi 1a

j

^{uml ah}

at-om Co-59 sebesar No dengan t.ampang 1 i nt.ang akt.ivi las

a.

maka l~ju pembent.ukan isolop radioakt.if Co-50 (dN

i

) selama selang wakt.u irradiasi dl adalah

dN

i

dt.- = No

a ¢ -

A. N

i (1)

dimana suku ·pert.ama ruas kanan persama.an (1) menyalakan jumlah reaksi serapan neutron dan suku ke duanya menyalakan neulr on dan A.

Dengan menginlegrasi-

¢

^1'1uks

Di si ni

selelah waklu N1

reaksi peluruhan isolop N

i

.

adalah konst.ant.a peluruhan isot.op N .

~ i

kan persamaan (1). diperoleh jumlah isotop irradiasi t.

i

sebesar

N Ct. )

i i

⁼

N_o

a ¢

(2)

Akt.ivit.as keping set.elah waklu iradiasi t.

i

sebesar

AC

t. ) _i

^{= A. N}

_i (t. ) _i

(3)

Secara praktis t.idak mungkin dilakukan pencacahan sesaal selelah ak hi r ^irradiasi. maka diperlukan waklu unluk pe- nanganan dan persiapan pencacahan

kian akt.ivit.as yang t.erukur sebesar

sel ama t. .

2 Dengan demi-

(4)

Dari akt.ivit.as keping yang t.erukur ini. fluks neut.ron dapal dihit.ung berdasarkan persamaan (4). yait.u

188

M A

¢> =

0

p.L.aCl

-X t (5)

- e

1)

dengan A o

AC

t .t )

_ 1 2

£ _e )\.t

_{2 dan efisiensi al at}

_{£ • j}

uml ah

atom Co-59 N_o =

p.

ML dimana M adalah berat atom Co-59 dan L adalah bilangan Avogadro dan p adalah kandungan mass a Cobalt di dal am alloy.

III. TATA KERJA DAN PERCOBAAN

A. Peralatan

Reaktor yang siap beroperasi - Detektor Ge dan Dewar

- Sistem spektrometer gamma - Komputer pribadi dan printer

- Paket program komputer pada hard-disk - Detektor NaICT1) 3" x 3"

sel panas CHot cell)

B. Persiapan Irradiasi

Keping dan kawat Co dengan spesifikasi pada tabel Cl) dipasang pad a batang Ai yang didalamnya terdapat kawat Co, dengan ketinggian sekitar 202 mm dari ujung bawah Cposisi aksial yang diperkirakan untuk fluks maksimum) Keping dan kawat tersebut dimasukkan ke dalam kelong- song Al Cmirip elemen dummy) demikian sehingga posisi keping pada garis diagonal kelongsong dan kawat Co ber- ada pada titik sudutnya

Hal diatas dilakukan pada dua buah elemen irradiasi - Kedua elemen irradiasi tersebut dimasukkan ke dalam

teras reaktor Creaktor dalam keadaan mati) pada posisi

£-7 dan D-6 sedemikian sehingga posisi keping berada pada satu garis diagonal teras dari A-3 ke H-l0.

Tabel 1 Data keping dan kawat yang diirradiasi

_Teni s KawatKeping Kandungan

99.91330.491Yo Co

Yo co

99 •41 080.0982Yo Al lain-lain Di ameter

0.381 mm 12.7 mm Panjang

'" 640 mm Tebal

0.127 mm

C. Langkah selama Irradiasi

- Reaktor dihidupkan menuju daya 2.5 MW dengan peri ode secepat mungkin

- Reaktor distabilkan pada daya tersebut selama 10 jam Setelah 10 jam irradiasi. reaktor dimatikan dengan jalan pancung Cdi scram)

- Pad a langkah-langkah diatas. dicatat temperatur pend i- ngin primer yang masuk dan keluar teras. posisi bank dan reg. rod semen tara indikat.or _TKT04 dipantau dengan r eak t.ivi tymeter

- Setelah 12 jam. lemen irradiasi dikeluarkan dari dalam teras reaktor.

D. Pencacahan Keping

- Pencacahan dilakukan dengan MCA yang telah dikalibrasi sebelumnya dan kemudian diana lis is dan di hi tung besar aktivitasnya dengan bantuan paket program SPECTRAN pada komputer

- Dari hasil pengukuran aktivitas keping tersebut kemudi- an dapat dihilung besarnya rapal rluks neutron lermal dengan disertai beberapa koreksi.

E. Scanning Gamma Kawal Co

Tabung Al yang berisi kawat Co dipasang pada alal Scan- ning gamma didalam sel panas CHol Cell)

190

Ala~ scanning gamma diprogram dan disambungkan MCA me- lalui suatu antar muka (interface) khusus

Kawat Co ~iscanning melalui kolimator yang disusun di- dalam sel panas

Hasil scanning sepanjang kawat Co berupa distribusi laju cacah sepanjang kawat Co yang

teras secara aksial.

I V. HA.-qL OAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengukuran

berarti sepanjang

Hasil pengukuran aktivitas spesifik per gram keping beserta kesalahannya dimuat didalam tabel (2). Sedangkan hasil akhir rapat fluks neutron dimuat dalam tabel (3) dan distribusi aksial fluks neutron pada posisi E-7 ditunjukkan pada gambar (2) dan gambar (3) untuk posisi 0-6. Hasil scanning kawat Co no. 11 menunjukkan ketidak beresan pada hasil scanning. hal itu diperkirakan adanya kerusakan pada kawat tersebut sehingga pada gambar (3) dapat dimuat gambar hasil scanning kawat no 11 yang dilakukan pada tanggal

20-8-88.

B. Pembahasan

Rumusan dalam perhitungan rapat fluks neutron yang diberikan oleh persamaan (5) untuk inti radioaktif yang berumur panjang seperti Co-60 (sekitar 5.27 th). dapa~

disederhanakan menjadi

1> =

M Ao

()'. L. ^{>\. -:-}

t.

^p

⁽⁶⁾

dengan

Ao = aktivitas spesifik per gram pada akhir irradiasi.

M = berat atom Co-50

()' = tampang lintang aktivitas Co-59 L = bilangan avogadro

Tabel 2 . Hasil pengukuran akLiviLas keping

ir. Pos.diwakLuwakLu/kanalakLi.spesi-

-

no.b~KeLelino.

no.

LerasscanningfikLangcacahkeping

Cbq/g)Lian CX)

86

7 2.62xl0 1,39

E7

2

360 s 87 1800s2 •82x1 071.39 88

2. 45x107

1 1,39 181

2. 44x107 D6 1.39

1

200 s182 1800s2.73x1071,39 183

2. 39x1 07 1,39

83

7 1, 40

1 •51 xl0 E7

14:397 s84 1800s1.76x1071,40 85

7 1 •56xl 0 1.40

2 89

1.41x107 D6 1.40

11170 s90 1800s1.75x1071.40 1....•....•

1.47x107

I I 1,40

~

331

)

1.77x107 E7 1.67

4

170 s 34 1800s2. 82x1071.39 35

2. 67x107

3

-

1.39

-

312)

D6 3701 800s5

- S

1402

-

)

322}

- -

131

2.77x107 E7 1,39

131800s3503. 06x1 07s1321,39 133

2. 48x107

4 1.39 187

2.47xl07 D6 1,40

12170 s188 1800s3. 02x1 071.38 189

7 2.38xl0 1.39

Keterangan 1. Keping dibungkus Cd 2. Keping rusak

Tabel 3 Hasil rapaL fluks neuLron

I radi asiyang234 1ke Daya CMW)

2.317 2.263

2.532 2.532 FakLor

eksLrapo- lasi

ke 10.74.734.234.23MW4.62 KeLeliLian

ekstrapolasi

0.35 0.36

0.32 0.32

.AXIAL FLUX DISTRIBUTION At posisition E7

Flux density [1E14]

.L_. Moas. 09.8.88

5.1 4.1

3.1

2.1

1. 1

2..__

Meas. 20.8.88

0.1

o

..•..

---.

---'-

100 150 200

-r----t---t-

250 300 3:50 400 Axial Position [mlm]

I

460 :500 550

: ..

I

600 650

Gambar 2. DisLribusi fluks aksial posisi E7

i·

p('~~hijtjlf1iof foHs:

" "-

...• ----~-.----~

..

.... -.-- .... ~--.-~-_.... -~---~... ---~----..~----~.---~--.-L...-- ... - :... --

5.1 4.1

~J.

1

11.

1

At pos!:si tion DiS

Flux density [1E14]

r---~---_._., - __ ~ _:_--.---,~-.--- _

i . : " ... : : ; :

J " " .- [:==-~-~~~~~-09'8~88---

I j.-./~~=-::::=:=t~:> ~ .:::;. 13~::':':'

J : •••...~::.;.; .••• ~. '''.• , ••••••• :

I^.. >,~.,:......•.,.

"I' "',.,~

"'~ .. '

j .,.1/:

J /{;;/}:>

I 1 ..:...~

I

2 ' -1....I

I I

-1. ..

II iI iI i...

C~. 1

-~---r---+---+---+---t---+---I---t---+---1----+---r-

o 50 -100 1:50 200 250 3010 3;f;0 400 460 500 550 600 650

Axial Po,sition [mm]

Gabmar 3. Distribusi fluks aksial posisi D6

194

A = konstanta peluruhan isotop Co-50 P = kandungan Co di dalam alloy Co-Al t = waktu irradiasi

Karena waktu paro Co-50 relatif panjang maka peluruhan salama irradiasi dan pengukuran aktivitas dapat diabaikan.

Sedangkan peluruhan antara akhir irradiasi dan awal peneaeahan dihi tung

01

^eh per angk at

1

^{unak Canber ra (pr ogr am}

SPECTRAN-P) . Ketel itian penguk uran di hi tung dengan metoda akar dari penju~ahan kuadrat kelelitian-kelelitian relatif tiap parameter. Berikut ini dimuat data-dala (parameter) beserla keleliliannya masing-masing.

M = 58,93 gram/mol [3)

L

6,022= X 1023

l/mol [3)

3 ,150 x 10 -2 3

+/- 2

5,0 X [3)

C/ = em

-3 [2) 5,0 X

P 4,910⁼ x 10 +/-

m

pada= 2,6tabelX2 +/-

A

-~

1/jam

= 1 ,500 x 10

Kelelitian aktivilas spesifik yang lerlera pada tabel (2) dihilung oleh pakel program SPECTRAN-F yang dibuat oleh Canberra Co. Perhilungan ketelitian tersebut dijelaskan pada dokumentasi Canberra:4J Koreksi faklor serapan diri unluk keping Co murni dengan kelebalan 0,1 mm sebesar O,912~~J Karena pada keping yang digunakan kandungan Co hanya 0,491 X, maka faklor serapan diri lersebul dapal diabaikan. Korek- si waklu slral-up dapal dilenlukan dengan anggapan bahwa perioda slarl-up dibual konslan,

berikul

ls

dan dilurunkan sebagai

¢

^{T =}

¢

_o

/a J

_o ^{exp Cl/D dl}

⁽⁷⁾

dengan

¢

o = fluks pada akhir slarl-up T = koreksi waklu

a = faklor reduksi unluk fluks pada lilik awal inler-

val waktu yang diperhitungkan

ts = waktu antara titik awal dan titik akhir start-up T = perioda start-up reaktor

Perioda start-up reaktor dapat diperkirakan dari monitor daya pada rekorder, dan

exp

^C

ts/T)

=

a

^{T = ts/ln a}

dengan mengintegrasikan persamaan (7) dan dengan penyederha- naan diperoleh koreksi waktu

T ~ T

Dari hasil pemantauan daya pada rekorder, T = 2,17 menit untuk tiap-tiap irradiasi, maka koreksi waktu ini harus ditambahkan ke dalam waktu irradiasi. Sedangkan kete- litian waktu irradiasi diambil' 1 menit yang merupakan resolusi dari jam yang terdapat pada ruang kendali utama RSG-GAS.

Pada irradiasi yang ketiga, bungk us dengan Cadmi urn. Har ga sebesar

di pasang kepi ng yang ratio Cd dan faktor

di -

Cd

= 15,16

=

0,936

Rcd Fcd

Pengukuran ini dilakukan pada daya sekitar 2,5 MW.

Untuk mengetahui besar rapat fluks neutron pada daya nominal

Cl0,7 Mw)

dilakukan ekstrapolasi dengan kalibrasi daya termal yaitu

Daya termal

_TKT 04C A)

4,7 6,72 8,62 10,29

9,4xl0 -6

dengan deviasi standar s = 0,16 MW yang memberikan kesalah- an sebesar 6

%

untuk 'daya 2,5 MW dan kesalahan daya 10,7 MW d'l.perk'_l.ra ank 4 -,t5:Yo.⁰ [6J

196

Oaya yang 'lerbaca pada moni'lor daya JKT 04 pada liap irradiasi adalah pada label (3).

Oari serangkaian koreksi-koreksi yang dapal diperhi- lungkan maka dapal diperoleh hasil seperli yang lerlera pada label (3) dan dari hasil scanning gamma kawal Co yang dinor- malisasikan lerhadap harga fluks neulron lermal hasil peng- ukuran keping diperoleh dislribusi aksial pada posisi IPl CE-7) dan IP2 CO-5) yang diperlihalkan pada gambar (2) dan gambar (3).

V. KESI MPULAN

Hasil pengukuran rapal fluks neulron leras per lama RSG-GAS~pada posisi IPl CE-7) dan IP2 CO-5) sebesar anlara

14 14 -2-1

3.95 x 10 dan 5.25 x 10 cm.s sedangkan menurul perhi- t.ungan

besar

harga rapal 1'1uks 14 -1-2

4.2

x

10

cm, s •

neulron dengan

pada posi si lersebul se- demikian pengukuran ini 'lelah membuklikan hasil perhilungan lersebul,

ACUAN

1. BATAN REACTOR SUPPLY CONTRACT bel ween Republic of Indone- sia aclingby and through Badan Tenaga Atom Nasional and Interatom Inlernationale Alomreaklorbau GMBH

2. Documentali on of Reaclor Exper imenl Co. sesuai dengan Cal. no. 380

3. Chart of Nuclides. Karlsruhe 1974

4. Documenlation of Camberra Co. on SPECTRAN-F

5. Neutron flux measuremenls. IAEA reporl St I/Doc/10/107.

Wien 1970

5. Interatom Evaluation Reporl no. 50. 155. 38. dated 28 Seplember 1988. "N-Flux Measurements".

TANYA JAWAB

1. RPH Ism:untoyo

Apakah peng~~uran dengan dibungkus Cd hanya satu kaii saja

?

Kom.ent0.1"

Kaiau hasiinya akan digunakan sebagai pengukuran neutron termaL, maka setiap posisi untuk tiap pengukuran harus diRer ja.~an peneukuran tanpa dan dengan pembunghus Cd . ..}awaban

Yo., tapi pada posisi yang sama dwT'JT'LY

yang

deha t dengan e ierF'ven

dan bahar

ietaknya dipinggir yang terdekat yang di per.~irakan

.~ontr

^{ibus i} neutron epiterm.ai dar~ ~,"eutror~.

ce~~t Lebih besar dari pada ditengah dummy.

Terima kosih at as kom.entarnya.

2. Jupiter Sitorus

DaLam perala tan disebutkan m.emakai dengan. dete.~tor ini

detehtor No.1 juga.

di la.~uhan? Dan bagaimana hasi lnya Cseja1.1h.mana hesaiahannya_)

?

Jawaban

Detektor No.1 dipakai untuk m.elakukan scanning gamma kawat cobal t dan ha....sil ya.ng diperoleh hanya berupa distribusi fiul'<.srelatip (profile~) secara aksiai sepanja.ne teras.

3. Abubakar R

a.

^{Hengapa dilakukan pengukuran pada}

2,5

^HW

?

b. A~~ benar yang diukur hanya neutron termai, mahon pen- J'elasar~nya ~

Jau'O.ban

a.

^{Bila daya reaktor sendiri tinggi maka peracunan Xe}

semakin besar yang akan m.empengaruhi pengukuran fluks CXe rnenyerap neutron':> ^{dan bi la daya terLaLu renda.~}

akan m.enimbuikan ketidak-pastian ekstrapoiosi ke daya

198

nominal. ap.an semap.in besar

b. Ya, karena detektor yane dieunakan adal.ah yane sensi- tif terhadap neutron termal. dan dieunaP.an pembunekus Cadmium untuk memperhitunekan kontribusi neutron epi- termal. dan neutron cepat yane sebesar

7

^%.

4. 5yarip

a.

^{Heneapa dieunakan} foil. cobal.t

?

^{Fl.uks apa yane terukur}

CApakah tidak l.ebih baik jika dieunakan

In

^{atau Au)}

?

di s t

r

ibus i

nya menunju.~.~an..

hartfa ma,~s

.Jawaban

a. Foil. cobal.t saneat baik untuk mengukur fl.uks neutron yan8 berorde tineei C1014) disQN~ine itu waktu paruh- ri'yarel.atif panjane untuk meredu.~i ket idak-past ian peneukuran. Sedanekan

In

^{dan Au berumur pendek akan}

saneat cocok untuk meneukur fl.uks berorde rendah

C1012) dan di l.akukan pada fasi l.i tas sis tem. "Rabbi t".

b. Harea maks. distribusi fl.uks semakin bereeser keatas untuk peneukuran berikutnya Cyane bel.akanean) karena fraksi ba.~ar teras semakin besar sehineea posisi batane kendal.i semakin tineei.

5. Edi Trijono

Peneukuran fl.uks neutron juea dil.akukan denean. detektor kawat bahan cobal.t, peneukuran aktivitas dil.akukan denean metoda scannine baeian demi baeian. Baeaimana cara mere- duksi cacah backeround dari aktivitas baeian yane tak ter scannine

.Jawaban

Scannine eamma kawat cobal.t dimaksudkan unt~~ memperol.eh distribusi fl.uks rel.atif sepanjane teras Caksial.) berupa count rate dan harea absol.ut fl.uks neutron diperol.eh dari

timbal. didal.am sel. panas Chot peneukuran kepine cobal.t.

eround dieunakan kol.imator cel.l.)

Untuk mereduksi cacal'/..back-