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

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

ANALISIS SENSITIVITAS SAND-II, PAKET PROGRAMUNFOLDING YANG DIGUNAKAN PADA PENGUKURAN

SPEKTRUM NEUTRON DI FASILITAS IRRADIASI SISTEMRABBIT REAKTOR G.A. SIWABESSY

Oleh

Arlinah Kusnowo, Amir Hamzah, Ita Bud! RadiyantiPus at Reaktor Serba Guna - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKANALISIS SENSITIVITAS SAND-II, PAKET PROGRAM UNFOLDING YANG DI­

GUNAKAN PADA PENGUKURAN SPEKTRUM NEUTRON DI FASILITAS IRRADIASI

SISTEM RABBIT REAKTOR GA.SIW ABESSY. Pakct program SAND-II merupakan programuntuk anal is is bentuk spektrum neutron. Untuk eksekusi program ini diperlukan dua masukan yaituaktivitas jenuh keping aktivasi dan spektrum tebakan. Disediakan lebih dari tiga puluh spektrumtebakan. Sepuluh keping aktivasi diiradiasi di sistem rabbit dan limabuah spektrum tebakandigunakan untuk analisis sensitivitas program ini. Hasilnya menunjukkan sensitivitas cukup besarterhadap spektrum tebakan meskipun energi cut off masing-masing spcktrum tebakan sangatberdekatan.

ABSTRACTThe SAND-II computer code is design to determine the spectrum of neutron. To execute

this code two input are needed, saturated activities of the activation foils and guess spectrum.Ten activation foils were irradiated in rabbit system and five guess spectrums are use to analysethe sensitivity ofthis code. The results show that in the epithermal region the sensitivity is significant.

PENDAHULUAN

Penentuan spektrum neutron suatu fasilitas irradiasidari suatu reaktor sangat penting. Karena data tersebutberguna untuk banyak hal, antara lain:- untuk menilai apakah data tampang lintang (crosssection) yang digunakan pada perhitungan aktivitasdapat diandalkan.- dapat dilakukan studi banding antara metode integraldan differensiai.

- data spektrum berguna untuk penelitian yang lain(analisis pengaktivan neutron, kerusakan akibatradiasi dan lain-lain).

Metode penentuan spektrum neutron pada dasamyaada dua, yaitu metode differensial (time of flight,spectrometer neutron) dan metode integral (aktivasikeping). Untuk metode integral, beberapa kepingaktivasi diirradiasi dan dicacah untuk mendapatkanaktivitas jenuhnya. Analisis bentuk spektrum dilakukandengan paket program SAND-II versi komputerpribadi.

Paket program SAND-II ini, memecahkanpersamaan aktivitas dengan melakukan iterasi, setelahdiberikan masukan spektrum tebakan dan aktivitasjenuh keping, serta penampang lintangnya. Jadi selainnilai aktivitas, maka model spektrum tebakan memegangperanan dalam analisis spektrum yang ingin ditentukan.

80

Program ini menyediakan lebih dari tiga puluhspektrum tebakan. Dalam makalah ini ditunjukkanbagaimana pengaruh pemilihan spektrum tebakan danjumlah keping yang dipilih terhadap spektrum yangdihasilkan. Juga ditampilkan bentuk spektrum neutronyang diperoleh dengan irradiasi sepuluh keping aktivasi.Hasil yang diperolch mcnunjukkan pcrbedaan cukupbesar dari spektrum di daerah epitermis denganberubahnya model spektrum tebakan.

TEORI

Spektrum dan AktivitasBentuk spektrum neutron pada fasilitas irradiasi

suatu reaktoryang diperoleh secara empiris menunjukkansifat berikut. Pertama, distribusi fluks adalah kontinu,

kedua, bahwa spektrum neutron terdiri dari spektrumyang mempunyai distribusi Maxwell untukdaerah energirendah (dinyatakan sekitar suhu T) dan di daerah energitinggi fluks neutron digambarkan 'sebanding dengandElE. Di daerah termalisasi terdapat komponen ketigayang sulituntukditentukan bentukdistribusinya. Secaraumum bentukspektrum neutron dituliskansebagai berikut

4>(E)dE = M(E) dE + T(E) dE + "C dElE (l)

dimana :

Prosiding Seminar Teknologi don Keselamalan PLTNserlo Fasililas Nuklir

M(E) dE = distribusi neutron energi rendah(Maxwell).

T(E) dE = distribusi neutron di daerahtennalisasi.

"t dElE = distribusi neutron di daerah lIE

Sehingga aktivitas tiap atom dinyatakan sebagai :

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

atau

~/ = alj <\Ijk •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ,••(4)

Iterasi dilakukan untuk memperoleh bentukspektrum cI> (E). Batasan untuk memperoleh spektrumyang hams ditentukan adalah :

I a. (E) <\I(E)dE = I a. (E) M(E) dE + I a. (E) T(E) dE + I a. (E) t dElEo 0 0 0

....... (2)

Program SAND-IIDari persamaan (2) dapat dimengerti bahwa

spektrum neutron Gumlah neutron pada suatu energisebagai fungsi energi) mempengaruhi nilai aktivitassuatu bahan. Karena itu perlu dilakukan penentuanbentuk spektrum suatu fasilitas irradiasi atau suatufasilitas penelitian. Program komputer SAND-II dapatdigunakan untuk analisis bentuk spektrum neutrondengan metode unfolding yaitu melakukan perhitunganaktivitas dari masukanaktivitas bebcrapa keping aktivasi,menggunakan data tampang lintang (cross section) yangtersedia, dan spektrum tebakan yang juga disediakandalam program ini. Selang energi yang dicakup adalah10 MeV sampai 18MeV. Dilakukan iterasispektrumtebakan untuk memperoleh spektrum yang inginditentukan dengan batasan ·perbedaan antara aktivitasterhitung dan terukur pada nilai tertentu atau dapatjugadenganbatasanjumlah iterasi.

Jika A adalah aktivitas keping ke i akibat interaksidengan neutron pada kelompok energi j pada iterasi kek,maka besaran tersebut dapat ditulis sebagai :

Ej'l

~jk = I a. (E) cl>k (E) dE (3)

Ej

I. deviasi antara aktivitas terukur .dan terhitung(ditentukan oleh peneliti).

2. deviasi standar an tara aktivitas pada suatuiterasi dengan iterasi berikutnya, < 1% (telahtertentu).

3. jumlah iterasi (ditentukan oleh peneliti)

TATA KERJA

Metode KeriaAnalisis sensitivitas program SAND-II dapat

dilaksanakan dengan melakukan pembahan pada duamasukan SAND-II yaitujumlah aktivitas keping aktivasidan bentuk spektrum tebakan. Oleh karenanyadilakukandua tahap pekerjaan. Pertama dimasukkan sepuJuh nilaiaktivitas jenuh dari sepuluh keping aktivasi yang diiradiasi pada tempat yang sarna. Eksekusi programSAND-II dilakukan dengan lima bentuk spektrumtebakan.

Kedua, dengan satu bentuk spektmm tebakandilakukan dua eksekusi, yaitu sepuluh aktivitas jenuhdari sepuluh keping dan eksekusi berikutnya adalahspektmm tebakan sarna, tetapi jenis keping aktivasihanya delapan saja.

Bahan

1.Keping aktivasi yang digunakan dan reaksi yangterjadi dicantumkan pada Tabell

Tabell. Keping aktivasi dan reaksi terhadap neutron

No.Keping ReaksiEnergiT 1/2

(eV)1.

Cu Cu63(n,y) Cu640,02512,8 jam2.

Au AuI97(n,y) AU1980,0252,7 had3.

Fe Fe58(n,y) Fe590,02585 had4.

Sc Sc45(n,y) Sc4623045,1 had5.

In In115(n,y) In1160,45754 menit6.

Th Th232(n,F) Fp2423,3 menit7.

Mo Mo98(n,y) Mo9948067 jam8.

Ti Ti47(n,y) SC472,2 Mev4,43 hari9.

Ti Ti46(n,y) Sc463,9 Mev10.

TiITi48(n,y) Sc48I

7,6 Mev44 jam

81

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamalan PLTNser/a Fasililas Nuklir

2. Spektrum tebakan yang digw1akan dipilih daridaftar SAND LiB [4] dan rinciannya dapatdilihat pada Tabel 2.

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

tebakan (16,15,14,13,12). Mcngapa dipilih spcktrumtebakan 16,15,14,13 dan 12? Karena ingin ditunjukkansensitivitas pemilihan spektrum tebakan ini. Gambar 1

Tabel 2. : Spektrum tebakan

No.Keterangan jenis spektrum

7.

lIE + fissi watt, matched at 0,5 MeV

11.

20°C, Maxwellian Matched to spectrum at 5.0 E-8 MeV

12

20°C, Maxwellian Matched to spectrum at 1.4 E-7 MeV

13

20°C, Maxwellian Matched to spectrum at 2.0 E-7 MeV

14.

20°C, Maxwellian Matched to spectrum at 3.0 E-7 MeV

15.

20°C, Maxwellian Matched to spectrum at 4.0 E-7 MeV16.

20°C, Maxweliian Matched to spectrum at 6.0 E-7 MeV

Tabel 2 memperlihatkan spektrum tebakan yangberbeda. Perbedaan terletak pada nilai energi dimanaspektrum dengan distribusi maxwellian bertemu dengandistribusi lIE.

Tabel 3 menggambarkan kembali nilai energi ini.

Tabel 3. : Nilai energi dimana distribusi Maxwel­lian bertemu dengan distribusi lIE

No. Spektrum EnergiSANLIB

(eV)

11

0.0512

0.1413

0.2014

0.3015

0040

160.60

Dapat dilihatbahwa keenamjenis spektrum tebakanini sangat mirip satu dengan yang lain.

- Irradiasi dan eksekusi SAND-IIIrradiasi dilakukan di sistem rabbit RSG-GAS

dengan waktu irradiasi clandaya reaktoryang disesuaikandengan nilai tampang lintang keping. Eksekusi SAND­II dilakukan dengan komputer pribadi AT/3 86.

BASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah sepuluh keping aktivasi diirradiasi, dicacahuntuk mendapatkan aktivitas jenuh, maka eksekusiSAND-II dilakukan dengan dua tahap seperti yangdijelaskan pada metode kerja.

Hasil yang diperoleh ditampilkan pada Gambar 1clan Gambar 2.

Gambar 1 menampilkan keluaran SAND-IIberbentuk spektrum differensial untuk beberapaspektrum

82

menunjukkan bahwa meskipun perbedaan energisambung adalah 0,2 ev (TabeI2, spektrum 15 clan 16)tetapi cukup untuk menggagalkan hasil yang diperoleh.Spektrum 1 clan 2 sebagai hasil eksekusi SAND-IIdengan spektrum tebakan 15 dan 16 tidak memenuhisyarat yang disebut Cohen [2], yaitu adanya kontinuitasdistribusi fluks.

Gambar 1 juga menunjukkan adanya pergeserandaerah lIE dengan bcrubahnya spektrum tcbakan.Dengan perubahan ini aktivitas di daerah epitermalakan sangat berbecla hasilnya. Meskipun demikiandaerah neutron cepat hampir tidak dipengaruhi ke limabentuk spektrum tebakan tersebut.

Gambar 2 menampilkan bagaimana pengaruhjumlah keping Jadi jumlah aktivitas jenuh yangdiberikan sebagai masukan program SAND-II dapatmempengaruhi bentuk spektrum hasil iterasi tersebut.Meskipun tidak terlihat perubahan yang penting denganpengurangan jumlah keping yang digunakan.

KESIMPULAN

Pemilihan bentuk spektrum tebakan, jelas

mempengaruhi hasil yang diperoleh, meskipun energisambung antara distribusi maxwellian dan lIE hanyaberbeda sekitar 0,2 ev. Pemilihan yang tepat akan

berguna untuk menilai nilai aktivitas terutama didaerah epitermis clan kontinuitas antara daerahepitermis clan daerah fluks cepat.

Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTNserta Fasililas Nuklir

DAFT AR PUST AKA

(1) Reactor Physics Constants, ANL 5800 hal 89

(2) Yakeman, D, "Physics of Nuclear Reactors", Thermal Reactors, haI215-222.

(3) Berg S, Mc Elroy W.N. SAND-II, AFWL- TR 67-41.

(4) Berzonis, MA etal, "Neutron Dosimetry System SAIPS", INDC (CCP) - 285/GR.

83

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

1E+14

1E+131E+121E+111E+1 01E+09

c:0'-.•..... 1E+08:J Q)Z(/)

1E+07.Y. :JLL 1E+06

1E+051E+041E+031E+ 02

1 2 3 4 5 6- Fluks-1 - Fluks-2 - Fluks-3 - Fluks-4 - Fluks-5 - Fluks-6

1 E + 01

1E-1 0 1E-09 1E-08 1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+OO 1E+0"1

Energi [MeV]

Gambar 1. Sensitivitas SAND II terhadap Spektrum tebakan

.. ~.. .,1E+13., '"

IS" ••

~§;!::.~=:~a "~ S·1E+12~!;

~~~'"~1E+11

§"

~..••is''::t~

1E+10

IS"

::~C~0 '--+-':JOJ 1E+09z

(f)

~00

:JUI

u:

1E+08-

1E+07

1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02

1E+06 L1E+05 ----------1E-1 0 1E-09 1E-08

1 2 L-Jml.keping=8 - jml.keping=1 0 '. _

1E-01 1E+OO 1E+01

Energi [MeV]

Gambar 2. Sensitivitas SANDII jumlah keping yang dipakai