## PENENTUAN POSISI IRADIASI BATU TOPAZ DENGAN KAPSUL
DAN PENGARAH BORON KARBIDA (B 4 C) PADA GRID BERILIUM REAKTOR RSG-GAS MENGGUNAKAN PROGRAM BATAN 2-DIFF
Fitri Susanti, Nuradam Effendy Direktorat Pengelolaan Fasilitas Ketenaganukliran, BRIN Email: fitrisusanti725@gmail.com
Diterima: 25 Juli 2022, diperbaiki: 3 Oktober 2022, disetujui: 10 Oktober 2022

## ABSTRAK
Secara  rutin  iradiasi  pewarnaan  batu  topaz  di  reaktor  RSG-GAS  dilakukan  pada  fasilitas irradiation  position  (IP).  Adanya  permintaan  target  iradiasi  lain  pada  fasilitas  yang  sama, menyebabkan perlu adanya pengembangan fasilitas iradiasi baru yang dapat digunakan sebagai pengganti fasilitas iradiasi batu topaz. Hal ini dilakukan pada grid berilium yang digunakan sebagai reflektor  reaktor.  Pengembangan  teknik  iradiasi  batu  topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C menjadi  solusi  karena  sifat  B 4 C  sebagai  penyerap  neutron  yang  baik.  Keuntungan  dari pengembangan  posisi  iradiasi  pada  berilium  yang  jauh  dari  daerah  bahan  bakar  menurunkan risiko gangguan distribusi fluk neutron di teras reaktor akibat penggunaan material B 4 C. Selain itu, penggunaan material B 4 C akan menurunkan interaksi neutron termal dan memperbesar interaksi neutron cepat dalam pewarnaan batu topaz. Penentuan posisi grid berilium yang baik digunakan dalam  iradiasi  batu  topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C  perlu  dilakukan  untuk  menjamin keselamatan operasi reaktor RSG-GAS. Perhitungan parameter neutronik menggunakan program komputer  code  BATAN-2DIFF  (2  dimensi)  dan  WIMSD5  untuk  generasi  tampang  lintang.  Hasil perhitungan  menunjukan  iradiasi  batu  topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C  dapat  dilakukan pada grid berilium yang jauh dengan bahan bakar supaya tidak menggangu nilai reaktivitas teras reaktor.  Perubahan  reaktivitas  terkecil  antara  kapsul  tanpa  sekat  dan  dengan  sekat  dihasilkan oleh  grid  berilium  H-1 untuk  1  posisi  sebesar  0,0485%  ∆k/k  dan  0,0431%  ∆k/k.  Pada  variasi  2 posisi iradiasi, dihasilkan oleh kombinasi grid A-2 dan J- 2 dengan nilai 0,2993% ∆k/k dan 0,2774% ∆k/k. Sedangkan  pada variasi  3 posisi,  dihasilkan  oleh kombinasi  grid A-2, J-2  dan H-2  dengan nilai  0,4138%  ∆k/k  baik  pada  kapsul  tanpa  sekat  maupun  dengan  sekat.  Jika  melihat  dari  sisi perubahan  fluk  neutron  cepat  yang  lebih  besar  dan  efisiensi  waktu  yang  baik  selama  189  jam, maka iradiasi batu topaz dengan kapsul B 4 C direkomendasikan dilakukan pada grid berilium A-2.
Kata kunci: batu topaz, boron karbida, berilium, BATAN-2DIFF, reaktor RSG-GAS.

## ABSTRACT
Routinely,  topaz  coloring  irradiation  in  the  RSG-GAS  reactor  is  carried  out  at  the  irradiation position  (IP)  facility.  The  large  number  of  requests  for  other  irradiation  targets  at  the  same facility, has led to the need for the development of new irradiation facilities that can be used as replacement  for  topaz  irradiation  facilities.  This  is  possible  on  beryllium  grids  that  used  as reflectors  in  reactor. The  development  of  topaz  irradiation  techniques  with  B 4 C  capsules  and guide tube is a solution due to the nature of B 4 C as a good neutron absorber. The advantage of developing an irradiation position on beryllium far from the fuel area lowers the risk of impaired distribution of neutron flux in the reactor core due to the use of B 4 C material. In addition, the use
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol XIX. No.2, Oktober 2022:hal. 1-13
of  B 4 C  material  will  lower  the  interaction  of  thermal  neutrons  with  topaz  and  increase  the interaction of fast neutrons in the coloring of topaz. Good positioning of the beryllium grid used in irradiation of topaz with B 4 C capsule and guide tube needs to be carried out to achieve RSG- GAS  reactor  operation  safety.  Neutronic  parameter  calculation  using computer code  programs BATAN-2DIFF  (2-dimensional)  and  WIMSD5  for  target  cell  generation.  The  calculation  results show that topaz irradiation with B 4 C capsule and guide tube can be carried out on beryllium grid that  far  from  fuel  so  as  not  to  interfere  the  reactivity  value  of  the  reactor  core.  The  smallest change  in  reactivity  between  capsules  without  screen  and  with  screen  was  produced  by  the beryllium  grid  H- 1  for  1  position  by  0.0485%  ∆k/k  and  0.0431%  ∆k/k.  In  the  variation  of  2 irradiation  positions,  it  was  produced  by  a  combination  of  A-2  and  J-2  grids  with  values  of 0.2993%  ∆k/k  and  0.2774%  ∆k/k.  While  in  the  3-position  variation,  it  is  produced  by  a combination of A-2, J-2 and H- 2 grids with a value of 0.4138% ∆k / k both on capsules without screen and with screen. In terms of a greater change in fast neutron flux and time efficiency for 189  hours,  irradiation  of  topaz  with  B 4 C  capsules  is  recommended  to  be  carried  out  on  the beryllium A-2 grid.
Keywords: topaz, boron carbide, beryllium, BATAN-2DIFF, RSG-GAS reactor.

## PENDAHULUAN
radiasi  pewarnaan  batu  topaz Al 2 SiO 4 (OH 4 F) 2 dengan  neutron merupakan  utilisasi  rutin  yang dilaksanakan  di  Reaktor  Serba  Guna  G. A.  Siwabessy  (RSG-GAS).  Pewarnaan ini  bertujuan  untuk  meningkatkan  nilai propertis  batu  topaz  seperti  perubahan warna  tertentu  yang  akan  berpengaruh terhadap  permintaan  pasar  dan  nilai ekonomisnya [1] .  Secara  umum  iradiasi batu topaz menghasilkan warna biru mu- da  yang  biasa  disebut London  Blue  To- paz dan  warna  biru  tua  yang  disebut Swiss  Blue  Topaz. Perbedaan  warna batu topaz dihasilkan berdasarkan lamanya  waktu  iradiasi  dalam  reaktor [2] . Iradiasi  batu  topaz  di  reaktor  RSG-GAS dilakukan  pada  fasilitas  iradiasi  di  dalam teras  reaktor  ( in  core )  maupun  di  luar teras reaktor ( out core ). Iradiasi di dalam teras  dilakukan  pada  fasilitas Irradiation Position (IP)  dan  fasilitas Neutron Transmutation Doping (NTD) untuk fasili- tas  iradiasi  di  luar  teras.  Waktu  yang dibutuhkan  untuk  iradiasi  batu  topaz  pa- da  fasilitas in  core yaitu  selama  10  jam sedangkan out core membutuhkan waktu 8  hari [3,4] .  Adanya  permintaan  iradiasi target lain seperti AlMg 3 pada fasilitas IP
dan  pengembangan  fasilitas silicon  dop- ing pada  fasilitas  NTD,  mengharuskan pengembangan  posisi  iradiasi  lain  untuk menggantikan  posisi  iradiasi  batu  topaz sebelumnya.  Beberapa  pertimbangan perlu  diperhatikan  agar  posisi  iradiasi baru  dapat  menghasilkan  pewarnaan batu  topaz  sesuai  dengan  kebutuhan pengguna  dan  tetap  memenuhi  standar keselamatan dalam pengoperasian reaktor RSG-GAS.
Pengembangan  posisi  iradiasi baru dimungkinkan untuk dilakukan pada posisi  berilium  karena  berada  di  dalam grid  teras  reaktor [5] .  Berilium  digunakan sebagai  reflektor  reaktor  RSG-GAS. Secara desain terdapat dua jenis berilium sebagai  reflektor  yaitu  berilium  elemen/ blok  (BE)  dan  berilium  dengan  sumbat/ beryllium  with  stopper (BS) [6] .  Kajian awal pada analisis keselamatan terhadap penggunaan  grid  berilium  sebagai  fasili- tas  iradiasi  batu  topaz  perlu  dilakukan, diantaranya posisi iradiasi tidak berdeka- tan  dengan  daerah  tabung  pengarah berkas  neutron  ( beam  tube ),  bahan  ba- kar maupun fasilitas silicon doping , kare- na  dikhawatirkan  dapat  mengganggu distribusi fluk neutron yang dimanfaatkan pada  daerah  tersebut.  Sehingga  hal  ini dapat menyebabkan pengoperasian
I
reaktor menjadi kurang optimal.
Penentuan  fasilitas  iradiasi  baru dalam pewarnaan batu topaz in core juga harus  mempertimbangkan teknik  iradiasi dan  faktor  keselamatan  operasi  reaktor. Secara  teknis,  pewarnaan  batu  topaz in core sebelumnya  dilakukan  dengan  kap- sul  dan  pengarah  berbahan  aluminium yang  diiradiasi  pada  posisi  IP.  Iradiasi batu topaz yang dilakukan pada posisi IP akan  memiliki  perbedaan  distribusi  fluk neutron  jika  dibandingkan  dengan  posisi berilium.  Daerah  IP  akan  memiliki  distri- busi  fluk  neutron  yang  lebih  tinggi dibandingkan  pada  daerah  berilium.  Hal ini  dikarenakan  daerah  berilium  yang jauh  dari  posisi  bahan  bakar.  Pada reaktor  penelitian  seperti  RSG-GAS,  fluk neutron termal lebih mendominasi dibanding  fluk  epitermal  dan  fluk  cepat. Interaksi iradiasi neutron pada pewarnaan  batu  topaz  di  reaktor  di- lakukan  dengan  fluk  neutron  cepat.  Se- dangkan  interaksi  fluk  neutron  termal dengan  batu  topaz  akan  meningkatkan aktivitas atom pengotor waktu paruh pan- jang seperti Ta 181 , Sc 45 , Fe 54 dan Cs 133 [7] . Oleh  karena  itu  perlu  dikembangkan metode  baru  untuk  iradiasi  batu  topaz dengan  kualitas  yang  sama  akan  tetapi dapat  meminimalisir  aktivitas  atom  pe- ngotor  waktu  paruh  panjang  akibat  in- teraksi  dengan  fluk  neutron  termal. Metode  pengembangan  yang  dilakukan yaitu  melakukan  iradiasi  batu  topaz dengan  kapsul  dan  pengarah  boron  kar- bida  (B 4 C).  Tujuan  penggunaan  B 4 C  ya- itu  untuk  menyerap  fluk  neutron  termal sehingga target dapat berinteraksi penuh dengan fluk neutron cepat dalam pewarnaan  batu  topaz [8] .  Dengan demikian, aktivitas pengotor waktu paruh panjang  akibat  interaksi  target  dengan fluk  neutron  termal  dapat  diminimalisir dan  pendinginan  batu  topaz  pasca  iradi- asi  menjadi  lebih  cepat  dari  metode sebelumnya.
Analisis  keselamatan  parameter neutronik pengembangan fasilitas iradiasi batu  topaz  baru  di  posisi  grid  berilium dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C  perlu dilakukan  untuk  memastikan  target  tidak memberikan dampak berarti pada pengoperasian reaktor RSG-GAS. Parameter  neutronik  dihitung  dengan paket program Batan-2DIFF dan WIMSD5  yang  telah  tervalidasi [9,10,11] . Perhitungan sel target dilakukan menggunakan  paket  program  WIMSD5 dengan  data  nuklir  ENDF/B-VII  dalam  4 kelompok  tenaga  neutron [12] .  Batasan parameter neutronik yang dihitung dalam makalah ini meliputi, perubahan reaktivitas (Δρ), perubahan faktor puncak daya  radi al  maksimum  (ΔFPDRmax), perbandingan  fluk  neutron  termal  dan cepat  (  t/  f),  serta  nilai  perubahan  fluk neutron  sebelum  dan  setelah  iradiasi batu  topaz  dengan  kapsul  B 4 C  [13]. Massa  target  topaz  per  kapsul  sebesar 1,5  kg,  hal  ini  berdasarkan  penelitian sebelumnya [14] . Hasil perhitungan diharapkan dapat memberikan
rekomendasi  posisi  berilium  yang  dapat digunakan  sebagai  fasilitas  iradiasi  baru target  batu  topaz  dengan  kapsul  dan pegarah B 4 C.

## METODOLOGI

## Penentuan Posisi Berilium
Sebagai  penyerap  neutron  yang  kuat, iradiasi topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C dimungkinkan untuk dilakukan  pada  posisi  berilium.  Berilium digunakan  sebagai  reflektor  di  teras RSG-GAS. Konfigurasi teras dan distribusi  fluk  neutron  pada  grid  berilium reaktor  RSG-GAS  secara  pengukuran ditunjukan pada Gambar 1.
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol XIX. No.2, Oktober 2022:hal. 1-13
Gambar 1. Konfigurasi  teras  reaktor  RSG-GAS  dengan  fluk  neutron  hasil pengukuran pada grid berilium
Penentuan  posisi  berilium  yang  akan digunakan  sebagai  fasilitas  iradiasi  baru untuk iradiasi target topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C diprioritaskan memiliki kriteria sebagai berikut:
a.  Posisi  tidak  berada  pada  daerah yang terdapat banyak beam tube dan fasilitas  PRTF  karena  dapat  meng- ganggu  stabilitas  fluk  neutron  pada daerah tersebut;
b.  Posisi  iradiasi  jauh  dari  fasilitas sili- con  doping (NTD)  sehingga  tidak mengganggu  iradiasi wafer silicon doping pada daerah tersebut;
c.  Terdapat 3 variasi posisi yang masuk dalam  kriteria  untuk  iradiasi  topaz dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C  di berilium dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Posisi  kandidat  iradisi  topaz  di berilium teras reaktor RSG-GAS Variasi Posisi Posisi Kandidat 1 Posisi A-2 B-2 B-3 H-1 H-2 J-2 2 Posisi A-2 dan B-2 A-2 dan H-2 A-2 dan J-2 3 Posisi A-2,  B-2  dan  J-2  (jika tidak  ada  target  silikon doping)
A-2,  B-2  dan  H-2  (jika ada terget silikon doping)

## Perhitungan Sel Target
Perhitungan  sel  target  batu  topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C dilakukan dengan
paket
program
WIMSD5B  untuk  menggenerasi  konstanta kelompok  dalam  4  kelompok  tenaga neutron  dengan  data  nuklir  ENDF/B-VII [12] . Perhitungan
sel dilakukan menggunakan  kapsul  B 4 C  dengan  sekat dan  tanpa  sekat.  Massa  batu  topaz seberat  1,5  kg  diasumsikan  menempati ruang  kapsul  setinggi  45  cm.  Susunan target  batu  topaz  dengan  kapsul  dan pengarah B 4 C disajikan di Tabel 2.
Tabel 2. Data  susunan  target  batu  topaz dengan  kapsul  dan  pengarah B 4 C
Sel  target  topaz  dimodelkan  dalam  2 bagian  yaitu  kapsul  dengan  sekat  dan kapsul  tanpa  sekat.  Pada  kondisi  kapsul tanpa  sekat  sel  target  dimodelkan  dalam 1 ruang, sedangkan pada kapsul dengan sekat  dibagi  menjadi  4  ruang.  Model  sel ini digambarkan sesuai Gambar 2.
Gambar 2. Model sel kapsul dan
pengarah topaz B 4 C
Pemodelan  kapsul  dan  pengarah  topaz B 4 C  telah  disesuaikan  dengan  dimensi grid dan berilium elemen di teras reaktor RSG-GAS. Selanjutnya dilakukan perhitungan teras dengan program BATAN-2DIFF  (2-Dimensi)  pada  seluruh bagian target yang dihomogenisasi dalam 1 sel sesuai dengan fraksi volume dari  masing-masing  material  penyusun sel  yang  ditunjukkan  dalam  Tabel  3. Perhitungan sel dilakukan untuk generasi konstanta  kelompok  difusi  pada  target batu  topaz  dengan  pengarah  dan  kapsul B 4 C,  baik  dengan  sekat  maupun  tanpa sekat.  Kapsul  topaz  pada  fasilitas  baru, dirancang  berbentuk  persegi  panjang dengan  ketebalan  sekat  B 4 C  pada masing-masing sisi kapsul setebal 2 mm. Tabel 3. Fraksi  volume  material  target topaz untuk tiap model Material Fraksi Volume 1,5 kg Batu Topaz Tanpa Sekat Dengan Sekat H 2 O 0,37235 0,35410 Al 0,03199 0,03199 Ketinggian (cm) Material Penyusun (dari luar ke dalam) 45 Air (H 2 O) Aluminium (Al) Boron Karbida (B 4 C) Topaz 15 Air (H 2 O) Aluminium (Al)
Boron Karbida (B 4 C)
(1)  Bagian kapsul B 4 C tanpa sekat (2)  Sekat B 4 C dengan 4 ruang (3)  Bentuk sekat B 4 C dilihat dari sisi atas (1) (2)
(3)
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol XIX. No.2, Oktober 2022:hal. 1-13
B 4 C 0,09505 0,14065 Topaz 0,50061 0,47325 Perhitungan  sel  target  dilakukan  dengan program WIMSD5 untuk generasi komposisi  material  penyusun  target topaz, kapsul dan pengarah B 4 C. Perhitungan teras
dilakukan menggunakan  paket  program  BATAN- 2DIFF  sehingga  teras  penuh  reaktor RSG-GAS  dan  target  batu  topaz  dalam kapsul  dan  pengarah  B 4 C  dimodelkan dalam  model  geometri  X-Y  (2-Dimensi). Parameter  teras  yang  dihitung  adalah perubahan  reaktivitas  akibat  masuknya target (Δρ),  perubahan  faktor  puncak daya  radial  maksimum  (ΔFPDRmax), perbandingan  fluk  neutron  termal  dan cepat  (  t/  f),  serta  nilai  perubahan  fluk neutron  sebelum  dan  setelah  iradiasi batu  topaz  dengan  kapsul  B 4 C.  Batasan keselamatan  parameter  neutronik  teras reaktor RSG-GAS mempersyaratkan nilai maksimum  reaktivitas  untuk  target  dan FPDR  masing- masing  adalah  ≤  0,5% Δk/k  dan  ≤  1,4 [5] .  Target  iradiasi  batu topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C di  posisi  berilium  yang  ditentukan  akan ditolak,  jika  nilai  batasan  keselamatan operasi reaktor tersebut terlampaui.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  perubahan reaktivitas  (∆ρ) dan faktor puncak daya radial maksimum (FPDRmax)  pada  iradiasi  batu  topaz pada posisi berilium di reaktor RSG-GAS dengan program BATAN-2DIFF ditunjukan  pada  Tabel  4.  Hasil  pada Tabel  4 menunjukan perhitungan  iradiasi target  dengan  1  posisi  dilakukan  pada grid berilium A-2, B-2, B-3, H-1, H-2, dan J-2. Perubahan reaktivitas terbesar terjadi  pada  grid  B-3  sebesar  0,9606% ∆k/k  pada  kapsul  B 4 C  tanpa  sekat  dan 0,9532%  ∆k/k  pada  kapsul  B 4 C  dengan sekat.  Secara  konfigurasi  grid  B-3 berdekatan  secara  langsung  dengan
bahan  bakar  yang  berada  pada  grid  B-4 dan  C-3.  Hal  ini  menunjukan  bahwa iradiasi  batu  topaz  dengan  kapsul  dan pengarah B 4 C pada daerah yang berdekatan  dengan  bahan  bakar  akan meningkatkan  nilai  gangguan  reaktivitas. Pengaruh B 4 C sebagai penyerap neutron kuat  menjadikan  perubahan  reaktivitas yang signifikan pada daerah tersebut.
Simulasi  iradiasi  dengan  variasi 2 posisi dilakukan pada grid A-2 dan H-2, A-2 dan B-2, serta A-2 dan J-2. Posisi ini dipilih  sebagai  alternatif  fasilitas  iradiasi yang  tidak  berdekatan  langsung  dengan bahan  bakar.  Perubahan  nilai  reaktivitas terbesar  variasi  2  posisi  terdapat  pada kombinasi  grid  A-2  dan  B-2  dengan  nilai 0,4728 %  ∆k/k  pada  kapsul  tanpa  sekat dan  0,4532 %  ∆k/k  pada  kapsul  dengan sekat.  Perhitungan  iradiasi  batu  topaz pada  2  posisi  menunjukan  perbedaan nilai  reaktivitas  yang  tidak  terlalu  besar, antara  kapsul  B 4 C  tanpa  sekat  maupun dengan  sekat.  Efektifitas  iradiasi  yang baik  pada  daerah  ini  ditunjukan  dengan nilai  perubahan  reaktivitas  yang  lebih kecil  dibanding  pada  daerah  yang berdekatan  langsung  dengan  bahan bakar.  Iradiasi  batu  topaz  dengan  3 posisi menunjukan perubahan nilai reaktivitas  yang  tidak  jauh  berbeda dengan  iradiasi  pada  2  posisi  jika dilakukan pada grid yang jauh dari bahan bakar.  Akan  tetapi  nilai  perubahan reaktivitas  meningkat  jika  salah  satu posisi  iradiasi  pada  3  variasi  posisi tersebut berdekatan dengan bahan bakar.  Perubahan  nilai  reaktivitas  variasi 3  posisi  grid  terbesar  terdapat  pada kombinasi  grid  A-2,  B-3  dan  H-1 dengan nilai  1,0478%  ∆k/k  pada  kapsul  tanpa sekat  dan  1,0326%  ∆k/k  pada  kapsul dengan  sekat.  Selisih  nilai  perubahan reaktivitas  terbesar  antara  kapsul  tanpa sekat dan dengan sekat pada variasi grid 1,  2  atau  3  posisi  masing-masing sebesar 0,0075%; 0,0196% dan
0,0152% ∆k/k.
Tabel 4. Perubahan reaktivitas pada iradiasi batu topaz dengan kapsul dan pengarah
B 4 C
Hasil  perhitungan  pada  Tabel  4 juga  memperlihatkan  perubahan  nilai reaktivitas pada kapsul B 4 C dengan sekat lebih  kecil  dibandingkan  tanpa  sekat.  Hal ini menunjukan semakin banyak B 4 C yang digunakan  sebanding  dengan  besarnya serapan  fluk  neutron  yang  berinteraksi dalam iradiasi batu topaz. Nilai perubahan reaktivitas  terkecil  memiliki  pola  yang sama,  baik  pada  kapsul  topaz  B 4 C  tanpa sekat  maupun  dengan  sekat.  Nilai perubahan reaktivitas terkecil pada iradiasi  batu  topaz  di  berilium  untuk  1 posisi  diperoleh  pada  grid  H-1  sebesar 0,0485%  ∆k/k  pada  kapsul  tanpa  sekat dan  0,0431% ∆k/k  pada  kapsul  dengan sekat. Secara teknis posisi ini dinilai ideal untuk  iradiasi  topaz  dengan  kapsul  B 4 C karena  jauh  dari  fasilitas beam  tube , silicon  doping maupun  posisi  bahan bakar.  Pada  variasi  2  posisi  iradiasi,  nilai perubahan  reaktivitas  terkecil  dihasilkan oleh  kombinasi  grid  A-2  dan  J-2  dengan nilai  0,2993%  ∆k/k  pada  kapsul  tanpa
sekat  dan  0,2774%  ∆k/k  pada  kapsul dengan  sekat.  Sedangkan  pada  variasi  3 posisi,  nilai  perubahan  reaktivitas  terkecil dihasilkan  oleh  kombinasi  grid  A-2,  J-2 dan  H- 2  dengan  nilai  0,4138%  ∆k/k  baik pada kapsul tanpa sekat maupun dengan sekat.  Kedua  variasi  posisi  ini  dinilai  baik secara  teknis  karena  berada  pada  posisi yang  saling  berseberangan  sehingga berpengaruh terhadap keseimbangan distribusi  fluk  neutron.  Selisih  nilai perubahan  reaktivitas  terkecil  antara kapsul tanpa sekat dan dengan sekat baik pada  variasi  grid  1  dan  2  posisi,  masing- masing  sebesar  0,0054%;  0,0219%  ∆k/k. Sedangkan  pada  variasi  grid  3  posisi menunjukan nilai yang sama. Keseluruhan  nilai  perubahan  reaktivitas pada variasi ini, masih dibawah nilai batas yang  ditentukan  untuk  pengoperasian reaktor RSG- GAS sebesar 0,5% ∆k/k. Nilai ∆FPDRmax  pada  Tabel  4 menunjukan  perubahan  faktor  puncak daya  radial  (FPDR)  maksimal  akibat
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol XIX. No.2, Oktober 2022:hal. 1-13
masuknya  target  di  teras  reaktor.  Nilai ∆FPDRmax  pada  kapsul  B 4 C  dengan sekat  lebih  kecil  dibandingkan  tanpa sekat.  Hal  ini  menunjukan  pola  yang sama  dengan  perubahan  nilai  reaktivitas. Perubahan  nilai  FPDRmax  untuk  setiap elemen  bakar  di  teras  reaktor  RSG-GAS akibat iradiasi target topaz dengan kapsul B 4 C  tanpa  sekat  dan  dengan  sekat ditunjukkan  pada  Gambar  3  dan  4. Gambaran  distribusi  FPDRmax  dipilih pada  posisi  grid  dengan  nilai  perubahan reaktivitas  terkecil.  Distribusi  FPDRmax
pada 1 posisi digambarkan oleh grid H-1, sedangkan  pada  variasi  2  dan  3  posisi digambarkan oleh kombinasi grid A-2 dan J-2 serta kombinasi grid A-2, J-2 dan H-2. Berdasarkan  gambar  dapat  dilihat  pada seluruh  variasi  posisi  kapsul  tanpa  sekat maupun  dengan  sekat,  nilai ∆FPDR tertinggi  dihasilkan  pada  grid  C-8.  Hal  ini dimungkinkan terjadi karena posisi grid C- 8  merupakan  elemen  bakar  kendali  baru yang  menempati  kelas  1,  sesuai  pola refueling bahan bakar reaktor RSG-GAS.
Gambar 3. Distribusi  FPDR  iradiasi  target  topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C tanpa sekat
Gambar 4. Distribusi  FPDR  iradiasi  target  topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C dengan sekat
Gambar  3  dan  4  menunjukan  pola distribusi  nilai  FPDRmax  pada  daerah bahan  bakar  mengalami  perubahan akibat  penyisipan  target  iradiasi  batu topaz dengan kapsul dan pengarah  B 4 C, baik  tanpa  sekat  maupun  dengan  sekat. Iradiasi topaz dengan kapsul dan pengarah  B 4 C  menyebabkan  penurunan nilai  FPDRmax  pada  daerah  yang berdekatan  dengan  target,  sedangkan pada sisi yang jauh dari target mengalami kenaikan nilai FPDRmax. Hal ini menunjukan daerah bahan bakar yang jauh  dari  posisi  target  mengkompensasi distribusi fluk neutron pada daerah bahan bakar  yang  dekat  dengan  target  karena B 4 C  merupakan  menyerap  neutron  yang kuat.  Penurunan  nilai  FPDRmax  akan
semakin tinggi sebanding dengan banyaknya  variasi  posisi  grid  yang digunakan dalam iradiasi batu topaz, baik pada  kapsul  B 4 C  tanpa  sekat  maupun dengan  sekat.  Nilai  FPDRmax  terendah yang  dihasilkan  dari  insersi  target  batu topaz  dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C tanpa  sekat  dan  dengan  sekat  untuk  1 posisi grid pada H-1 sebesar 1,2260 dan 1,2252. Sedangkan pada variasi 2 posisi grid  pada  A-2  dan  J-2  sebesar  1,2492 dan  1,2470.  Serta  pada  variasi  3  posisi grid  A-2,  J-2  dan  H-2  masing-masing diperoleh  nilai  yang  sama  sebesar 1,2686. Secara keseluruhan nilai batasan FPDRmax  ini  masih  berada  dalam  batas ketentuan  yang  dipersyaratkan  dalam
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol XIX. No.2, Oktober 2022:hal. 1-13
pengoperasian  reaktor  RSG-GAS  yaitu sebesar 1,4.
Perbandingan  fluk  neutron  cepat dan  termal  akibat  penggunaan  kapsul dan  pengarah  B 4 C  meningkat  karena sifat B 4 C sebagai penyerap neutron yang kuat  ditunjukkan  pada  Tabel  5.  Pada kondisi  tanpa  adanya  target  iradiasi topaz,  perbandingan  fluk  neutron  cepat dan  termal  pada  grid  berilium  elemen (BE)  lebih  tinggi  dibandingkan  berilium dengan  sumbat  (BS).  Hal  ini  terjadi
karena  komposisi  material  berilium  yang lebih  banyak  pada  berilium  elemen. Sedangkan  pada  penyisipan  iradiasi topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C, baik  tanpa  sekat  maupun  dengan  sekat pada  grid  tersebut  menghasilkan  pola yang  kurang  konsisten.  Terutama  pada grid  yang  berdekatan  langsung  dengan bahan bakar seperti grid B-3, menghasilkan  nilai  perbandingan  fluk neutron  cepat  dan  termal  yang  melonjak tajam.
Tabel  5. Nilai  perbandingan  fluks  neutron  termal  dan  cepat  pada  iradiasi  batu  topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C
POSISI GRID TANPA TARGET (  t/  f) DENGAN TARGET (  t/  f) TANPA SEKAT DENGAN SEKAT A-2 (BS) 1,2493 50,5634 41,3605 B-2 (BE) 1,6607 60,4524 21,8619 B-3 (BE) 1,6607 27,6957 191,2000 H-1 (BS) 1,2493 25,8039 43,6897 H-2 (BE) 1,6607 23,9794 86,6923 J-2 (BS) 1,2493 34,6552 58,6061
Tabel  5  memperlihatkan  perbandingan fluk  neutron  cepat  dan  termal  meningkat dengan  penambahan  material  B 4 C  baik pada  kapsul  topaz  tanpa  sekat  maupun dengan  sekat.  Dengan  demikian  dapat dilihat  pengaruh  penyisipan  kapsul  dan pengarah  B 4 C  menjadi  penyerap  kuat terhadap  fluk  neutron  cepat  dan  termal. Sehingga penggunaan kapsul dan pengarah  B 4 C  dalam  iradiasi  batu  topaz pada  grid  berilium  perlu  dipertimbangkan terutama jika dilakukan bersamaan
dengan  iradisi  target  pada  fasilitas lainnya di teras reaktor.
Fluk  neutron  cepat  dan  termal pada  grid  berilium  sebelum  dan  setelah iradiasi topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C berubah  secara signifikan, ditampilkan  pada  Tabel  6.    Berdasarkan perhitungan,  kapsul  dan  pengarah  B 4 C mampu  mereduksi  fluks  neutron  hingga lebih  dari  90%.  Dengan  demikian,  hal  ini perlu menjadi pertimbangan untuk memastikan bahwa besarnya fluk neutron yang dibutuhkan untuk iradiasi batu topaz pada  grid  berilium  mampu  memberikan efek  pewarnaan  batu  topaz  sesuai dengan kebutuhan.
(Fitri Susanti, dkk)
Tabel  6. Nilai  fluk  neutron  cepat  dan  termal  sebelum  dan  setelah  iradiasi  batu  topaz dengan kapsul dan pengarah B 4 C
Efek  penyerapan  neutron  termal pada  grid  berilium  B-3  pada  kapsul  tanpa sekat  menghasilkan  perubahan  terkecil sebesar  50,83%.  Hal  ini  terjadi  akibat  grid B-3  berdekatan  secara  langsung  dengan bahan  bakar  pada  grid  B-4  dan  C-3, menjadikan  fluk  neutron  lebih  besar  di daerah tersebut. Namun  penyerapan neutron  yang  tinggi  hingga  50%  ini  akan mengakibatkan  gangguan  reaktivitas  teras yang  tinggi  pula,  seperti  yang  telah dijelaskan sebelumnya.
Sebagai  reaktor  riset,  fluk  neutron termal  di  teras  reaktor  RSG-GAS  lebih dominan  dibandingkan  fluk  neutron  cepat. Penyerapan  fluk  neutron  cepat  akibat kapsul  dan  pengarah  B 4 C  mencapai  nilai yang  rata,  baik  pada  kapsul  tanpa  sekat maupun  dengan  sekat  sebesar  lebih  dari 97%.  Dengan  demikian,  besarnya  fluk neutron  yang  mampu  memberikan  efek pewarnaan  terhadap  iradiasi  topaz  di  grid berilium dengan kapsul dan pengarah B 4 C di reaktor RSG-GAS perlu dipertimbangkan kembali. Berdasarkan penelitian yang pernah  dilakukan  oleh  Y.  Khatchenko dkk,  menyatakan  bahwa,  kondisi  iradiasi
optimal  untuk  produksi  pewarnaan  topaz dibutuhkan neutron cepat sekitar 10 18 cm -2 dengan siklus operasi selama 264 jam [7] .
Sedangkan  berdasarkan  acuan  Gambar
1.  tentang  distribusi  fluk  neutron  di reaktor RSG-GAS memperlihatkan, besarnya  fluk  neutron  termal  pada  grid berilium berdasarkan pengukuran
menghasilkan  nilai  maksimal  10 13 cm -2 s -1 pada grid berilium A-2. Mengacu pada hal tersebut  perlu adanya  penambahan waktu iradiasi yang lebih lama dari 8 hari [3,4] jika  iradiasi  topaz  dilakukan  di  grid berilium  reaktor  RSG-GAS.  Terlebih dengan  mempertimbangkan  penggunaan B 4 C yang akan memperbesar reduksi fluk neutron. Mengacu pada hasil perhitungan sesuai Tabel 6, posisi grid A-2
memberikan nilai fluk neutron termal yang lebih  kecil  sehingga  fluk  neutron  cepat dapat  memberikan  nilai  yang  cukup dalam  iradiasi  topaz  dengan  kapsul  dan pengarah B 4 C. Secara perhitungan diperlukan  waktu  iradiasi  batu  topaz selama  189  jam  pada  posisi  grid  A-2, dianggap memberikan waktu yang efisien dalam  iradiasi  batu  topaz  dibanding dengan posisi grid lainnya. Kajian ini juga
POSISI GRID FLUK (E+14) SEBELUM IRADIASI (ϕ E+14) SETELAH IRADIASI TANPA SEKAT (ϕ E+14) % ∆ DENGAN SEKAT (ϕ E+14) % ∆ A-2 (BS) Φt 1,7869 0,3590 79,91 0,6080 65,97 Φf 1,4303 0,0071 99,50 0,0147 98,97 B-2 (BE) Φt 2,6475 0,5078 80,82 0,9182 65,32 Φf 1,5942 0,0084 99,47 0,0420 97,37 B-3 (BE) Φt 2,6475 1,3017 50,83 0,8604 67,50 Φf 1,5942 0,0470 97,05 0,0045 99,72 H-1 (BS) Φt 1,7869 0,1316 92,64 0,1267 92,91 Φf 1,4303 0,0051 99,64 0,0029 99,80 H-2 (BE) Φt 2,6475 0,5827 77,99 0,3381 87,23 Φf 1,5942 0,0243 98,48 0,0039 99,76 J-2 (BS) Φt 1,7869 0,2010 88,75 0,1934 89,18 Φf 1,4303 0,0058 99,59 0,0033 99,77
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol XIX. No.2, Oktober 2022:hal. 1-13
dilakukan sebagai dasar validitas keselamatan  neutronik  terhadap  Laporan Analisis  Keselamatan  (LAK)  iradiasi Topaz B 4 C di posisi grid A-2 tahun 2019.

## KESIMPULAN
Iradiasi topaz dengan kapsul dan pengarah  B 4 C  baik  tanpa  sekat  maupun dengan sekat, memiliki pengaruh terhadap  perubahan  reaktivitas,  FPDR max  dan  fluk  neutron.  Jika  dibandingkan antara  kondisi  tanpa  sekat  dan  dengan sekat,  nilai  perbedaan  yang  dihasilkan tidak  terlalu  signifikan,  sehingga  kedua teknik ini dapat dilakukan. Jika
menimbang secara teknis proses pelaksanaan  iradiasi  yang  dilakukan, dapat  dilihat  penggunaan  kapsul  B 4 C tanpa  sekat  akan  lebih  mudah  dalam proses  penuangan  batu  topaz  pada kapsul. Jika melihat dari hasil perhitungan yang  mengacu  pada  nilai  ambang  batas keselamatan  operasi  reaktor  RSG-GAS terhadap  nilai  reaktivitas,  FPDRmax  dan fluk  neutron,  maka  iradiasi  batu  topaz dengan  kapsul  dan  pengarah  B 4 C direkomendasikan  dilakukan  pada  grid berilium  A-2.  Hal  ini  berdasarkan  pada tujuan  penggunaan  B 4 C  yang  bertujuan menyaring  fluk  neutron  termal,  maka dipilih grid berilium dengan nilai fluk cepat yang cukup besar sehingga menghasilkan  efisiensi  waktu  yang  baik untuk iradiasi batu topaz.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih  kepada  Bapak  Ir.  Tagor  Malem Sembiring  yang  telah  membimbing  dan memberikan  ilmunya  dalam  melakukan perhitungan  keselamatan  neutronik  teras reaktor RSG-GAS.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] N.  M.  A.  Mohamed  and  M.  A.  Ga- heen,  “Design  of  Fast  Neutron Channels  for  Topaz  Irradiation”,
Elsevier  Nuclear  Engineering  and
Design . 2016.
[2] Pard i  and  R.  F.  Banyu,  “Evaluasi Penanganan  Iradiasi  Batu  Topaz
Pada  Operasi  Reaktor  Siklus  94 dan 95 ”, Buletin Pengelolaan Reaktor  Nuklir, Vol.  XV,  No.1,  pp.
35-44, 2018.
[3] E.  Ratnawati,  K.  Mustofa  and  A. Hidayat,  “Pengaruh  Iradiasi  Batu
Topaz Terhadap Kualitas Air Pend-
ingin  Reaktor  G.  A.  Siwabessy”,
Prosiding Seminar Nasional Teknologi  dan  Aplikasi  Reaktor
Nuklir PRSG, pp. 34-39. 2012.
[4] Y. Sumarno, Rohidi and F. A. Mus- limu,  “Pengaruh  Iradiasi  Batu  To- paz  Terhadap  Kualitas  Air  Pend- ingin  Prmer  dan  Keselamatan RSG-G AS”, Buletin  Pengelolaan Reaktor Nuklir , Vol. XIII, No. 2, pp.
13-18, 2016.
[5] BATAN, “Multipurpose  Reactor  G.
A.  Siwabessy  Safety  Analysis
Report.  Rev.  11.  Indonesia, 2020,”
2020.
[6] S.  Kuntjoro, “Analisis  Pengaruh Iradiasi Fluens Neutron Cepat Ter-
hadap  Berilium  Reflektor  Reaktor RSG- GAS”, Tri  Dasa  Mega,  J. Teknologi  Reaktor  Nuklir ,  Vol.  12,
No. 2, pp. 116-126, 2010.
[7] Y.  Khatchenko,  T.  Enik,  M.  Ko- valenko, O. Ryabukhin, M. Bulavin, A. et all, “Study of Neutron Irradia-
tion-Induced Color in Topaz at The Pulsed  Reactor  IBR- 2”, Interna-
tional  Seminar  on  Interaction  of
Neutrons with Nuclei , 2017.
[8] Z. Xia, “Effect of Neutron Radiation on  The  Mechanical  Properties  of B 4 C”,  Departement  of  Mechanial,
Material  and  Aerospace  Engineer- ing,  University  of  Central  Florida,
2011.
[9] P. H.  Liem,  “Development  and
Verification  of  Batan’s  Standard, Two-Dimensional Multigroup Neutron  Diffusi on  Code,” Atom
Indones. ,  vol.  20,  no.  1,  pp.  1-19,
1994.
[10]  S.  Pinem,  P.  H.  Liem,  T.  M. Sembiring,  and  T.  Surbakti,  “Fuel element  burnup  measurements  for the  equilibrium  LEU  silicide  RSG
GAS  (MPR-30)  core  under  a  new fuel  management  strat egy,” Ann.
Nucl. Energy , vol. 98, 2016.
[11] WIMSD5, “Deterministic Multigroup Reactor  Lattice  Calculations,  NEA- 1507/04.” 2004.
[12]  A.  C.  Kahler  et  al.,  Nucl.  Data Sheets, 112, pp. 2997 –3036, 2011.
[13]  BAPETEN, “Peraturan Badan Pengawas  Tenaga  Nuklir  Nomor  8 Tahun  2019  tentang  Keselamatan
Operasi Reaktor Nondaya ,” 2019.
[14] Sutrisno,  “Analisis  Optimasi  Target
235  U  Pengkayaan  Rendah  (LEU) Untuk  Mendukung  Produksi  99  Mo Dan  Target  Batu Topaz  di  Reaktor RSG- GAS,” Ganendra,  J.  Iptek Nukl. ,  vol.  21  No.1,  pp.  25 –35,
2018.