Buletin Pengelolaan  Reaktor Nuklir Bulletin  of  Nuclear Reactor Management Vol. XVI  No.2,Oktober 2019 :hal. 24-31

## UJI FUNGSI  RADIOGRAFI SINAR-X DI HOT CELL INSTALASI RADIOMETALURGI

## FUNCTION TEST OF X-RAY RADIOGRAPHY IN A HOT CELL OF RADIOMETALURGY HOT LABORATORY
Helmi Fauzi 1 , Refa Artika 2 , Setia Permana 3 , Antonio Gogo 4 1234 PTBBN-BATAN Kawasan Puspiptek  Ged.20 Serpong 15310 Email: helmi@batan.go.id
Diterima:  8 Oktober 2019, diperbaiki: 21 Oktober 2019, disetujui : 23 Oktober 2019

## ABSTRAK
UJI  FUNGSI  RADIOGRAFI  SINAR-X  DI  HOT  CELL  INSTALASI  RADIOMETALURGI. Radiografi  sinar-X  telah  dipasang  di hot  cell 103  dari  Instalasi  Radiometalurgi  (IRM)  yang digunakan  untuk  pemeriksaan  Pelat  Elemen  Bakar  (PEB)  dan short  pin  PWR - fuel teriradiasi. Radiografi sinar-x merupakan sebagian dari keseluruhan data uji pasca iradiasi yang diperlukan untuk  investigasi  unjuk  kerja  dari  bahan  bakar  nuklir    yang  sangat  dibutuhkan  di  IRM.Tabung sinar-X yang digunakan dengan tegangan 20-320 kV dan flat panel detector serta meja objek uji yang  dapat  bergerak  ke  arah  longitudinal  dan  transversal.  Gerak  vertikal  (pengaturan  jarak tabung ke objek) dilakukan secara manual dengan manipulator. Sistem dukung yang terdiri dari unit  trafo,  pendingin  dan  panel  terpasang  di service  area sedangkan  unit  pengendali  berupa komputer terpasang di operating area . Uji fungsi dilakukan dengan variasi beberapa parameter operasi. Uji fungsi berhasil dilakukan menggunakan PEB teriradiasi dengan resolusi yang baik, dimana batas cladding dan meat dapat terlihat dengan jelas, dengan parameter utama 200 kV, 800 µA dan integration time 130 ms. Hasil digital radiografi untuk short fuel pin PWR belum baik sehingga masih membutuhkan studi dan eksperimen lebih lanjut untuk menentukan parameter operasi. Hal ini terkait adanya perbedaan koefisien atenuasi  sinar-X antara U dan Zr.
Kata kunci: radiografi sinar-X, hot cell, Instalasi Radiometalurgi, uji pasca iradiasi

## ABSTRACT

## FUNCTION TEST OF X-RAY RADIOGRAPHY IN A HOT CELL OF RADIOMETALURGY HOT
LABORATORY. X-ray  radiography  installed  in  hot  cell  103  of  Radiometalurgy  Hot  Laboratory for irradiated nuclear fuel plate type and short pin PWR-fuel. This radiography used 20-320 kV of  the  x-ray  source  and  flat  panel  detector  and  removable  sample  table  for  longitudinal  and transversal.  Vertical  movement  (to  adjust  the  distance  between  x-ray  source  tube  and  object) adjusted  manually  by  manipulator.  The  supporting  units  such  a  high  voltage  unit,  cooling  unit and  panel  unit  installed  at  the  service  area  while  the  computer  as  control  unit  installed  at  the operating area. Function test is carried out with variations of several operating parameters. The function  test  was successfully  performed  using  irradiated  PEB with  good  resolution, where the cladding and meat limits can be seen clearly, with the main parameters 200 kV, 800 µA and 130 ms  integration  time.  The  results  of  digital  radiographs  for  short  pin  PWR-fuel  still  need  further studies  and  experiments  to  determine  operating  parameter  according  to  different  x-ray attenuation coefficients between U and Zr.
Keywords:  X-ray Radiography, hot  cell, Radiometalurgy Hot Laboratory, post irradiation examination
(Helmi Fauzi dkk)

## PENDAHULUAN
engelolaan  fasilitas  laboratorium termasuk  fasilitas  laboratorium  uji  pasca iradiasi  dari    Instalasi  Radiometalurgi (IRM) dibawah Bidang Uji Radiometalurgi (BUR) dari Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir.  BUR  mempunyai  tugas  melak- sanakan  pengelolaan  fasilitas  uji  pasca iradiasi  berupa hot  cell dan  pengem- bangan  teknik  uji  radiometalurgi,  dengan satu dari rincian tugasnya yaitu: melaksanakan  pengembangan  teknik  uji tak  merusak  bahan  struktur  dan  bahan bakar  nuklir [1] .  IRM  dimanfaatkan  untuk melaksanakan program pemeriksaan dan pengujian pasca iradiasi untuk
mengetahui  kondisi  unjuk  kerja  dari elemen  bakar  nuklir  dan  komponen reaktor [2] .
Pada program renstra PTBBN 2015- 2019  untuk  program  revitalisasi  fasilitas hot  cell IRM  telah  direncanakan  untuk menggunakan  radiografi  sinar-X  yang akan  ditempatkan  di hot  cell 103. Persiapan  sudah  mulai  dilakukan  terkait spesifikasi,  anggaran  dan  juga  termasuk dekontaminasi hot  cell 103,  yang  sudah dimulai dari tahun 2014, dan pada tahun 2017  sudah  dinyatakan  aman  untuk intervensi personel ke dalam hot cell 103. Hal  ini  harus  disiapkan  karena  instalasi peralatan  di  dalam hot  cell dilakukan langsung oleh personel BUR.
Data “visual” dari bahan bakar nuklir pasca  iradiasi  dapat  diperoleh  dengan menggunakan  radiograf  sinar-X,  yang merupakan  salah  satu  informasi  penting, serta  merupakan  sebagian  dari  ke- seluruhan  data  yang  diperlukan  untuk mengetah  unjuk  kerja  dari  bahan  bakar nuklir  tersebut.  Pengukuran  dimensi  dari objek uji dapat dilakukan dengan menggunakan  radiograf  sinar-X  dengan faktor koreksi tertentu, perolehan diameter  pin, pellet-clad-gap , pellet-to- pellet  gap ,  kompresi  pegas  pada  ruang plenum,  batas meat dan cladding pada
elemen  bakar  pelat,  serpihan  pellet, cacat pada cladding dan lain sebagainya. Perolehan  data  awal  “visual”  ini  dapat dikonfirmasikan  dengan  data  uji  tak merusak  lainnya  seperti,  pengukuran dimensi  untuk  mengetahui  apakah  ada perubahan dimensi dibandingkan dengan data  pra  iradiasi,  data  hasil  perekaman secara visual (fotografi), gamma scanning , Ultrasonic  Testing (UT), Eddy Current (EC) atau metoda NDT lainnya. Sebagai  fasilitas  yang  didesain untuk  menyajikan  data  uji  pasca  iradiasi dari  bahan  bakar  nuklir  atau  komponen reaktor  lainnya  pasca  iradiasi,  pihak pengelola  laboratorium  dari  Instalasi Radiometalurgi  (IRM)  telah  berencana untuk  mempunyai  fasilitas  radiografi sinar-X di hot cell 103, sebagai pengganti sistem  sinar-X  sebelumnya  yang  masih menggunakan  film.  Pada  kegiatan  di tahun  2018,  telah  berhasil  diinstal radiografi  sinar-X  di hot  cell 103  beserta sistem  pendukungya.  Pada  tulisan  ini hendak  dibahas  tentang  alat  radiografi sinar-X  yang  telah  terpasang  di hot  cell 103  IRM  yang  meliputi  informasi  tentang deskripsi  alat  serta  kemampuannya sehingga diharapkan dapat dimanfaatkan untuk  litbang  bahan  bakar  nuklir  atau material yang telah teriradiasi lainnya.

## DASAR TEORI
Radiografi  sinar-X  dapat  digunakan terhadap  bahan  bakar  nuklir  pasca iradiasi  yang  merupakan  salah  satu metoda  untuk  mengetahui  unjuk  kerja bahan  bakar  nuklir  tersebut.  Tingkat kesulitan  yang  dihadapi  bila  diban- dingkan  dengan  penggunaan  radiografi sinar-X  pada  umumnya  yaitu,  radiografi sinar-X  terhadap  objek  berupa  bahan bakar  nuklir  pasca  iradiasi  tersebut memancarkan  radiasi  gamma  dan  juga sinar-X.  Besaran  energi  sinar-X  dari bahan  bakar  nuklir  teriradiasi  sampai dengan  123,1  keV [3] .  Dengan  demikian
P
Buletin Pengelolaan  Reaktor Nuklir Bulletin  of  Nuclear Reactor Management Vol. XVI  No.2,Oktober 2019 :hal. 24-31
maka  dimensi  atau  tebal  dari  bahan bakar nuklir pasca iradiasi tidak menentukan    besaran  energi  sinar-X, seperti  pada  penggunaan  radiografi sinar-X  untuk  objek  non  iradiasi,  tetapi besar  energi  sinar-X  lebih  ditentukan oleh  energi  sinar-X  yang  dipancarkan dari  objek  uji  berupa  bahan  bakar  nuklir teriradiasi.
Penggunaan  objek  berupa  bahan bakar  pasca  irradiasi  pada  pencitraan sinar-X  untuk  divisualkan,  bukanlah  hal yang  mudah  karena  adanya  radiasi gamma  dan  penggunaan  perisai  radiasi. Tiga  masalah  utama  yang  dihadapi adalah:
• Terkait  radiografi,  jumlah  sinar-X  dari bahan  bakar  pasca  iradiasi  dapat mengganggu  jumlah  sinar-X  yang dihasilkan oleh sumber yang digunakan  untuk  pencitraan  (yaitu tabung sinar-X). Hal ini dapat berpengaruh  terhadap  hasil  radiograf sehingga  dapat  berpengaruh  juga terhadap  hasil  analisis  data  2D  atau rekonstruksi 3D.
• Radiasi  gamma  dan  sinar-X  dari bahan bakar teriradiasi dapat merusak  sistem  deteksi  serta  sumber sinar-X. Selain itu juga harus dipertimbangkan  radiasi  latar  yang dihasilkan  oleh  lingkungan  di  dalam hot cell . Penggunaan pelindung mekanis dapat dipertimbangkan.
• Optimalisasi  sumber  sinar-X  dan pengaturan detektor dengan kolimator yang sesuai akan membantu mengurangi efek gangguan.
• Penggunaan  timbal  dapat  diterapkan pada  detektor  dan  bagian  peralatan yang sangat sensitif lainnya.
Terkait  permasalahan  tersebut  di atas, diperlukan spesifikasi tertentu Radiografi  Sinar-X  untuk  kebutuhan pengujian  PEB  dan short  pin  PWR - fuel pasca iradiasi.
Pada  tulisan  ini  menjelaskan  tentang radiografi  sinar-X  yang  terpasang  di hot cell 103 IRM yang dapat digunakan untuk radiografi  bahan  bakar  pasca  iradiasi, baik  berupa  Pelat  Elemen  Bakar  (PEB) maupun short pin PWR - fuel .

## METODOLOGI
Setelah  instalasi  dan  pemasangan Radiografi  Sinar-X  dilakukan,  maka pengoperasian  dan  uji  coba  dapat dilakukan  untuk  menentukan  parameter operasi  menggunakan  PEB  non-iradiasi. Berikutnya  dilakukan  uji  fungsi  dengan objek uji berupa PEB teriradiasi. Objek uji tersebut  merupakan  sampel  dari  litbang bahan bakar tingkat muat Uranium tinggi (4,8 g/cc) yang telah diiradiasi di Reaktor Serba  Guna  GA  Siwabessy  (RSG-GAS), kemudian  dibawa  ke hot  cell 103  IRM melalui Kanal Hubung Instalasi Penyimpan  Sementara  Bahan  Bakar Bekas (KH-IPSB3).
Objek  uji  lainnya  berupa short  pin PWR - fuel non-iradiasi  dan  sampel  pelat aluminium  dengan  cacat  tertentu.  Pada setiap  objek  uji  tersebut  dicarikan parameter operasi yang optimum sehingga dapat menghasilkan citra digital radiograf yang lebih baik.
Sistem  Radiografi  Sinar-X  meng- gunakan flat panel detector dengan meja objek  uji  yang  dapat  digerakkan  ke  arah Yo  (longitudinal)  dan    Xo  (transversal) dari  komputer  pengendali  di operating area serta  Zo  (vertical)  secara  manual dengan  manipulator  (Gambar  1).  Sistem pendukung  seperti  unit  tegangan  tinggi (trafo),  unit  pendingin  dan  panel  berada di service area (Gambar 2).
a: Tabung Sinar-X; b: Meja objek uji; c: Flat panel detector Gambar 1 . Posisi alat (sisi operator) [4]
Gambar 2. Sketsa instalasi Radiografi Sinar-X di hot cell 103.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Instalasi  keseluruhan  sistem  radio- grafi  sinar-X  sudah  terpasang  di hot  cell 103  IRM  (Gambar  1  dan  2)  dan  sudah berhasil dilakukan uji fungsi dengan PEB teriradiasi  (Tabel  1).    Peralatan  utama sistem  radiografi  sinar-X  terpasang  di dalam hot  cell 103  (Gambar  1).  Posisi tabung  sinar-X  terpasang  pada  bagian atas, flat  panel  detector pada  bagian bawah sedangkan posisi tempat objek uji (meja  objek  uji)  diantara  tabung  sinar-X dan flat panel detector . Sketsa keseluruhan sistem Radiografi Sinar-X di hot cell 103 dapat dilihat pada Gambar 2. Sistem  pendukung  seperti  unit  trafo, pendingin dan panel terpasang di service
area ,  sedangkan  unit  pengendali  berupa komputer, terpasang di operating area .
Spesifikasi utama alat [4]
• beban  maksimum  pada  meja  penem- patan objek uji: 25 kg
• arah gerak ke arah lebar (transversal)
meja objek uji: 50 mm • arah gerak ke arah panjang
(longitudinal) objek uji: 1.000 mm
• tabung  sinar-X,  Volt:  20 –320    kV (dapat  diatur);  ukuran  fokus:  0,4  /  1 mm
• area  detektor  dengan  resolusi  tinggi: 24.9  x  30.2  cm 2 ;  resolusi/ pitch :  139
µm,  1092  x  2176  pixels;  cakupan energi: 40 –320 kV (termasuk external
shielding ); frame  rate :  9  fps  (1x1),  30
fps (2x2).
Sistem  sinar-X  menggunakan  dua generator  tegangan  tinggi,  unit  kendali dan  unit  pendingin  yang  menggunakan oli.  Tegangan  tinggi  diukur  secara  lang- sung  pada  setiap  generator  tegangan tinggi.  Unit  kendali  menggunakan  mikro- prosesor yang terintegrasi dan dirancang dengan  faktor  ergonomik  yang  baik sehingga  nyaman  untuk  dioperasikan dan dengan keandalan operasional yang baik.  Stabilitas  parameter  sinar-X  yang sangat  tinggi  (kV,  mA)  dengan  me- lakukan  pemantauan terus-menerus dari setpoint dan  nilai  aktual.  Nilai  per- bandingan operasi yang konstan dengan nilai maksimum sistem, untuk melindungi sistem terhadap kelebihan beban. Frekuensi  operasi  tinggi  40  kHz  untuk pembangkit  tegangan  tinggi  dan  pe- manasan  filamen  memungkinkan  sta- bilitas  yang  sangat  baik  untuk  jangka pendek, jangka menengah, jangka panjang,  dan  juga  dengan  fluktuasi minimal.

## Struktur antarmuka pengguna
Pada pengoperasian Radiografi
Sinar-X, kendali operasi dilakukan melalui  layar  komputer  dan  tampilan
a b c
Buletin Pengelolaan  Reaktor Nuklir Bulletin  of  Nuclear Reactor Management Vol. XVI  No.2,Oktober 2019 :hal. 24-31
pada  layar  seperti  pada  Gambar  5.  Area antarmuka  pengguna  dibagi  tiga  yaitu: area  tombol  menu  pada  sebelah  kiri, area  kerja  di  tengah  dan  area  berbagai
variasi  parameter  pada  sebelah  kanan. Perbedaan antarmuka  pengguna  muncul di  layar  tergantung  pada  menu  yang dipilih.
Area antarmuka ke pengguna Menu parameter
Menu parameter sinar-X
Gambar 5. Tampilan antarmuka pada layar komputer
(Helmi Fauzi dkk)
Tabel 1: Parameter operasi dengan objek uji PEB pasca iradiasi
Parameter x-ray (Pasca iradiasi)
Voltage (kV) 200.000 Current (µA) 800.000 Power (W) 160.000 Focus Foc0 Parameter detektor Colums (Px) 1816 Colums (mm) 252.424 Rows (Px) 1508 Rows (mm) 209.612 Pixelbinning 1:1 Integration time (ms) 130 Framebinning 70 Capacity (pF) 1x1 2 pF VG1 Pitch (mm) 0.139 Filter Al1,00 mm

## Uji fungsi
Hasil  uji  fungsi  berupa  digital radiograf  dengan  menggunakan  PEB teriradiasi dan parameter operasi disajikan  pada  Tabel  1.  Jarak  tepi  batas
antara cladding dan meat dapat  terlihat dengan  jelas.  Dimensi  lebar  PEB  serta lebar  tepi meat ke  pelat cladding dari objek  uji  berupa  PEB  non-iradiasi  juga diukur, yang disajikan pada Gambar 6.
(a)
(b) Gambar 6 (a) dan (b). Jarak tepi meat-cladding
Hasil  radiograf  berupa  cacat  (artifisial) disajikan  pada  Gambar 8  dengan paremeter  utama;  keV:  200  kV,  arus listrik:  820  µA, integration  time :  130  ms, Focus: 0 (0.4 mm).
Pada  kegiatan  ini  disajikan  ukuran  dari cacat  dan  dimensi  cacat  terkecil  yang dapat  ditunjukkan  pada  radiografnya perlu dioptimumkan sehingga lebih meyakinkan  pada  saat  digunakan  pada uji pasca iradiasi yang sesungguhnya.
Buletin Pengelolaan  Reaktor Nuklir Bulletin  of  Nuclear Reactor Management Vol. XVI  No.2,Oktober 2019 :hal. 24-31
Gambar 7. Visualisasi cacat artifisial pada sampel Al (non-iradiasi)
Hasil  dengan  objek  uji  berupa short  pin PWR - fuel (non  iradiasi),  disajikan  pada Gambar  8  dan  9.  Pada  bagian  plenum masih cukup terlihat dengan jelas kondisi pegas,  sementara  pada  Gambar  9,  citra dari pellet masih belum begitu jelas.
Gambar 8. Visualisasi dari material short pin PWR - fuel (non-iradiasi)
Gambar 9. Hasil citra short pin PWR - fuel bagian atas (non-iradiasi)
Hasil  citra  untuk short  pin  PWR - fuel yang  diperoleh  belum  sempurna,  ter- utama  pada  bagian pellet .  Hal  ini  masih perlu  studi  dan  eksperimen  lebih  lanjut untuk  penentuan  parameter  operasi  ter- utama  terkait  adanya  permasalahan terkait  perbedaan  koefisien  atenuasi sinar-X  dari  U  (49,08)  dan  Zr  (2,47) seperti yang telah dilakukan oleh Grunauer, 2005 [7] .
Gambar 10. Skema alur proses Radiografi Sinar-X untuk PEB [5]
Dari  beberapa  kali  uji  coba  pe- ngambilan gambar maka alur proses dari penggunaan Radiografi Sinar-X disajikan pada  Gambar  10.  Penentuan  parameter
(Helmi Fauzi dkk)
utama  seperti  tegangan  (voltase),  arus, integration  time , foc0/foc1 sangat  ber- pengaruh  terhadap  hasil  dari  digital radiograf.  Disamping  itu  jarak  antara objek  dan  tabung  sinar-X  yang  diatur secara manual dengan manipulator, juga sangat berpengaruh.
Pengalaman dengan berbagai besaran paparan radiasi  dari  objek  uji  juga  nanti  dapat berpengaruh terhadap parameter operasi tersebut.

## KESIMPULAN
Peralatan  Radiografi  Sinar-X  yang telah diinstal di hot cell 103 IRM dan diuji fungsi  menggunakan  PEB  teriradiasi dengan  hasil  optimum.  Hasil  tampilan citra  untuk short  pin  PWR - fuel belum optimum  masih  perlu  studi  dan  eks- perimen lebih lanjut.

## SARAN
Kondisi temperatur dan ke- lembaban  udara  di  dalam hot  cell 103 yang  relatif  masih  tinggi  perlu  menjadi perhatian  agar  kondisi    dan  unjuk  kerja alat  radiografi  sinar-X  di hot  cell 103 dapat  tetap  terjaga  dengan  baik  (25 o C dan 70% [5]).

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih kepada  Tim  Revitalisasi Hot  Cell IRM yang  sudah  terlibat  dalam  kegiatan instalasi  Radiografi  Sinar-X  di hot  cell 103  IRM.  Terima  kasih  Penulis  juga kepada Ir. Sungkono MT sebagai Kepala Bidang  Uji  Radiometalurgi,  Ir.  Supardjo, MT  dan  Ir.  Tri  Yulianto  yang  telah menyediakan  sampel  untuk  uji  fungsi radiografi  sinar-X.  Terimakasih  juga kepada  semua  rekan  di  PTBBN  dan PRSG  yang  telah  membantu  kelancaran
kegiatan  pengadaan,  instalasi  dan  uji fungsi Radiografi Sinar-X.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Peraturan  Kepala  Batan  Nomor  21
Tahun 2014, tentang  Rincian Tugas Unit  Kerja  di  Badan  Tenaga  Nuklir Nasional.
[2]  Laporan  Analisis  Keselmatan  (LAK)
Instalasi  Radiometalurgi  (IRM),  No. Dok: KK32 J09 001 Revisi : 1, 2012. [3]  V. Mozin et.al., Determining Plutonium  Mass  in  Spent  Fuel  with Non-destructive Assay Techniques – NGSI Research Overview and Update on NDA Techniques, Part II, IAEA-CN-184/137, LANL, Los Alamos, New Mexico, USA. Diunduh 04 Okt. 2019.
[4]  Diondo X-ray systems and services, Operator  Manual  x-ray  inspection system  k4,  Rev.  1.0,  27  November 2018.
[5]  Antonio, Helmi, Sungkono, Rencana
Penggunaan Radiografi Sinar-X untuk  uji  pasca  iradiasi  di  Instalasi
Radiometalurgi, Hasil-hasil
Penelitian  EBN  Tahun  2017  Pusat
Teknologi Bahan Bakar Nuklir, ISSN 0854-5561, 2018.
[6]  F.C.  de  Beer, Neutron-  and  X-ray radiography/tomography: non-des- tructive  analytical  tools  for  the characterization  of  nuclear  mate- rials,  The  Journal  of  The  Southern African  Institute  of  Mining  and Metallurgy volume  115  October 2015.  http://dx.doi.org/  10.17159/
24119717/2015/v115n10a3, diunduh 1 Oktober 2019.
[7]  Standar Operasional Prosedur, “Pengoperasian  Radiografi  Sinar-X di  Hot  cell  103  IRM ,”  nomor: 017.003/BN 02 06/ BBN.3.2,
Februari 2019.