TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  

PROSES PENGECORAN BEAM FILTER PADA

RADIAL PIERCING BEAMPORT REAKTOR KARTINI

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh:

  

WILLYBRORDUS DWI ASTHA HERMAWAN

NIM : 025214054

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2006

  

THE FOUNDRY PROCESS OF BEAM FILTER ON

KARTINI RADIAL PIERCING BEAMPORT

REACTOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  by

  

WILLYBRORDUS DWI ASTHA HERMAWAN

Student Number : 025214054

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2006

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 13 November 2006 Penulis Willybrordus Dwi Astha Hermawan

  

INTISARI

  Pada tanggal 1 Maret 1979, di BATAN Yogyakarta telah diresmikan sebuah reaktor penelitian dengan daya 100 kW yang diberi nama Reaktor Kartini. BATAN mencoba mengembangkan desain kolimator pada Radial Piering

  Beamport

  Reaktor Kartini untuk penyediaan berkas radiografi neutron untuk riset dan industri. Tujuan dari penelitian ini yaitu membuat beam filter pada radial

  piercing beamport

  , mengetahui teknik pengecoran yang paling baik untuk pengecoran timbal dalam pembuatan beam filter, dan mengetahui hasil pengecoran dengan pengujian ultrasonik.

  Pembuatan beam filter ini dilakukan dengan proses pengecoran. Bahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah timbal (Pb) untuk beam filter dan stainless steel untuk handling system. Pada penelitian ini digunakan beberapa jenis cetakan diantaranya cetakan pasir dengan pengikat khusus, cetakan logam, cetakan pasir dan cetakan pasir dengan kup dan drag yang dilengkapi saluran tuang dan penambah.Timbal mencair pada suhu sekitar 327 ºC Setelah proses pengecoran selesai, dan coran telah membeku sempurna maka pasir dipisahkan dari coran. Saluran turun, saluran masuk dan penambah dipisahkan dari coran. Kemudian coran dibersihkan. Proses finishing dilakukan dengan mesin perkakas (mesin bubut) sesuai dengan ukuran yaitu diameter luar15 cm, diameter dalam 8 cm, dan tinggi 12,5 cm.

  Hasil yang paling baik dari beberapa jenis pengecoran yang telah dilakukan adalah pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir dengan kup dan drag yang dilengkapi saluran tuang dan penambah (riser). Pemeriksaan coran dilakukan dengan cara pengamatan secara visual, dilihat dari cekungnya penambah (riser) yang berarti benda coran telah terisi padat dan pengujian tak merusak dengan metode ultrasonik yang menggunakan satu (1) unit alat uji ultrasonik seri Ultrascan 5, dengan OS Windows 98, dan frekuensi 5 MHz.

  

ABSTRACT

The objective of the study is to investigate the best casting to make beam

filter in radial piercing beam port on BATAN Kartini reactor. The second purpose

is to investigate defect on beam filter by ultrasonic test.

  The row material for beam filter is lead (Pb), meanwhile stainless steel is

used for handling system. This research use four type of mould. They are sand

mould, sand mould with cement and “tetes tebu”, metal mould, sand mould with

o

riser. The melting point of lead is 327

  C. Finishing process of beam filter is done by lathe machine. The result of the study shows that there are no defect on beam filter. The best method of casting is sand mould with appropriate riser.

KATA PENGANTAR

  Segenap puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan anugerah-Nya kepada penulis, sehingga penulis diberi kemudahan dan kelancaran dalam menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini, yang merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas SAnata Dharma Yogyakarta.

  Dalam proses penyusunan Tugas Akhir ini penulis tak lepas dari bantuan dan masukan dari berbagai pihak, seperti halnya dalam bentuk dorongan, motivasi, bimbingan, sarana dan materi. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ., S.S., B.S.T.,M.A., M.Sc., Dekan Fakultas TEknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas SAnata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen pembimbing Tugas Akhir Bahan Teknik Manufaktur.

  4. Bapak Prof. Ir. Y. Sardjono APU., Pembimbing Tugas Akhir di BATAN.

  5. Dosen-dosen Teknik Mesin yang telah membimbing selama kuliah.

  6. Staf Sekretariat dan Laboaran yang selalu setia melayani kami.

  7. Francine Dona Paramitha yang senantiasa menemani dan mendukung dengan penuh kasih.

  8. Sahabatku Made Ari, Hana Eka, Maria Ayu, Yuli Satriawan yang selalu memberi inspirasi, support serta untuk kerjasama yang baik.

  9. Yanuarya Susatya, Anggun Wisnu, Adwi Larantanto, Michael Yudo, Heri Prasetya, san teman-teman di Boro atas dukungan dengan persahatan yang indah.

  10. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2002 terima kasih atas kebersamaannya.

  11. Semua pihak yang telah membantu penyelesaian Tugas Akhir.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan keritik demi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.

  Semoga penulisan Tugas Akhir ini berguna dan memberikan wawasan lebih jauh tentang ilmu pengetahuan dan teknologi bagi pembaca.

  Yogyakarta, 22 November 2006 Penulis

  ! " " # " " " "

  " $" " $

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..………………….………...………………….……... i HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS

  .................................................. ii

  HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING

  ........................................... iii

  HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN

  ............................ iv

  HALAMAN PERNYATAAN

  ........................................................................ v

  INTISARI

  ........................................................................................................ vi

  KATA PENGANTAR

  .................................................................................... vii

  

DAFTAR ISI ................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv

  

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang........................................................................... 1

  1.2 Tujuan Penelitian....................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah........................................................................ 3

  BAB II DASAR TEORI

  ............................................................................ 4

  2.1 Radiografi Neutron .................................................................. 4

  2.1.1 Pengertian .................................................................... 4

  2.1.2 Perangkat Dasar Radiografi Neutron .......................... 4

  2.2 Metode Monte Carlo N-Particle ..…………............................ 9

  2.3 Karakteristik Material ……....................................................... 11

  2.4 Perencanaan Pengecoran ......................................................... 17

  2.4.1 Pembuatan Cetakan ........................................................ 18

  2.4.1.1 Cetakan Pasir ……………................................ 18

  2.4.1.2 Cetakan Pasir Dengan Pengikat Khusus .......... 22

  2.4.1.3 Cetakan Logam ………………….................... 22

  2.4.2 Pola Untuk Cetakan Pasir ............................................... 23

  2.4.2.1 Bahan Pola ...................................................... 23

  2.4.2.2 Mesin Perkakas Untuk Pola ............................. 24

  2.4.2.3 Pemeriksaan Pola ............................................. 24

  2.4.2.4 Perencanaan Sistem Saluran ............................ 24

  2.4.2.5 Penambah .......................................................... 25

  2.4.2.6 Rangka Cetakan ............................................... 25

  2.4.3 Proses Peleburan Dan Penuangan ................................... 26

  2.4.4 Pembongkaran.................................................................. 26

  2.4.5 Pembersihan ................................................................... 27

  2.5 Pemeriksaan Coran .................................................................. 27

  2.5.1 Pemeriksaan Secara Visual ............................................. 28

  2.5.2 Non Destructive Test ..................................................... 28

  2.5.2.1 Radiografi ....................................................... 29

  2.5.2.2 Ultrasonik ........................................................ 30

  2.5.2.3 Inspeksi Partikel Magnetik ............................. 31

  2.5.2.4 Arus Eddy ....................................................... 32

  2.5.2.5 Penetrasi Warna ............................................... 33

  3.2.2 Handling System............................................................. 43

  3.3.1.3 Pembuatan Cetakan.......................................... 50

  3.3.1.2 Alat dan Bahan................................................. 50

  3.3.1.1 Tujuan............................................................... 50

  3.3.1 Pengecoran Dengan Tiga Cetakan ................................. 50

  3.3 Proses Pembuatan Beam Filter................................................ 50

  3.2.2.2 Perhitungan Momen dan Diameter Batang...... 48

  3.2.2.1 Ulir.................................................................... 43

  42

  2.6 Jenis-Jenis Cacat Pada Bahan Cor ........................................... 34

  3.2.1.1 Massa Timbal Yang Dibutuhkan .................... 40 3.2.1.2 Massa Timbal Yang Diharapkan ....................

  3.2.1 Timbal ............................................................................ 40

  3.2 Bahan ....................................................................................... 40

  3.1 Skema Penelitian ..................................................................... 39

  

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................... 39

  2.7 Standard Keselamatan Kerja ................................................... 37

  2.6.2 Cacat Pada Benda Cor .................................................... 35

  2.6.1 Cacat Pada Komponen Dan Konstruksi ......................... 34

  3.3.1.4 Proses Pengecoran............................................ 52

  3.3.2 Pengecoran Dengan Cetakan Pasir.................................. 53

  3.3.2.1 Tujuan............................................................... 53

  3.3.2.2 Alat dan Bahan................................................. 53

  3.3.2.3 Pembuatan Cetakan.......................................... 54 3.3.2.4 Proses Pengecoran...........................................

  56

  3.3.2.5 Proses Pembongkaran...................................... 57

  3.3.2.6 Proses Finishing............................................... 57

  3.4 Pemeriksaan Hasil Coran ........................................................ 58

  3.4.1 Pemeriksaan Secara Visual ............................................ 58

  3.4.2 Pengujian Ultrasonik ..................................................... 58

  BAB IV HASIL DAN ANALISIS ............................................................

  59

  4.1 Hasil Dan Analisis Pengecoran ............................................... 59

  4.1.1 Pengecoran Dengan Tiga Cetakan ............................... 59

  4.1.2 Pengecoran Dengan Cetakan Pasir .............................. 60

  4.2 Hasil Dan Analisis Pengujian Ultrasonik ................................ 62

  

BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP ............................................... 66

  5.1 Kesimpulan............................................................................... 66

  5.2 Penutup..................................................................................... 66

  5.3 Saran......................................................................................... 67

  

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 68

LAMPIRAN .................................................................................................... 69

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Letak Beam Port Radial Dalam Reaktor KartiniGambar 2.2. Letak Beam Filter Radial Piercing Dilihat Dari SampingGambar 2.2. Letak Beam Filter Radial Piercing Dilihat Dari AtasGambar 2.3. Komponen-Komponen KolimatorGambar 2.4. Hasil Disain Kolimator Radiografi NeutronGambar 2.5. Diagram Alir Pengolahan PasirGambar 3.1. Diagram Alir PenelitianGambar 3.2. Handling System

  Gambar 3.3a. Pola Bawah (drag) Gambar 3.3b. Pola Atas (kup)

Gambar 3.4. Beam Filter Setelah FinishingGambar 3.5. Foto ultrasonic test machineGambar 4.1. Foto coran beam filterGambar 4.2. Hasil Pengujian UltrasonikGambar 4.3. Grafik Hasil Pengujian UltrasonikGambar 4.4. Foto pengujian ultrasonik

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Karakteristik Unsur CadmiumTabel 2.2. Sifat Fisika Grafit Reaktor Diukur Pada Temperatur KamarTabel 2.3. Keuntungan Dan Kerugian RadiografiTabel 2.4. Keuntungan Dan Kerugian Penggunaan UltrasonikTabel 2.5. Keuntungan Dan Kerugian Inspeksi Partikel MagnetikTabel 2.6. Keuntungan Dan Kerugian Pemeriksaan Dengan Arus EddyTabel 2.7. Keuntungan Dan Kerugian Cara Penetrasi Zat WarnaTabel 4.1. Data Hasil Pengujian Ultrasonik

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Energi nuklir merupakan satu energi alternatif diantara berbagai sumber energi lainnya seperti minyak bumi, gas alam, batu bara, panas bumi, tenaga air, dan lain-lain untuk pembangkit tenaga listrik di Indonesia.

  Salah satu cara untuk memperoleh energi nuklir adalah melalui reaksi pembelahan inti atau yang dikenal pula dengan reaksi fisi. Reaksi ini terjadi antara neutron dengan nuklida bahan fisi dalam suatu perangkat alat yang disebut reaktor nuklir. Selain reaksi fisi menghasilkan energi nuklir yang besar, juga setiap reaksi fisi menghasilkan 2 sampai 3 neutron baru, sehingga di dalam sebuah reaktor atom memungkinkan dapat berlangsung suatu reaksi berantai secara terkendali.

  Sebagai wujud kepedulian terhadap reaktor-reaktor nuklir untuk tujuan penelitian, pada tanggal 1 Maret 1979, di Yogyakarta telah diresmikan sebuah reaktor penelitian dengan daya 100 kW yang diberi nama “Reaktor Kartini”. Reaktor Kartini menggunakan teras reaktor TIGA MARK II dari Bandung. Reaktor Tiga Mark II dibuat oleh General Atomic Technologies, adalah sebuah reaktor penelitian yang dapat dipergunakan untuk keperluan pendidikan dan latihan, serta untuk memproduksi radioisotop.

  Teras reaktor tersusun dari sekumpulan elemen bakar yang ditempatkan pada suatu plat besi (guide plate), batang kendali yang dikelilingi oleh grafit (terbungkus dalam plat Al) yang berfungsi sebagai reflektor neutron. Pada Reaktor Kartini terdapat empat buah tabung berkas neutron (neutron beam port) yang berfungsi untuk menyalurkan neutron dari teras reaktor.

  BATAN mencoba mengembangkan desain kolimator pada Radial

  

Piercing Beam Port Reaktor Kartini untuk penyediaan berkas radiografi neutron

  untuk riset dan industri. Radiografi Neutron merupakan suatu metode untuk memetakan suatu objek dengan cara melewatkan partikel neutron pada objek tersebut, dan menampilkan informasi berupa struktur bagian pada objek tanpa merusaknya.

  Pembuatan komponen-komponen kolimator untuk beam port radial

  piercing

  berbahan logam dilakukan melalui proses pengecoran, terutama untuk pembuatan beam filter yang berbahan timbal (logam non-ferrous). Coran yang merupakan hasil dari pengecoran harus melalui proses-proses seperti : membuat cetakan, pencairan logam, menuang, membongkar dan membersihkan coran.

  Untuk mendapatkan coran yang baik maka proses-proses tersebut harus direncanakan dan dilakukan secara baik pula. Oleh karena pentingnya proses pengecoran logam dalam pembuatan sebuah reaktor maka dalam Tugas Akhir ini diambilah judul : “Proses Pengecoran Beam Filter Pada Radial Piercing Beam

  Port Reaktor Kartini”.

1.2 Tujuan Penelitian 1. Membuat beam filter radial piercing dalam reaktor kartini.

  2. Mengetahui teknik pengecoran yang paling tepat untuk pembuatan beam filter berbahan timbal.

3. Mengetahui kualitas hasil pengecoran dengan pengujian ultrasonik (non destructive test).

1.3 Batasan Masalah 1. Bahan dasar untuk proses pengecoran adalah timbal.

  2 Melakukan pengujian non destructive test menggunakan metode ultrasonik.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Radiografi Neutron

2.1.1 Pengertian

  Teknik pencitraan yang memperlihatkan struktur internal suatu material disebut teknik radiografi. Ada beberapa jenis radiografi, yaitu :

  1. Radiografi sinar-X Teknik ini lebih dikenal dengan foto sinar-X atau foto rontgen. Sinar X terbentuk apabila partikel ringan bermuatan, misalnya electron, oleh pengaruh inti atom bahan mengalami perlambatan. Sinar-X dapat juga terbentuk dalam proses perpindahan elektoron ataom dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah.

  2. Radiografi sinar gamma Menggunakan radiasi gamma sebagai komponen utamanya. Dengan adanya reactor nulklir yang mampu menghasilkan fluks neutron, reaktor mampu menhasilkan berbagai jenis isotop radioaktif. Inti atom isotop tidak stabil sehingga mudah berdisintegrasi melepaskan sinar j. inti hanya dapat berdisintegrasi sekali dan hal ini tidak dapat terulang lagi oleh karena itu watu aktivasi isotop berkurang mengikuti fungsi susut eksponensial. Disini diturunkan konsep waktu paruh (half life). Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan oleh isotop radioaktif sedemikian rupa sehingga aktivitasnya mencapai nilai setengah dari aktivitas awal.

  3. Radiografi neutron, dengan neutron sebagai komponen dasarnya.

  Radiografi neutron adalah suatu metode untuk memetakan suatu objek dengan cara melewatkan partikel neutron pada objek tersebut, dan menampilkan informasi berupa struktur bagian pada objek tanpa merusaknya. Neutron dilemahkan oleh unsur-unsur ringan (hydrogen, boron, litium), tetapi dapat menembus unsur-unsur logam berat (titanium, timah) sebagai contoh, atom hydrogen mempunyai pelemahan terhadap neutron yang lebih besar dibandingkan dengan timah.

2.1.2 Perangkat Dasar Fasilitas Radiografi Neutron

  Fasilitas radiografi neutron terdiri dari beberapa komponen dasar, yaitu sumber berkas neutron, kolimator, detektor dan objek uji yang diletakkan diantara kolimator dan detektor.

  1. Sumber Berkas Elektron Radiografi neutron memerlukan sebuah sumber berkas neutron sebagai komponen utamanya, dapat berupa sumber isotopik yang bersifat portable, pembangkit neutron (neutron generator) yang semi-portable atau sebuah reaktor nuklir statis.

  Neutron dapat diproduksi oleh 3 (tiga) sumber yakni dari akselerator, radioisotop dan reaktor nuklir. Selain itu, neutron juga dapat diperoleh dari sebuah atom yang mengalami perubahan dengan reaksi nuklir dan menghasilkan sejumlah energi yang sangat besar.

  Sumber neutron yang digunakan dalam penelitian berasal dari probe salah satu beam port pada Reaktor Kartini Yogyakarta. Reaktor Kartini dilengkapi dengan 4 (empat) buah beam port yang merupakan fasilitas irradiasi saluran berkas neutron yang tembus perisai dinding beton reaktor.

  2. Kolimator Fungsi kolimator adalah media penyalur dan penyearah berkas neutron dari sumbernya sampai ke detector, serta mengurangi pancaran sinar gamma.

  Neutron akan bergerak dari sumbernya menuju moderator dengan pola yang tidak beraturan, dan tidak seperti elektron yang dapat difokuskan. Untuk mengantisipasi gerak neutron yang tidak beraturan maka dinding kolimator harus dilapisi dan dibuat dari bahan yang tidak dapat ditembus oleh neutron.

  Bahan tersebut harus mampu menahan neutron agar tidak keluar menembus dinding kolimator dan dapat mengurangi sudut hamburan neutron. Material yang dapat digunakan sebagai liner pada kolimator, antara lain Boron (B) dan Cadmium (Cd).

  Fungsi kolimator dalam radiografi neutron : 1. Mendapat fluks neutron thermal yang optimal dan uniform.

  2. Mengurangi radiasi lain ; gamma atau neutron cepat.

  Kolimator ditempatkan pada masing-masing beam port (Radial

  

Piercing Beam Port ). Radial Piercing Beamport diposisikan tegak lurus

  terhadap teras Reaktor Kartini. Pintu masuk kolimator langsung (tembus) pada teras reaktor.

Gambar 2.1 Letak beam port radial piercing dalam Reaktor Kartini

  grafit _{grafit grafit baja} ^Aluminium ₁ ⁵

⁴

³ ₂ ^{7 6 119,2 cm 180 cm 18,4 cm 8 45,7 cm 30,5 cm} _{20,6 cm 20 cm 45 cm 16 cm 15 cm} 15,2 cm ^{32,4 cm} _{1 Teras reaktor Bellows Tabung bagian dalam (inner plug) Plat baja Kopling Tabung bagian luar (outer plug) Tempat kotak penutup Pintu Penutup 8 7 6 5 4 3 2} ^{13 cm 18 cm} φ ^{= 8 cm} φ ^{= 6 cm}

  20 cm 20 cm 20 cm 40 cm 40 cm ^{40 cm} _{Grafit Bismuth Timbal} Boron ^{Aluminium Beton Baja} Gambar 2.2a Letak beam filter pada radial piercing beam port dilihat dari samping.

  Beam filter Beam filter Beam filter grafit ^{baja Aluminium 5}

⁴

^{3 2 7 6 119,2 cm 180 cm 18,4 cm 8 45,7 cm 30,5 cm 20,6 cm 20 cm 45 cm 16 cm 15 cm} _{15,2 cm} ^{32,4 cm 1} _{1 Teras reaktor Bellows} Tabung bagian dalam (inner plug) _{Plat baja} ^{Kopling Tabung bagian luar (outer plug)} _{Tempat kotak penutup Pintu Penutup 8} ^{7 6 5} ₄ ^{3 2 13 cm 18 cm} φ ^{= 8 cm} φ ^{= 6 cm}

  20 cm 20 cm 20 cm _{40 cm} ^{40 cm 40 cm} _{Grafit Bismuth Timbal} Boron ^{Aluminium Beton Baja} Gambar 2.2b Letak beam filter pada radial piercing beam port dilihat dari atas.

Gambar 2.3 Komponen-komponen kolimator.

  Keterangan gambar :

  1. Teras Reaktor Kartini sebagai sumber neutron 2. Reflektor grafit teras Reaktor Kartini.

  3. Illuminator : bahan yang digunakan adalah grafit. Untuk menyediakan sumber neutron yang seragam.

  4. Beam filter : bahan yang digunakan adalah Bismut/parafin dan Pb.

  Untuk menghilangkan jenis radiasi yang tidak diinginkan dari sumber.

  Beam filter

  5. Aperture : bahan yang digunakan adalah boron. Untuk membatasi masuknya neutron ke dalam kolimator.

  6. Moderator : bahan yang digunakan adalah udara.

  7. Collimator Wall : bahan yang digunakan aluminium (Al). Untuk pengurung pancaran neutron.

  8. Gamma Shielding : bahan yang digunakan timbal (Pb). Untuk mengurangi radiasi gamma.

  3. Detektor Radiografi neutron menggunakan neutron sebagai komponen utamanya. Karena neutron tidak dapat menghitamkan plat film, maka dibutuhkan detektor dengan converter untuk mengubah radiasi neutron menjadi radiasi foton. Selanjutnya radiasi foton-lah yang akan menghitamkan plat film dalam radiografi neutron. Hasil radiasi foton akan diubah oleh converter dalam bentuk sinar yang kemudian direkam oleh recorder. Kamera dapat berbentuk sebuah video atau kamera CCD (Charge Coupled Device).

  Berkas neutron tersebut merupakan berkas yang lolos dari penyerapan oleh objek uji yang terletak di dalam kolimator dan penyerapan oleh material kolimator itu sendiri. Oleh detektor, berkas neutron yang keluar dari kolimator tidak langsung ditangkap dan direkam ke dalam kamera. Berkas neutron akan ditangkap terlebih dahulu oleh scintillator, setelah itu berkas neutron akan diteruskan dan direkam oleh kamera.

2.2 Metode Monte Carlo N-Particle

  Metode Monte Carlo merupakan teknik stokastik yang prinsipnya berdasarkan pada penggunaan suatu bilangan acak pada kebolehjadian statistik untuk menyelesaikan permasalahan, gerak acak partikel dapat dihitung dan akan diperoleh peluang arahnya. Teori peluang mengingatkan pada permainan judi, sehingga mereka sepakat menamakan metode yang mereka perkenalkan sesuai dengan nama sebuah kota judi kasino di Monaco Spanyol. Pada awal penggunaannya, Monte Carlo adalah sandi dari sebuah pekerjaan rahasia yang berkaitan dengan pembuatan bom nuklir di Amerika Serikat tepatnya di Los Alamos Laboratory. Pekerjaan ini menyangkut dengan simulasi dari difusi neutron yang bersifat acak. Sesudah tahun 1963, metode MNCP banyak dipakai untuk mengevaluasi integral multi dimensional dalam dunia ilmiah yang tidak dapat diselesaikan secara analisa metematis.

  Besaran-besaran dasar yang digunakan pada program MNCP, yaitu :

  1. Panjang/jarak (cm)

  2. Energi (MeV)

• 8

  3. Waktu (getaran; 1 x getaran = 10 detik)

  4. Suhu (MeV atau kT)

  5. Kepadatan atom (jumlah atom/barn.cm)

  3

  6. Massa jenis (g/cm )

• 24

  2

  7. Tampang lintang (barns; 1 barns = 10 cm )

  8. Derajat panas (MeV/tumbukan)

  9. Rasio perbandingan massa atom berdasarkan massa neutron

  24

  (1,008664967), dengan bilangan Avogadro 0,59703109.10

   = 18 cm _12,5 φφφφ _{5 cm φφφφ cm} = 8 cm = 20 cm

  φφφφ = 15 cm = 13 cm

  φφφφ φφφφ

  φφφφ = 6 cm Gambar 2.4 Hasil disain kolimator radiografi neutron.

2.3 Karakteristik Material

  Kolimator merupakan alat yang dapat menentukan geometri pancaran, terdiri dari filter untuk memodifikasi pancaran spektrum energi atau mengurangi pancaran sinar gamma terdiri dari material :

  1. Cadmium (Cd) Unsur ini sudah terdapat di pasaran dalam bentuk lembaran dengan ketebalan sekitar 0,04 cm. Cadmium adalah logam yang sangat lentur dengan permukaan bergelombang (tidak rata). Jika digunakan sebagai converter

  114,325 cm

  114,000 cm

  Nomor atom : 48 Massa atom : 112,41 sma Kepadatan atom : 4,64 x 10

  

22

  atom.cm

  Tampang lintang Mikroskopis Makroskopis Penyerapan 2.456 x 10

  cm

  2

  Hamburan 7 x 10

  yang mempunyai tampang lintang terbesar. Sebuah reaksi menghasilkan sinar gamma sebesar 9 MeV, dimana sebagian besar radiasi mengakibatkan penghitaman plat film ketika Cadmium digunakan sebagai converter.

  cm

  2

  0,325 cm

  Total 2.457 x 10

  cm

  2

  Karakteristik umum : Bentuk permukaan : lentur, bergelombang Massa jenis : 8,65 g.cm

  114

  permukaannya harus diratakan dulu sampai halus. Cadmium sangat mudah mengoksidasi di dalam udara dan tidak bereaksi terhadap air mendidih.

  112

Tabel 2.1 memperlihatkan unsur alam Cadmium 98% yang terdiri dari 6

  (enam) isotop, Cd

  110

  , Cd

  111

  , Cd

  , Cd

  (n,γ)Cd

  

113

  , Cd

  114

  , dan Cd

  116

  , tetapi hanya isotop Cd

  113

• -3

• 3
• 24
• 1
• 24
• 1
• 24
• 1

Komposisi isotop

Tabel 2.1 Karakteristik unsur Cadmium

  28,8 Stabil 44,8 hari 53,38 jam n, γ

  ) dan Anglesite (PbSO

  3

  Timbal terdapat di alam walaupun sangat jarang. Biasanya timbal ditemukan di alam bersama–sama dengan Seng (Zn), Perak, dan Tembaga (Cu). Mineral utama yang banyak mengandung timbal adalah Galena (PbS), mengandung 88,6 % timbal. Mineral lain yang banyak mengandung timbal adalah Cerrusite (PbCO

  2. Timbal Timbal mempunyai simbol Pb, kependekan dari nama latin Plumbum.

  0,036 0,027 Cd ¹¹⁵ Cd ¹¹⁷ 116 7,6 Stabil n, γ 0,050 Cd ^117m

  β β 1,6 1,1

  9.10 ¹⁵ tahun B 0,3 19,910 In ¹¹⁴ 114 115 115m

  Emisi Perubahan Nomor atom Kelimpahan % Waktu paruh Tipe reaksi Energi

  0,245 24,3 Cd ¹¹² 112 24,0 Stabil n, γ 0,06 Cd ¹¹³ 113 12,3 Stabil n, γ Cd ¹¹⁴

113 14,6 tahun B 0,6 In

¹¹⁴ 113

  49 menit n, γ γ

  Cd ¹¹¹ Cd ^111m 111 111m 12,8 Stabil

  650 Cd ¹⁰⁹ Cd ¹¹⁰ 110 12,4 Stabil n, γ 11 0,1

  109 0,9 Stabil 453 hari n, γ 1,1

  106 107 1,2 Stabil 6,5 jam n, γ 1,0 Cd ¹⁰⁹ 108

  (MeV) Tampang Lintang (barn) Isotop hasil

  4 ). Timbal bersifat lunak, beracun, mampu tempa baik,

  

ductile , isolator terhadap arus listrik, dan tahan terhadap korosi. Timbal berwarna

  putih kebiru–biruan saat baru saja dipotong. Menjadi kusam berwarna abu–abu saat bersentuhan dengan udara terbuka.

  Beberapa contoh penggunaan timbal : 1. Timbal digunakan sebagai pelindung dari radiasi.

  2. Timbal digunakan sebagai elektroda pada proses elektrolisis.

  3. Timbal digunakan sebagai solder untuk keperluan elektronik.

  4. Timbal banyak dipilih sebagai lead-acid battery, digunakan khususnya untuk battery mobil.

  5. Timbal digunakan sebagai pewarna pada cat timbal untuk warna putih, merah, dan kuning.

  Adapun data – data mengenai timbal dapat dilihat sebagai berikut : Nomor atom : 82

• 1

  Massa Atom : 207,2 g.mol Elektronegativitas (sesuai Pauling) : 1,8

• 3

  Massa jenis : 11,3 g.cm (pada 20ºC) Titik lebur : 327 ºC Titik didih : 1755 ºC Jari–jari Vanderwaals : 0,154 nm Jari–jari ion : 0,132 nm (+2); 0,084 nm (+4) Isotop : 13

  14

  10

  2

  2 Konfigurasi elektron : [Xe] 4f 5d 6s 6p

• 1
• 1
• 1
• 1
• 1

  Energi untuk ionisasi pertama : 715,4 kJ. mol

  Energi untuk ionisasi kedua : 1450 kJ. mol

  Energi untuk ionisasi ketiga : 3080,7 kJ. mol

  Energi untuk ionisasi keempat : 4082,3 kJ. mol

  Energi untuk ionisasi kelima : 6608 kJ. mol

  Konduktivitas thermal : 35,3 W/(m.k) (pada 27 º

  C) Modulus Young : 16 GPa Tegangan geser : 5,6 GPa Kekerasan Brinell : 38,3 MPa Sebagai pelindung terhadap radiasi, timbal mempunyai sifat–sifat yang sangat baik, yaitu : densitasnya tinggi, nomor atom tinggi, tingkat stabilitasnya tinggi, dan mudah dalam pengerjaan. Biasanya jika material pelindung menangkap neutron dalam jumlah banyak, material pelindung pada suatu saat bisa menjadi radioaktif, dan secara tajam dapat mengurangi efektifitasnya sebagai material pelindung. Tetapi timbal murni itu sendiri tidak bisa menjadi radioaktif.

  3. Grafit Grafit adalah polymorph dari unsur karbon. Konfigurasi elektron dari karbon adalah 1s

  2

  , 2s

  2

  , 2p

  2

  dengan energi potensial ionisasi 11,2 eV. Ada dua (2) macam cara untuk mendapatkan grafit, yaitu : a.) Grafit Alam, kalau terdapat banyak dan dikelola akan merupakan tambang grafit. b.) Grafit Buatan, bisa diperoleh dari beberapa macam bahan baku, antara lain :

  1. Petroleum coke

  2. Kokas

  3. Arang lampu

  4. Bituminous coal

  5. Arang kayu

  6. Atracite Bahan baku yang paling baik dipakai adalah Petroleum Coke. Disamping bahan baku tersebut, diperlukan juga bahan pengikat (pitch). Bahan pengikat yang baik dipakai adalah “ Coal Tar Pitch” (hasil distilasi ter batubara).

  Pada reaktor nuklir, grafit biasa digunakan sebagai moderator, dan material reflektor. Pada hakekatnya, grafit mempunyai sifat menyerap neutron, massa atom rendah, sehingga merupakan bahan yang baik untuk moderator. Sebagai material reflektor, grafit mampu menyerap hamburan neutron dengan rasio cukup tinggi.

  Hal ini dapat tercapai jika bahan mempunyai kemurnian yang tinggi, diproses pada suhu yang baik/tepat, dan dimensi bahan tetap stabil pada suhu tinggi.

  Kekurangan grafit adalah ketahanan oksidasinya rendah, tidak cocok terhadap beberapa logam, dan dalam larutan berbentuk encer.

  Grafit untuk nuklir bisa dibuat dari Petroleum Coke, dengan ukuran 0,015 sampai 0,03 inchi, dan petroleum coke tersebut dicampur dengan pitch sebagai bahan pengikat. Campuran coke dan pitch tersebut kemudian ditekan, dibakar, dan

  

pitch akan meresap. Suhu yang tepat untuk pembuatan grafit adalah antara 2500

• 7

  2

  2 O) dab Berrylium lebih mudah dibuat dan harganya relatif lebih murah dari pada grafit.

  Berrylium untuk menggantikan grafit. Air Berat (D

  2 O) dan

  ) 6420 Sebagai moderator pada reaktor, bisa juga digunakan Air Berat (D

  2

  ) 0,79 - 1,07 Tensile strength 1300 Flexural strength 2125 Crushing strength (lb/in

  ) 27 - 38 Modulus elastisitas (lb/in

  ºC sampai 3000 ºC. Sifat–sifat grafit sangat sensitif terhadap perbedaan/perubahan komposisi coke dan pitch, serta suhu pembuatan grafit.

  C x 10

  o

  C.det) 0,29 - 0,32 Ekspansi thermal (per

  o

  Tahanan spesifik (milliohm/cm) 1,17 - 1,2 Konduktivitas panas (cal/cm

  Tabel.2.2 Sifat fisika grafit reaktor diukur pada temperatur kamar.

  Dalam proses pembuatan grafit tingkat nuklir, disamping sifat–sifat kimia, yang harus diperhatikan juga yaitu sifat–sifat fisika. Sifat kimia yang paling penting adalah analisis tentang tidak adanya pengotor, terutama unsur yang menyerap neutron. Sifat-sifat grafit reaktor bisa dilihat pada tabel.2.2.

  Grafit bukan tanpa masalah, sehingga dalam penggunaannya tetap membutuhkan pertimbangan dan perhitungan yang matang. Hal ini disebabkan karena grafit mudah beroksidasi dengan udara pada suhu tinggi, ketahanan impaknya rendah, dan porositasnya tinggi.

  4. Parafin.

  Karakteristik umum : Rumus umum : C n H 2n+2 Titik lebur : 47 - 65 ºC Resistansi listrik : 1017 ohm meter

2.4 Perencanaan Pengecoran

  Untuk membuat coran, harus dilakukan proses-proses seperti : pembuatan cetakan, pencairan logam, menuang, membongkar, dan membersihkan coran.

  Perencanaan pengecoran sangat penting untuk memprediksi keberhasilan pengecoran. Dalam pelaksanaan pengecoran ini dipertimbangkan bagaimana cara membuat coran yang baik, pemilihan jenis cetakan, bagaimana menurunkan biaya pembuatan cetakan, bagaimana membuat pola yang mudah, pemilihan bahan pola, jenis pola, bagaimana cara menstabilkan inti-inti, bagaimana cara membuat inti serta cara mempermudah pembongkaran cetakan.

2.4.1 Pembuatan Cetakan

  Ada beberapa jenis cetakan yang digunakan pada proses pengecoran logam, diantaranya : cetakan pasir, cetakan pasir dengan pengikat khusus, dan cetakan logam.

2.4.1.1 Cetakan Pasir

  Cetakan yang paling banyak digunakan adalah pasir. Macam-macam pasir cetak yang sering digunakan adalah pasir gunung, pasir pantai dan pasir sungai. Pasir cetak yang digunakan memerlukan sifat-sifat yang memenuhi persyaratan sebagai berikut :

• Memiliki sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak rusak karena dipindah-pindah dan dapat menahan logam cair waktu dituang ke dalamnya.
• Permeabilitas yang cocok. Dikawatirkan bahwa hasil coran mempunyai cacat seperti rongga penyusutan, gelembung gas atau kekasaran permukaan, kecuali jika udara atau gas yang terjadi dalam cetakan pada waktu penuangan disalurkan melalui rongga-rongga diantara butir-butir pasir keluar dari cetakan dengan kecepatan yang cocok.
• Distribusi besar butir yang cocok. Permukaan coran diperhalus jika coran dibuat di dalam cetakan yang berbutir halus. Tetapi kalau butir pasir terlalu halus maka gas akan tercegah keluar dan membuat cacat, yaitu gelembung udara. Distribusi besar butir harus cocok mengingat dua syarat yang disebut di atas.
• Tahan terhadap temperatur logam yang dituang. Butir pasir dan pengikat harus memiliki derajat tahan api tertentu terhadap temperatur tinggi (temperatur logam cair).
• Komposisi yang cocok. Butir pasir yang bersentuhan dengan logam yang dituang mengalami peristiwa kimia dan fisika karena logam cair memiliki temperatur yang sangat tinggi. Bahan-bahan yang tercampur yang mungkin menghasilkan gas atau larut dalam logam tidak dikehendaki.

• Pasir hendaknya dapat dipakai secara berulang-ulang supaya ekonomis.

  Untuk membuat coran yang baik maka harus direncanakan arah kup, drag, posisi permukaan, tambahan untuk proses permesinan, menentukan telapak inti dan sebaginya jika cetakan menggunakan cetakan pasir.

  1. Menetapkan Kup, Drag dan Permukaan Pisah Untuk mendapatkan coran yang baik, hal yang paling penting untuk diperhatikan adalah penempatan kup (cetakan atas), drag (cetakan bawah) dan permukaan pisah adalah :

• Pola harus mudah dikeluarkan dari cetakan, permukaan pisah harus dibuat agak dangkal.
• Penempatan inti harus mudah. Tempat inti dalam cetakan utama harus ditentukan secara teliti.
• Sistem saluran yang sempurna untuk mendapatkan aliran logam cair yang optimum.
• Harus dipertimbangkan penghematan permukaan pisah karena terlalu banyak permukaan pisah akan membutuhkan banyak waktu dalam pembuatan cetakan serta menyebabkan tonjolan-tonjolan, sehingga pembuatan pola menjadi mahal.

  2. Menentukan Tambahan Penyusutan Coran akan menyusut pada saat pembekuan dan pendinginan. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan beberapa tambahan penyusutan agar setelah pembekuan, coran masih dalam toleransi ukuran yang dapat dikerjakan.

  3. Menentukan Inti Dan Telapak Inti Untuk membuat coran silinder berlubang dibutuhkan inti. Inti adalah suatu bentuk dari pasir yang dipasang pada rongga cetakan untuk mencegah pengisian logam pada bagian yang seharusnya berbentuk lubang atau berbentuk rongga dalam coran.

  Inti yang digunakan terbuat dari resin. Resin mempunyai bentuk seperti pasir halus berwarna kecoklatan dan akan mengeras jika dipanaskan.

  Inti biasanya mempunyai telapak inti untuk maksud-maksud sebagai berikut :

  1. Menempatkan inti, membawa dan menentukan letak dari inti. Pada dasarnya dibuat dengan menyisipkan bagian dari inti.

  2. Menyalurkan udara dan gas-gas yang keluar melalui inti. Jika cetakan telah terisi penuh oleh logam, gas-gas dari inti dibawa keluar melalui telapak inti.

  3. Memegang inti. Kalau cetakan telah terisi penuh oleh logam, ia mencegah bergesernya inti dan memegang inti terhadap daya apung dari logam cair.

Gambar 2.5 Diagram alir pengolahan pasir

  Cetakan ini pada prinsipnya sama dengan cetakan pasir, yang berbeda adalah jenis pasir dan penggunaan pengikat khusus. Cetakan-cetakan yang Pasir hitam

  Pembongkaran Pemisahan magnetis

  Pemecahan bongkahan Pendinginan

  Pengayakan Pengaduk

  Penyimpanan pasir hitam Pemberi udara

  Penyimpanan Pembuatan cetakan

  Penuangan Pengeringan

  Pasir baru Penyimpanan pasir baru

  Pengayakan Pendinginan

  Penyimpanan lempung dan tambahan Lempung dan tambahan

2.4.1.2 Cetakan Pasir Dengan Pengikat Khusus