PENGAMATAN DEGRADASI UNJUK KERJA DETEKTOR AKIBAT PENUAAN DENGAN ANALISIS SPEKTRUM - e-Repository BATAN

Pro.'iiding.\'eminarNa.vilP
i

PRSG

Tahun

ISSNO854-5278

nelilian

1997/J9~8

PENG~TAN
DEGRADASI UNJUK KERJA DETEKTOR
AKI~A T PENUAAN DENGAN ANALISIS SPEKTRUM
JupiterS.Pane,!Rokhnladi,Kristedjo.AznaniA.. TeddySyawal,NanangSunary'a

ABSTRAK
PENGAMATAN

DEG

~

DASI UNJUK

KERJA DETEKTOR

AKIBAT

PENUAAN DENGAN

ANALISA SPEKTRUM. Telahdilakukanpengukuranterhadapsinyalfluks neutronyang dideteksioleh
detektorJKTO3CX811 -C 841. Dari basilpernrosesan
datadengananalisastatistikdanspekrrumenergi
sinyal diketahui bahwa S
~ Yal yang bcrasal dati detektor JKTO3CX831 mengaJamipenyimpangan
spekrrum yang cukup b
i. Dari penyimpanganini diindikasi adanya penurunanunjuk kcrja
(degradasi)detektorJKTO CX83I. SetelahdilakukanpenggantianterlladapdetektorJKTO3CX831 dan

dilakukan pengukurant~yata basil ~pektrumenerginyakembaIi normal. Dati kejadian ini dapat
~::ti:~UIkan bahwa den8i analisa spekrru~.~k~~_.~!atmengamatiteljadinya perubahanunjuk kelja

ABSTRACT
MONITORING DETE OR PERFORMANCE DUE TO AGEING PROCESS USING
SPECTRUM ANALYS .Neutron flux measurement
using JKTO3CX811 -CX841 had beendone.
The diagnosisusing statis.cal and spectrumenergymethoderesumedthat signal from JKTO3CX831
de,oiatefrom its original ignificantly. This deviationmay indicate that tllere is someperformance
degradationon detector TO3 CX831. After replacing that detector,neutron flu.x signal sho\veda
normal pattern of spe
energyas required. Fromthis conditi.on,it can be concludedthat spectrum
energycanbe usedto det the degradationof detectorperformance.

PENDAHULUAN

peluruhan ballan nuklir sangat berkaitan deng;m

Detektor merup an bagian dari sistem

tingkat

fluktuasi

statistik

secara

inhereD.

merupakan

sumbcr

alat ukur yang langsung b rhubungan secara fisik

Fluktuasi

dengan parameter ran

ukur.

ketidal..-pastian yang tidak dapat dihindari

dilakukan dengan me

vcrsi bcsaran fisik

mcJIjadi

besaran

Pengukuran

10

Keman1puan

mcngkonvcrsi ini dapat

~a menjadi menurun

inJlcrcnt

O;\ri Uraiall di at;lS, hasil pcrhitungan
statistik

dapat

dibagi

Pcrtama adalall untuk

pcmb,u\an lain dalam dc cktor.

fungsi

dalam
mclihat

dua

katcgori.

nomlal

tidaknya

alaI ukur dan kcdua bcrkait;u1

sudah mcngalanu pcnu nm1 unjuk kclja ,lkan

situasi pada s:lat nlcl;1kukan

mcmbcrikan h,1Sil peng kuran yang bias d,ui

Kita

kondisi scbcrumlya. Unt

untuk

mcnglundari kcjadillil

dapat mcnggunak;ul
mcmprcdiksi

pcllgukurall

bcrkala

yang bcrkait.m satu pcngukuran.I'1

pcllgalllatall

Imjuk kc~ia

;11I;llisis spcktrwll.
luctoda
illi

slatistik

dapat dipilih

~'ang didasark,l/l

uli

dis;~iikan

ctcktor

nculrOJI dcllg;m

Pada .ul:llisis
dall spc tnllll

tcknik

karcna umwllllya

Mctoda

pcngukur;1/1

pada pc 19anlal;1/1hasil p:mcar;ul

mcngcstimasi

statistik
kcprcsisi;\II

Dari aplikasi pcrtaul:1 dapat disimpllik,ul
b;III\\;1

ini digurn1k!III-~igllllakall

energy.

statistik

kctidakpastian

inherent d;\II kcmudian

luakmah

dcngan

satu pcng\lkUrcln

iJli maka kondisi dctckt r pcrlu diaillati SCC,lfa

Pada

dalam

scmua pcn!,.'llkuran nuklir.

olch karcna lamanya pen akaian dan pcrubal\anDctcktor Y,U1g

ini

karcna

;\IIalisa

slalisli"

pcllgukur;1I1

1IIIIIIk ml:ml.'ri"sa
ad:\IIya

kcrus:1kan

)a(illlllllakalah-inrdiba!l;ls

dal':lt

dl.'graua~i pcralilliul
malipwi

pcnu,l;ul

mctodc mcll~g'III;lk;111

V

Prosiding SeminarHasil Penelitian
PRSG Tahun1997/1998

ISSN 0854 -5278

kerapatanspektrumenergiuntuk memp+an
kecenderungan
unjuk keIja detektor.

DASAR TEORI

7"1

Persamaan yang

menggambarkan

kerapatanspektrumenergykeluaransensordapat
dilihat padapersamaan(1).12.31

Gyy(CO) = Gss(co)HR(CO)Hd(co)HT(CO)Hm~co)+
Hm(co)+

Grnm (co) Hm (co)

Gdd(co)Hd(co)HT(co)Hrn(co)

+ Gem (co)Hd (co) HT (co)

(l~

Gyy adalah spektrum energi keluaran

ana

Dalam perhitungan

ini

G.

diambil

spektrum ini merupakanfungsi dati Hd s agai

sebagai "white noise" dan fungsi transfer sensor,

fungsi transfer detektor, HT sebagai

gsi

sensing line daD instrumentasi pengukuran sama

transfer kawat transmisi, Hm sebagai

gsi

dengan satupada frekuensi rendah. Oleh karena

transfer instrumentasi pengukur, HR s agai

itu spektrum energi sangatditentukan oleh fungsi

fungsi transferreaktor, Gsssebagaideraue ivalen

transfer reaktor, sedangkan derau deteksi radiasi

sumber neutron, Gemsebagai derau gelo bang

daD elektromagnetik ditentukan secara sendiri

elektromagnetik, Gdd sebagai derau

atau merupakan bagian yang akan diamati.

eteksi

radiasiclanGmm
sebagaideraupengukuran.

Persamaan dalam domain waktu yang
menggambarkan kombinasi detektor, transrnisi
daDpengukuran dijelaskan dalam persamaan (2).

+

=

m(t)

R(x) 1(1)

.(2)

1

dimanadetektor,
I(t) adalah
arusadalah
dinamis yang
pada
R(x)
resistan kawat
ilkan

transmisi, dan C adalah kapasitanside ektor.

1(1) =

(3)

detektorakanmenunjukkanpola standartertentu.
Dapat disirnpulkan dari persarna (1)
bahwa tluktuasi spektrurnsangatditentuk

Akan tetapiapabilateIjadi kerusakandalamsalah

leh

sam komponen sistem maka spektrum energi

dinarnikasurnberneutron.
Dalarn kondisi yang normal,

keluaran akanberubah sesuaidengankerusakan
asil

komponenukur tersebut.

pengukuran terhadap spektrurn energi sinyal

'70

RexP
~

ISSN 0854-5278

PengamatanDegradasi.
Jupiter, dkk

ANALISA STATISTIK

Fun2si Kerapatan Amplitudo

Dalam kenyataannyaa

kategori

Fungsikerapatanamplitudo (Amplitudo

yaitu

Probability FunctionDensity, APD) parameterXi

untuk menggambarkansifat statis.yal
: (I) kerapatanamplitudo, (2) do

aktu, dan

dapatditunmkan dari persamaan:

(3) domain frekuensi. Melalui pola sifat statistik
ini seseorangdapat menganalisaunjuk keIja
peralatan ukur maupun sifat s

-

1

XRata

derau itu

=

N

N~Xi
1=1

(4)

sendiri.
2
2

0- x

=

Cx(O) F

APD (Xi)

.(5)

2

1

=

.(6)

Fun

Transfonnasi Fourier Cepat (Fast Fourier
reaktor

Transfonn, FFI) sekaligus untuk rnenghitung

sebelunmyadiakusisi dengan laju pencuplikan

kerapatanspektrurnenergidiri (APSD) rnaupun

yang sesuaidan dikonversikanke nilai digital.

kerapatanspektrurnenergisilang(CPSD).

Selanjutnyadata digital tersebut

nversikan

dari infornlasi bentuk domain w

ke bentuk

domain

frekuensi

dengan

ggunakan

Fungsi KerapatanSpektrurnEnergi diri
rnaupun energi silang dapat dilihat pada
persarnaandi bawah ini :

CX)

Sxx(f) =

(r) e-j2tr! T dr

J

.(7)

CX)

e-j2trjr d,

dimana SKyadalah flUlgsi komplek fj:ekuensif

.(8)

Dalamprakteknyapersamaandi alasdihitung
denganmenggunakanTransformasiFourier
terbatasyaitu :

T

x(f ,1)

=f

f. x

(t) e-jn2lrjt dt

.(9)

0

T

y(f,T)

=

f y (t)
0

e-jn2lrjt dt

.(10)

Prosiding SeminarHasil Penelitian
PRSGTahun1997/1998
Persamaan
Fourier

fonnasi

ini

Diskrit.

dikonversi
Setanjutnya

ISSN 0854 -5278

l

ke
APS

rans-

Spektrum energi antar dua signal Xi dan Xj

dan

dihitung denganpersamaan:
CPSD

diestimasi

dengan

jumlah

data

yang

utat.

j2pimk

Sij(k)

= 1,2,

--;;-

=

j2 mIk

LXj(l)e

~
..11)

.,m

dimana

Gambar 2 dan 3. Pactapengukuranini kondisi

lah " al
d"
~c~
m= Jum smy yang Iproses ",~!~!~t~ detektor JKTO3 CX831 dalam keadaan rusak.
"

'!"

M= jurnlah sinyalper blok

'c,,~;~

N= jurnlah blok
k= frekuensidiskrit

Setelahdilakukanpenggantianterhadapdetektor

-,~
i,,"

,.'",

yang rusak, mala spektrum energi detektor

~~~","j

Dalam persarnaanini sejumlah N b

JKTO3CX831 menjadiserupadenganspektrum
ta

detektoryang lain sepertiyang ditunjukkan pacta

dirata-ratakanterhadapN.

gambar4.

Resolusifrekuensi spektrI1menergiadalah AI =
llMAt dirnana ~t = waktll interval cupf

DISKUSI
Spektrum energi yang terlihat pacta

PENGAMATAN

DEGRADASI

K

Gambar 2 masing-masing channel dari channel I

KERJADETEKTOR
Sesuaidengan model spektrum

sampai

4

berturot-turut

menggambarkan

gi

spektrum energi JKT03 CX811, CX821, CX831

keluaran detektor pada persamaan (I) maka

dan CX841. Dari gambar tersebut terlihat bahwa

spektrum energi keluaran detektor m

an

spektrum energi JKT03 CX831 berbeda daTi

fungsi sumberneutron, fungsi transfer de ektor,

spektrum energi detektor lainnya pacta frekuensi

dan kawat transmisi. Dengan asu

sekitar 10 -40 Hz.

wa

Ketidaknormalan spektrum

semuakondisi sempurnakecuali detektormaka

sinyal dari JKTO3 CX831 bukanlah disebabkan

perubahan spektrum energi yang muncul akan

oleh sumber neutron karena keluaran sinyal daTi

sangat bergantung dengan fungsi

sfer

detektor

detektor. Denganperkataaanlain degrad

ada

ketidaknormalan.

lain

tidak

menunjukkan

Oleh karena kemungkinan

detektorakan menimbulkanperubahansp trum

kondisi abnonnal berasal dari detektor itu sendiri

energi keluaran. Berdasarkanphenom

ataupun kawat transmisinya.

ini

makadilakukanpengamatansinyal kel

daTi

detektor neutron JKTO3 CX811

41.

detektor itu sendiri dapat dilihat penyimpangan

Konfigurasi lokasi detektor neutron

lam

dimana APDnya menyimpang dari distribusi

reaktor dapatdilihat pada gambar I. D

Dari fungsi kerapatan amplitudo sinyal

asil

normal. Dengan penyimpangan ini sinyal sudah

pengukurandan pengolahandata sinyal d tektor

tidak stationer lagi. Penyimpangan ini dapat saja

diperoleh spektrum energi dan kerapatanenergi

disebabkan oleh beberapa faktor, misalnya tidak

daTi masing-masing detektor seperti pada

berfungsinya

81

percepatan

ion

(ion-drifting)

~:=.

ISSN0854-5278

PengamatanDegradasi.
Jupiter,dkk

gas(gaschamber),
kebOcot,~~ daD

KESIMPULAN
Pengukuransinyal neutrondaTidetektor

Dari

Gambar

2

juga

terlihat

JKT03 CX811-CX841telah dilakukan. Dengan

CX811

menganalisaspektrumyang keluar daTi masing-

dimana APD dan spektrum ener ya telah

masing detektor dapat diketahui bahwa sinyal

menyirnpang sedikit. Dari kondisi ini belum

yang berasal dari

dapat diketahui sejauhmana penyim angan itu

menyirnpangbanyak daTi spektrum energi yang

terjadi danberapalama lagi detektor asih dapat

berasal daTi detektor lain.

berfungsidengansempuma. Walaup demikian

mengindikasikanadanyaperubahanunjuk kelja

keadaanini dapatdigunakansebagai

ksi dini

pada detektorneutron JKT03 CX831 itu sendiri

terhadap menurunnya kondisi sua

detektor.

kecenderunganperubahansinyal JK

Dengan

informasi

ini

op

JKT03

CX83I

telah

Penyirnpanganini

dibandingkan dengan detektor lain.

Pada

dapat

kenyataannyamemang telah teljadi degradasi

mengantisipasitindak lanjut yang

erlukan

pada detektor JKT03 CX83I. Penyirnpangan

terhadap detektor tersebut misalnya

meriksa

spektrumsekitar 10 -40 Hz dapatmengindikasi

kondisi detektorsecarafisik maupun

yiapkan

gejala degradasiunjuk keIja detektor tersebut.

sukli cadang pengganti, untuk

.dari

Salah satu penyebabdegradasitersebutadalah

terhentinyaoperasireaktordalamw

.

Setelahdilakukan pengganti
detektorJKTO3CX831 makadiperol

olehpenuaan(ageing).

erhadap

Setelahdilakukanpengganti~ terhadap

ektrum

detektorJKT03 CX831 maka spektrum energy

energisepertipada Gambar4. Sp

energi

sinyal detektor JKT03 CX831 kembali normal.

ini telah menunjukkanpola yang s

dengan

Dari kenyataan ini dapat disimpulkan bahwa

spektrum energi untuk kondisi del

r yang

analisa spektrumenergi dapat digunakan untuk

sehat.

mengamatigejaladegradasiunjuk keIja detektor.
Dari

pengalaman pen

daD

pengolahandata,terlihat bahwa peng lahan data
dengan dasar FFT sangat memerl

DAFTARPUSTAKA

waktu

yang panjang untuk penyelesainnya. emikian

Glenn F. Knoll, "Radiation Detection and

juga

Measurement", Jolm Wiley and Sons,Inc.,

dalam

menganalisa kec denmgan

perubahanpola sinyal belum dapat dilakukan

USA, 1979.

secaraterkuantitatif. Untuk menjaw b masalah
ini

2

Taluagi,

J.W.,

"On-line

Surveillance

dapat diusulkan penggunaan methoda

methodsfor Neutron SensorsProceedingof

pengolahandata denganmetodaauto egressive.

6th Power Plant Dynamics, Control and

Analisa denganmetodeAutoregressie ini telah

Testing Symposium",Knoxville Tennessee,

digunakan untuk menganalisa s' yal-sinyal

1986.

standarddaD hasilnya menunjukkankesesuaian

3.

yang baik.[5]

Steven A. Arndt, "The use of Radiation
DetectionNoise for Signal Validation and
Sensor

Degradation

Proceeding of

82

Monitoring",

a Symposium on Nuclear

Prosiding SeminarHasil Penelitian
PRSGTahun1997/1998
Reactor Surveillance and

ISSN 0854 -5278

Di

'c,

Gatlinburg,Tennessee,
USA.

4. Jupiter S. Pane, cs "Analysis of

PERTANYAAN
ant

PressureDynamics of Primary Syst m of

Penanya : Dedi Sunaryadi

Multipwpose

Pertanyaan:
Apakahpengamatandegradasiunjuk ketja ini
hanyadapatdilakukanterhadapdetektorsaja?
kalaudilakukan untuk mesin/motorapakahbisa ?

Research Reacto

A.

Siwabessy", Proceedingof Pertemu
Presentasi IIrniah Penelitian Dasar IImu
Pengetahuan dan Teknologi

,

JaJvaban:
Metode analisa spektrumdapat diterapkanpacta
berbagaipengukuranyang berdasarkanstatistik
stokastik. Misalkan pengukuran-pengukuran
parameter proses, tekanan, temperatur, flow,
vibrasi alanbendabergetarlainnya.

Yogyakarta,26 -28 April 1994.
5

Jupiter S. Pane, cs "Monitoring An maly
Condition Using Auto RegressiveMe tod",
Proceedingof Komputasi Dalam Sa'
Teknologi Nuklir IV, PPI, Jakarta,

-3

Februari1994.

Gambar 1. Konfigurasi ~okasidctcktor neutron di kolam Reaktor

83

ISSN0854-5278

Jupiter.
Pengamatan

dkk

Gambar 2. Hasil Pengukuran Derau APSD Detektor CIC di
Ruang ProteksilReaktor sebelumperbaikan JKT 03 CX 831

Degradasi

R,

Prosiding SeminarHasil Penelitian
PRSG Tahun1997/1998