BAB II DASAR TEORI
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
5 cm 12,5 cm φφφφ = 20 cm φφφφ = 15 cm φφφφ = 8 cm φφφφ = 18 cm φφφφ = 13 cm φφφφ = 6 cm
permukaannya harus diratakan dulu sampai halus. Cadmium sangat mudah mengoksidasi di dalam udara dan tidak bereaksi terhadap air mendidih.
Tabel 2.1 memperlihatkan unsur alam Cadmium 98% yang terdiri dari 6 (enam) isotop, Cd110, Cd111, Cd112, Cd113, Cd114, dan Cd116, tetapi hanya isotop Cd113(n,γ)Cd114 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.
Karakteristik umum :
Bentuk permukaan : lentur, bergelombang Massa jenis : 8,65 g.cm-3
Nomor atom : 48
Massa atom : 112,41 sma
Kepadatan atom : 4,64 x 1022 atom.cm-3
Tampang lintang Mikroskopis Makroskopis
Penyerapan 2.456 x 10-24 cm2 114,000 cm-1
Hamburan 7 x 10-24 cm2 0,325 cm-1
xxix Komposisi isotop
Tabel 2.1 Karakteristik unsur Cadmium
Emisi Perubahan Nomor atom Kelimpahan
%
Waktu paruh
Tipe reaksi Energi (MeV) Tampang Lintang (barn) Isotop hasil 106 107 1,2 Stabil 6,5 jam n, γ 1,0 Cd109 108 109 0,9 Stabil 453 hari n, γ 1,1 650 Cd109 Cd110 110 12,4 Stabil n, γ 11 0,1 Cd111 Cd111m 111 111m 12,8 Stabil 49 menit n, γ γ 0,245 24,3 Cd112 112 24,0 Stabil n, γ 0,06 Cd113 113 12,3 Stabil n, γ Cd114 113 14,6 tahun B 0,6 In114 113 9.1015 tahun B 0,3 19,910 In114 114 115 115m 28,8 Stabil 44,8 hari 53,38 jam n, γ β β 1,6 1,1 0,036 0,027 Cd115 Cd117 116 7,6 Stabil n, γ 0,050 Cd117m 2. Timbal
Timbal mempunyai simbol Pb, kependekan dari nama latin Plumbum. 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 (PbCO3) dan Anglesite (PbSO4). 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
Massa Atom : 207,2 g.mol-1
Elektronegativitas (sesuai Pauling) : 1,8
Massa jenis : 11,3 g.cm-3 (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
xxxi
Energi untuk ionisasi pertama : 715,4 kJ. mol-1 Energi untuk ionisasi kedua : 1450 kJ. mol-1 Energi untuk ionisasi ketiga : 3080,7 kJ. mol-1 Energi untuk ionisasi keempat : 4082,3 kJ. mol-1 Energi untuk ionisasi kelima : 6608 kJ. mol-1
Konduktivitas thermal : 35,3 W/(m.k) (pada 27 ºC)
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 1s2, 2s2, 2p2 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
xxxiii
ºC sampai 3000ºC. Sifat–sifat grafit sangat sensitif terhadap perbedaan/perubahan komposisi coke dan pitch, serta suhu pembuatan grafit.
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.
Tabel.2.2 Sifat fisika grafit reaktor diukur pada temperatur kamar. Tahanan spesifik (milliohm/cm) 1,17 - 1,2 Konduktivitas panas (cal/cmoC.det) 0,29 - 0,32 Ekspansi thermal (per oC x 10-7) 27 - 38 Modulus elastisitas (lb/in2) 0,79 - 1,07
Tensile strength 1300
Flexural strength 2125
Crushing strength (lb/in2) 6420
Sebagai moderator pada reaktor, bisa juga digunakan Air Berat (D2O) dan Berrylium untuk menggantikan grafit. Air Berat (D2O) dab Berrylium lebih mudah dibuat dan harganya relatif lebih murah dari pada grafit.
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 : CnH2n+2 Titik lebur : 47 - 65 ºC Resistansi listrik : 1017 ohm meter
