Prosiding Seminar Nasional AAN 2010
Serpong, 2-3 November 2010 ISSN : 2085-2797
VALIOASI SPEKTROMETER GAMMA
01 LABORATORIUM
SPEKTROSKOPI
PUSOIKLAT BATAN
Sugino, Tulisna, Anda Sanusi dan Sugito
Pusat Pendidikan dan Pelatihan (Pusdiklat)-BATAN JI. Lebak Bulus Raya, Pasar Jumat, Jakarta 12440
e-mail: [email protected] ABSTRAK
VALIDASI SPEKTROMETER GAMMA DI LABORATORIUM SPEKTROSKOPI PUSDIKLAT
BATAN. Spektrometer gamma digunakan untuk menentukan jenis dan aktivitas radionuklida pemancar gamma, seperti pada pengukuran radioaktivitas lingkungan dan analisis aktivasi neutron (AAN). Supaya
diperoleh hasil analisis kualitatif dan kuantitatif yang presisi dan akurat, maka spektrometer gamma
harus divalidasi. Validasi terhadap spektrometer gamma yang dilakukan meliputi konfirmasi Identitas, linieritas diferensial, unjuk kerja, kalibrasi efisiensi, uji presisi, dan uji akurasi. Konfirmasi identitas dilakukan dengan pengujian kalibrasi energi dan memberikan penyimpangan energi terbesar 0,3 KeY. Pengujian linieritas diferensial memberikan perbedaan nilai cacahan terbesar6,9 %. Hasil Pengukuran
resolusi selama 1 tahun menunjukkan nilai terkecil1 ,82 KeV, sesuai dengan resolusi awal sebesar
1,8 KeY. NilaiPIC terkecil 59,8 sesuai dengan nilaiPIC awal60. Nilai efisiensi relatif terendah 28,6 %,
sesuai dengan nilai efisiensi awal 30 %. Bentuk kurva kalibrasi menunjukkan untuk energi lebih
dari 200 KeV, hubungan Log Energi terhadap Log Efisiensi berupa garis lurus dengan persamaan
Ln(£) = 7,211-0,8173 Ln(E), sedangkan untuk energi kurang dari 100 KeV efisiensi turun dengan
persamaan Ln(£) =-13,34+6,712 Ln(E)+0,06894 Ln(Ef, sesuai dengan teori dan acuan. uji presisi
memberikan nilai chi square sebesar 10,6, masuk dalam peluang 5 % sampai dengan 95 %. Pengujian
akurasi spektrometer gamma ditunjukkan dari hasil uji banding pengukuran aktivitas 1-131 pada
tahun 2009 dengan hasil baik, perbedaan hasil 2,35 % dengan ketidakpastian pengukuran 6 %. Kata kunci : Validasi, Spektrometer gamma, Kalibrasi energi, Linieritas diferensial, Resolusi, Peak to
compton ratio, Kalibrasi efisiensi, Presisi, Akurasi
ABSTRACT
VALIDATION OF GAMMA SPECTROMETER IN SPECTROSCOPY LABORATORY OF
EDUCATION AND TRAINING CENTER BATAN. Gamma spectrometer used to determine the type and activity of gamma emitting radionuclides, such as the measurement of environmental radioactivity and
neutron activation analysis (NAA). In order to obtain precise and accurate qualitative and quantitative
analysis, the gamma spectrometer should be validated. Validation of the gamma spectrometer was
conducted on the confirmation of identity, differential linearity, performance, efficiency calibration,
precision test, and accuracy test. Confirmation of identity cunducted by energy calibration testing
conducted and showed the largest energy deviation of 0.3 keY. Differential linearity testing showed the
highest count difference of 6.9 %. Test Results for 1 year showed the lowest resolution of 1.82 keV,
in accordance with the initial resolution of 1.8 keY. Value of lowest PIC is 59.8, according to the first
PIC of 60. The lowest relative efficiency of 28.6 %, according to the initial efficiency of 30 %. Calibration
curve shows that for more than 200 keV energy, the relationship of Ln Energy vs Ln Efficiency is a
straight line with equation Ln(£) = 7.211-0.8173 Ln(E), while for less than 100 keV energy the the
equation Ln(£) =-13.34+6.712Ln(E)+0.06894 Ln(E)2, in accordance with the theory and references.
Precision test conducted by chi square value of 10.6, according to probability of 5% to 95%. Testing
the accuracy is shown from the results of comparative tests of measuring 1-131 activity in 2009 with
good results, the difference in the results of 2.35 % with the uncertainty of 6 %.
Key words: Validation, Gamma Spectrometer, Energy calibration, Differential linearity, Resolution,
PENDAHULUAN
Spektrometer gamma digunakan
untuk menentukan jenis dan aktivitas
radionuklida pemancar gamma, seperti
pada pengukuran radioaktivitas lingkungan
dan analisis aktivasi neutron (AAN). Supaya
memperoleh hasil analisis, baik kualitatif
atau jenis radionuklida, maupun kuantitatif
atau nilai aktivitas secara akurat, maka
spektrometer gamma harus divalidasi. Validasi
spektrometer gamma merupakan salah satu
validasi peralatan yang diperlukan dalam
validasi metode.
Dalam kegiatan ini validasi spektrometer
gamma ini dilakukan konfirmasi identitas, uji
linieritas diferensial, uji unjuk kerja, kalibrasi
energi, uji presisi dan uji akurasi, untuk
menentukan kelayakan spektrometer gamma
untuk analisis kualitatif dan kuantitatif.
METODE
1. Konfirmasi Identitas
Konfirmasi identitas pada spektrometer
gamma berhubungan dengan kalibrasi
energi, yang menghubungkan energi dengan
channel. Setelah dilakukan kalibrasi energi,
dilakukan pengujian menggunakan beberapa radionukida. Kalibrasi energi didekati dengan persamaan linier.
2. Diferensial non linieritas
Diferensial non linieritas (Defferential Non
Linearity=DNL) adalah parameter yang
menunjukkan kemampuan setiap kanal
menerima dan menyimpan informasi digital.
Pengujian dilakukan dengan memberikan
jumlah cacahan pad a setiap channel dari sumber pulsa dengan frekuensi tetap.
112
3. Unjuk Kerja
Unjuk kerja spektrometer meliputi resolusi,
efisiensi relatif dan peak to compton ratio
(PIC) dengan nilai awal diberikan dalam spesifikasi spektrometer dari pabrik. Untuk
melihat kinerja spektrometer, secara rutin
dilakukan pengecekan parameter tersebut. Resolusi dinyatakan dalam nilai Full Width
at Half Maximum (FWHM) pada 1332 KeV
dari radionuklida Co-60. Efisiensi relatif
terhadap detektor Nal(TI) ditentukan pada energi 1332 KeV pada jarak 25 em dari
detektor. PIC merupakan perbandingan
cacahan pada energi '1040 KeV sampai
dengan 1096 KeV terhadap area puneak 1332 KeV.
4. Kalibrasi Efisiensi
Kalibrasi efisiensi dilakukan menggunakan
sumber standar Eu-152 dan eampuran
8a-133, Cs-137, Co-60 pada jarak sumber detektor 10 em dan 25 em.
5. Uji Presisi
Uji presisi dilakukan untuk melihat kestabilan alat. Uji presisi pada spektrometer dilakukan
pad a energi rendah, sedang dan tinggi,
masing-masing dengan pengulangan 20 kali.
6. Uji Akurasi
Uji akurasi dilakukan melalui uji banding
pengukuran aktivitas. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalibrasi energi didekati dengan
persamaan linier, seperti ditunjukkan pada
Gambar 1.
Hasil pengujian atau validasi kalibrasi
energi untuk konfirmasi identitas menggunakan
Prosiding Seminar Nasional AAN 2010 Serpong, 2-3 November 2010 C:iW'''''''''- ~ ISSN : 2085-2797 ;',' .,',' )< .•.•,_., ':' .""',::._~iI>\o: ... :.. /:" n6-..:;i!t.tH'.t"'~$lUI'r;tIC/wiUl.w;G.TJviI!J1~ I!11oi'mm:
!••••
!~I ••«~~!(J,·, . " .. rv,If.!. t~~lf\I.· .IWt@'("!nOD
t.-«!I
. Mttl,-'
.._ N:<I
Gambar 1. Hasil Kalibrasi Energi Gambar 3. Grafik kontrol Resolusi
id'i 101! :d1I ~. StJnW l1CUi!l1
~ Olloi~e< I .
I I
rNi~ .,-J....J~
r~
1.0:> I." ,...--"'-- iJ.
I I II I i ! ! I I-<>-FWHI.II\~VI -V-FV\lTI.U'.~V,II , I I ·1 I I ! ~)-~J
1---)----I.
~ !
I I 1! ,
I
I ~ •
• II
j £ •memberikan penyimpangan energi antara data
energi dengan hasil pengukuran terbesar
0,3 KeY. Umumnya toleransi penyimpangan
energi gamma untuk ana lis is kualitatif atau
penentuan radionuklida toleransi ± 1 KeY. Hasil pengujian diferensial non linieritas
(dnl) menggunakan pulser dengan frekuensi
250 Hz yang memberikan 10.000 cacahan pada spektrum ditunjukkan pad a Gambar 2.
Hasil pengukuran dnl terkecil10,383 pada
ch 5891 dan terbesar 11,116 pad a ch 106.
Sehingga diperoleh nilai dnl sebesar6,9 %.MCA
yang baik nilai ndllebih kecil dari 1%. Perbedaan terse but masih bisa diterima jika digunakan untuk
analisis kuantitatif secara komparatif, karena
perbandingan dilakukan pad a energi atau
channel yang sama. Akan tetapi Untuk AAN
metode ko' tidak dapat digunakan karena akan
•••.u~hltf+()
[!§
~---L.----l
i~
i L~ ~--~-~_. "'-.•..~ ••••"""'=I••••••.••,. \'1,'1 f'vtIIOI.I""1II ~.atI."IO""·
• .,.. M04.~ 'a•... '-- ~_'1.'W
c-r 'C'""
II1II1..-_. "11'" -.. •• ~
Gambar 2. Spektrum pulser
~ ••...• . 1-+-1,<;1\1tJ ...•... M:~I"1 I I I I I
~
<>i
gCD q <> <>~
5 q qt;'"Q ~•
~•
••~
IS~
.,
~
'" 0 M T M M ,:, M MGambar 4. Grafik kontrolPICdan Efisiensi
mengakibatkan kesalahan yang disebabkan oleh
ADC, sehingga perlu dilakukan pengkajian lebih
lanjut untuk mencari penyebab dan
peningkatannya.
Pengukuran resolusi selama 1 tahun
menunjukkan nilai terkecil 1,82 KeV, terbesar
1,94 KeV dengan rata-rata 1,87 KeV, tidak
berbeda jauh dengan resolusi awal sebesar
1,8 KeY. Nilai PIC terkecil 59,8, dan terbesar
63,1 dengan rata-rata 61.4, sesuai dengan nilai
PIC awal 60. Nilai efisiensi relatif terendah
28,6 %, terbesar 30,6 % dengan rata-rata
31,0 %, sesuai dengan nilai efisiensi awal30 %.
Grafik kontrol resolusi ditunjukkan pada
Gambar 3., sedangkan grafik kontrol PIC dan
efisiensi ditunjukkan pada Gambar 4.
Resolusi sistem FWHM sangat penting diketah~i dan dipertahankan dengan melakukan
perawatan seeara rutin. Dengan nilai FWHM 1,8 KeV, dua puneak yang memiliki perbedaan energi kurang dari 1,8 KeV akan tumpang tindih
dan diperlukan suatu eara dalam analisis
kuantitatif.
Nilai rasio dari puncak Compton (PIC ratio)
tidak kalah pentingnya dengan resolusi
mengingat dalam AAN hamburan Compton yang keluar sangat besar, terutama pada energi kurang dari 600 KeV yang menyebabkan sensitivitasnya berkurang.
Dalam AAN atau dalam pengukuran
sam pel radioaktif menggunakan sistem
pencacah secara umum selalu berkaitan dengan parameter efisiensi sistem peneaeah. Karena pengukuran biasanya dHakukan dengan metode komparatif atau membandingkan dengan sumber standar, maka nilai efisiensi deteksi tidak muneul
seeara eksplisit. Dalam hal ini, nilai efisiensi
sistem peneaeah diperlukan untuk pengeeekan unjuk kerja spektrometer dan berkaitan dengan masalah limit deteksi pengukuran.
Dalam AAN berbasis teknologi ko atau
dalam pengukuran sampel radioaktif dengan
metode absolut, diperlukan nilai efisiensi sistem peneacah.
Nilai tersebut dipengaruhi oleh banyak
faktor antara lain geometri pengukuran, geometri
sam pel, geometri detektor. HasH kalibrasi
ditunjukkan pada Gambar 5. Bentuk kurva
kalibrasi menunjukkan untuk energi lebih dari
200 KeV, hubungan Log Energi terhadap Log Efisiensi berupa garis lurus dengan persamaan Ln(E) = 7,211- 0,8173 Ln(E), sedangkan untuk energi kurang dari 100 KeV efisiensi turun dengan Persamaan (1):
Ln(E)=-13,34+6,712Ln(E)+0,06894Ln(E)2 .. (1)
Hasil pengukuran berulang diuji dengan metode chi square. HasHuji presisi, memberikan
nilai chi square sebesar 10,6, masuk dalam
peluang 5%hingga 95 %, yang berarti mengikuti
distribusi gauss dan layak digunakan.
Pengujian akurasi spektrometer gamma
Laboratorium Spektroskopi Pusdiklat dilakukan
dengan eara dengan mengikut uji banding
pengukuran aktivitas 1-131pada tahun 2009 yang
diselenggarakan oleh PTKMR BATAN dengan
hasH baik, perbedaan aktivitas 1-131 sebesar
2,35%dengan ketidakpastian pengukuran 6
%.
Kt:SIMPULAN 10 6 " (:0 ., ~I-- -•••• - •••.••••••..•
--
---;~-..-t=
---=:::..., ....-...•....Berdasarkan hasH pengujian konfirmasi
identitas, diferensial non linieritas, unjuk kerja, efisiensi, uji presisi dan akurasi, seeara umum spektrometer gamma berfungsi dengan baik dan
layak digunakan untuk analisis kualitatif dan
kuantitatif dengan metode komparatif. DAFTAR PUSTAKA
--- En~r·¢y ECkeV)
---Gambar 5. Kurva Kalibrasi Efisiensi pada Jarak Sumber dan Detektor 25 em
1. CM Lederes, Virginia Shierly. 1978. Table of
Isotopes 7th Edition. USA, Department of
Energy.
Prosiding Seminar Nasional AAN 2010 Serpong, 2-3 November 2010
2. HH Tjahyono. 2009. Spektrometer Gamma.
Diktat Pelatihan Penyelia Analisis Aktivasi Neutron. Jakarta, Pusdiklat SATAN.
ISSN : 2085-2797
3. YT Handayani. 2009. Ketidakpastian dalam
AAN. Diktat Pelatihan Validasi Metode
dalam AAN. Jakarta, Pusdiklat SATAN.
4. Canberra. 2002. Genie 2000 : Operation
