ISSN 1978-0176
RANCANG BANGUN SISTEM PENENTU DAN PENAMPIL WAKTU
INDIVIDU DALAM DAERAH RADIASI
Nugroho Tri Sanyoto,SST
2 ,Bagus Sumanjaya
1, Budi Suhendro,SST
3 Jurusan Teknofisika Nuklir,Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir Nasioanal Jl. Babarsari PO BOX 6101/YKBB Yogyakarta 55281
Telp : (0274)48085; Fax : (0274)489715
Homepage: www.sttn-batan.ac.id E-mail: trisanyotonugroho@yahoo.co.id ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM PENENTU DAN PENAMPIL WAKTU INDIVIDU DALAM DAERAH RADIASI. Telah dibangun sebuah sistem penentu dan penampil waktu untuk mempermudah pekerja proteksi radiasi dalam daerah radiasi. Alat ini dapat menghitung waktu dengan memasukkan 3 (tiga) parameter berupa jarak, waktu, dan pelindung dengan jenis sumber radiasi yaitu Co-60 dan Cs-137. Sistem ini menggunakan mikrokontroler ATMega 32, LCD Nokia 3350, power supply, buzzer, dan keypad. Data hasil pengukuran berupa aktivitas, jarak dan waktu akan ditampilkan pada LCD Nokia 3350. Waktu yang diperoleh akan dihitung mundur, buzzer sebagai peringatan berakhirnya waktu berada didaerah radiasi. Hasil uji alat tersebut dapat untuk menghitung waktu lama bekerja pada daerah radiasi secara invidu dan diharapkan dapat digunakan sebagai alat bantu bagi pekerja proteksi radiasi.
Kata kunci : mikrokontroler, ATMega 32, radiasi, LCD Nokia 3350, buzzer
ABSTRACT
SYSTEM DESIGN DETERMINANTS AND INDIVIDUAL TIME DISPLAY IN RADIATION AREA. It has built a system of determinants and the display time to ease workers of radiation protection in radiation areas. This tool can calculate the time by entering the 3 (three) parameters of distance, time, and patron to the type of radiation source is Co-60 and Cs-137. The system uses a microcontroller ATMega 32, LCD display Nokia 3350, power supply, buzzer and keypad. Data results measurement in the form of activity, distance and time will be displayed on LCD Nokia 3350. The time gained will be counting backwards, to activate a warning buzzer as the ending time in the radiation area. From the test results are then this tool can be used as a helper tool for workers of radiation protection.
Keywords : microcontroller, ATMega 32, radiation, LCD Nokia 3350, buzzer
PENDAHULUAN
Saat ini IPTEK nuklir merupakan sesuatu ilmu pengetahuan yang banyak digunakan dalam berbagai bidang baik di bidang nuklir sendiri, bidang industri, dan dalam bidang kesehatan. Bidang nuklir ini pula merupakan salah satu bidang yang dalam pengawasannya harus memiliki tingkat ketelitian yang tinggi dan kedisiplinan yang tinggi dalam menaati peraturan. Karena sedikit saja kesalahan dalam prosedur pengerjaan di bidang ketenaganukliran dapat mengakibatkan dampak yang besar pada orang banyak.
Untuk itu, dalam sistem kerja di lapangan dalam bidang ini harus memiliki seorang petugas proteksi radiasi yang berpengalaman dan terlatih berdisiplin tinggi serta handal dalam penanganan masalah mengenai bidang ketenaganukliran.
Seorang petugas proteksi radiasi harus tanggap dalam menangani masalah radiasi ketika bekerja, termasuk jika terjadi kecelakaan radiasi seperti sumber macet dan pencarian sumber hilang. Sehingga untuk menentukan aktivitas, jarak kendali, jarak awas, jarak aman, dan waktu pada daerah radiasi sangat sulit bila menggunakan perhitungan manual.
ISSN 1978-0176
TEORI
Radiasi dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan namun perlu disadari bahwa radiasi juga mengandung potensi bahaya apabila berinteraksi dengan sistem tubuh manusia. Untuk keperluan tersebut diperlukan batasan radiasi yang dapat digunakan sebagai kuantisasi efek biologi yang ditimbulkannya. Besaran kuantitatif ini dinamakan dosis radiasi. Berdasarkan interaksi yang terjadi, berbagai besaran dan satuan dosis radiasi tersebut dapat didefinisikan. Nilai dosis radiasi sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor yaitu jenis dan energi radiasi, aktivitas sumber radiasi dan jenis bahan yang dilewatinya.[10]
2.1 Petugas Proteksi Radiasi
Tugas dari Petugas Proteksi Radiasi ini adalah :
1. Pemantauan daerah kerja radiasi.
2. Melakukan pemantauan kerja sumber, seperti aktivitas, energi, dan sebagainya.
3. Melakukan upaya-upaya tindakan proteksi radiasi dalam rangka meningkatkan kesehatan dan keselamatan kerja bagi pekerja radiasi, pasien dan lingkungan.
Untuk melaksanakan hal tersebut diatas, maka dari itu petugas proteksi radiasi harus memiliki kemampuan untuk menghitung intensitas sumber, aktivitas, jarak aman, dan ukuran pelindung yang dapat digunakan. [10]
2.2 Aktivitas Radiasi
Inti atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti atom yang lebih stabil. Proses perubahan tersebut dinamakan dengan peluruhan radioaktif (radioactive decay). [10]
Dalam setiap proses peluruhan akan dipancarkan radiasi. Persamaan (1) menjelaskan tentang laju peluruhan – jumlah proses peluruhan per satuan waktu (∆N/∆t) - sebanding dengan jumlah inti yang tidak stabil (N) dan suatu konstanta yang disebut sebagai konstanta peluruhan (λ).
Aktivitas radiasi di definisikan sebagai jumlah peluruhan yang terjadi dalam satu detik, atau dengan kata lain adalah laju peluruhan itu sendiri pada persamaan (2).
Dari persamaan (1) dan (2), secara matematis akan diperoleh persamaan yang disebut sebagai hukum peluruhan dapat dilihat pada persamaan (3), yaitu :
dimana N adalah jumlah inti atom yang tidak stabil saat ini, N0 adalah jumlah inti atom yang
tidak stabil saat mula-mula. λ adalah konstanta peluruhan, sedangkan t adalah selang waktu antara saat mula-mula sampai saat ini. Persamaan diatas dapat diubah menjadi bentuk aktivitas pada persamaan (4):
Dengan A adalah aktivitas pada saat t, sedangkan A0 adalah aktivitas mula-mula.
Untuk satuan aktivitas, sejak tahun 1976 dalam sistem satuan internasional (SI) aktivitas radiasi dinyatakan dalam satuan Bequerel (Bq) yang didefinisikan sebagai : 1Bq = 1 peluruhan per detik
Sebelum itu digunakan satuan Curie (Ci) untuk menyatakan aktivitas radiasi yang didefinisikan sebagai :
1 Ci = 3.7 x 1010 peluruhan per detik dan satuan-satuan berkaitan yang lebih kecil yaitu mili Curie (mCi) dan micro Curie (µCi).
2.3 Penentuan jarak Aman
Penentuan jarak aman dapat menggunakan cara perhitungan laju paparan pada persamaan (5) :
dimana : Ẋ = laju paparan (R/jam)
Γ= faktor gamma (R.m2/Ci.jam) A = Aktivitas (Ci)
r = jarak (m)
Dengan menggunakan persamaan (5) dan memasukkan nilai batas dosis untuk pekerja radiasi, kemudian pekerja dan masyarakat pada nilai laju paparan, dapat dihitung jarak aman yang dapat ditempuh oleh pekerja radiasi, pekerja non-radiasi maupun masyarakat.
Untuk sumber radiasi dengan energi (E) antara 60 keV sampai dengan 2 MeV dan koefisien serap linier bervariasi kecil sekali terhadap energi, maka faktor gamma dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (6):
dengan :
fi = fraksi/presentase radiasi gamma terhadap jumlah radiasi yang dipancarkan
Ei = Energi radiasi gamma 2.4 Pelindung Radiasi Eksterna
Radiasi eksterna dihasilkan oleh 2 cara, yaitu :
Peralatan yang dioperasikan, misalnya enerator Sinar X.
Zat radioaktif, misalnya Co-60.
Sinar X dan sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek
ISSN 1978-0176
dan memiliki kemampuan menembus semua organ tubuh sehingga mempunyai bahaya radiasi eksterna yang signifikan. Untuk menanggulanginya dapat menggunakan penahan sinar gamma, baik itu menggunakan timbal (Pb), ataupun beton dan besi.
Apabila sinar gamma berinteraksi dengan bahan, radiasi tersebut tidak diserap seluruhnya oleh bahan. Sebaliknya, radiasi tersebut akan mengalami atenuasi atau pengurangan intensitas.
Proses atenuasi ini akan mengikuti fungsi eksponensial atau secara matematika ditulis pada persamaan (7) :
dengan :
Dx = laju dosis setelah melalui penahan pada
tebal
D0 = laju dosis tanpa penahan
X = tabal penahan
µ = koefisien atenuasi linear
Koefisien atenuasi linear bergantung pada jenis bahan dam energi sinar gamma. Koefisien ini biasanya dinyatakna dalam satuan cm-1.
Pengaturan waktu dirumuskan oleh persamaan (8):
………..……(8) dengan :
D= dosis yang diterima (mRem) Ḋ= laju dosis (mRem/jam) T = waktu paparan (jam)
Dalam prakteknya, untuk menghitung tebal shielding (pelindung) dihitung secara eksperimen menggunakan HVL (Half Value Layer) atau TVL (Tenth Value Layer). Dengan menggunakan HVL, persamaan (7) dapat disederhanakan menjadi persamaan 8:
Dx = D0/2n … … … … …(9)
dengan n = x/HVL.
Hubungan antara µ dan HVL ditunjukkan oleh persamaan (9):
HVL = … … … … (10) Untuk TVL menjadi persamaan (11) : Dx = D0/10n … … … … …(11)
dengan n = x/TVL.
Hubungan antara µ dan HVL ditunjukkan oleh persamaan (12):
HVL =
Untuk menghitung aktivitas radiasi digunakan persamaan (13) yang mengacu pada persamaan (4) sebagai berikut:
h =k* exp (r*sum/tt)….…..(13) Dengan :
h =aktivitas sekarang (mCi) k= aktivitas awal (mCi)
r = konstanta peluruhan sum = waktu (hari) tt = waktu paro sumber (hari).
Untuk menghitung jarak dapat dilihat pada persamaan (14) yang mengacu pada persamaan (5) sebagai berikut:
……..…(14) Dengan : j= jarak (m) fg =faktor gamma r = konstanta peluruhan pb = tebal pelindung (mm) hvl= tebal paro (mm)
h = aktivitas sekarang (mCi) 2.5 LCD Nokia 3350
LCD berfungsi sebagai penampil data maupun kinerja rangkaian mikrokontroler. LCD dapat dihubungkan dengan 2 metode, yaitu langsung dihubungkan ke port mikrokontroler (pin mode) dan dihubungkan dengan bus data jika rangkaian terhubung dengan RAM eksternal. Gambar 1. menerangkan tentang konfigurasi pin LCD Nokia 3350.
Gambar 1 konfigurasi pin LCD Nokia 3350[9]
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN HARDWARE
3.1 Pembuatan hardware
Sebelum membuat hardware maka disimulasikan program dengan ISIS Proteus yang dijelaskan Pada Gambar 2. simulasi dengan ISIS Proteus 7.5. Pada simulasi dibuat sedemikian rupa agar sesuai dengan kondisi sebenarnya. Dengan menginputkan data melalui Keypad 3x4 yang terpasang pada port.D dan mengeksekusi ke menu tombol ok, cancel, up, dan down yang terpasang
ISSN 1978-0176
pada port.A. Serta hasil eksekusi akan ditampilkan pada LCD Nokia 3350 yang terpasang pada port.B dan keluaran bunyi akan dikeluarkan oleh buzzer yang terpasang pada port.C. untuk kembali ke menu awal dapat menekan tombol reset yang terpasang pada port.A.
Gambar2. Simulasi dengan ISIS Proteus 7.5
3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Prinsip kerja rangkaian maka dibuat diagram blok yang terlihat pada Gambar 3. yaitu catu daya 5 volt berfungsi sebagai catu daya rangkaian mikrokontroler dan LCD. Keypad berfungsi sebagai input ke mikrokontroler ATMega 32. Data yang telah dimasukkan berupa nama pengguna, aktivitas sumber, tanggal pembuatan sumber, tanggal pemakaian, dan tebal pelindung. Dari masukan itu akan diproses oleh mikrokontroler sehingga menghasilkan keluaran yang telah diolah dan ditampilkan oleh LCD Nokia 3350 dengan tampilan aktivitas sekarang, jarak dan waktu. Hasil perhitungan yang diperoleh berupa waktu, dengan waktu yang ada merupakan saat dimana seorang pekerja diperbolehkan bekerjapada daerah radiasi. Waktu tersebut akan digunakan sebagai penanda pada daerah radiasi dan dihitung mundur sampai habis dengan peringatan yang dikeluarkan melalui buzzer berupa bunyi.
Gambar 3. Diagram Blok Rangkaian
Pada penelitian ini, digunakan rangkaian mikrokontroler ATMega 32 yang dapat dilihat pada Gambar .4 rangkaian minimum system. Rangkaian ini dilengkapi dengan pin downloader yang memungkinkan pengisian program ke mikrokontroler melalui Laptop/USB. Rangkaian ini dapat langsung memberi catu daya pada LCD. Penelitian ini memanfaatkan 4 port dari rangkaian mikrokontroler, yaitu Port A untuk tombol ok, cancel, up, down, dan reset, Port B untuk LCD Nokia 3350, Port C untuk buzzer sebagai alarm, dan Port D untuk keypad 3x4.
Gambar .4.Rangkaian Minimum System
3.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software) Pada pemrograman yang digunakan adalah bahasa C. Hal ini dikarenakan pemrograman mikrokontroler dengan menggunakan bahasa C akan lebih terstruktur dan mudah dipahami selain itu juga karena bahasa C merupakan gabungan dari bahasa tingkat tinggi dan juga tingkat rendah yang menyediakan kemampuan operasi-operasi bit, byte, pengaksesan alamat-alamat memori, dan register. Kerja dari perangkat lunak ini secara garis besar adalah setelah eksekusi program maka mikrokontroler akan menginisialisasi terlebih dahulu sistem. Kemudian mikrokontroler menampilkan menu pilihan pengguna. Setelah memilih pengguna yang memakai alat ini mikrokontroler menampilkan menu tampilan pilihan sumber radioaktif yang akan digunakan. Jika telah dipilih maka berikutnya memasukkan data yang dibutuhkan oleh mikrokontroler. Setelah data dimasukkan mikrokontroler menghitung data tersebut dan hasilnya ditampilkan berupa aktivitas sekarang, jarak, dan waktu. Kemudian mikrokontroler menampilkan pilihan waktu yang akan digunakan. Setelah waktu dipilih maka waktu tersebut dihitung mundur oleh mikrokontroler, ketika waktu habis pada layar LCD Nokia 3350 terdapat peringatan dan mengaktifkan bunyi dari buzzer. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 5 Flow chart program utama.
ISSN 1978-0176
Gambar 5. Flow chart program utama
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Pengujian
Pengujian ini dilakukan dengan melakukan pengujian pada sistem secara keseluruhan yaitu dengan menguji aktifitas sekarang, jarak dan waktu pada daerah radiasi.
Sumber Cs-137
Untuk pengujian alat dibandingkan dengan data pengukuran sebagai berikut :
Sumber = Cs-137 Aktivitas awal = 20 mCi
= 0.33 m2R/jam
T1/2 = 30,2 tahun
Tanggal Pembuatan= 1 Januari 1993 Tanggal Pengukuran= 24 April 2012 Survey meter =
merk = FH 40 G-X Kalibrasi = 27 Oktober 2011
4.2. Data hasil perhitungan alat
Perhitungan aktivitas Cs-137 pada alat dengan data pengukuran menggunakan persamaan (13) yaitu :
Diketahui :
h = 12,84 mCi (aktivitas sekarang)
Perhitungan harga jarak untuk klasifikasi daerah kendali pada alat menggunakan persamaan (14) yaitu :
Diketahui : j = 1,13 m
Untuk cara yang sama dengan hasil yang berbeda diperoleh data pada Tabel 1:
Tabel 1 Hasil Perhitungan Jarak
Daerah Laju Dosis
(mRem/jam) Jarak (m) Kendali 2.5 1,13 Awas 0.75 2,38 Aman 0.25 4,12
4.3. Data hasil pengukuran
Hasil aktivitas sumber Cs-137 didapat saat pengukuran adalah 11,83 mCi.
Hasil pengukuran jarak dari klasifikasi daerah kendali, awas, dan aman dapat di lihat pada Tabel 2 sebanyak 8 (delapan) titik pengukuran, dengan hasil :
ISSN 1978-0176
Pada Tabel 3 menerangkan tentang hasil pengukuran untuk waktu pekerja radiasi pada laju dosis 2.5 mRem/jam sebanyak 8 (delapan) titik pengukuran, dengan hasil:
Tabel 3 Hasil Perhitungan Waktu
No Laju Dosis (mRem/jam) Waktu (detik)
1 2,50 3610
2 2,50 3595
3 2,50 3600
Jumlah rata-rata 3597
4.4. Sumber Co-60
Untuk pengujian alat dibandingkan dengan data pengukuran sebagai berikut:
Sumber = Co-60 Aktivitas awal = 100 mCi
= 1.3 m2R/jam
T1/2 = 5,27 tahun
Tanggal Pembuatan= 29 April 1979 Tanggal Pengukuran= 24 April 2012 Survey meter=
merk = FH 40 G-X Kalibrasi = 27 Oktober 2011 4.5. Data hasil perhitungan alat
Perhitungan aktivitas Co-60 pada alat dengan data pengukuran menggunakan persamaan (13) yaitu :
h = 1,03 mCi (aktivitas sekarang) Perhitungan harga jarak untuk klasifikasi daerah kendali pada alat menggunakan persamaan (14) yaitu :
Diketahui : j = 0,78 m
Untuk cara yang sama dengan hasil yang berbeda diperoleh data pada Tabel 4. :
Tabel 4. Hasil perhitungan jarak
Daerah Laju Dosis
(mRem/jam) Jarak (m) Kendali 2.5 0,78 Awas 0.75 1,43 Aman 0.25 2,47
Perhitungan waktu pada alat menggunakan persamaan (15) yaitu :
Diketahui : t = 5178 detik 4.6. Data hasil pengukuran
Hasil aktivitas sumber Co-60 didapat saat pengukuran adalah 1,12 mCi.
Hasil pengukuran jarak dari klasifikasi daerah kendali, awas, dan aman dapat di lihat pada Tabel 5 sebanyak 8 (delapan) titik pengukuran, dengan hasil :
Tabel 5 Hasil pengukuran jarak
Pada Tabel 6. menerangkan tentang hasil pengukuran untuk waktu pekerja radiasi jika mendapatkan sebesar dosis 2.5 mRem sebanyak 3 (tiga) titik pengukuran, dengan hasil :
Tabel 6. Hasil Perhitungan Waktu
No Laju Dosis (mRem/jam) Waktu (detik)
1 2,5 2883
2 2,5 2887
3 2,5 2876
Jumlah Rata-rata 2886
4.6. Analisis:
Hasil perhitungan pemakaian sumber antara Co-60 dan Cs-137 mempunyai jarak aman dan kendali yang berbeda.
Waktu yang diperoleh dari perhitungan tersebut sebagai patokan lamanya seseorang bekerja pada daerah radiasi dan pada saat itu akan dilakukan perhitungan mundur sampai dengan angka nol. Setelah angka nol tercapai maka pada layar akan tertampil tulisan “ waktu anda pada daerah radiasi telah habis harap segera meninggalkan tempat ini”. Pada waktu bersamaan bazzer akan berbunyi sebagai tanda peringatan .
KESIMPULAN
Dari hasil pengujian pada alat Rancang Bangun Sistem Penentu dan Penampil Waktu Individu dalam Daerah Radiasi dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Pemanfaatan mikrokontroler ATMega 32 dapat memberikan manfaat sebagai perhitungan nilai
ISSN 1978-0176
aktivitas, jarak, dan waktu. Serta dapat digunakan sebagai perhitungan waktu mundur pada daerah radiasi.
2. Hasil pengujian alat menggunakan sumber Cs-137 dan Co-60 dapat untuk mencari aktivitas sumber, jarak kendali, jarak awas, jarak aman dan waktu pekerja pada daerah kendali, sehingga diharapkan dapat digunakan sebagai alat bantu bagi pekerja proteksi radiasi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Anggraini, Dian. 2010. “Aplikasi Mikrokontroler ATMega16 Sebagai Pengontrol Sistem Emergency dan Lampu Jalan yang dilengkapi dengan sensor Cahaya (LDR) pada Miniatur Kompleks Perumahan Modern”. (online)
(http://eprints.undip.ac.id/20728/1/MAKALAH _TA_DIAN.pdf, diakses pada 4 Desember 2011 jam 15:15:55)
2. Atmel. 2011. ATMEGA32. (online) (http://www.atmel.com/
dyn/resources/prod_documents /doc2486.pdf, diakses pada 31 Desember 2011 jam 09:42:39) 3. Bejo, Agus. 2008. C&AVR. Yogyakarta:
GRAHA ILMU.
4. Budi Utomo, Argo. 2004. Aplikasi Mikrokontroler ATMEL 90S8515 Sebagai Penghitung Pada Kalkulator Resistor E12. Semarang : Universitas Diponegoro
5. Data Sheet IC7805. (online) (http://www.fairchildsemi.com/ds/LM/LM7805. pdf, diakses pada 12 Mai 2012 jam11:18:18) 6. Isparela, Yuda. 2011. Regulator Tegangan 5
volt. (online) ( http://almarwah.sch.id/regulator-tegangan-5-volt/ diakses pada 16 Mai 2012 jam 13:44:29)
7. Laksono,Rito. 2011. Makalah Kalkulator Pekerja Proteksi Radiasi. Yogyakarta: STTN-BATAN.
8. Lcd_nokia 3350. (online) (
http://blog.thiseldo.co.uk/wp-filez/nokia_3310_lcd.zip, diakses pada 1 Desember 2011 jam 09:45:24)
9. Prihono, 2009. Jago Elektronika Secara Otodidak, Jakarta : Kawan Pustaka.
10. Wardhana, Wisnu Arya. 2007. Teknologi Nuklir : Proteksi Radiasi dan Aplikasinya. Yogyakarta : andi offset
