IDENTIFIKASI RADIONUKLIDA
40K PADA SEDIMEN DAN APLIKASI
RESRAD UNTUK ESTIMASI DOSIS EKSTERNAL
G. Sutresna Wijaya
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Jl. Babarsari PO BOX 6101 ykbb Yogyakarta 55281 Email : gedews@batan.go.id
ABSTRAK
IDENTIFIKASI RADIONUKLIDA 40K PADA SEDIMEN DAN APLIKASI RESRAD UNTUK ESTIMASI DOSIS EKSTERNAL. Analisis radionuklida 40K dilakukan pada sampel sedimen yang diambil dari tiga lokasi sebelum titik lepasan dan tiga lokasi setelah titik lepasan dari saluran air buangan terpadu PTAPB. Hal ini penting menigingat pada kegiatan pemantauan rutin, radioaktivitas beta total sedimen yang terukur didominasi oleh radionuklida primordial 40K. Pengambilan sampel dilakukan dengan menggabungkan
metode transect sampling dan random sampling. Sampel kemudian dipreparasi dengan cara dikeringkan kemudian dihaluskan dengan ballmill menjadi butiran lolos ayak 100 mesh dan dimasukkan ke dalam wadah silinder berukuran tinggi 4,9 dan diameter 5,2 cm. Konsentrasi radionuklida 40K dalam sedimen diukur dengan gamma spectrometer latar rendah pada energy 1460,8 keV. Aktivitas radionuklida 40K yang terukur berada pada rentang 204-510 Bq/kg dengan rata-rata sebesar 313,802 ± 29,311 Bq/kg di sebelah Utara dan sebesar 362,241 ± 41,196 Bq/kg di sebelah Selatan dari titik lepasan. Uji Independent t-test dengan tingkat kepercayaan 95% dilakukan untuk mengetahui persebaran radionuklida 40K. Hasil menunjukkan tidak adanya perbedaan yang signifikan (p=0,361) pada kelompok sampel Utara dan Selatan. Estimasi dosis eksternal dilakukan dengan software RESRAD 6.5 untuk waktu 0, 1, dan 3 tahun. Hasil menunjukkan dosis radionuklida 40K terkecil pada tahun sekarang terdapat pada kelompok U3 yaitu sebesar 0,0223 mSv/tahun
dan terbesar pada kelompok S2 yaitu sebesar 0,0555 mSv/tahun, dan 3 tahun mendatang dosis radionuklida
40K terkecil terdapat pada kelompok U3 yaitu sebesar 0,0187 mSv/tahun dan terbesar pada kelompok S2 yaitu
sebesar 0,0466 mSv/tahun. Berdasarkan hasil tersebut, disimpulkan bahwa terdapat persebaran yang sama pada hulu dan hilir saluran irigasi, dan dosis maksimum radionuklida 40K pada sedimen memberi kontribusi sebesar 5,55% terhadap nilai batas dosis.
Kata kunci: Resrad, radioaktivitas lingkungan, potassium.
ABSTRACT
IDENTIFICATION OF RADIONUCLIDES 40K IN SEDIMENT AND APPLICATION OF RESRAD FOR EXTERNAL DOSE ESTIMATION. Analysis of 40K radionuclide was performed on sediment samples
taken from three locations before the point of discharge, and three locations after the point of discharge of an integrated waste water channels PTAPB. It is important because the routine monitoring activity, measured sediment total beta radioactivity is dominated by the primordial radionuclide 40K. Sampling was performed by combining the transect method of sampling and random sampling. The sample was then prepared by drying and then pulverized with a grain passes 100 mesh sieve and put in a cylindrical container which has 4.9 high and 5.2 cm diameter. 40K radionuclide concentrations in sediments measured by low background gamma spectrometer at 1460.8 keV energy. 40K radionuclide activity measured in the range of 204-510 Bq/kg with an average 313.802 ± 29.311 Bq/kg in the North and at 362.241 ± 41.196 Bq/kg in the South of the point of discharge. Independent t-test with 95% confidence level conducted to determine the distribution of radionuclides 40K. The results showed no significant difference (p = 0.361) in the northern and southern samples sediment. External dose estimation is done by software RESRAD 6.5 for time 0, 1, and 3 years. The results showed the smallest dose in radionuclide 40K present in the U3 location was equal to 0.0223 mSv / year and the largest in the group S2 was equal to 0.0555 mSv / year, and 3 years 40K smallest dose of radionuclides present in the U3 is equal to 0.0187 mSv / year and the largest in the group S2 is equal to 0.0466 mSv/year. Based on these results, it was concluded that there is an equal distribution on the upstream and downstream irrigation canals, and the maximum dose of radionuclides in sediments 40K contributed as much as 5.55% of the dose limit.
Key words: Resrad, environmental radioactivity, potassium.
PENDAHULUAN
adionuklida primordial adalah radionuklida yang sudah ada di kerak bumi sejak
pembentukan bumi dan terdiri dari radionuklida yang tidak membentuk deret, yaitu kalium-40 (40K),
rubidium-87 (87Rb,) dan sekitar 10 nuklida lain,
serta radionuklida yang membentuk deret, deret
211
Uranium dan deret Thorium. Kalium-40 (40K)
merupakan isotop dari unsur kalium yang bersifat radioaktif dengan kelimpahan sebesar 0,0118% dari keseluruhan kalium alam. 40K memiliki waktu paro
fisis sebesar 1,28x109 tahun dan waktu paro
biologis sebesar 30 hari dengan aktivitas spesifik sebesar 852 pCi/g. Konsentrasi 40K di tanah sebesar
1-30 pCi/g dan merupakan komponen radioaktif utama yang terdapat pada makanan dan jaringan tubuh [1]. Jenis dan energi radiasi peluruhannya
untuk radiasi beta (β) sebesar 1,31 MeV (89,3%) dan untuk radiasi gamma (γ) sebesar 1,46 MeV (10,7%).
Secara kimia dan biologis, unsur ini terdistribusi ke seluruh tubuh, terutama pada otot. Jumlah totalnya dalam tubuh sebesar 140 gram dengan aktivitas sebesar 0,12 µCi untuk berat tubuh normal (70 kg). 40K masuk ke dalam tubuh melalui
air minum, makanan, serta pernapasan dan dikeluarkan dari dalam tubuh dengan waktu paruh biologis selama 30 hari(2). Bahaya 40K dihubungkan
dengan kerusakan sel akibat radiasi pengion hasil peluruhan yang berpotensi menyebabkan kanker. Estimasi risiko kematian oleh kanker mengasumsikan 4 dari 100.000 orang yang terpapar radiasi dari lapisan tanah dengan aktivitas 40K
sebesar 1 pCi/g secara kontinyu akan menderita kanker fatal (2). Estimasi dosis radiasi dari suatu
radionuklida yang terkonsentrasi di tanah meliputi 3 faktor, yaitu analisis sumber, perpindahan lingkungan, dan analisis dosis/paparan (3).
Analisis sumber dilakukan untuk mengetahui tingkat pelepasan radioaktivitas sumber ke lingkungan. Tingkat pelepasan radioaktivitas ditentukan oleh geometri area kontaminasi, konsentrasi radionuklida yang terukur, tingkat pertambahan dan peluruhan radionuklida, dan tingkat penurunan konsentrasi radionuklida oleh erosi dan pelepasan.
1. Bentuk Geometri Area Kontaminasi
Area kontaminasi didefinisikan sebagai area yang mengandung radionuklida pada konsentrasi di atas background. Faktor bentuk digunakan untuk mengoreksi perbedaan antara estimasi dosis di area secara aktual dan model idealnya. Faktor bentuk digunakan untuk jalur paparan radiasi ekstenal. Jika radionuklida terdistribusi merata, geometri sumber yang digunakan adalah silinder tunggal yang menunjukkan zona kontaminasi yang homogen sedangkan jika radionuklida diperkirakan tidak terdistribusi secara merata di area kontaminasi, geometri sumber yang digunakan adalah multi silinder (≥2 silinder) yang menunjukkan zona kontaminasi yang tidak homogen. Kedalaman zona
cover (Cd) didefinisikan sebagai jarak dari
permukaan tanah ke lapisan teratas zona
kontaminasi sedangkan kedalaman zona cover dan ketebalan zona kontaminasi (Cd + T) adalah jarak
dari permukaan tanah ke lapisan paling bawah dari zona kontaminasi.
2. Pengaruh Waktu
Pengaruh waktu terhadap dosis tahunan dikendalikan oleh beberapa faktor, diantaranya tingkat pelepasan radionuklida dari zona kontaminasi, tingkat pertambahan dan peluruhan radionuklida, tingkat erosi lapisan penutup (cover) dan material tanah yang terkontaminasi, serta tingkat perpindahan kontaminan melalui jalur lingkungan. Faktor 1 dan 3 terjadi di zona kontaminasi, faktor 4 terjadi di luar zona kontaminasi sedangkan faktor 2 terjadi di semua zona.
3. Redistribusi
Zona kontaminasi diperlakukan sebagai sumber homogen/tidak homogen tunggal yang mengalami perubahan ketebalan dan konsentrasi radionuklida sebagai akibat dari pelepasan, erosi, pertambahan, dan peluruhan radionuklida. Erosi atau aktivitas manusia seperti menggali tanah untuk pendirian bangunan dapat menyebabkan redistribusi tanah yang terkontaminasi sehingga menghasilkan zona kontaminasi yang baru. Radionuklida juga mengalami redistribusi dalam penggunaan air irigasi yang dilepaskan dari zona kontaminasi.
Analisis Perpindahan Lingkungan
Analisis perpindahan lingkungan dilakukan untuk mengidentifikasi jalur radionuklida dalam perpindahannya dari sumber ke lokasi paparan dan menentukan tingkat perpindahan di sepanjang jalur ini. Ada tiga jalur utama radionuklida masuk ke dalam tubuh, yaitu paparan radiasi eksternal dari radionuklida di luar tubuh, paparan radiasi internal dari radionuklida yang terhirup, dan paparan radiasi internal dari radionuklida yang tertelan(3).
Dalam penelitian ini, jalur paparan radiasi yang digunakan adalah jalur radiasi eksternal sehingga pada bagian ini hanya dibahas mengenai paparan radiasi eksternal dari tanah. Radiasi beta dan gamma dari radionuklida yang terdistribusi di zona kontaminasi merupakan jalur radiasi eksternal yang dominan dan satu-satunya jalur radiasi eksternal yang digunakan dalam perhitungan. Dosis yang berasal dari radiasi eksternal pertama dihitung untuk paparan radiasi tunggal secara kontinyu dari zona kontaminasi tak terbatas dalam jarak 1 meter dari permukaan tanah.
Analisis Rasio Dosis/Paparan
Analisis rasio dosis/paparan dilakukan untuk menentukan faktor konversi dosis (DCF)
radiasi pengion dari paparan radiasi sumber. Distribusi dosis di dalam tubuh tergantung pada jenis radiasi yang terlibat dan lokasi paparan radionuklida (di dalam atau luar tubuh). Dosis ekivalen efektif (EDE) merupakan gabungan bobot dosis ekivalen dari organ yang berbeda-beda. Faktor bobot untuk masing-masing organ proporsional terhadap potensi risiko terkait dengan radiasi terhadap organ-organ tersebut. Pada paparan radiasi eksternal, DCF adalah rasio tingkat EDE terhadap konsentrasi radionuklida di udara, air, dan tanah.
Organ tubuh dapat diradiasi oleh radiasi yang dipancarkan dari radionuklida yang ada di lingkungan. Radiasi gamma mendapatkan perhatian khusus karena radiasinya cukup untuk melakukan penetrasi pada dosis yang diberikan di lokasi tertentu yang tergantung pada distribusi spasial dari sumber dalam batas yang dipertimbangkan.
Pola distribusi dosis dalam tubuh seragam. Distribusi dosis di dalam tubuh tergantung sesuatu pada pola distribusi dari radionuklida di lingkungan. Pola distribusi ideal yang sering diasumsikan adalah distribusi seragam dari radionuklida pada area yang tak terbatas (infinite) atau semi-infinite. Dengan mempertimbangkan distribusi ideal, besar DCF terkait tingkat EDE terhadap konsentrasi radionuklida dapat ditabulasi.
Yu et al (2001) menyebutkan kontribusi dosis ekivalen efektif (EDE) dari radiasi eksternal pada waktu t setelah survei ditunjukkan oleh rasio dosis/sumber atau DSR(t), dimana nilai DSR(t) dihitung dari persamaan 1 (3).
∑
∑∫
− × × = int ) ( ) ( ) ( t t t t SF t ETF DCF t DSR (1) dengan :DCF : faktor konversi dosis (mSv/tahun per Bq/g), ETF(t): faktor transfer lingkungan pada waktu t, SF(t): faktor sumber.
TATA KERJA
Alat Penelitian
Ayakan 100 mesh, pulverizer, neraca analitis “Sartorius” (dengan skala terkecil 0,00001 gr), vial polyetilene (ukuran tinggi 4,9 cm dan diameter 5,3 cm), spektrometer gamma latar rendah dengan detektor high purity germanium (HPGe) jenis closed-end coaxial dengan efisiensi relatif 15% dilengkapi perisai dari bahan Pb yang dilapisi dengan Cd dan Cu dengan tebal perisai adalah 10 cm. Alat cacah juga dilengkapi amplifier, sumber tegangan tinggi (HV), Multiport II produksi Canberra dengan perangkat lunak Genie 2000 ver 3,0), dan perangkat lunak Resrad 6.5.
Bahan Penelitian
Sampel sedimen, sumber titik standar
152Eu, dan standar IAEA soil 375
Cara Kerja
Sampel sedimen (± 1 kg) diambil dari saluran irigasi yang berada di sekitar PTAPB-BATAN, di daerah Babarsari, Kecamatan Depok, Kabupaten Sleman, Yogyakarta. Saluran irigasi dibagi menjadi 2 daerah, yaitu Utara dan Selatan. Tiga buah pos berada di daerah Utara sebelum melewati keluaran PTAPB-BATAN dengan penomoran dari Selatan ke Utara masing-masing U1, U2, dan U3, serta 3 buah pos lainnya di daerah Selatan setelah melewati PTAPB-BATAN dengan penomoran dari Utara ke Selatan masing-masing S1, S2, dan S3. Jarak antar pos di masing-masing daerah 8 meter.
Sampel sedimen dikeringkan, selanjutnya diayak untuk membersihkan sampel dari pengotor. Sampel hasil ayakan dihaluskan kembali dengan menggunakan Balls Mill pada kecepatan putar 200 rpm dan waktu operasi 10 menit sampai diperoleh sampel sedimen yang benar-benar halus dan homogen. Sampel kemudian dimasukkan ke dalam wadah poliethylen, ditutup rapat, dan ditimbang beratnya.
Standar sedimen IAEA SOIL-375, dan background dicacah menggunakan spektrometer gamma dengan tegangan operasi 2500 KeV selama 25200 detik. Aktivitas dihitung dengan persamaan 2: st st s s st s W N W N A A = (2)
dengan : As: Aktivitas 40K sampel (Bq/kg), Ast:
Aktivitas 40K dalam standar (Bq/kg), N
s: Nett area
sampel, Nst: Nett area standar, Ws: Berat sampel
(kg), Wst: Berat standar (kg)
Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa data rasio. Untuk mengetahui signifikansi perbedaan rerata dari sampel untuk kedua kelompok pengambilan sampel, yaitu daerah Utara dan Selatan digunakan Independent t-test pada tingkat kepercayaan 95%. Analisis kuantitatif dilakukan dengan menghitung aktivitas dari hasil cacah radionuklida yang terdeteksi serta menghitung estimasi dosis paparan yang ditimbulkan dari radionuklida tersebut dengan menggunakan software RESRAD 6.5.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari data sampel, dihitung nett area sampel dan standar yang telah dikoreksi dengan nett area background. Kemudian dihitung efisiensi pencacahan dan diperoleh nilai efisiensi sebesar 0,0043. Berdasarkan perhitungan efisiensi,
213
diperoleh nilai batas deteksi maksimum (LLD) sebesar 21,09 Bq. Kemudian dihitung aktivitas radionuklida 40K pada sedimen di saluran irigasi
sekitar PTAPB-BATAN dengan menggunakan perbandingan antara sampel dengan standar yang telah memiliki data aktivitas radionuklida 40K.
Hasil perhitungan aktivitas tersaji pada Tabel 1. Tabel 1. Nilai rerata dan simpangan baku aktivitas
radionuklida 40K pada sedimen di saluran
irigasi sekitar PTAPB-BATAN (Bq/kg)
Sampel Pos S1 S2 S3 X1 286,952 509,979 342,810 X2 223,936 416,604 393,165 Rerata ± SD 255,444 ± 44,559 463,292 ± 66,026 367,988 ± 35,606 Sampel Pos U1 U2 U3 X1 400,298 312,064 204,701 X2 361,398 346,054 258,298 Rerata ± SD 380,848 ± 27,506 329,059 ± 24,035 231,499 ± 37,899
Analisis Persebaran Radionuklida
40K
Pada analisis persebaran radionuklida 40K,
sampel dibedakan menjadi 2 kelompok, yaitu Selatan dan Utara. Untuk mengetahui apakah ada
perbedaan aktivitas radionuklida 40K yang
signifikan antara daerah Utara dan Selatan, dilakukan uji independent t-test. Syarat dari uji ini adalah distribusi data harus normal. Untuk mengetahui normalitas data, dilakukan uji Shapiro-Wilk. Hasil uji normalitas menggunakan uji Shapiro-Wilk (n<50), menunjukkan p>0,05 (Tabel 2) yang berarti data terdistribusi dengan normal. Tabel 2. Uji normalitas Shapiro-Wilk data
persebaran aktivitas radionuklida 40K
pada sedimen di saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN.
Pos Statistik Derajat
Bebas (df)Probabilitas (p) Aktivitas
K-40
Selatan 0,992 6 0,994
Utara 0,965 6 0,857
Keterangan: p>0,05 = data terdistribusi normal. Hasil Independent t-test menunjukkan nilai p = 0,361 (Tabel 3) pada aktivitas 40K. Nilai p>0,05
menunjukkan hipotesis nol diterima dan tidak ada perbedaan antara kelompok Utara dan Selatan. Tabel 3. Rangkuman Independent t-test data
persebaran aktivitas radionuklida 40K
pada sedimen di saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN. T Derajat Bebas (df) Probabilitas (p) Aktivitas K-40 0,958 10 0,361
Estimasi Dosis Radionuklida
40K
Dari nilai aktivitas sampel dapat diperkirakan besar dosis akumulatif yang diterima manusia dari jalur eksternal gamma radionuklida
40K dengan menggunakan software RESRAD. Hasil
estimasi dosis dari radionuklida 40K pada sedimen
di saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN tersaji pada Tabel 4.
Tabel 4. Data aktivitas dan dosis radionuklida 40K
pada sedimen di saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN
Lokasi
sampling Aktivitas (Bq/kg) t = 0 Dosis (mSv/tahun) t = 1 t = 3
S1 286,952 0,03124 0,02947 0,02622 S1 223,936 0,02438 0,02300 0,02046 S2 509,979 0,05551 0,05237 0,04660 S2 416,604 0,04535 0,04278 0,03807 S3 342,810 0,03732 0,03520 0,03133 S3 393,165 0,04280 0,04037 0,03593 U1 400,298 0,04357 0,04111 0,03658 U1 361,398 0,03934 0,03711 0,03302 U2 312,064 0,03397 0,03204 0,02852 U2 346,054 0,03767 0,03553 0,03162 U3 204,701 0,02228 0,02102 0,01870 U3 258,298 0,02812 0,02652 0,02360
Hasil perhitungan aktivitas radionuklida
40K sampel menunjukkan rentang aktivitas sampel
antara 204-510 Bq/kg dengan besaran yang fluktuatif. Hasil Independent t-test persebaran aktivitas radionuklida 40K pada sedimen di saluran
irigasi sekitar PTAPB-BATAN pada tingkat kepercayaan 95% menunjukkan terdapat pola
persebaran radionuklida 40K yang sama pada
sedimen hulu dan hilir saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN (p>0,05).
Pembacaan hasil penelitian secara kasar menunjukkan terdapat peningkatan aktivitas radionuklida 40K dari daerah Utara ke Selatan, yaitu
sebesar 313,802 ± 29,311 Bq/kg di daerah Utara dan sebesar 362,241 ± 41,196 Bq/kg di daerah Selatan. Peningkatan ini disebabkan oleh karakteristik tanah di sekitar pos, dimana lokasi sisi Selatan mengandung lempung (clay) yang dapat berikatan baik dengan radionuklida dalam kadar tinggi, sedangkan saluran Utara secara umum mengandung material pasir dalam kadar yang cukup besar yang menyebabkan radionuklida hanya berikatan lemah terhadap partikel tanah dan mudah terbawa oleh aliran air.
Hasil estimasi dosis dari radionuklida 40K
PTAPB-BATAN menunjukkan dosis radionuklida 40K
terkecil pada tahun sekarang terdapat pada kelompok U3 yaitu sebesar 0,02228 mSv/tahun dan terbesar pada kelompok S2 yaitu sebesar 0,05551 mSv/tahun.
KESIMPULAN
Persebaran radionuklida 40K berdasarkan
hasil uji statistik dengan metode Independent t-test adalah sama pada hulu dan hilir saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN.
Dosis maksimum radionuklida 40K pada
sedimen di saluran irigasi sekitar PTAPB-BATAN adalah sebesar 0,05551 mSv/tahun dan dapat dikatakan memberi kontribusi dosis yang kecil (5,55%) terhadap nilai batas dosis yang ditetapkan dalam ICRP 60 yaitu sebesar 1 mSv/tahun.
DAFTAR PUSTAKA
1. EISENBUD M, AND GESELL TF, 1987,
Environmental Radioactivity, 3rd ed.,
Academic Press, San Diego, CA.
2. ARGONNE NATIONAL LABORATORY, 2005, Potassium-40, Human Health Fact Sheet.
3. YU C, ZIELEN AJ, CHENG JJ, ET.ALL., 2001, “User Manual for RESRAD version 6, Argonne National Laboratories, Illinois. 4. ECKERMAN KF, AND RYMAN JC, 1979,
External Exposure to Radionuclides in Air, Water, and Soil, Exposure to Dose Coefficients for General Application, Based on the 1987 Federal Radiation Protection Guidance, EPA 402-R-93-081, Federal Guidance Report
No.12, Oak Ridge National Laboratory, Washington, D.C
5. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, 2009, Quantification of Radionuclide Transfer In Terrestrial and Freshwater Environments for Radiological Assessments, TECDOC-1616, Vienna, Austria 6. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY
AGENCY, 2010, Handbook of Parameter Values for The Prediction of The Radionuclide Transfer In Terrestrial and Freshwater Environments, Technical Reports Series No.472, Vienna, Austria
TANYAJAWAB
Sucipta− Apakah metode ini bisa pula diaplikasikan pada area bukaan tambang, timbunan TENORM dan lain-lain?
− Seandainya bisa, bagaimana penerapannya?
Gede Sutresna W.
• Bisa diaplikasikan untuk residu dari proses penambangan
• Cara penerapannya dengan menghitung konsentrasi aktivitas nuklida dalam material/ bahan galian tambang. (terutama dosis eksternalnya).
