PERBANDINGAN KINERJA HASIL PENGUKURAN DETEKTOR UNTUK PEMANTAUAN LINGKUNGAN

51-1

2016

Keselamatan

Nuklir

2016

PERBANDINGAN KINERJA HASIL PENGUKURAN DETEKTOR UNTUK PEMANTAUAN LINGKUNGAN

M.Muhyidin Farid ¹ , I Putu Susila ² , Prawito ¹

1

Fisika Instrumentasi FMIPA Universitas Indonesia

2

Pusat Rekayasa dan Fasilitas Nuklir - BATAN Muhammad.muhyidin@ui.ac.id

ABSTRAK

PERBANDINGAN KINERJA HASIL PENGUKURAN DETEKTOR UNTUK PEMANTAUAN LINGKUNGAN. Telah dilakukan perbandingan unjuk kerja hasil pengukuran dari detektor tipe GM dan NaiTl dengan alat inspector usb. Pengukuran dilakukan secara realtime berbasiskan komputer. Bahan yang digunakan adalah sumber standard Multi Gamma E-22-I. yang terdiri dari 60Co dan 137Cs. Unsur Cs-137 memiliki satu puncak spektrum yaitu pada tenaga 661,6 keV dan waktu paruh 30,2 tahun. Unsur Co-60 memiliki dua puncak spektrum pada tenaga 1173,2 keV dan 1332,5 keV dan waktu paruh 5,26 tahun energi 662keV dan 1332keV. Sistem deteksi radiasi dengan detektor GM tipe pancake relatif menunjukan hasil yang linier dengan alat yang sudah ada yaitu Inspector USB untuk variasi jarak dan waktu pengukuran yang sama. Hasil yang diperoleh berupa faktor konversi cacah ke laju dosis untuk detektor GM, GM tipe Pancake, dan NaI(Tl). Sedangkan saat diuji coba dengan peralatan komersial pemantau paparan radiasi di lingkungan yang sudah terpasang di perumahan Puspiptek, memberikan prosentase eror 2,8% untuk detektor GM.

Kata kunci: detektor GM, jarak pengukuran, dan Inspector USB.

ABSTRACT

COMPARISON OF THE RESULTS OF PERFORMANCE MEASUREMENT DETECTORS FOR ENVIRONMENTAL MONITORING. Has done a comparison of performance measurement results of the detector type GM and Nai(Tl) with USB inspector tool. Measurements were performed in real time based computer. Materials used are standard source Multi Gamma E-22-I. consisting of 60Co and 137Cs. Elements of Cs-137 has a spectrum that peaks at 661.6 keV energy and half-life of 30.2 years. Elements Co-60 has two peaks in the power spectrum of 1173.2 keV and 1332.5 keV and a half-life of 5.26 years and 1332keV 662keV energy. Radiation detection system with a pancake-type GM detector relatively linear indicates the results with comercial tools, USB Inspector for variations in distance and time measurements are the same. The results from the testing is conversion factor for count to dose rate at detector GM, GM types of pancakes, and NaI (Tl). When tested with commercial equipment environmental monitoring radiation exposure in the Puspiptek residence, giving the percentage of error of 2.8% for GM detector.

Keywords: detector GM, distance of measurement, and Inspector USB.

I. PENDAHULUAN

Zat radioaktif dalam bentuk cair atau gas yang digunakan maupun dihasilkan oleh fasilitas nuklir dan fasilitas penunjang yang terdapat di Kawasan Nuklir Serpong, perlu dilakukan pengelolaan secara aman.

Pelepasan zat radioaktif ke lingkungan (udara maupun badan air) dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung (terkendali). Lepasan terkendali dilakukan dengan cara pelepasan radionuklida ke lingkungan secara terencana dan tercatat dalam laporan [1]. Lepasan terkendali radionuklida ke lingkungan sebagai bentuk manajemen limbah yang legal dari fasilitas nuklir dan fasilitas penunjangnya [2].

Pengendalian buangan gas dan bahan partikulat yang terkandung radionuklida didalamnya, dilakukan lewat cerobong atau ventilasi buangan untuk fasilitas kecil.

Sedangkan pengendalian buangan air dilakukan dari pipa yang terhubung langsung ke sungai, danau atau lautan. Proses monitoring terhadap lepasan zat radioaktif secara terkendali dilakukan berdasarkan PERKA BAPETEN Nomor 7 tahun 2013 tentang Nilai

Batas Radioaktivitas di lingkungan. Sebagaimana amanah pasal 5 dari PERKA tersebut yang menyatakan pemantauan aktivitas ke lingkungan dilakukan secara terus menerus.

Pemantauan besarnya paparan radiasi khususnya radiasi gamma baik yang berasal dari alam (radiasi non pengion) maupun paparan radiasi dari fasilitas (radiasi pengion), di lingkungan sekitar fasilitas nuklir Serpong dilakukan secara terus menerus dan terpusat oleh peralatan sistem Radmon (radiation monitoring).

Untuk mendukung hasil pemantauan sistem Radmon, secara online dan realtime, diperlukan banyak detektor yang akan diletakan di berbagai lokasi. Sehingga untuk menghemat anggaran yang dibutuhkan, diperlukan suatu inovasi rancang bangun peralatan yang murah dan berkinerja baik. Makalah ini membahas tentang kinerja detektor yang paling sesuai untuk digunakan dalam rancang bangun peralatan sistem Radmon yang murah tersebut.

51-2

II. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir (PRFN) BATAN Serpong. Metodologi penelitian yang dilakukan terdapat beberapa tahapan yaitu perancangan perangkat keras, perancangan perangkat lunak, uji coba pengukuran detektor terhadap sumber campuran gamma, penentuan cacah radiasi latar, komparasi pengukuran detektor dengan surveimeter inspector USB, dan komparasi pengukuran detektor di lingkungan dengan sistem radmon yang sudah terpasang.

Diagram blok rancang bangun perangkat keras detektor tersebut, terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram blok sistem deteksi gamma berbasis arduino UNO

Prinsip kerja peralatan pada gambar 1 tersebut adalah foton-foton gamma yang dipancarkan oleh zat radioaktif akan berinteraksi dengan detektor melalui efek fotolistrik, hamburan Compton, dan produksi pasangan. Oleh karena adanya tegangan tinggi (HV) maka terjadinya perbedaan tegangan dapat diamati secara elektronik sebagai sinyal pulsa. Sinyal tersebut diolah rangkaian pre amplifier detektor, dan dikuatkan oleh amplifier Arduino UNO, untuk selanjutnya diseleksi tinggi pulsanya oleh Single Channel Analyzer (SCA). Fitur Analog Digital Converter (ADC) mengubah sinyal analog yang terbaca menjadi sinyal digital, perancangan perangkat lunak ditanam di Arduino UNO untuk mengaktifkan pengiriman data secara serial. Tampilan hasil bacaan pengukuran detektor secara realtime yang dikirimkan Arduino, diamati di komputer melalui software Hercules.

Uji coba pengukuran peralatan sistem deteksi gamma berbasis Arduino, dilakukan menggunakan sumber standar campuran gamma E-22-1, berdasarkan variasi jarak 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cm, 35cm, 40cm, 45cm, dan 50cm terhadap detektor seperti terlihat pada gambar 2. Setiap jarak pengukuran laju dosis dilakukan selama 10 menit. Selanjutnya hasil pengukuran diamati melalui layar komputer.

Sumber standar campuran gamma E-22-1 terdiri dari Co-60 dan Cs-137. Unsur Cs-137 memiliki satu puncak spektrum yaitu pada tenaga 661,6 keV dan waktu paruh 30,2 tahun. Unsur Co-60 memiliki dua puncak spektrum pada tenaga 1173,2 keV dan 1332,5 keV dan waktu paruh 5,26 tahun. [3]

Gambar 2. Proses pengukuran paparan radiasi di laboratorium secara realtime.

Perbandingan hasil pengukuran peralatan sistem deteksi gamma berbasis Arduino dengan surveimeter Inspector USB, dilakukan untuk variasi jarak sama seperti uji coba peralatan gamma berbasis Arduino untuk dua macam tipe detektor. Detektor Geiger Muller (Pancake dan silinder) dan detektor NaI(Tl).

Hasil pengukuran untuk membandingkan tingkat ketidakpastian peralatan hasil rancang bangun dengan peralatan surveimeter sederhana yang sering digunakan untuk pengukuran langsung di lingkungan.

Pengujian hasil pengukuran peralatan deteksi gamma berbasis Arduino di lingkungan dilakukan pengukuran paparan radiasi pada jarak satu meter dari permukaan tanah, dibandingkan dengan hasil pengukuran dari sistem Radmon. Proses pengukuran radiasi di lingkungan seperti terlihat pada gambar 3.

Adapun Spesifikasi peralatan sistem Radmon untuk pemantauan paparan radiasi udara ambien KNS terdiri dari: [4]

1. Monitor Gamma MFM-203 menggunakan detektor tipe tabung GM, yang mampu mengukur radiasi mulai 50 nSv/h (50.10-9 Sv/h) hingga 1000 mSv, dengan respon energi mulai dari 60 keV hingga 1,3 MeV.

2. Komunikasi data menggunakan radio modem Digi’s XStream-PKG dengan jarak jangkau antara pemancar dan penerima 3-7 mil (5-11 km) dengan frekuensi 900 MHz-2,4 GHz.

3. Catu daya menggunakan solar panel Kyocera photovoltaic modules dengan efisiensi tinggi dan daya maksimum 21 W, tegangan 17,4 V dan arus 1,21 A.

4. Pengolahan data/server menggunakan IBM Sistem x3200 M3, monitor LCD 17”, Memori 10 GHz., Sistem Operasi Windows Server 2008 Standard dan Webserver Linux .

Detektor yang digunakan pada sistem radmon

merupakan detektor tipe tabung GM yang sensitif

terhadap perubahan tingkat radiasi dan dilengkapi

sistem Natural Background Rejection (NBR) sehingga

dapat mengetahui perbedaan paparan radiasi alam

terhadap paparan radiasi dari fasilitas nuklir [4].

51-3

Gambar 3. Pengukuran paparan radiasi di lingkungan secara realtime

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Linieritas jarak dengan hasil pengukuran dari detektor GM tipe pancake, detektor GM silinder, detektor NaI(Tl) dengan berbagai jarak pengukuran dapat dilihat pada gambar 4. Sedangkan hasil pengukuran laju dosis inspector USB untuk berbagai jarak pengukuran dan konstanta konversi cacah ke laju dosis terlihat pada gambar 5.

Gambar 4. Hasil pengukuran tipe detektor terhadap variasi jarak di laboratorium.

Gambar 5. Linieritas hasil pengukuran Inspector USB

Setelah dilakukan pengamatan hasil pengukuran terhadap masing-masing detektor, selanjutnya dilakukan perbandingan antara linieritas hasil pengukuran antara Geiger Muller (GM) dengan surveimeter Inspector USB. Perbandingan antara GM tipe pancake, GM silinder dan NaI(Tl) dengan Inspector USB dimaksudkan untuk mendapatkan konstanta pengukuran laju dosis dari cacah detektor terhadap alat komersil yang sudah ada.. Pada gambar 6, gambar 7 dan gambar 8 terlihat konstanta hasil pengukuran ketiga detektor terhadap Inspector USB.

Perbedaan hasil pengukuran pada tipe detektor tersebut disebabkan oleh perbedaan pada sistem detektor, respon detektor tergantung bagaimana sinyal dikonversi ke sinyal elektronik dan diperkuat dengan amplifier [5]. Selain itu, yang mempengaruhi hasil pengukuran adalah faktor geometri. Hal ini terkait dengan bentuk sumber, jarak detektor dengan sumber [6].

Gambar 6. Perbandingan hasil pengukuran antara GM tipe Pancake dengan Inspector USB.

Gambar 7. Perbandingan hasil pengukuran antara GM silinder dengan Inspector USB.

y = 0.3298x R² = 0.9986

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4

In sp e cto r US B

Cacah GM pancake Count GM Pancake VS Dose Rate

Inspector

51-4

Gambar 8. Perbandingan hasil pengukuran antara NaI(Tl) dengan Inspector USB

Data hasil pengukuran laju dosis dikurangi background terhadap sumber campuran gamma ditunjukkan pada tabel 1. Dari tabel tersebut terlihat jarak pengukuran diatas 40 cm, memberikan data hasil pengukuran yang kurang optimum. Hal tersebut dikarenakan semakin jauh efisiensi detektor untuk menangka sinar radiasi berkurang, sehingga ketidakpastian pengukuranya semakin besar.

Tabel 1. Hasil Pengukuran Inspector USB terhadap sumber campuran gamma E-22-I

Jarak (cm)

LajuDosis (µSv/jam)

Laju dosis Net(µSv/jam)

Standard Deviasi

5 1,272 1,143 0,0791

10 0,529 0,400 0,0539

15 0,307 0,179 0,0434

20 0,235 0,107 0,0366

25 0,202 0,073 0,0336

30 0,166 0,037 0,0314

35 0,152 0,024 0,0309

40 0,151 0,023 0,0279

45 0,154 0,026 0,0299

50 0,154 0,025 0,0355

Pengujian selanjutnya, dilakukan dengan membandingkan detektor hasil rancang bangun dengan peralatan komersial radmon yang sudah dipasang di perumahan Puspiptek. Pada gambar 9 terlihat bahwa hasil pengukuran laju dosis dari peralatan deteksi radiasi berbasis detektor Geiger Muller(GM) menunjukkan hasil bacaan yang mendekati peralatan radmon komersial. Prosentase eror hasil bacaan peralatan deteksi radiasi berbasis GM dibandingkan radmon komersial sebesar 2,8% untuk pengamatan cacah permenit. Akan tetapi prosentase eror rata-rata selama waktu cacah 2 jam masih cukup tinggi yaitu sebesar 50%. Hal ini dikarenakan rangkaian elektronika, penyusun peralatan deteksi radiasi berbasis detektor GM masih cukup sederhana, berbasis Arduino UNO.

Data awal dari peralatan pemantau radiasi berbasis detektor Nai(Tl) menunjukan hasil bacaan laju dosis sebesar 0,236 µSv/jam sedangkan bacaan radmon komersial sebesar 0,139 µSv/jam. Perbedaan hasil bacaan tersebut mencapai 60%, bahkan jika dirata- ratakan selama 2 jam waktu pencacahan prosentase perbedaan hasil bacaan keduanya mencapai 100%.

Adanya lonjakan grafik pada gambar 9, baik dari peralatan yang berbasis detektor GM maupun NaI(TL), menunjukkan kedua detektor tersebut mampu membaca adanya peningkatan paparan radiasi, dari sumber standar yang sengaja didekatkan selama beberapa saat waktu percobaan pengukuran tersebut dilakukan.

Gambar 9. Hasil bacaan Peralatan rancang bangun dibandingkan dengan Radmon komersial yang telah

terpasang.

IV. KESIMPULAN

Faktor geometri berpengaruh terhadap hasil pengukuran detektor. Detektor GM masih memberikan hasil pengukuran yang relatif akurat untuk proses pemantauan di lingkungan secara online dan realtime.

Detektor GM dipilih untuk inovasi sistem deteksi radiasi yang relatif murah dikarenakan mempunyai konstruksi yang relatif sederhana dan memberikan hasil pengukuran dengan respon yang relatif cepat serta tepat.

Peralatan hasil rancang bangun untuk pemantauan radiasi dilingkungan yang berbasis GM memberikan eror bacaan yang tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan peralatan radmon komersial yang ada.

Prosentase eror bacaan hasil pegukuran peralatan deteksis radiasi berbasis detector GM sebesar 2,8%

untuk cacah permenit.

51-5

DAFTAR PUSTAKA

1. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY

AGENCY, ENVIRONMENTAL AND SOURCE

MONITORING FOR PURPOSES OF

RADIATION PROTECTION, IAEA Safety Standards Series No. R-SG-1.8, IAEA, Vienna (2005).

2. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY

AGENCY, The Principles of Radioactive Waste Management, Safety Series No. 111-F, IAEA, Vienna (1995).

3. Canberra (2011) Certificate of Calibration Multi Gamma Ray Standard, Oak Ridge, Tennese USA.

4. Agus Gindo S, Arif Y, dan I Putu Susila. (2012).

Pemantauan Terpusat Kontinyu Paparan Radiasi Udara Ambien Kawasan Nuklir Serpong. Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2012, ISSN 0852-2979, hal. 635-640.

5. Bahri, Syamsul. (2007) “ Perbandingan Kinerja Detektor NaI(Tl) dengan Detektor CsI(Tl) pada spektroskopi Radiasi Gamma”, Jurnal Gardien, Vol. 3 No.1,pp. 204 – 209.

6. Wahyudi, Iskandar, D., Marjanto, Djoko, (2007)

”Pengaruh matriks terhadap pencacahan sampel

menggunakan spektrometer gamma”, Jurnal Fisika

Nuklir, Vol.1 No.2, pp. 65- 77.