PREDIKSI DOSIS PAPARAN RADIASI
DENGAN MENGGUNAKAN METODE KLASTERING PADA DOSIMETER FILM
Betty Rahayuningsih1), Melania Suweni Muntini2)Nungky Kus Prasetya3) Jurusan Fisika FMIPA
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
e-mail :1) betty_rhy@physics.its.ac.id, 2) melania@physics.its.ac.id,
3)
inoenq @physics.its.ac.id
Intisari
Dosimeter film merupakan alat deteksi terhadap radiasi bagi setiap pekerja radiasi. Dosimeter film adalah salah satu alat yang tidak merekam secara langsung dosis yang diterima. Namun demikian dosis radiasi yang mengenai tubuh manusia tidak dapat langsung di prediksi.
Pada makalah ini disajikan hasil penelitian yang menggunakan metode klaster untuk memprediksi dosis paparan radiasi. Data untuk klaster diperoleh dari densitas film dengan 3 (tiga) filter, yaitu plastik, dural dan Sn/Pb. Penelitian ini menghasilkan 9 dosis dalam 9 klaster dengan kisaran nilai dosis antara 1,1 mSv sampai 10 mSv.
Dari penelitian ini dapat diketahui bahwa 8 dari 9 kelompok densitas mewakili suatu nilai dosis tertentu. Namun pada dosis 1.5 mSv ditandai oleh 2 klaster, yaitu klaster 3 dan 6. Pada klaster ini densitas film pada filter Sn/Pb mempunyai penyimpangan sekitar 12% dan untuk filter dural dan plastik penyimpangannya kurang dari 10%. Pada dosis yang lain diperoleh hasil bahwa untuk dosis yang sama ketiga filter menempati satu klaster densitas dengan penyimpangan kurang dari 10%.
Kata Kunci : dosimeter film , metode klastering, dosis radiasi
I. PENDAHULUAN
Aplikasi teknik nuklir dalam berbagai bidang kegiatan, di samping memberikan manfaat dapat pula memberikan ancaman bahaya radiasi. Selama menjalankan tugasnya, dalam pemanfaatan teknik nuklir, faktor keselamatan manusia harus mendapatkan prioritas utama. Pemanfaatannya akan lebih sempurna jika faktor kerugian yang mungkin timbul dapat ditekan serendah mungkin atau dapat dihilangkan sama sekali. Ada berbagai jenis radiasi pengion yang berpotensi memberikan efek merugikan terhadap tubuh manusia. Efek merugikan tersebut dapat muncul apabila tubuh manusia mendapatkan paparan radiasi dengan dosis yang berlebihan. Adapun jenis radiasi pengion adalah radiasi α, β, γ dan sinar –x. Daya ionisasi pada radiasi α lebih tinggi dibanding dengan radiasi β, γ dan sinar – x. Jika ditinjau dari daya tembusnya, radiasi γ dan sinar – x mempunyai daya tembus yang lebih tinggi
Dalam setiap pemanfaatan radiasi pengion harus diusahakan agar penerimaan dosis radiasi oleh pekerja selalu serendah mungkin sehingga nilai batas dosis yang telah ditetapkan tidak terlampaui. Salah satu cara untuk menghindari terjadinya pemaparan radiasi pengion yang berlebihan terhadap tubuh manusia adalah dengan melakukan pemantauan rutin dosis perorangan para pekerja radiasi. Ada berbagai jenis personal dosimeter yang diantaranya TLD (termoluminescence dosimeter), film badge, elektronik dosimeter dan OSL (optically stimulated luminescence). Dosimeter film merupakan salah satu jenis dosimeter perorangan yang umum digunakan karena murah dan dapat dibaca ulang.
Dalam pemakaiannya dosimeter film diletakkan dalam suatu wadah yang mempunyai beberapa filter. Pembacaan densitas pada filter-filter ini sangat mempengaruhi ketepatan hasil atau besarnya dosis radiasi yang mengenai film. Pembacaan densitas pada masing-masing filter yang secara berulang/acak ini perlu kiranya dianalisis apakah untuk dosis tertentu mempunyai kedekatan nilai densitas tertentu.
II. TEORI PENUNJANG
A. Efek Biologis Radiasi Pengion
Komisi Internasional untuk perlindungan Radiasi (ICRP) membagi efek radiasi pengion terhadap tubuh manusia menjadi dua, yaitu efek stokastik (stochastic effect) dan efek deterministik (deterministic effect). Efek stokastik adalah efek yang kemunculanya pada individu tidak dapat dipastikan tetapi tingkat kebolehjadian munculnya efek tersebut dapat diperkirakan berdasarkan data statistik. Sekecil apapun dosis radiasi yang diterima tubuh, ada kemungkinan akan menimbulkan kerusakan sel somatik maupun sel genetik. Efek deterministik adalah efek yang pasti muncul apabila jaringan tubuh manusia terkena paparan radiasi pengion dengan dosis tertentu. Efek ini dapat muncul seketika hingga beberapa minggu setelah penyinaran. Efek ini mengenal dosis ambang. Jadi hanya radiasi dengan dosis tertentu yang dapat menimbulkan efek deterministik tertentu Tujuan dari keselamatan radiasi ini adalah mencegah terjadinya efek deterministik dan mengurangi terjadinya efek stokastik serendah mungkin [4].
B. DosimeterFilm
Dosimeter film dibuat dari bahan dasar berupa selulosa asetat yang dilapisi bahan sensitif radiasi pada kedua permukaannya. Lapisan sensitif radiasi ini disebut emulsi yang terdiri dari gelatine dan komponen-komponen foto sensitif (peka cahaya) berupa kristal perak bromida (AgBr) yang tersebar merata dalam gelatine. Tebal bahan dosimeter film kira-kira 200 mikron, berbentuk segiempat, memiliki ukuran kristal AgBr serta pengotor lainnya yang berbeda-beda untuk setiap jenis film.
Dosimeter film yang biasa dipakai adalah berukuran 5/4 inchi x 15/8 inchi, dan mempunyai dua buah lapisan emulsi, yaitu emulsi cepat pada satu permukaan dan emulsi lambat pada permukaan lainnya. Bentuk lapisan emulsi film dapat digambarkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Penampang lintang dosimeter film emulsi
Dalam pemakaiannya, potongan dosimeter film yang dibungkus kertas hitam kedap cahaya dimasukkan ke dalam holder (wadah film) khusus yang di dalamnya terdapat berbagai jenis filter. Film emulsi yang digunakan untuk pemantauan dosis perorangan ini umumnya mempunyai emulsi ganda, yaitu emulsi cepat (sensitif) pada satu permukaan dan emulsi lambat (insensitif) pada permukaan lainnya. Penggunaan dua macam emulsi itu memungkinkan dilakukannya pengukuran radiasi dengan jangkauan dosis yang lebar. Emulsi cepat dapat dipakai untuk pengukuran dosis γ dari 50 μSv hingga lebih dari 50 μSv. Jika dosis yang diterima film telah melebihi nilai 50 μSv maka bagian dari emulsi cepat akan mengelupas dari film dan emulsi lambat dapat dipakai untuk pengukuran dosis hingga 10 Sv (dosis tinggi) [4].
Holder untuk dosimeter film memiliki berbagai jenis filter sehingga dosimeter ini dapat dipakai untuk pemantauan berbagai jenis radiasi seperti radiasi-β, radiasi-γ dan sinar-x. Holder yang dipakai menggunakan holder AERE/RPS dengan filter-filter terdiri atas beberapa jenis bahan dan ketebalan [7].
Gambar 2.2 Lencana dosimeter filter dengan komposisi filter
Filter-filter terdiri dari beberapa jenis bahan dan ketebalan. Filter-filter pada holder tersebut membagi luasan film di dalamnya menjadi 5 petak, yaitu petak-petak di bawah 4 jenis filter dan 1 petak di bawah open window (tanpa filter). Komposisi filter pada lencana film disajikan pada Gambar 2.2.
Dosimeter film mampu mendeteksi bermacam jenis radiasi, seperti disajikan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Spesifikasi Teknis dari dosimeter film
Deteksi Sinar - γ Sinar-x
Jangkauan 0.1 mSv - 10 Sv (0.1 – 400) mSv
Jangkauan energi 10 keV - 7 MeV untuk Hp (0.07)
20 keV - 7 MeV untuk Hp (10)
10 keV - 7 MeV untuk Hp (0.07)
20 keV - 7 MeV Hp (10)
Periode Pemakaian 2, 4, 8, 13 minggu 2, 4, 8, 13 minggu
Sumber : http://www.e-radiography. net/ radtech /film_badge_holder.htm C. Proses Pembentukan Bayangan Laten pada Film
Sifat dari film adalah mampu mengabsorbsi radiasi yang diterimanya. Radiasi pengion dapat memberikan proses foto kimia tertentu pada butir-butir emulsi sehingga dihasilkan
Emulsi cepat Emulsi lambat
2 1 ] [ 1 2 p k jk ik ij X X d
laten. Pembentukan bayangan laten bertambah besar jika radiasi pengion yang diterima dosimeter film bertambah banyak.
Proses pengembangan film dilakukan di ruang gelap dengan cara membuka pembungkus kertas film. Film yang sudah terbuka selanjutnya dimasukkan ke dalam larutan pengembang (developer) selama kurang lebih lima menit dilanjutkan ke larutan pemantap (fixer) selama kurang lebih tiga puluh menit. Dalam pemakaian, dosimeter film tidak merekam secara langsung dosis radiasi yang diterimanya. Efek yang tampak pada film adalah timbulnya kehitaman setelah proses pengembangan dan pemantapan. Tingkat kehitaman film atau lebih sering dikenal dengan densitas atau kerapatan optis.
D. Irradiator Cs-137
Sumber Cs-137 adalah sumber radiasi yang menghasilkan radiasi gamma yang mempunyai tingkat energi 0,66 MeV dengan waktu paruh 30,07 tahun [9]. Sumber ini merupakan sumber tertutup berbentuk pensil yang diletakkan dalam suatu wadah penahan radiasi, seperti Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Irradiator Cs-137 E. Analisis Klaster
Analisis klaster merupakan metode pengelompokan, yang bertujuan agar data berada dalam kelompok yang sama dan relatif lebih homogen daripada data yang berada pada kelompok yang berbeda. Ada berbagai metode dan kriteria untuk melakukan pengelompokan, yang salah satunya adalah secara matematis. Untuk mengelompokkan data atau permasalahan dibutuhkan suatu ukuran yang dapat menerangkan keserupaan atau kedekatan antara data. Jika data tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk matrik X yang anggota-anggotanya Xij, i = 1..n dan k=1..p maka beberapa ukuran kedekatan antara data ke i dan ke j ( dij ) dengan metode Euclidean yaitu kedekatan jarak antar data. Secara matematik metode ini dapat ditulis pada persamaan (2.1)
(2.1)
Secara umum terdapat dua metode pengelompokan data yaitu metode pengelompokan hirarki dan non hirarki. Metode pengelompokan hirarki adalah metode pengelompokan data yang mengelompokan n buah data ke dalam n, n-1, 1 kelompok sedangkan metode pengelompokan non hirarki adalah metode pengelompokan yang mengelompokkan n data ke dalam k kelompok yang sudah ditentukan terlebih dahulu. Dalam kasus ini digunakan metode pengelompokkan non hirarki.
F. Algoritma Klastering K-means
Klastering K-means dijalankan dengan algoritma sebagai berikut :
a) Normalisasi data densitas film masing-masing filter, yaitu filter plastik, dural,dan Sn/Pb. b) Menentukan pusat kluster
c) Menghitung jarak anatar data d) Menentukan kluster optimal
III. Metodologi
A. Peralatan yang digunakan
Dalam melakukan kalibrasi film badge peralatan yang dibutuhkan adalah Irradiator Cs-137 sebagai sumber radiasi, dosimeter film dalam holder sebagai obyek, meja kalibrasi, CCTV, Laser alignment, termometer, barometer, higrometer, monitor radiasi perorangan, fantom PMMA, Farmer dosimeter, detektor bilik ionisasi 600 cc, Reference source Sr-90, dan densitometer.
B. Pengambilan Data Kalibrasi Dosimeter film
Langkah – langkah dalam melakukan kalibrasi film adalah sebagai berikut : I. Pemeriksaan stabilitas alat ukur standar
Langkah – langkah pemeriksaan stabilitas alat ukur, sebagai berikut :
1. Menghitung dosis radiasi dari sumber Sr-90 (Reference source) pada pengukuran. Dengan menggunakan persamaan :
B = Bc x e-(0,693/T½).t , (3.1)
Di mana
T½ = waktu paruh sumber Sr-90 (28,5) tahun
Bc = Laju dosis eqivalen sumber standar pada saat dibuat
B = laju dosis eqivalen pada saat dilakukan pengukuran (hitung)
t = waktu dari saat laju dosis acuan (Bc ) dibuat sampai dengan saat cek stabilitas
dilakukan (dalam tahun)
2. Membaca keluaran Sr-90 dengan elektrometer.
3. Menghitung % deviasi dari dosis hitung dengan dosis bacaan alat; dengan persamaan: % deviasi = {(B – Bi)/B} x 100% (3.2)
Di mana
B : laju dosis ekivalen pada saat dilakukan pengukuran (hitung) Bi : laju dosis ekivalen pada saat dilakukan pengukuran (alat)
4. Alat dikatakan stabil jika % deviasi ≤ 1 %. II. Pengukuran luaran/dosis irradiator Cs-137
Langkah-langkah pengukuran luaran dari irradiator, adalah sebagai berikut :
1. Detektor ditempatkan pada pemegang detektor pada jarak 200 cm di tengah berkas radiasi dalam posisi tegak lurus berkas radiasi dengan bantuan laser alignment;
2. Nilai suhu, tekanan udara , dimasukkan pada alat farmer dosimeter untuk mendapatkan bacaan terkoreksi;
3. Waktu penyinaran dipilih sesuai keperluan dan kemudian detektor bilik ionisasi disinari selama 5 menit;
4. Absorber dengan rasio 1/10 dipasang pada kolimator
5. Detektor alat ukur standar disinari selama 250 detik, kemudian bacaannya dicatat; 6. Penyinaran detektor alat ukur standar tersebut diulangi minimal 5 (lima) data; As
Hp (10) : laju dosis ekivalen (mSv/menit)
Ās : laju dosis rata-rata saat pengukuran
(mGy/menit)
8. Menghitung lama waktu penyinaran untuk masing-masing dosis ekivalen yang dikehendaki. Dengan persamaan :
) 10 ( p H D t (3.4) Di mana
t : waktu yang dibutuhkan untuk menyinari dosis D D : dosis yang diinginkan (mSv)
C. Analisis Klaster
Pertama kali yang dilakukan adalah mengumpulkan data-data data densitas film dari film interkomparasi dengan Laboratorium Metrologi Radiasi (LMR) BATAN dimulai tahun 2006 sampai 2009. Data densitas ini selanjutnya dianalisis dengan menggunakan metode klastering.
Dosis yang digunakan adalah 1,1 mSv, 2 mSv, 3.89 mSv, 4.5 mSv, 5 mSv, 8.5 mSv, 9 mSv, dan 10 mSv. Densitas yang terukur adalah pada filter plastik, dural dan Sn/Pb. Data densitas masing-masing filter dilakukan normalasi. Kemudian data tersebut diklaster dengan menggunakan program MATLAB 7.0 menjadi 9 klaster. Pengujian ini dilakukan sebanyak 30 kali guna mendapatkan klaster yang optimal. Dari pelatihan tersebut didapatkan nilai dosis dalam kelompok tertentu dan pusat klaster.
Hasil pengujian tersebut didapatkan berapa besar tingkat kemunculan suatu nilai dalam suatu klaster dan kemudian dihitung standar deviasi masing-masing klaster guna menentukan klaster optimal.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada makalah ini disajikan hasil penelitian yang menggunakan metode klaster untuk memprediksi dosis paparan radiasi. Data untuk klaster diperoleh dari densitas film dengan 3 (tiga) filter, yaitu plastik, dural dan Sn/Pb. Penelitian ini menghasilkan 9 dosis dalam 9 klaster. Hasil selengkapnya disajikan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Pengklasteran
Densitas
Dosis Plastik Dural Sn/Pb Klaster
1.10 0.7996 - 0.8685 0.7909 - 0.8438 0 - 0.0357 2 1.50 0.0323 - 0.2262 0.0457 - 0.2620 0.1214 -0.3857 3 0 - 0.2435 0 - 0.2668 0.0464 - 0.40 6 2.00 0.0884 – 0.097 0.1034 – 0.1178 0.1357 – 0.1929 6 3.89 0.8664 - 1.0 0.8750 - 1 0.0607 - 0.1107 8 4.50 0.2435 - 0.2565 0.2764 - 0.2957 0.4286 - 0.4429 5 5.00 0.3039 - 0.3211 0.3486 - 0.3630 0.4857 - 0.4929 4 8.50 0.2069 - 0.2241 0.2115 - 0.2308 0.3321 - 0.3464 9 9.00 0.4289 -0.4504 0.4543 - 0.4880 0.6643 - 0.7071 7
Klaster yang dihasilkan memiliki kisaran nilai dosis antara 1,1 mSv sampai 10 mSv. Dari metode ini dapat diketahui bahwa kelompok densitas tertentu menunjukkan dosis tertentu yang ditandai oleh pengelompokkan klaster densitas. Dari 9 klaster teridentifikasi sekitar 88.9 % kelompok densitas menunjukkan satu kelompok dosis dengan penyimpangan bekisar antara 0.36% sampai dengan 5.86%, dan sisanya 11.1 %, dua kelompok densitas menunjukkan satu nilai dosis dengan penyimpangan paling besar terjadi pada densitas Sn/Pb yaitu bekisar 12,29% .
V. SIMPULAN
Hasil pengklasteran menunjukan bahwa satu kelompok densitas tertentu mewakili satu nilai dosis. Untuk dosis 1.5 mSv dan 2 mSv memiliki kelompok densitas mendekati nilai yang sama, sehingga sulit untuk diidentifikasi dengan tingkat kesalahan sekitar 12%.
Daftar Pustaka
[1] Suprapto, J. MA, 2004, Analisis Multivariat Arti dan Interpretasi, Rineka Cipta, Jakarta [2] Curry, Thomas S, Dowdey James, 1990, Christensen’s Physics of Diagnostic Radiology,
fourth edition, Lea & Febiger , Pennsylvania, USA
[3] Akhadi, Mukhlis, 2004, Dasar-Dasar Proteksi Radiasi, Rieneka Cipta, Jakarta [4] Anonymous, Film Dosemeter Technical Specification, www.e-radiography. net. [5] Lailiyah, Siti, 2007, Perbandingan antara Metode K-Means dengan Metode Gath-Geva
clustering (Studi Kasus pada VolumeEkspor Non Migas pakaian Jadi), Jurusan Matematika,Fakultas FMIPA,ITS
[6] Herlina, Nina, 2003, Pencucian (Proses) Dosimeter Film, Pelatihan Pengelolaan Layanan Film Badge Proteksi Radiasi, Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir BATAN, Surabaya
[7] Ruslanto,P,Otto, 2003, Evaluasi Film Pemantauan Dosis Perorangan, Pelatihan Pengelolaan Layanan Film Badge Proteksi Radiasi, Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir BATAN, Surabaya
[8] Anonymous, Instruction Manual for Farmer Dosemeter Type 2570/1A & B, NE Techology Limited, England
[9] Anonymous , 2008, Standar Praktik untuk Dosimetri dalam Fasilitas Irradiasi Gamma untuk Pemrosesan dengan Radiasi, SNI 150 /ASTM 51702, Jakarta
