PERKIRAAN DOSIS NEUTRON DARI KECELAKAAN KEKRITISAN. MELALUI ANALISIS Na DALAM DARAH: AKTIVASI LARUTAN NaCI SEBAGAI SIMULASI DARAH

(1)

t

tJ~1fV' lIe ]llv-t t->

d

r ~

NlM·f-cu-.,

.t

Lu.

y

"

C{

Prosiding Prescntasi Ilmiah Kcsclamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085

PERKIRAAN

DOSIS NEUTRON DARI KECELAKAAN

KEKRITISAN

24

MELALUI

ANALISIS

Na DALAM DARAH:

AKTIVASI

LARUTAN NaCI

SEBAGAI SIMULASI DARAH

Sri Widayati, Erwansyah Lubis

Pusat Teknologi Pengolahan Limbah Radioaktif - BATAN E. Sihombing

Pusat Reaktor Serba Guna - BATAN

ABSTRAK

PERKIRAAN DOSIS NEUTRON DARI KECELAKAAN KEKRITISAN MELALUI ANALISIS 24Na DALAM DARAH: AKTIV ASI LARUTAN NaCI SEBAGAI SIMULASI DARAH. Perkiraan dosis neutron melalui analisis aktivitas 24Na di dalam darah yang terbentuk dari reaksi 2~a (n,y) 2"Na telah dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah untuk dapat memperkirakan dosis neutron lambat yang diterima personil pada kecelakan kekritisan. Pada penelitian ini telah dilakukan aktivasi larutan NaCI pada fluk neutron lambat dengan fluen 200,4E+ 16 sampai 2204,4E+ 16 nlm2 di RSG-GAS. Basil yang diperoleh'menunjukkan bahwa aktivitas jenis 2"Na mempunyai hubungan yang linier dengan fluen neutron lambat melalui persamaan Y= 2,ll4X + 0,273. Hasil ini memberikan informasi bahwa 2"Na yang terbentuk dalam darah dapat digunakan sebagai dosimeter neutron untuk kasus kecelakaan kekritisan. Penelitian ini masih perlu dilanjutkan untuk mempero1eh hubungan antara aktivitas jenis 2"Na terhadap fluen neutron cepat.

ABSTRACT

24 ESTIMATION OF NEUTRON DOSE FROM CRITICALITY ACCIDENTS WITH ANALYSIS OF Na IN BLOOD: ACTIVATION NaCI SOLUTION AS BLOOD SIMULATION. Estimation of neutron dose with analysis oe4Na activity within blood from 2~a (n,y) 2"Na reaction was done. The aim of this experiment is to get an estimation of thennal neutron dose received by personnel at criticality accidents. NaCI solution was activated with thermal neutron flux at fluence from 200.4E+16 to 2204.4E+16 nlm2 at GAS reactor. The results

shown that relation between thermal neutron fluence with 2"Na specific activity is linier by equation of Y = 2.114X + 0.273. The results gave an information that activity of 2"Na in blood can be used as neutron dosimeter on criticality accidents case. This experiment still need to be continued to obtain the relation between 24Na specific activity with fast neutron fluence. ~ (; :,); C ~ I ~

6

('-f'

f! '.

PENDAHULUAN

Kecelakaan kekritisan adalah teIjadinya reaksi fisi yang tidak terkendali dari sejumlah

material fisi. Kecelakaan kekritisan dapat

menimbulkan fiuks neutron yang tinggi dalam

tempo yang cepat. Pekerja radiasi, sesuai

dengan ketentuan dimonitor dcngan sistem

TLD untuk mengetahui penerimaan dosis yang berasal dari B/y dan neutron. Pada saat tcrjadi

kecelakaan kekritisan terjadi, dapat saja

pekeIja radiasi lalai mcnggunakan TLD,

sementara informasi penerimaan dosis neutron yang menjadi dasar untuk upaya pertolongan secara medis mutlak dibutuhkan.

Jika suatu kecelakaan kekritisan teIjadi, perhatian secepatnya diberikan kepada korban

yang diperkirakan menerima dosis > 0,25 Gy

dan biasanya fatalitas terjadi pada dosis >2 Gy

[I]. Perkiraan dosis yang diterima korban harus

segera dibuat agar staf medis dapat segera

menentukan mctodc pengobatan yang tcpat

kepada sctiap korban. Oalam upaya

pertolongan secara medis terhadap korban

kecelakaan kekritisan, perlu dipelajari perihal perkiraan dosis neutron yang diterima personil dari suatu kecelakaan kekritisan.

Darah mengandung berbagai elemen,

antara lain 23Na yang apabila terkena neutron

akan teraktivasi menjadi 24Na melalui reaksi₂₃

(n,y). Tubuh manusia mengandung Na sekitar

1,4 g/kg berat tubuh. Sebagian besar 23Na

dalam darah bcrbentuk NaCI dan setiap 100 ml

darah mengandung sekitar 0,8 gram NaCI

Darah tersebar dan bersikulasi dalam tubuh

secara homogen dan kontinyu sehingga 24Na

yang terdapat dalam darah dapat mewakili

seluruh tubuh sebagai dosimeter untuk

perkiraan dosis neutron dari kecelakaan

kekritisan.

Pada penclitian ini akan dilakukan

aktivasi 23Na terhadap fiuk neutron lambat dari

(2)

Prosiding Presentasi llmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085

BAHAN DAN TATA KERJA

t = Waktu dan kecelakaan kekritisan tcrjadi.·

sampai pengumpulan contoh darah

diambil (hari)

Kece\akaan kekritisan sebagian besar

teIjadi pada waktu yang singkat dengan

kecenderungan laju dosis yang tinggi. Bila

waktu aktivasi teIjadi beberapa jam sampai

beberapa hari, diperlukan koreksi24 peluruhan

dalam perhitungan aktivitas jenis Na. Faktor

koreksi peluruhan dinyatakan dalam rumus :

Fa = Ala

1-e-A.ta

ta = Waktu iradiasi

Sehingga diperoleh persamaan untuk

menghitung aktivitas 24Na dalam contoh darah sebagai berikut :

(6)

(7)[1]

C = Cacahan bersih 24Na yang telah

dikoreksi dengan cacahan latar belakang

Ef= Efisiensi detektor (%)

I = Fraksi sinar y perdisintegrasi (%)

V = Volume contoh darah (ml)

Fa = Faktor koreksi peluruhan radioaktif

selama peri ode iradiasi

Rt = Fraksi 24Na yang dipertahankan dalam

darah pada waktu contoh darah dikumpulkan

ANa = ACFa

60xEfxlxVxRtx(e-At1 _ e-AL2)Bq/ml

Aktivitas 24Napada awal pencacahan

Aktivitas 24Napada akhir iradiasi Waktu antara akhir iradiasi dan awal pencacahan

Aktivitas pada saat pencacahan berakhir

Waktu antara akhir iradiasi dan akhir pencacahan

darah yang sesungguhnya digunakan larutan

NaCI 0,8 %.

(3) (2)

Perbedaan antara A I dan A2, (A I-A2) adalah aktivitas yang meluruh selama periode

pencacahan, (A) adalah konstanta peluruhan

24Na, (C) adalah jumlah cacahan 24Na yang

telah dikoreksi dengan cacahan latar belakang sehingga diperoleh :

TEORI

Sodium e4Na) dalam darah dapat

teraktivasi oleh neutron berdasarkan reaksi

23Na (n,y) 24Na meluruh dengan memancarkan

partikel B dan sinar y yang mempunyai energi

1,369 dan 2,754 MeV dengan waktu paro (TYz)

14,8 jam. Aktivitas jenis 24Na (ANa) dalam

darah dapat dihitung dengan persamaan

Al = ANae-Atl (I)

Faktor penting yang mempengaruhi

konsentrasi 24Na dalam darah adalah peruluhan

biologi 24Na dan peluruhan radioaktif selama

iradiasi. Jika contoh darah dikumpulkan

beberapa hari setelah kecelakaan kekritisan

terjadi, diperlukan koreksi terhadap

pengeluaran 24Na dari tubuh. Waktu paro

biologi sekitar 12 hari. Jumlah 24Na yang

dipertahankan dalam tubuh (Rt) dinyatakan

dengan pcrsamaan, -O.OSI3t R = 0 487 e-O.08IStt ' + 0 510 e, + -OOOISt 0,0027 e . (5) ANa

=

AC

e m'-e

(4) BAHAN (4) Bahan yang digunakan adalah larutan NaCi dan sumber neutron lambat dari reaktor GA. Siwabessy.

TAT A KERJA

1. Larutan NaCI berkonsentrasi 1,91 mg/m1;

4 mg/ml dan 8 mg/ml masing-masing 6

ml dimasukkan ke dalam kapsul polietilen kemudian diaktivasi dengan fluk neutron

lambat pada fluen 1002 E+16 nlm2

2. Larutan NaCI berkonsentrasi 8 mg/ml

sebanyak 6 ml diaktivasi dengan fluk

neutron lambat pada fluen 200,4 E+ 16

(3)

Prosiding Presentasi I1miah Kesclamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085

HASIL DAN PEMBAHASAN

Grafik hubungan antara konsentrasi

NaCl terhadap aktivitas jenis ditunjukkan

dalam Gambar I. Grafik ini menunjukkan

adanya hubungan linier antara konsentrasi

NaCl terhadap aktivitas jenis 24Na melalui

persamaan Y = 3,425 X + 1,450 dengan r2=

0,999. 3.

4.

Larutan NaCl yang telah diaktivasi,

dicacah selama 300 detik dengan

menggunakan spektrometer y yang

dilengkapi dengan detektor HpGe dan

EG&G ORTEC TENNELEC.

Aktivitas jenis 24Na dihitung dengan

persamaan (7). 2 • persamaan Y = 2,114 X + 0,273 dengan r = 0,986. 25 y = 2,114 X + 0,273 N 20 8 _co_"-...•_C0 >< 15 c 0 ~ +' 10 ::> CDc c CD ::> ....•tx.

Aktiv1taa jon1a Na-24 (x105Bq/ml)

Gambar 2 : Grafik aktivitas jenis Na-24 terhadap fluen neutron lambat

'<t 30 ~ ~ zOJ .; 20 t1 ..,CD ~ 10 +' _...•.J.4_...•_+'<::_> 0 2 4 6 810

Koneontraai larutan NaCl (og/ml)

Gambar I : Grafik konsentrasi larutan NaCI terhadap aktivitas jenis Na-24

Berdasarkan spektrum rap at fluk neutron

RS-2 (Rabbit System 2) RSG-GAS, fluk

neutron lambat sebesar 3,34 E+l2 nlcm2 dt

mempunyai energi berorde IE-08 MeV, ini

berarti bahwa besamya faktor konversi dosis2

terhadap fluen neutron adalah 4,65 pGy cm In

untuk dosis serap kedalaman (Depth-absorbed₂

dose) dan 3,9 pGy cm In untuk dosis seraf

permukaan (Surface-absorbed dose) [I.

Berdasarkan faktor konversi tersebut, maka

fluen dapat disajikan dalam satuan dosis serap24

dan dibuat grafik antara aktivitas jenis Na

terhadap dosis neutron lamb at seperti pada

Gambar 3.

12

Gambar 3 : Grafik aktivitas jenis Na-24 terhadap dosis neutron lambat Hubungan fluen neutron lambat terhadap

aktivitas jenis 24Na diperlihatkan pada Gambar 2. Aktivitas jenis 24Na dinyatakan dalam satuan

Bq/ml, sedangkan fluen neutron dinyatakan

dalam satuan nlm2. Aktivitas jenis 24Na

diperoleh dengan menggunakan rumus (7)

dengan menghilangkan faktor (Fa) dan (Rt).

Dalam perhitungan tidak menggunakan (Fa)

karena aktivasi terhadap larutan NaCl hanya

dalam orde menit dan tidak menggunakan (Rt)

karena larutan yang digunakan dalam

penelitian ini bukan merupakan darah yang

sesunggulmya.

Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa

hubungan antara₂₄ fluen neutron terhadap

aktivitas jenis Na adalah linier melalui

" 10 t:; co o K 8 6 o - Dog111 kodalnman -t- DOBis pormukililn

__ ~.u Dosia noutron

10 12

(4)

Prosiding Presentasi I1miah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085

Dalam hal 1m dilakukan pula

perhitungan dosis neutron berdasarkan data

empiris bahwa fluk neutron lambat sebesar

7E+06 n/m2 dt sebanding dengan laju dosis 25 !lSv/jam [41. Dari pendekatan ini dibuat grafik

antara aktivitas jenis 24Na terhadap dosis

neutron lambat seperti pada Gambar 3.

Untuk selanjutnya, dosis serap

kedalaman disebut dosis kedalaman, dosis

serap permukaan disebut dosis permukaan dan

dosis neutron lambat dari perhitungan

berdasarkan data empiris disebut dosis neutron.

Hubungan dosis kedalaman terhadap

aktivitas jenis 24Na adalah Iinier melalui

persamaan Y = 0,983 X + 0,127 dengan r2=

0,986. Persamaan ini digunakan hanya jika

energi neutron lambat berorde E-8 MeV.

Hubungan dosis permukaan terhadap

aktivitas jenis 24Na adalah Iinier melalui

persamaan Y = 0,825 X + 0,106 dengan r2 =

0,986. Persamaan ini digunakan hanya jika

energi neutron lambat berorde E-8 MeV. Hubungan dosis neutron lambat terhadap

aktivitas jenis 24Na adalah linier melalui

pcrsamaan Y = 0,921 X + 0,133 dengan r2 =

0,983. Persamaan ini dapat digunakan jika

energi neutron lambat tidak diketahui secara pasti.

Grafik pada Gambar 3 mempunyai

kemiringan yang tidak jauh berbeda, hal ini

memberi informasi bahwa perhitungan dosis

neutron lambat dapat didekati melalui faktor

konversi dosis maupun data empiris. Dalam

perhitungan aktivitas jenis 24Na pada kejadian

yang sesungguhnya harns memperhatikan

faktor (Fa) dan (Rt).

Grafik dosis permukaan mempunyai

kemiringan yang lebih kecil dibandingkan

dengan kemiringan grafik dosis kedalaman, hal ini memberi informasi bahwa neutron lambat memberikan kontribusi dosis kedalaman lebih

besar dibandingkan dengan kontribusinya ke

dosis permukaan.

Kepekaan pengukuran terhadap contoh

NaCi 6 ml dengan lama pencacahan 300 detik diperoleh melalui MDA (Minimum Detectable Activity) dengan persamaan :

_

4,66.JC;

(8)

MDA - ~ __ . Bq/ml

MDA = Aktivitas minimum yang dapat

dideteksi

CB = Jumlah cacahan latar belakang pada

puncak 1,368 MeV

Ef = Efisiensi detektor HpGe

T = Lama pencacahan

}' = Volume contoh yang dicacah

Dari perhitungan di atas diperoleh

kcpekaan pengukuran terhadap contoh (6 ml

larntan NaCl) dengan detektor HpGe adalah sekitar 5,665E-2 Bq/ml atau 5,325E-4 Gray. KESIMPULAN

Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan

bahwa :

1. Aktivitas jenis 24Na mcmpunyal

hubungan yang linicr dengan fluen

neutron lambat melalui persamaan Y =

2,114 X + 0,273 dengan r2 = 0,986,

sehingga 23Na yang teraktivasi dalam

darah dapat digunakan sebagai dosimeter

neutron pada kasus kecelakaan

kekritisan.

2. Penelitian ini masih perlu dilanjutkan

untuk mengetahui hubungan aktivitas

jenis 24Na dengan fluen neutron cepat.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan banyak terima

kasih kepada Sdr. Rohidi (PRSG) dan staf

BKKL-PTPLR yang telah membantu

pelaksanaan penelitian ini hingga selesai.

DAFTAR PUS TAKA

1. FENG YU et aI., Determination of

Neutron Dose from Criticality Accidents

with Bioassays for sodium-24 in Blood

and Phosphorns-32 in Hair, Oak Ridge

National Laboratory, (1993).

2. IAEA, Selected Topics in Radiation

Dosimetry, Procced.of the symposium on

selected topics in Radiation Dosimetry,

Vienna (1960).

3. IAEA, Neutron Monitoring for Radiation

Protection Purpose, Proceeding of a

symposium an Neutron Monitoring for

Rad. Protection Purpose, Vienna (1966).

4. MARTIN ALAN AND SAMUEL A.H,

An Introduction to Radiation Protection, C1eapman and Hall, London (1979).

(5)

Prosiding Presentasi Ilmiah KeselamaUul Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 0854-4085

5.

6.

IAEA, Dosimetry for Critical Accidents, Technical Report Series no. 211, Vienna (1982).

IAEA, Neutron Monitoring for

Radio-logical Protection, Technical Reports

Series No. 252, Vienna (1985).

DISKUSI

Sri Widayati :

Tidak terjadi.

reduksinya terhadap

radiasi) bila terjadi

yang dilakukan pada

•

Nazaroh - PSPKR :

1. Biasanya satuan fluks neutron yang

digunakan dalam nlm2-s tetapi dalam

abstrak nlm2 dan ditulis dalam tulisan baku

O<n< 10 misalnya 2,004. 1018. Mohon

penjelasan. 2. Bagaimana efek manusia (pekerja kekritisan seperti penelitian ini? Sri Widayati :

I. Fluks neutron memang dinyatakan dalam

nlm2dt dan diabstrak tertulis nlm2, ini

adalah bukan fluks tetapi besaran fluen

neutron. Terima kasih atas koreksinya.

2. Jika pekerja radiasi terpapari oleh fluks

neutron pada kasus kekritisan, efek

radiasinya bergantung dari besar dosis serap

neutron yang diterima. Dalam literatur I

disebutkan bahwa jika korban menerima

dosis neutron >2 Gy maka akan terjadi fatalitas.

Suzie D.- PTPLR :

Dari persamaan y=2,114x+0,273, apa artinya

apabila x=O atau y=0 ?

Sri Widayati :

y adalah fluen neutron dan x adalah aktivitas jenis Na-24. Bila x=O maka aktivitas Na-24 tidak terdeteksi atau tidak ada. Walaupun Na-23 diiradiasi dengan fluen tertentu, pengukuran

aktivitas jenis Na-24 tidak terdeteksi artinya

detektor tidak mampu untuk mengukur

aktivitas pada fluen tersebut (aktivitas yang

diukur di bawah batas minimum yang dapat dideteksi / MDA).

Supandi - PPSM:

Analisis akti vas i Na-23 (n,y)Na-24, apakah