~..\~'J M ~kd-u> M POerCh~ "

(1)

~..\~'J

M

~kd-u>

M POerCh~ "

ftt

A

7()~

Pr,\€ding Present1l,i I1mi1lhKeselamat1ln Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996I •(,,"-f IwLlA-tt

.-ISSN : 0854-4085

~. \

TANGGAPAN

DETEKTOR

CR-39 TERHADAP

_\

NEUTRON

CEPAT

MEN~GUNAKAN

RADIATOR

D\POLIETILEN

DAN H-POLIETILEN

N~r-r'1 j){

k~

.

Hasn11Sofyan

tJuvJ,fh'''- ~O>,

w..4} ,

P,usat Standardisasi da~Pcnelitian Kcselamatan Radiasi - BAT AN l~(U'VW\VM -

11 (~II1'

1;;},~OCt\,

C~(b(JPt-AL

lBs~~K

TANGGAPAN DETEKTOR CR-39 TERHADAP NEUTRON CEPAT MENGGUNAKAN RADIA TOR D-POLIETILEN DAN H-POLIETlLEN. Telah dilakukan penelitian untuk mengelahui tanggapan detektor CR-39 dan detektor CR-39 yang dilapisi dengan radiator D-Polietilen dan radiator H-Polietilen terhadap neutron cepat Jumlah jejak nuklir laten yang optimal diperoleh dengan menggunakan konsentrasi larutan etsa 30% NaOH pada suhu 80 ±0,5°C selama 80 menit. Perbandingan langgapan deteJ...-torCR-39 yang disebabkan oleh radiator D-Polietilen terhadap H-Polietilen pada penyinaran di udara, dengan sumber neutron 241Am_Be dan sumber neutron reaktor, diperoleh masing-masing 1,18 dan 0,84. Pad a penyinaran di alas fantom, hasilnya diperoleh 1,75 untuk sumber neutron 241Am_Be dan 0,77 untuk sumber neutron reaktor.

ABSTRACT

RESPONSE OF CR-39 DETECTOR AGAINST FAST NEUTRON USING D-POLYETHYLENE AND H-POL YETHYLENE RADIATOR. The research on the response of detector CR-39 by using D-Polyethylene and H-Polyethylene radiator has been carried out The optimum number of nuclear tracks was found with the use of 30 % NaOH at 80 ±0,5°C for 80 minutes of etching time. The comparison of CR-39 detector response caused by D-Polyethylene radiator against H-Polyethylene radiator of irradiation in air, were found to be 1.18 and 0.84 for241Am_Be neutron source and neutron source from reactor respectivelly. For phantom irradiation, tJ1e results were found to be 1.75 for 241Am_Be neutron source, and 0.77 for neutron source from ~

reactor.

r

!~~ --

I

IV

~

f! ~: ~)

T

I~;

2-

U~ ;

31:f

[f1.ID)

C ~~)

DO

i

larutan NaOH dan KOH. Kondisi ctsa, sangat dipengaruhi oleh suhu larutan, konscntrasi larutan dan waktu etsa. Hasil ctsa dcngan jumlah jejak latcn yang optimal dapat diperoleh dari kombinasi ketiga paramctcr ini. Pada suhu konstan, semakin besar konscntrasi larutan, waktu etsa yang diperlukan relatif lebih singkat. Bcgitu juga dcngan konscntrasi larutan yang konstan, scmakin tinggi suhu semakin singkat waktu etsa yang diperlukan. Dari hasil pcnclitian yang telah dilakukan oleh T.Tsuruta dan Y.Fukumoto[l], jumlah jejak optimal diperoleh pada kondisi ctsa dengan konsentrasi larutan 30% KOH dan suhu 90°C selama

1 jam.

Pada penelitian ini, selain mcncntukan kondisi etsa untuk mendapatkan jumlah jcjak optimum, juga dilakukan penclitian untuk mcngetahui tanggapan dari detcktor CR-39 yang dilapisi dengan radiator polictilen.

PENDAHULUAN

Bcbcrapa tahun bclakangan ini, telah banyak dilakukan pcnelitian yang meng-gunakan detektor jejak nuklir zat padat CR-39

(Allyl Diglyeol Carbonate) untuk memecahkan pem1asalahan yang muncul dalam dosimeter ncutron perorangan. Hal ini. disebabkan karena spektrum energi neutron yang sangat Icbar mulai dari neutron tcrmik, epitcrmik, sedang, dan neutron cepat (kurang dari IE-Ole V sampai lebih besar dari I E+07eV). Pcmilihan detcktor CR-39, disamping sangat sensitif tcrhadap partikel a. dan p (proton), pemudaran

(fading) sangat rendah sekali, tidak sensitif tcrhadap sinar-sinar (X, y, 13). Juga, karena dctcktor CR-39 masih memungkinkan digunakan untuk energi neutron yang rendah, yaitu 144 keY [I].

Detektor CR-39, apabila disinari dcngan neutron cepat, maka akan menyebabkan terjadinya reaksi nuklir (n, p) yang dapat menimbulkan jejak nuklir latcn scbagai akibat proses ionisasi dan cksitasi. Jejak-jejak ini, sctclah mclalui etsa kimia atau clektrokimia dapat dihitung jumlahnya per-satuan luas dcngan bantuan mikroskop. Larutan kimia yang sering digunakan lIlItuk proscs ctsa adalah

PSPKR-BA TAN

TATA KERJA

Bahan clan Peralatan

Pada penclitian ini digunakan detektor Baryo Track (CR-39). dcngan ukuran 10 mm x 5 mm dan kctebalan 0.x5 III 111.yang diproduksl

(2)

Prosiding Presentasi IImiah f(esdamatan Radiasi dan Lingkungan. 20-21 Agustus 1996 ISSN : OS5.t-.t085

olch F/lkuvi Chemical lndusoy Co. Ltd.

Scbagai radiator, digunakan H-Polietilcn

(Polyethylene high density) dan D-Polietilen (Polictilcn dcngan 98% atom Deuterium). H-Polietilcn bcrukuran 10 111mx 5 111111dcngan ketebalan Inml. Dan D-Polietilcn berukuran II nll11 x 5mm dcngan ketebalan kira-kira I mm. Aluminium foil digunakan sebagai pembungkus detcktor CR-39 dan radiator. Penyinaran detcktor dilakukan di udara dan di atas fantom lembaran dari bahan PMMA

(Polymethyl metacrylate) berukuran 30 x 30 x 15 em3 yang direkol11endasi ANSI, IAEA dan ISO.

Sumber neutron yang digunakan selama melakukan penclitian. adalah sumber neutron 24\Am-Be dan sumber ncutron dari

Reaktor Pcnclitian TRIGA MARK II milik Univcrsitas Rikkyo, Tokyo Jcpang.

Untuk proscs etsa digunakan larutan kimia NaOH dengan konsentrasi 30 % berat pada suhu (80±0.5)OC dan scperangkat peralatan etsa.

Jcjak nuklir laten detck.'tor CR-39. dibaea dengan menggullakall mikroskop mcrck Nikon yang telah dihubungkan dengan monitor TV dan sepcrangkat komputcr mcrck NEC yang tclah dilcngkapi pcrangkat lunak

(software) ASPECT Vcr. 4.22 yang dapat menghitung jejak nuklir laten secara otomatis.

Menentukan waktu optimasi etsa

Untuk mcnentukan wak.'tu optimasi dalam proses etsa, dipersiapkan 6 dctektor CR-39 dan 6 dctcktor CR-39 yang dilapisi radiator H-Polietilen Setiap dctektor di-bungkus dengan menggunakan aluminium foil sebagai protcksi terhadap partikel rekoil

(recoil) di udara. Masing-masing 3 detektor CR-39 dan dctektor CR-39 dengan H-Polietilen disinari di udara menggunakan sumber neutron

24\Am-Be seeara scrcntak pada jarak 10 em dan

20 em dengan posisi berlawanan sclama 168 jam. Setelah disinari. dilakukan proses etsa

kimia dengan konscntrasi larutan 30% NaOH pada suhu (80±0.5)OC dan variasi waktu etsa 20, 40, 60. 80 menit dan 100 menit.

Jejak-jejak nuklir latcn yang timbul pada dctcktor CR-39 dibaea dan dihitung untuk sctiap variasl waktu ctsa mcnggunakan mikroskop pcrbcsaran 500 kali yang tclah dihubungkan kc monitor TV J umlah jejak

dalam persatuan luas 0, I x 0, I mm2 dihitung pada 20 lokasi yang berbcda, sceara manual dan seeara otomatis dengan menggunakan perangkat lunak ASPECT Vcr. 4.22.

Hasil baeaan dan hitungan jumlah jejak nuklir laten sceara manual, ditujukan untuk mengkoreksi hasil hitungan seeara otomatis dengan perangkat lunak ASPECT Ver 4.22. Hal 1111 perIu dilakukan karena dalam pcrhitungan seeara otomatis. perangkat lunak ASPECT tcrsebut tidak dapat mcmilah jejak-jcjak yang sangat berdekatan atau bertumpukan

dan juga tidak dapat membcdakan jejak-jejak (berkas) yang bukan merupakan jejak nuklir laten. Dari kedua eara ini. tcrIihat perbedaan jumlah jejak yang sangat kceil sckali «10%).

Pada Gambar I, yang mcrupakan kerapatan jejak nuklir latcn rata-rata tcrhadap perubahan waktu etsa. adalah hasil yang telah dikoreksi dengan perhitungan jumlah jejak seeara manual. Berdasarkan kecmpat kurva, dapat dilihat bahwa jejak nuklir yang teIjadi pada detektor CR-39 mcneapai jumlah optimum untuk waktu etsa sclama 80 menit.

Ket.;

c:

10 em (CR-39)

• : 10 em (CR-39 de""", H-Poliethil.n)

6 + ....:20 em (CR-39)

.• : 20 em (CR-39 de""", H-Poliethil.n)

20 40 60 80 100

Waktu Etsa (menit)

Gambar I : Tanggapan CR-39 tcrhadap neutron eepat dengan variasi waktu etsa

Untuk proses etsa detcktor CR-39 pada penelitian selanjutnya digunakan larutan kimia dcngan kondisi larutan etsa adalah sbb : • konsentrasi larutan 30% NaOH • suhu lam tan 80±0.5°C

(3)

Prosiding Presentasi IIm;ah Keselarnatan Radiasi dan Lingkllngan, 20-21 Agustlls 1996

ISSN : U854-4()85

Penyinaran detektor CR-39 yang dilapisi radiator polietilen

Oetektor CR-39 dipersiapkan dalam 3 kondisi yaitu detektor CR-39 tanpa radiator dan detektor CR-39 yang dilapisi dengan radiator O-Polietilen dan H-Polietilcn, lalu dibungkus dengan aluminium foil. Kemudian ketiga kondisi detektor CR-39 ini, disinari

db_{engan sum er neutron - Am-Be pa a Jarak}'41 d . 10 em seeara bersamaan (Gambar 2) selama 168 jam dan 73 jam untuk penyinaran di udara dan di atas fantom seeara berurutan. Untuk sumber neutron dari Reaktor, detektor CR-39 disinari di atas fantom pada jarak 30 em dari permukaan heamport Il sc1ama 30 menit dan dilanjutkan dengan penyinaran di udara pada kondisi detektor CR-39 yang sama sclama 50 menit.

Sumhel' Neut.ron Am-Be I

1<-10 cm~10 CIII 1

I _

\1

lD ~ 3;;;:;J 4: -1: CR-39 2: CR-39 & H-Poliethilen 3: CR-39&D-Poliethilen

Gambar 2 :Kondisi penyinaran detektor CR-39 dengan sumber neutron Am-Be

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabcl

I

menunjukkan jumlah jejak nuklir laten rata-rata yang telah dikoreksi dengan hasil bacaan jumlah jejak nuklir laten seeara manual. Pada tabel ini. detektor CR-39 yang dilapisi radiator O-Polietilen dan H-Polietilen pada penyinaran di udara maupun di

'41

atas fantom dengan sumber neutron - Am-Be, memberikan jumlah jejak nuklir laten lebih dari 2 kali dibanding dctektor CR-39 tanpa menggunakan radiator. Sedangkan pada penyinaran dengan sumber neutron dari reaktor, yang memiliki spektrum energi neutron lebih rendah dari 241Am-Be, perbandingan jumlah jejak nuklir laten antara detektor CR-39 yang dilapisi radiator terhadap dctcktor CR-39 tanpa radiator kurang dari 2.

PSPKR-BA T AN

Hasil-hasil ini memperlihatkan bahwa radiator O-Polietilen ataupun H-Polietilcn, akan memberikan sumbangan tanggapan pada detektor CR-39 pada spektrum energi neutron relatif lcbih tinggi [31. Oetektor CR-39 tanpa radiator memiliki sensitivitas paling besar pada spektrum energi neutron 4 MeV, dan terjadi penurunan untuk energi > 4 MeV (6). Oari hasil penelitian, terlihat bahwa tanggapan detektor CR-39 rendah pada spektrum energi sumber neutron 241Am-Be (4,8 MeV). Dan memiliki tanggapan yang besar untuk sumber neutron dari reaktor.

Jumlah jejak nuklir laten atau tanggapan pada CR-39 yang hanya disebabkan oleh radiator D-Polietilen dan radiator H-Polietilcn, dapat ditentukan dari hasil pengurangan dengan tanggapan detektor CR-39 tanpa radiator. Dari hasil perbandingan antara tanggapan yang disebabkan radiator dengan tanggapan detektor CR-39 untuk setiap kondisi penyinaran menu rut spektrum energi neutron ditunjukkan pada Gambar 3. Pada gambar ini, tanggapan CR-39 yang ditimbulkan oleh radiator D-Polietilen semakin besar pada spektrum energi neutron tinggi yaitu pada penyinaran yang dilakukan di atas fantom dengan sumber neutron 241Am-Be dan terjadi penurunan pada penymaran di udara. Tanggapan yang disebabkan oleh radiator H-Polietilen semakin besar sesuai peningkatan spektrum energi neutron. Dan pada spektrum energi neutron rendah. yaitu penyinaran menggunakan sumber neutron dan reaktor, tanggapan yang ditimbulkan oleh radiator D-Polietilen lebih keeil dari detektor CR-39 tanpa radiator.

Tabel 2 merupakan hasil perbandingan tanggapan yang disebabkan radiator pada detektor CR-39 tcrhadap detektor CR-39 tanpa radiator. Tanggapan detektor CR-39 yang diberikan radiator D-Polietilen untuk spektrum energi neutron tinggi menggunakan sumber neutron 241Am-Be lebih besar dari tanggapan yang disebabkan oleh radiator H-Polietilen. Pada Tabe! 2 ini, terlihat bahwa perbandingan tanggapan detektor CR-39 yang disebabkan radiator D-Polietilen terhadap radiator H-Polietilen pada penyinaran di udara dan di atas fantom masing-masing diperoleh 1,18 dan 1,75. Sedangkan pada spektrum energi neutron rcndah menggunakan slImber neutron dari

(4)

I'rosiding I'rcscntasi IImiah Kcsc\amatan Radiasi dan Lingkungan. 20-21 Agustus 1996 ISSN : IJ854-4IJ85

KESIMPULAN

2

o

CR-39 0 H-Policthilcn 0 D-Policthilcn

Gambar 3 : Perbandingan tanggapan radiator tcrhadap dctektor CR-39

DAFT AR PUST AKA

I. TSURUTA, T and FUKUMOTO, Y : High Temperature Etching Characteristics of Nuclear Tracks in CR-39 Plastics.

Hoken Butsuri 20, hal. 25-31. 1985. 2. SOFY AN, H.: Development of Neutron

Dosemeter as Personal Monitor. Bulletin of AER Lab. of MIT Japan, Vol. 21, .p.

186-194,1995.

3. ODA, K et.al : Track Formation in CR-39 Detector Exposed to D-T Neutrons,

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B35, p. 50-56, 1988 4. KHAN, H.A., and KHAN, N.A., ; Fast

Neutron Dosimetry Using a CR-39 Plastic Track Detector. Nuclear Instruments and Methods

In.

p. 491-497.1980.

10%. Bcrdasarkan hasil penelitian, jumlah bacaan rata-rata tcrhadap variasi waktu etsa dengan konsentrasi larutan 30% NaOH dan suhu (80±0,5)OC, diperoleh jumlah jcjak nuklir laten optimum dengan waktu ctsa selama 80 menit.

Pada spcktrum energi rendah dcngan menggunakan sumber neutron reaktor, tanggapan dctcktor CR-39 relatif lebih tinggi dibandingkan tanggapan dctektor CR-39 yang ditimbulkan radiator. Hal il1l disebabkan karena radiator akan memberikan sumbangan tanggapan untuk detektor CR-39 pada spcktrum energi neutron lebih tinggi. Dan pada spektrum energi sumber neutron 241Am-Bc sekitar 4,8 MeV. tanggapan detektor CR-39 yang discbabkan olch radiator lebih bcsar dari tanggapan detektor CR-39 tanpa radiator.

Tanggapan detektor CR-39 yang disebabkan oleh radiator D-Polietilen pada spektrum energi sumber neutron 24IAn1_Be, lebih besar dari radiator H-Polietilcn. Dari hasil penelitian diperoleh perbandingan tanggapan I, 18 untuk penyinaran di udara dan

I. 75 untuk pcnyinaran di atas fantom. Dan pada spcktnlll1 energi rendah dari sumber neutron reaktor. perbandingan tanggapan detektor CR-39 yang ditimbulkan radiator

D-Polietilen dan H-Polietilen, diperoleh 0.84 untuk penyinaran di udara dan 0,77 untuk penyinaran di atas fantom.

D

c

B

Sumber Neutr'ol1

Pcn\'inaran detektor di atas fantom menggunakan sumbcr neutron reaktor

Pen\'inaran detektor di udara mcnggunakan sumbcr ncutron rcaktor

Pen\'inaran detektor di atas fantom mcnggunakan sumbcr ncutron Am-Be

Pen\'inaran detektor di udara mcnggunakan sumber ncutron

Am-Be A

o

c

D

Pcrhitungan jumlah jejak nuklir laten secara otomatis dengan pcrangkat lunak ASPECT Vcr. 4.22 tidak dapat memilah jejak-jejak nuklir yang bcrtumpukan dan bcrkas yang bukan jcjak nuklir latcn schingga perlu dilakukan perhitungan sccara manual. Pcrhcdaan hasil pcrhitungan sccara otomatis dan manual sangat kccil sckali kurang dari Catatan :

A

rcaktor, dapat dilihat bahwa tanggapan detcktor CR-39 yang disebabkan radiator D-Polietilcn lebih rendah dibandingkan H-Polietilcn dcngan 0.84 untuk penyinaran di udara dan 0.77 untuk pcnyinaran di at as fantom.

(5)

Tabel I : Tanggapan detektor CR-39 dan CR-39 dengan Radiator had

Prosiding Presentasi I1miah Keselamatan Radiasi dan Lingkllngan, 20-2\ Agllstlls \996 ISSN : OS54-4085

n_

..

SUMBER KONDISICR-39CR-39CR-39++

NEUTRON

PENYINARAND-Polietilcn H-Polietilen (Jejak/mm2det) (Jejak/mm2det)(Jejak/mm2det)

241Am-Be Di Udara (2,41±0,08)x I 0-3(6,12±0,l6)xIO·3(5,56±0,l2)xI0-3 Di Atas Fantom (2,56±0, I 6)x I 0-3(5,29±0,22)xI0-3 (7,33±0,26)x I 0-3 Reaktor Di Udara_2,33±0,06_2,53±0,07_1,21±0,03 Di Atas Fantom 2,58±0,061,33±0,04 2,29±0,05

Tabel 2: Perbandingan tanggapan yang disebabkan radiator hadao detektor CR-39

SUMBER H - PoliethilenKONDISI

o -

PoliethilenPoliethilen NEUTRON PENYINARANCR - 39_{CR - 39} H - Poliethilen 241Am_Be Di Udara1,181,541,30 Di Atas Fantom 1,07 1,87 1,75 Reaktor Di Udara0,920,841,10 Di Atas Fantom 0,770,73 0,95 5. PITT.E.,SCHARMAN,A., ct.al : A CR-39 Compound Nuclear Track Detector for Fast Neutrons, Radiation Protection Dosimetry, Vo\.6 No. 1-4, p 209-211.

6. TAKEUCHI, H ; Development of Wide Energy Range Personal Neutron Monitor,

Bulletin olAER Lab. olMIT Japan, Vo\.

21. p. 131-140, 1995.

7. ABE, K ; The Study of Performance of Prototype Personal Monitor for Slow Speed Neutrons, Bulletin of AER Lab

(~l

MIl' Japan, Vo\. 20, p. 182-186,1994.

DlSKUSI

Sri Widayati - PTPLR

I. Mengapa perbandingan tanggapan CR-39 dengan D-poliethilen dan H-poliethilcn yang diiradiasi dengan sUl11ber neutron Am-Be dan sumber neutron dari rcaktor Triga Mark II berbeda ')

2. Bagaimana ketergantungan CR-35 terhadap energi neutron

3. Mengapa CR-39 untuk mendeteksi neutron ccpat harus mcnggunakan radiator, padahal tanpa radiatorpun CR-39 sudah peka tcrhadap neutron cepa!.

PSPKR-BATAN

4. Dari hasil penelitian, mana yang lebih baik digunakan 39 tanpa radiator atau CR-39 dengan radiator D-Polictilen dan H-Polietilen.

Hasnel So/yan

I. Dari hasil penelitian sebelumnya [61, terlihat bahwa tanggapan CR-39 terhadap neutron untuk semua spektrum energi neutron meningkat sampai energi 4 MeV, dan untuk energi > 4 Me V teIjadi penurunan tanggapan. Energi sumber neutron Am-Be sekitar 4,8 MeV dan reaktor sekitar 2,5 MeV, dengan perbedaan spektrum energi mi l11enyebabkan tanggapan yang diterima oleh CR-39 pada kondisi yang sama akan berbeda.

2. Ketergantungan CR-39 terhadap cnergi neutron, pada energi 4 MeV tanggapan pada CR-39 l11enjadi maksimum dan pada energi >4 MeV l11enjadimenurun.

3. Agar diperoleh jejak yang rclatif banyak sehingga dapat mempermudah dalam analisis. Dari hasil penclitian, untuk cnergi

> 4 MeV tanggapan CR-39 mengalami penurunan agar tanggapan pada CR-39 tetap besar diperlukan radiator.

4 CR-39 dan CR-39 dengan D-Poliethilen.

(6)

I'rosiding I'r"s"nh,j I1miah Kcsdamatan Radiasi dan Lingkungan, 20-21 Agustus 1996 ISSN : 085-'-4085

Elfida - Pl1JLR

I. Kenapa menggunakan larutan NaOH 30%, bagaimana kalau konsentrasinya lebih kccil atau lebih besar dari 30%.

2. Apakah bisa larutan ctsa yang digunakan diganti dcngan larutan lain, contohnya apa.

Hasnel SofYan

I. Konsentrasi larutan 30% NaOH, rclatif tinggi. Sehingga diharapkan pada suhu konstan, waktu etsa yang dipcrlukan relatif singkat (bcrdasarkan pcnclitian, jumlah jcjak optimum diperlukan wak1:u 80 menit) dan kontrol tcrhadap suhu lcbih mudah. Scdangkan untuk konsentrasi larutan lebih bcsar (>30% NaOH), maka waktu etsa sangat kccil sckali. Untuk konsentrasi larutan «30% NaOH) akan diperlukan waktu Icbih lama.

2. Bisa, KOH.

Mu)i Wiyono - PSPKR

I. Apa alasannya, tanggapan dctcktor CR-39 tidak sensitif terhadap radiasi y dan sinar X 2. Oalam kcsimpulan saudara, pada energi tinggi tanggapan datcktor CR-39 yang dilapisi dcngan radiator O-Polictilcn lebih bcsar dibanding dengan H-Polietilen. Mengapa.

Hasnel Sofyan

I. Untuk lebih jclasnya. dapat dibaca pada makalah saya yang terdahulu 12].

2. O-Polietilcn mengandung 98% atom deuterium (H) dan jumlah atom atom H-nya lebih baH-nyak dari H-Poliethilen. Untuk dapat melepaskan ikatan atom terscbut diperlukan energi yang lcbih tinggi.