PENGUKURAN AKTIVITAS URANIUM DAN TURUNAN THORIUM DALAM F/J..NTOM ORG.4N PARU-PARU

(1)

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

R. Suminar Tedjasari

Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAK

PENGUKURAN AKTIVITAS URANIUM DAN TURUNAN THORIUM DALAM FANTOM ORGAN PARU-PARU. Pengukuran aktivitas uranium dan turunan thorium dalam fantom paru: paru telah dilakukan. Pengukuran aktivitas tersebut dilakukan dalam rangka mengikuti program interkomparasi yang diselenggarakan oleh Badan Tenaga Atom Internasional (IAEA). PenguKuran aktivitas yang dimaksud meliputi kalibrasi alat cacah WBC ACCUSCAN-II dan penentuan nilai batas deteksi (MDA). Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan fantom bagian torso dari Canberra dan sumber standar y campuran dengan rentang energi 81-1332 keV. Kalibrasi energi diperoleh sebesar 0,37 keV/channel dengan fungsi kaiibrasi : E(c) = 9,201x10-3 + 3,6063x10-1 C + 1,6314x10-8 c2 ; sedangkan kalibrasi efisiensi untuk rentang energi 81-1332

keV diperoleh sebesar 6,95x10-3 -2,37x10-3 %. Nilai Batas Deteksi (MDA) untuk pencacahan uranium (U-235) dengan energi y = 185 keV adalah 108,31 Bq dan untuk pencacahan turunan thorium yaitu Pb-212 dengan energi y = 238 keVadalah 114,51 keV.

ABSTRACT

COUNTING OF URANIUM AND THORIUM DAUGHTERS ACTIVITY IN TORSO

PH/NTOM. Counting of uranium and thorium daughters activity in torso phantom has been Gone The counting was carried out for participating in intercomparison program organized by International Atomic Energy Agency (IAEA). The activity counting included wac ACCUSCAN-II calibration and determination of minimum detectable activities (MDA). Calibration was done using torso phantom from Canberra and mixed y standard source. Energy calibration function was.. E (c ) = 9.201x10-3 + 3.6063x10-1 C + -1.6314x10.8 c2 or 0,37 keV/channel and the efficiency for enrgy range of 81 keV to 1332 keV was: 6.95x10-3 -2.37x10-3 %. MDA for uranium (U-235) counting with Ey = 185 keV was 108.31 keV and for thorium daughter (Pb-212) cou/~ting with Ey = 238 keV was 114.51 keV.

PE:NDAHULUAN

Oasis radiasi yang diterima oleh seorang pekerja radia3i sangat bergantung pada beberapa hal, antara lain jenis pekerjaannya, jenis dan jumlah radionuklida yang ditangani, kondisi d.~9rah kerja, lamanya bekerja dan sebagainya. Untuk pengawasan penerimaan dosis tersebut, diterapkan pemantauan penerimaan dosis secara pe:riodik, baik dosis eksterna maupun

interna.

_.

Pemantauan dosis radiasi interna di kawasan PPTN Serpong telah di~u!<sanakan oleh Lab. Whole Body Counting (WBC) P2PLR secara rutin sejak tahun 1992. Pemantauan diterapkan kepada pekerja radiasi yang jenis pekerjaannya mempunyai potensi terhadap terjadinya kontaminasi interna. Sampai saat ini lab. WBC telah melakukan pemantauan terhadap kurang lebih 300 orang pekerja radiasi di lingkungan PPTN Serpong.

(2)

Mengingat pentingnya pemantauan dosis personil ini, maka dirasa perlu untuk menigkatkan program pemantauan dosis radiasi, antara lain dengan meningkatkan kemampuan personil pelaksananya serta kelengkapan dan peningkatan kemampuan alat cacah .Untuk maksud itu maka lab WBC merencanakan untuk ikut berperan serta dalam program interkomparasi yang diselenggarakan oleh Badan Tenaga Atom International (IAEA) yang berjudul : "'Intercomparison on Direct Measurement of Radionuclides in Simulated Organs" .Dalam program interkomparasi ini Lab. WBC P2PLR akan mengikuti 2 jenis program pengukuran yang diadakan yaitu pengukuran uranium dan turunan thorium delam fantom torso dan pengukuran iodinedalam fantom tiroid, dengan pertimbangan bahwa pemantauan rutin yang dilakukan oleh Lab WBC P2PLR adalah pemantauan terhadap pekerja radiasi dari bagian produksi elemen bakar nuklir, yang mempunyai potensi untuk terkontaminasi oleh uranium dan thorium, serta pekerja radiasi dari bagian produksi radioisotop yang dari data pemantauan se!ama ini terdeteksi adanya iodine dalam tubuh.

Dalam program ini, fantom akan disedi~kan dan dikirim oleh IAEA ke lab. partisipan. Ke dalam fantom tersebut nantinya akan dimasukkan suatu sumber radioaktif yang jenis dan energinya telah diketahui, misalnya untuk fantom torso akan dimasukkan uranium dan thorium (atau turunannya) dengan energi y yang telah diketahui. Tugas kita adalah mengukur dan menentukan aktivitas sumber yang ada dalam fantom tersebut. Hasil pengukuran ini nantirlya akan dikirimkan kembali ke !AEA dan dibandingkan deng.an aktlvitas sebenarnya. Dengan demikian dapat di~:etahui seberapa tepat atau berapa besar penyimpangan yang terdapat dalarr; pengukuran yang kita lakukan dan faktor koreksi yang diperlukan untuk memperoleh hasil yang dimaksud. Hasil ini nantinya juga akan dibandingkan dengan hasil pengukuran dari lab WBC negara lain. Diharapkan dengan interkomparasi ini lab WBC P2PLR dapat meningkatkan kemampuannya dalam melakukan analisis dosis radiasi internal yang memadai, mengetahui bagaimana mekanisme evaluasi sistem dosimetri interna yang seharusnya serta dapat memperoleh informasi yang berharga untuk penerapan dalam dosimetri internal dan program analisis.

Dalam makalah ini akan diuraikan tentang persiapan yang dilakukan untuk pengukuran fantom torso. Persiapan yang dimaksud adalah kalibrasi alat cacah WBC ACCUSCAN-II, yaitu kalibrasi energi dan kalibrasi efisiensi, serta penentuan nilai batas deteksi untuk alat cacah tersebut. Diharapkan dengan persiapan ini, program interkomp~rasi nanti akan terlaksana dengan baik dan Ia:ncar serta dapat memberikan hasil yang akurat dan memuaskan.

TEaRI

Dalam pengukuran fantom interkomparasi nanti akan digunakan unsur uranium dan thorium sebagai kontaminan. Unsur ini dipilih karena sebagaimana telah diketahui uranium dan thorium adalah unsur radionuklida pemancar

radiasi a yang mempunyai waktu para (T1/2) yang cukup panjang yaitu 7,1x 108 tahun untuk U-235 dan 1 ,4x1 010 tahun untuk Th-232, dan dalam dosimetri interna, kedua jenis radionuklida ini mempynyai potensi bahaya yang cukup

(3)

tinggi, karena begitu radionuklida ini masuk ke dalam tubuh akan mengalami metabolisme dan akhirnya terdeposit da!am organ kritisnya. Radionuklida akan terdeposit dalam organ sesuai dengan waktu paronya, dan secara matematis telah diuraikan dalam bentuk fungsi retensi. Setiap radionuklida mempunyai fungsi retensi tertentu dan sebagai contoh, fungsi retensi untuk uranium dan thorium adalah sebagai berikut :

Uranium R(t) = 0,12 exp(-O,693U6) + 0,00052 exp(-0,693U1500) Thorium R(t) = 0,1 exp(-0,693t10,5) + 0,2 exp(-0,693t1700) +

0,7 exp(-0,693t18000)

Dengan mengetahui fungsi retensi ini, maka jumlah kontaminan yang terdeposit di dalam organ atau tubuh dapat dihitung. Perhitungan ini tentunya di!akukan setelah dideteksi adanya kontaminasi di dalam tubuh, yang dilakukan melalui pemantauan dosis interna, yaitu dengan analisis urin (in-vitro) atau pencacahan seluruh tubuh I organ tubuh (in-vivo).

Melalui pemantauan dengan wac, selain dapat dideteksi adanya kontaminasi internal, juga dapat diketahui jenis dan jumlah kontaminan nya, terutama untuk unsur pemancar radiasi y. Untuk unsur pemancar radiasi a atau [3, pemantauan dengan alat WBC juga dapat dilakukan jika unsur tersebut mempunyai ISotop atau unsur hasil peluruhan yang memancarkan radiasi y. Dalam hal uranium, deteksi dapat dilakukan dengan mengamati energi radiasi y dari U-235 yaitu 185 keV. Sedangkan untuk mendeteksi thorium dapat diamati dari unsur turunannya yaitu Pb-212, Ac-228 dan TI-208 yanq masing-masing memancarkan radiasi y berenergi 238 keV, 911 keV dan 2614 keV.

TATA KERJA

Bahan

1

2

Dalam pengukuran ini digunakan bahan berikut:

Fantom, yaitu fantom seluruh tubuh, yang terdiri dari satu bagian dengan beberapa simulasi organ didalamnya, antara lain tiroid, paru-paru serta abdomen. Fantom ini diperoleh dar: Canberra dan disebutsebagai fantom RMC-II, digunakan dalam kalibrasi rutin alat WBC. Ukuran fantom adalah 28" x 12". Fantom terbuat dari bahan acrilic padat (pleksiglas).

Sumber standar, dalam hal ini akan digunakan sumber standar mixed-y yang digunakan untuk kalibrasi alat cacah (kalibrasi energi dan kalibrasi efisiensi ). Rentang energi y untuk kalibrasi adalah antara 50 -1500 keV. Untuk penggunaan di dalam fantom RMC-II, sumber ini dimasukkan ke' dalam vial LSC plastik berdiameter 1 ".

(4)

1'v1etode

Pengukuran aktivitas uranium dan turunan thorium akan didahului dengan kalibrasi alat cacah yang digunakan I yaitu alat cacah seluruh tubuh (Whole Body Counter) dengan tire WBC ACCUSCAN-II buatan Cannberra yang dilengkapi dengan detektor Hp Ge dan mampu mendeteksi energi y dalam rentang 50 keV -10 MeV. Alat cacah ini dilengkapi pula dengan sistem komputer dan perangkat IIJnak ABACOS-PC untuk analisis data hasil pencacahan.

Alat cacah yang telah dikalibrasi ini kemudian ditentukan nilai batas deteksinya, dengan .melakukan pei1gukuran terhadap satu orang pekerja yang bebas kontaminasi, menggunakan geometri den waktu pengukuran yang sesuai dengan waktu pencacahan rutin. Hasil pengukuran dianalisis dengan perangkat lunak .A.BACOS-PC untuk kemudian dihitung nilai batas deteksinya.

Alat cacah yang telah dikalibrasi dengan nilai batas deteksi yang teiah diketahui ini kemudian akan digunakan untuk pengukuran aktivitas uranium dan turunan thorium dalam fantom organ paru-paru yang akan dilaksanakan da!am program interkomparasi dengan koordinasi dari IAEA.

Kalibrasi Alat Cacah

Kalibrasi yang dilakukan adalah kalibrasi energi dan efisiensio Kalibrasi energi diperlukan untuk menentukan kualitas radionuklida yang terdeteksi sedangkan kalibrasi efisiensi diperlukan untuk penentuan kuantitas atau aktivitas radionuklida terdeteksi tersebut.

Kalibrasi dilakukan dengan mencacah fantom bagian dad3 yang di dalamnya dimasukkan sumber standar mixed-yo Geometri pencacahan kalibrasi disesuaikan dengan geometri pada pencacahan rutin, yaitu fantom rapat ke dinding belakang alat cacah dan waktu pencacahan ditentukan sesuai kebutuhan. Karena sumber standar yang ada aktiv:tasnya telah banyak meluruh, maka pencacahan memerlukan waktu yang cukup lama 'yaitu :t 60 menit. Hal ini dimaksudkan agar spektrum energi hasil pencacahan sumber standar tersebut mempunyai bentuk dan intensitas yang baik dan sempurna, sehingga analisis dapat dilakukan dengan baik. Analisis spektrumenergi dan perhitungan serta pembuatan kurva kalibrasi dilakukan dengan bantuan perangkat lunak ABACOS-PC. Hasil kalibrasi yang dituangkan da!am bentuk kurva kalibrasi energi (energi vs salur) , dan kurva kalibrasi efisiensi (energi vs efisiensi).

PENGUKURAN NILAI BATAS DETEKSI .

Pengukuran nilai batas deteksi (MDA) dilakukan dengan terlebih dulu mengukur radiasi latar belakang, yang juga diperlukan sebagai koreksi hasil pencacahan,. Untuk pengukuran ini , dilakukan pencacahan terhadap satu orang pekerja yang bebas kontaminasi atau bukan pekerja radiasi. Geometri pencacahan sesuai dengan pencacahan rutin yaitu berdiri rapat ke dinding, dengan waktu pencacahan selama 15 menit. Spektrum hasil pencacahan kemudian dianalisis dengan memperhatikan daerah energi dari radionuklida

(5)

yang diperhatikan, dalam hal ini adalah uranium dan thorium. Perhitungan MDA menggunakan rumus sebagai berikut :

M DA =

Bq

r-dengan

B

Ef T Y

cacahan latar belakang

efisiensi alai cacah pad a energi waktu pencacahan dalam detik yield pada energi I

Berdasarkan data hasil pencacahan latar belakang yang telah dilakukan, rv1DA untuk pencacahan uranium dan thorium masing-masing adalah 108,31 Bq dan 114,51 Bq.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam kalibrasi energi untuk alat cacah WSC ACCUSCAN-II diperolel-l kurva kalibrasi berbentuk linier dengan fungsi kalibrasi E(c) = 9,201x10-3 + 3,6063x10-1 c + 1 ,6314x1 0-8 C2 atau energi per channel adalah 0,37 keV. Dengan menggunakan pers:::maan kalibrasi ini , maka dapat diketahui kualitas radionuklida atau energi dar. jenis radionuklida yang terdeteksi oleh alat cacah; sedangkan untuk mengetahui kuantitas atau besar aktivitas radionuklida tersebut digunakan kurva kalibrasi efisiensi yan~ dalam hal ini mempunyai rentang efisiensi sebesar 6, 95x1 0-3 % -2,37x10- % untuk energi dari 81 -1332 keV. Efisiensi yang diperoleh cukup kecil tetapi jika dibandingkan dengan nilai acuan yang terdapat -jalam manual alat cacah, nilai tersebut dapat diterima. Hal ini disebabkan sumber yang dicacah oleh alat tersebut dimasukkan ke dalam fantom yang mempunyai ketebalan tertentu, yang tentunya disimulasikan sesua, dengan ketebalan dan konfigurasi kulit manusia.

Nilai batas deteksi alat untuk pencacahan uranium dengan energi 185 keV telah diperoleh sebesar 108,31 Sq, sedangkan untuk pencacahan turunan thorium yaitu Pb-212 dengan energi 238 keV diperoleh sebesar 114,51 Sq. Nilai batas ini diperoieh untuk waktu pencacahan selama 10 menit, mengingat pencacahan rutin yang dilakukan dalam pemantauan dosis adalah 1() menit per orang. Apabila pencacahan akan dilakukan lebih dari waktu tersebut, maka nilai batas deteksi sebaiknya dihltung kembali sesuai dengan waktu pencacalTan yang dimaksud.

KESIMPULAN

Alat cacah WBC ACCUSCAN-II yang telah dikalibrasi mempunyai kalibrasi energi sebesar 0,37 keV/channel dan fungsi kalibrasi energi E( c) = 9.201x10-3 + 3.6063x10-1 c + 1.6314x1 0-8 c2. Kalibrasi efisiensi untuk rentang

(6)

energi 81 -1332 keV diperoleh sebesar 6,95x10-3 -2,37x10-3 %. Nilai batas deteksi alat cacah untuk pencacahan uranium (U-235) dengan energi y = 185 keV adalah 108,31 Bq dan untuk pencacahan turunan thorium yaitu Pb-212 dengan energi y = 238 keV adalah 114,51 keV , dengan waktu pencacahan selama 10 menit. Berdasarkan data kalibrasi dan MDA yang telah diperoleh ini, maka alat cacah WBC ACCUSCAN-II dapat melakukan pengukuran aktivitas IJranium dan turunan thorium dalam fantom paru-paru ,sesuai dengan program interkomparasi yang dikoordinasikan oleh IAEA.

DAFT AR PUST AKA

1. ICRP, Limits for Intake of Radionuclides by Workers, ICRP Publication No. 30, Pergammon Press, Oxfoid, 1978.

2. ICRP, Individual Monitoring for Intakes of Radionuclides by Workers: Design and Interpretation, ICRP Publication No. 54, Pergammon Press,

Oxford, 1987. .

3. CANBERRA, ABACOS-PC CISE 752 Technical Reference Manual, Canberra Industries, Inc., Connecticut, 1990.

4. CANBERRA, Model 2280 ACCUSCAN-II Germanium Vertical-Scanning Whoie Body Counter CISE 749 : User's Manual, Canberra Industries, Inc., Connecticut, 1991