SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176
METODA PENENTUAN
DAY A
SERAP PERISAI RADIASI UNTUK
GONAD DARI KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA
Kristiyanti, Tri Harjanto, Abdul Jalil
Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir - BATAN
Kawasan Puspiptek Gd 71 It 2 Serpong -1531 O.email : kristiyantiwst@yahoo.com
A BSTRAK
METODA PENENTUAN DAYA SERAP PER/SA/ RAD/AS/ UNTUK GONAD DAR/ KOMPOS/T LATEKS CA/R TIMBAL OKS/DA. Telah dilakukan penentuan Daya Serap (DS) perisai radiasi gonad terhadap radiasi sinar-X energi 100 keV. Bahan perisai terbuat dari komposit lateks cair timbal oksida komposisi 200 pphr, tebal 2mm yang diproses dengan teknologi ultrasonik dan suhu super kritis. Pengujian DS dilakukan menggunakan detektor Geiger Muller (GM) dan sumber isotop gamma (y) 10dium-I25 1-125) dan Barium-I33 (Ba-133) dengan energi masing-masing
25
keV dan356
keV. Karena energi untuk penggunaan dan penglljian berbula, maka dalam perhitungan hasil pengukuran perlu dikonversi ke energi sesuai dengan penggunaan sinar-X Konversi dilakukan dengan menggunakan prinsip ekuivalensi DS pelat timbal (Pb) yaitu dengan perhitungan secara teoritis DS timbal terhadap radiasi sinar-X pada energi 100 keV untuk tebal 0,10 mm, 0,25 mm, 0,35 mm dan 0,50 mm sesuai dengan standar proteksi radiasi. Hasil pengujian DS menunjukkan bahwa untllk perisai radiasi komposit latek cair timbal oksida mempunyai DSekuivalen dengan pelat Pb tebal 0,35 mm dan mempunyai DS sebesar 89%. Dari hasil uji dapat disimpulkan bahwa metode penentuan daya serap ini layak digunakan.
Kata kunci : Metode penentuan, Daya Serap, komposit, perisai radiasi gonad.
ABSTRACT
A Determination method of shielding for gonad using latex composite liquid lead oxide.
It has been determined an absorption factor of radiation shielding for gonad against 1OOkeV of X-ray radiation The material of the shielding is made of latex composite liquid lead oxide with composition 200pphr and 2mm thick which are processed using ultrasonic technology and supercritical temperature. Absorption test have been performed using Geiger Muller (GM) detecttor on the source of isotopic gamma (r)Iodium-I25 (1-125) and Barium-I33 (ba-I33) with suspect energy 25keV and 356keV. Because the energy for testing and its utilizing is different, the calculation using the measurement results need to be converted into energy according to the X-ray in use. Conversation is done using the participle of equivalence absorption tested of lead plate (Pb) which is theritic and calculation of absorption factor of lead against x-ray radiation the thickness of O,JOmm, 0,25mm, 0,35mm, and 0,5mm in accordance with radiation protect standards. The test result of the abserption factor. Show that theradiation shield of latex composite liquid lead oxide has absorption factor equivalence to 0,35mm thick Pb plate and having absorption of89%. From the test results can be conc/used that the methode isfit to be use.
Key words: Determination Methode, Absorption, composites, gonadal radiation shield.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN 382 Kristiyanti dkk
Dengan : DS = Daya Serap
/l = koefisien serap linier bahan pada energi tertentu
-I em
X=tebal bahan, em. Dengan :
10 - intensitas paparan radiasi sebelum melewati perisai, cps.
I = intensitas paparan radiasi sesudah melewati perisai, eps.
/l=koefisien serapan linier bahan pada tertentu (mm-I).
X=tebal bahan (mm).
Intensitas radiasi yang terserap atau daya serap (DS)
DS
=
7o-Tx 100 % (2)dua bagian utama yaitu detektor dan peralatan penunjang. Detektor merupakan suatu bahan yang peka terhadap radiasi, yang bila dikenai radiasi akan menghasilkan suatu tanggapan (respon) tertentu yang lebih mudah diamati. Sedangkan peralatan penunjang biasanya merupakan peralatan elektronik, yang berfungsi untuk mengubah tanggapan detektor tersebut menjadi suatu informasi yang dapat diamati oleh panea indera manusia.
Sistem peneaeah radiasi terdiri atas detektor dan peralatan penunjang. Kuantitas radiasi merupakan jumlah radiasi yang memasuki detektor, jumlah ini hanya sebagian kecil dari jumlah radiasi yang dipanearkan oleh sumber ke segal a arah. Nilai kuantitas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu aktifitas sumber, jenis dan energi radiasi, serta jarak dan jenis penahan diantara sumber dan detektor. Energi radiasi merupakan kekuatan dari setiap radiasi yang dipanearkan oleh sumber. Tingkat energi radiasi bergantung pada jenis nuklidanya. Jenis nuklida yang berbeda akan memanearkan radiasi dengan energi yang berbeda[3]. Detektor yang digunakan dalam pengujian ini adalah detektor Geiger Muller (GM). Detektor GM ini termasuk kelompok detektor nuklir dengan isian gas, yang prinsip kerjanya memanfaatkan media gas isian sebagai penghasil pulsa yang dapat diukur. Sumber radiasi yang digunakan adalah pemancar sinar gamma (1-125 dan Br-133). Radiasi y merupakan jenis radiasi yang mempunyai daya tembus sangat besar dan tidak dapat dihentikan sepenuhnya. Setiap panearan radiasi yyang mengenai suatu bahan akan berinteraksi dengan bahan tersebut sehingga sebagian dari intensitasnya akan terserap dan sebagian lagi diteruskan. Perbandingan intensitas panearan yang datang dan intensitas yang masih diteruskan tergantung pada tebal bahan, jenis bahan dan energi radiasi y. Persamaan berikut ini menunjukkan hubungan tersebut [I]
I
=
10.
ex-I'd
(1)SEMINAR NASIONAL
SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176
1. PENDAHULUAN
Seiring dengan perkembangan teknologi nuklir di berbagai bidang, khususnya di bidang kedokteran, perisai radiasi merupakan peralatan yang sangan penting. Penggunaan perisai radiasi merupakan salah satu eara untuk melindungi seseorang terhadap penerimaan dosis yang berlebihan. Prinsip perisai radiasi ialah mengurangi fluks radiasi dibalik perisai. Pengurangan ini dapat terjadi karena terjadinya interaksi antara radiasi dengan bahan perisai.
Perisai radiasi yang terbuat dari komposit dengan komposisi karet eair timbal oksida akan lebih nyaman digunakan bila digunakan, karena sifat fisik yang lentur ringan tetapi masih memenuhi kriteria dari proteksi radiasi. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas maka perlu ditentukan tebal komposit yang akan digunakan. Telah dibuat komposit dengan komposisi 300phr dari lateks eair timbal oksida menggunakan teknologi ultrasonik dan super kritis dan tebal 2 mm[IJ. Komposit tersebut akan digunakan sebagai perisai radiasi gonad pada pemeriksaan abdomen yang menggunakan sinar-X dengan energi 100 keY. Pengujian Daya Serap (DS) komposit terhadap radiasi menggunakan pengukur radiasi yaitu detektor Geiger Muller (GM) dengan sumber radiasi gamma (y) Iodium-125 (1-125) energi 25 keV, Barium-133 (Ba-133) energi 356 keY.
Karena pengujian dan penggunaan komposit mempunyai energi yang berbeda, maka dalam perhitungan DS perlu dikonversi dengan pelat Pb untuk tebal 0,10 mm, 0,25 mm, 0,35 mm dan 0,50 mm sebagai aeuan sesuai dengan standar proteksi radiasi [2].
2. TEORI
Seeara garis besar, penggunaan alat ukur radiasi dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu untuk kegiatan proteksi radiasi dan untuk kegiatan aplikasi/penelitian radiasi nuklir itu sendiri. Alat ukur radiasi yang digunakan untuk kegiatan proteksi radiasi harus menunjukkan nilai intensitas atau dosis radiasi yang mengenai alat tersebut, sehingga seorang pekerja radiasi dapat langsung mengambil tindakan tertentu setelah membaea alat ukur yang digunakannya. Sedangkan alat yang digunakan di bidang aplikasi radiasi dan penelitian biasanya ditekankan untuk dapat menampilkan nilai kuantitas radiasi atau spektrum energi yang memasukinya. Aplikasi teknik nuklir yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan sistem pengukur radiasi ini seperti NDT (Non Destructive Test) teknik perunut, pengukur ketebalan, densitas, identifikasi material dan sebagainya. Setiap alat ukur radiasi baik yang digunakan untuk mengukur kuantitas, energi, intensitas maupun dosis radiasi selalu terdiri atas
DS
=
(1-
e-~t)xl00%
(3)SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR YII YOGYAKARTA, 16 NOYEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Dalam perhitungan DS dibutuhkan daftar koefisien
serapan masa bahan terhadap radiasi y. untuk energi 100 keY seperti disajikan dalam Tabel I. Karena sifat radiasi y ini sarna dengan radiasi sinar-X, maka tabel ini dapat dipergunakan pula untuk radiasi sinar-X. Penyerapan bahan pelindung (perisai) tergantung pada koefisien serapan linier /l, masa jenis p bahan. Komposit yang merupakan lateks eair atau karet alam mempunyai rumus kimia Cg HI6 dan timbal pembuatan komposit sebagai bahan perisai radiasi yaituH, 0,C dan Pb.
Koefisien serapan masa senyawa bisa dihitung dengan persamaan (I ) :
0,25mm, 0,35mm, 0,5mm 3. Isotop 1-125 dan Br-133 Peralatan yang digunakan
I. Satu unit peneaeah radiasi beserta detektor GM
2. Meter untuk mengukur jarak antara detektor dan perisai radiasi
Pelaksanaan pengujian dilakukan seperti pada Gambar I.
~
~
C]
~
~
.(/lIp) 'enyawa = (N AlA) x
L
Wj(/l/p) (4)Dengan :
NA =bilangan Avogadro 6,024 x1024
A =berat molekul senyawa (ama)
Wi =fraksi berat unsur dalam senyawa(%)
p =masajenis senyawa(gr/em3) fl = koefisien serapan linier (em-I)
1 2 3
Gambar I. Tata letak pengujian Keterangan : 1. Sumber Radiasi 2. Perisai radiasi 3. Detektor.
V=.Q
pKomposit sebagai bahan perisai mempunyai unsur yang dominan yaitu H,
0,
C dan Pb.dengan :
V
=
Yolume (Cm3)G
=
berat (gr)p = masajenis senyawa(gr/cm3)
Komposisi komposit dinyatakan dalam satuan pphr yang merupakan perbandingan antara berat timbal oksida pada setiap 1OOgrlateks kering/padat. Untuk menentukan daya serap (DS) setiap komposit, maka massa jenis (p) koefisien serapan masafl/pperli dihitung.
Persamaan untuk menghitung volume komposit digunakan persamaan (2)
DS = 56 - 30 x 100% = 87% 30
Perhitungan pengukuran daya serap dan hasil UJI menggunakan sumber radiasi 1-125
Contoh perhitungan daya serap untuk komposit 1. Diukur eaeah latar terbaea BG = 21 2. Dipasang sumber radiasi pad a posisinya
kemudian diukur eaeahnya (10), terbaea
=
77
3. Dipasang sumber radiasi dan perisai, diukur eaeahnya (I)
=
514. Perhitungan DS menggunakan Persamaan 2 harga 10 dan I dikurangi BG
Untuk pengujian dengan sumber radiasi Ba-133 : Alat yang digunakan : Detektor GM Tegangan : 400 keY Sumber radiasi : Ba-133 Jarak detektor ke sumber : 20 em Waktu eaeah : 30 detik. Untuk pengujian dengan sumber 1-125 Alat yang digunakan : detektor GM Tegangan : 370 keY Sumber radiasi : 1-125 Jarak detektor ke sumber : 15 em Waktu eaeah : 10 detik.
pgram/emJ 0,00008988 0,001429 2,25 11,34
H
o
C PbTabel I. Koefisien serapan massa /lIp dan massa jenis p unsur pembentuk komposit untuk energi 100
key[4] --.,-,---Nama Unsur /lIp em-/gram
0,294 0,152 0,149 5,62
3. TATA KERJA
Bahan yang digunakan dalam pengukuran
1. Komposit digunakan untuk perisai radiasi 2. Pelat timbal dengan ketebalan O,lmm,
Begitu seterusnya perhitungan DS untuk pelat Pb danjuga pengukuran DS dengan sumber radiasi Ba-133
Menghitung DS komposit dengan komposisi tebal 2mm untuk energi 100key[51
Tabel3. Perhitungan teoritis OS timbal terhadap radiasi sinar-X pada energi 100 keY. Oari hasil perhitungan teoritis OS dengan energi 100 keY didapat hasil seperti disajikan pada Tabel3.
Tabel3. Hasil uji OS komposit dengan menggunakan detektor GM dan sumber radiasi
Ba-133. Cacah 1. 10
III
2. Komposit 61 43 3. Pb 0,10 mm46 60 4. Pb 0,25 mm56 49 5. Pb 0,35 mm61 43 6. Pb 0,50 mm72 31 Oaya Serap % Oaya Serap % 91 47 61 72 79 85 89 92 94 95 96 97 98 99 99 Jenis sampel Komposit Pb 0,10 mm Pb 0,15 mm Pb 0,20 mm Pb 0,25 mm Pb 0,30 mm Pb 0,35 mm Pb 0,40 mm Pb 0,45 mm Pb 0,50 mm Pb 0,55 mm Pb 0,60 mm Pb 0,65 mm Pb 0,70 mm Pb 0,75 mm Jenis sampel No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.II.
12. 13. 14. 15. NoPengujian dengan menggunakan sumber radiasi 1-125 komposit mempunyai OS 87% yaitu ekivalen dengan pelat Pb tebal 0,35mm, sedangkan pengujian dengan menggunakan sumber Ba-133 komposit mempunyai OS 61% yaitu ekivalen dengan pelat Pb tebal 0,35mm.
Perhitungan teoritis OS komposit terhadap radiasi sinar-X pada energi 100keV sebesar 91%sedangkan OS untuk pelat Pb 0,35mm sebesar 89% Perbedaan metoda penentuan OS antara pengukuran dan perhitungan yang hanya 2% tersebut disebabkan karena pengukuran komposisi kurang tepat karena pencampuran komposit merupakan campuran cairan dan padatan.
SEMINAR NASIONAL
SOM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176
Karet alam mempunyai rumus kimia CSHI6 dengan
p= 0,95gr/cm3
Timbal oksida mempunyai rumus kimia Pb304 dengan
p= 0,95gr/cm3
Berat komposit = H.ka + GPb304 = 100+ 200 = 300gr Volume komposit = Vol ka + vol Pb P4
=10010,95+200/9,3 = 105,26+21,5 = 126,76
Menghitung OS pelat Pb dengan energi 100keV untuk tebal pelat Pb O,lmm (O,Olcm)
Jika (/lIp) Pb=5,62cm2/gram dan massajenis (p)=ll,34
maka koefisien serapan linier(/l)
=(5,62)(11,34)cm·1 =63,75cm·1
Perhitungan secara teoritis OS untuk pelat dengan tebal O,lmm (O,OOlcm) dengan energi 100keV OS = (I -
e'
Jlt)= (1 - e,(63,73)(O,OI»x100% =47%
Begitu seterusnya OS pelat Pb bisa dihitung untuk teballainnya.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Oari hasil eksperimen didapat hasil uji OS komposit untuk sumber radiasi 1-125 seperti disajikan pada Tabel2 dan untuk sumber radiasi Ba-133 pada Tabel 3.
Tabel2. Hasil uji OS komposit dengan menggunakan detektor GM dan sumber radiasi
1-125.
Dengan menggunakan rumus (2) di dapat harga massa jenis komposit
p komposit =300/126,76 = 2,37gr/cm3
perhitungan koefisien kimia (11) pada energi 1OOkeV berat Atom
C=12, H=l, Pb=207, 0=16
Berat molekul CSHI6 = 8(12)
+
16(1)=122 Berat mo lekul Pb304= 3(207) + 4( 16) = 685(/lIp) CSHI6= (96/122 x 0,149)
+
(16/122xO,294)=0,155cm·1
(/lIp) CSHI6= 0,155 x 0,95 = 0,147cm,1
(/lIp) Pb304 = (621/685 x5,62)+(64/685 x 0,152)
=5,1cm2/gram
Dengan menggunakan rumus (I) di dapat hanya :
(/lIp) komposisi = 0,155 + 5,1 = 5,255cm2/gram
/lkomposit =(/lIp) komposit x (p) komposit = 5,255 x 2,37
OS komposit = (1_e(,12,45)(O,2»x 100% = 91,7%
No Jenis sampel cacahOaya Serap %
S. KESIMPULAN 1.
10 56
2.
KompositMetoda87 30penentuan OS perisai radiasi gonod dari 3.
Pb 0,10 mmkomposit62 42lateks cair timbal oksida bisa dilakukan 4.
Pb 0,25 mmmenggunakan detektor GM dengan sumber isotop 1-81 32 5.
Pb 0,35 mm125 dan Ba-133.87 30 Oari hasil eksperimen didapat 6.
Pb 0,50 mmbahwa metoda penentuan OS ini layak dugunakan.90 29
6. DAFTAR PUSTAKA
1. SRI MUL YONO ATMOJO, "Rekayasa Celemek Perisai Radiasi Nuklir Berbasis Komposit Lateks Cair Timbal Oksida menggunakan Teknologi Ultrasonik dan Suhu Super Kritis", Dokumen Teknis, 2009.
2. Standar Nasional Indonesia (SNI) 06 -6041, Lembaran Vulkanisat Karet Timbal untuk Perisai Sinar-X, Baadan Standarisasi Nasional, Jakarta, 1999.
3. HENDRIY ANTO HADITJAHYONO, "Sistem Pengukuran Radiasi", PUSDIKLAT-BATAN,1992.
4. R.GJAEGER. "Engineering Compendium on Radiation Shielding " Vol I, Shielding Fundamentals and Methods, New York,
1968.
5. KRISTIY ANTI dkk., "Perekayasaan Perisai Radiasi Tyroid menggunakan komposit lateks cair Timbal oksida, dengan teknoIogi Ultrasonik dan suhu super kritis." Prosiding PPI-PDIPTN, PT APB-BA TAN, Yogyakarta, 2010.
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176
