PENENTUAN DAYA SERAP APRON DARI KOMPOSIT KARET ALAM
TIMBAL OKSIDA TERHADAP RADIASI SINAR- X
Kristiyanti dan Sri Mulyono Atmojo P2PN – BATAN
ABSTRAK
PENENTUAN DAYA SERAP APRON DARI KOMPOSIT KARET ALAM TIMBAL OKSIDA TERHADAP RADIASI SINAR- X. Penentuan daya serap apron dari komposit karet alam timbal oksida terhadap radiasi sinar-X melalui verifikasi perhitungan teoritis telah dilakukan, dengan tujuan untuk mendapatkan ketebalan apron yang lebih tipis, karena dirasakan bahwa apron yang dibuat sebelumnya masih terasa agak tebal, sehingga kurang nyaman apabila dipakai. Apron ini dibuat dari komposit karet alam timbal oksida dengan komposisi timbal oksida sebesar 250 part per hundred rubber (pphr), 350 pphr, 450 pphr, 600 pphr, 700 pphr, dengan ketebalan 0,18 cm untuk setiap sampel. Metode pembuatannya dilakukan dengan cara mencampur karet alam fase padat dengan bahan pengolah karet serta serbuk timbal oksida yang digiling bersama-sama. Kemudian karet tersebut dijadikan lembaran kompon pada suhu sekitar 600C dan divulkanisasi dengan belerang pada suhu sekitar 1300C dan ditekan dengan tekanan 100 kg/cm2 selama sekitar 10 menit. Lembaran vulkanisat yang diperoleh diuji sifat fisik dan daya serapnya terhadap radiasi sinar-X. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa komposit yang diperoleh ini mempunyai kuat tarik antara 20 kg/cm2 – 76 kg/cm2, perpanjangan putus 640 % – 520 %, perpanjangan tetap 7,8 % – 12,8 % dan kekerasan antara 56 shore A – 66 shore A, serta mempunyai daya serap terhadap radiasi sinar-X masing-masing sebesar 85,50 %, 90,64 %, 95,40 %, 96,94 %, 98,92 %. Dengan komposisi tersebut daya serap sampel masing-masing ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,25 mm, 0,35 mm, 0,50 mm sesuai Standar Nasional Indonesia 18-6478–2000 yang digunakan sebagai acuan. Kesimpulan dari penelitian ini adalah hasil penentuan daya serap apron melalui verifikasi perhitungan teoritis untuk ketebalan tersebut dapat digunakan untuk fabrikasi apron yang sesungguhnya.
Kata kunci : radiasi sinar – X, proteksi radiasi, komposit karet alam. ABSTRACT
DETERMINATION OF X-RAY ABSORPTION STRENGTH OF APRON FOR RADIATION PROTECTION WAS CARRIED OUT. A research was conducted to find out of the thinest apron, which is comfortable and comply with the standardization. This apron is made of natural rubber lead oxide composite. Composition of samples are 250 part per one hundred rubber (pphr), 350 pphr, 450 pphr, 600 pphr, 700 pph, and 0,18 cm thickness for each sample. A conventional methods was used in the composite manufacturing, in which the solid phase natural rubber, chemical process materials and lead oxide powder were mixed together and were made a compound at 600C and vulcanized by sulfur at 1300C and pressed by 100 kg/cm2 for 10 minutes. Furthermore, the vulcanized rubber was tested its physically properties and its X-ray absorption strength. Result of the experiment shows that the composite physically properties are tensile strength between 20 kg/cm2 – 76 kg/cm2, elongation at break 640 % – 520 %, permanent set 7,8 % – 12,8 %, hardness 56 shore A – 66 shore A. The absorption strength of samples are 85,50 %, 95,40 %, and 98,92 % which is equivalent to absorption strengths of 0,25 mm, 0,35 mm, 0,50 mm respectively. These absorption strength comply with Indonesian National Standard 18-6478-2000. The conclusion of these experiments is that determination absorption strength methods by verification of theoretically computation is very good methods, so it can be used for apron fabrication.
PENDAHULUAN
pron adalah peralatan yang digunakan sebagai bahan pelindung terhadap radiasi sinar-X. Apron tersebut berupa komposit dibuat dari karet alam dan timbal oksida (Pb3O4).
Fungsi sebagai pelindung terhadap radiasi sinar-X ditunjukkan dengan daya serapnya terhadap radiasi sinar-X, yang diharapkan setara dengan daya serap pelat timbal dengan ketebalan tertentu. Apron ini juga harus bersifat elastis yang ditunjukkan dengan uji kuat tarik, perpanjangan tetap, dan perpanjangan putus.
A
Perekayasaan ulang dilakukan karena pembuatan apron yang telah dilakukan terdahulu walaupun telah memenuhi standar SNI 18–6478– 2000 : Apron Proteksi Radiasi Sinar-X, namun terasa masih terlalu tebal, sehingga kurang nyaman dipakai. [1] Perekayasaan ulang ini
bertujuan untuk mengkaji ulang komposisi apron sehingga didapatkan ketebalan yang lebih tipis, tetapi masih memenuhi standar. Kaji ulang perancangan dilakukan untuk komposit dengan ketebalan 0,18 cm. Ketebalan tersebut dipilih karena dari hasil perhitungan daya serap terhadap radiasi sinar-X dengan tegangan operasi 100 kV, masih terpenuhi dengan mengubah besarnya komposisi timbal oksida yang digunakan sebagai bahan pengisi.
Kompon yang dibuat berupa sampel dengan ukuran: panjang x lebar = 15 cm x 15 cm, tebal 0,18 cm dan mempunyai komposisi timbal oksida sebesar 250 pphr, 350 pphr,
450 pphr, 600 pphr, 700 pphr. Komposisi ini ditetapkan karena dari hasil perhitungan, daya serapnya terhadap radiasi sinar-X setara dengan daya serap pelat timbal sesuai standar SNI 18 – 6478 – 2000. [2]
Dari hasil verifikasi perhitungan untuk ketebalan 0,18 cm ini diharapkan bisa didapatkan apron yang lebih tipis, tetapi masih memenuhi persyaratan yaitu mampu menyerap radiasi sinar-X sesuai dengan standar yang diacu dan nyaman dipakai.
TEORI
Penentuan daya serap komposit karet alam dan timbal oksida harus dibandingkan dengan daya serap pelat timbal dengan ketebalan tertentu Dalam penentuan ketebalan komposit karet alam timbal oksida perlu dihitung koefisien serapan massa karet alam dan timbal oksida. Untuk menentukan daya serap komposit digunakan pesawat sinar – X. Tabung sinar – X dioperasikan pada tegangan 100 KeV, arus 5 mA
dan waktu penyinaran adalah selama 6 detik. Detektor daya serap yang digunakan adalah film
badge, jenis personal monitor. Untuk melakukan
perancangan, perlu dihitung terlebih dahulu koefisien serapan massa karet alam dan timbal oksida.
Karet alam mempunyai rumus kimia C8H16
dan timbal oksida Pb3O4, sehingga unsur yang
dominan pada pembuatan komposit sebagai bahan apron yaitu H, O, C dan Pb.
Tabel 1. Koefisien serapan massa (µ/ρ) dan masa jenis (ρ) unsur yang dominan pada pembuatan apron. [3]
Unsur Koefisien serapanmasa (/) unsur, cm2/g, pada E = 100 KeV Massa jenis, g/cm3 H O C Pb 0,294 0,152 0,149 5,620 0,00008188 0,001429 2,25 11,34 Koefisien serapan massa senyawa bisa dihitung dengan persamaan 1 berikut.
(/)senyawa = (NA/A) x wi (/)i[4] (1)
dimana :
NA = bilangan Avogadro, 6,024 x 1024
A = berat molekul senyawa
w = fraksi berat unsur dalam senyawa. Komposisi komposit dinyatakan dalam satuan pphr yang merupakan perbandingan antara berat timbal oksida pada setiap 100 gram karet alam. Untuk menghitung volume karet alam dan timbal oksida yang diperlukan untuk setiap komposit apron, maka massa jenis , koefisien serapan masa µ/, koefisien serapan linier µ dan daya serap (DS) perlu dihitung. Persamaan untuk menghitung volume komposit digunakan persamaan 2.
G
V
r
=
(2) dimana : V = volume, cm3G = berat senyawa, gram = masa jenis senyawa, g/cm3
Volume komposit sampel dengan ukuran tebal 0,18 cm, panjang x lebar = 15 cm x 15 cm, sama dengan 40,3 cm3. Massa jenis ()
karet alam = 0,95, dan massa jenis timbal oksida (Pb3O4) = 9,3 gr/cm3, maka volume dan
berat masing-masing senyawa dapat dihitung. Selanjutnya untuk menghitung koefisien serapan massa komposit dapat digunakan persamaan 3 berikut:
(μ/ρ) komposit = ∑wi (μ/ρ)i (3)
dimana :
wi = fraksi berat senyawa dalam komposit
Daya serap (DS) komposit terhadap radiasi sinar-X dapat dapat dihitung dengan persamaan 4 dan 5 berikut
DS = ( 1 – e-x ) x 100 % (4)
dimana :
I0 = intensitas radiasi sinar-X sebelum
melewati sampel komposit
I = intensitas radiasi sinar-X sesudah melewati sampel komposit
Sedangkan
I = I0 x e-x (5)
dimana :
x = tebal sampel
Dengan demikian persamaan 4 dapat diubah menjadi :
DS = ( 1 – I/I0 ) x 100 % (6)
Komposit yang diamati dalam penelitian ini adalah 250 pphr, 350 pphr, 450 pphr, 600 pphr, 700 pphr.
TATA KERJA Bahan
Bahan yang diperlukan dalam penelitian ini antara lain :
Karet alam jenis RSSI, bahan pengisi Pb3O4,
bahan pengolah karet, bahan pencuci film (developer dan fixer), film badge dosimetri
Peralatan
Alat pencampur dan penggiling untuk membuat kompon yang dilengkapi dengan termometer, mesin untuk memvulkanisasi yang dilengkapi dengan alat ukur suhu dan tekanan, alat uji kuat tarik dan perpanjangan putus, alat uji kekerasan, peralatan proses film, densitometer, pesawat sinar-X, perancah mekanik untuk memasang sampel dan personil monitor untuk memonitor dosis yang diterima pelaksana pengujian
Pelaksanaan Pembuatan
Sesuai dengan ketentuan pada buku Pedoman Proteksi Radiasi di Rumah Sakit dan Tempat Praktek Umum, disebutkan bahwa setiap tempat tersebut harus menyediakan apron yang mempunyai daya serap terhadap radiasi sinar-X setara dengan daya serap pelat timbal tebal 0,25 mm, 0,35 mm, 0,5 mm. [5] Untuk itu penentuan
komposisi sampel komposit dengan ketebalan apron sekitar 0,18 cm disesuaikan dengan ketentuan tersebut. Komposisi timbal oksida yang dipilih pada sampel adalah 250 pphr, 350 pphr, 600 pphr dan 700 pphr. Berdasarkan perhitungan teoritis, daya serap sampel komposit pada rentang komposisi ini akan masuk di dalam rentang daya serap yang dipersyaratkan dalam standar.
Tahap pembuatan kompon pada prinsipnya ada empat langkah kegiatan yaitu :[6]
Proses Pencampuran
Pada proses ini karet alam dicampur dengan bahan pengisi dalam mesin pencampur. Pencampuran dilakukan dengan cara digiling, kemudian dipotong-potong dan diumpankan kembali ke dalam gilingan. Langkah ini dilakukan sampai terlihat warna yang merata, yang menandakan bahwa timbal oksida telah tercampur dengan baik.
Proses Pembuatan Kompon
Karet alam dan bahan pengisi digiling dengan suhu sekitar 600C dan kemudian dibuat
lembaran dengan tebal sekitar 0,18 cm. Lembaran tersebut kemudian dipotong sesuai dengan cetakan yang tersedia, untuk kemudian dilakukan vulkanisasi.
Proses Vulkanisasi
Pada proses ini kompon yang sudah dipotong dimasukkan ke dalam cetakan, dan ditutup dengan pelat stainless-steel pada bagian atasnya, kemudian dipress dengan tekanan 100 kg/cm2 pada suhu sekitar 130 0C selama sekitar
10 menit. Selanjutnya sampel vulkanisat diambil dan diuji sifat fisik dan daya serapnya.
Pengujian
Pengujian fisik meliputi : uji kuat tarik, perpanjangan tetap, perpanjangan putus mengikuti SNI 06 – 4966 – 1999, Penentuan Sifat-sifat Tegangan Dan Regangan Dari Karet Vulkanisat dan Karet Thermoplastik. [7]
Sedangkan uji kekerasan mengikuti SNI 06– 4999–1999: Penentuan Kekerasan Karet
Vulkanisat Dengan Menggunakan Durometer Shore.. [8]
Pengujian daya serap terhadap radiasi sinar-X mengikuti SNI 18–6480–2000: Metode Pengujian Ekivalen Timbal. [9]
Tataletak peralatan untuk pengujian daya serap seperti tercantum dalam Gambar 1.
Gambar 1. Tataletak pengujian daya serap terhadap radiasi sinar-X
Keterangan: 1. Tabung sinar-X 2. Diafragma 3. Sinar-X 4. Kolimator 5. Celah (dia.1,5 cm) 6. Shielding Pb 7. Sampel holder 8. Sampel
9. Film badge holder 10. Film badge
HASIL DAN PEMBAHASAN.
Sesuai dengan tatakerja di atas, maka komposit yang dibuat sampel terdiri dari komposisi 250 pphr, 350 pphr, 450 pphr, 600 pphr, 700 pphr dengan ketebalan 0,18 cm. Dalam penelitian ini digunakan bahan cetakan yang terbuat dari pelat baja tebal 20 mm dengan ukuran 20 cm x 20 cm, sebanyak 2 lembar, terdiri dari cetakan bagian atas dan bawah. Cetakan bagian bawah dibuat cekungan sedalam 1,8 mm dengan ukuran : panjang x lebar = 15 cm x 15 cm, sedangkan cetakan bagian atas rata. Dari hasil proses vulkanisasi didapatkan bahwa dengan cetakan bahan baja, komposit yang dipress memberikan hasil yang kurang halus. Hal ini kemungkinan disebabkan baja mempunyai permukaan yang lunak sehingga pada waktu penghalusan permukaan tidak rata, sehingga menyebabkan permukaan menjadi sedikit bergelombang. Untuk selanjutnya disarankan bahan cetakan untuk pembuatan apron digunakan bahan dari stainless-steel, agar permukaan cetakan bisa menjadi lebih halus. Walupun bentuk fisik agak bergelombang, namun ketebalan yang diukur pada diagonal sampel (empat posisi) masih memenuhi standar yang diacu. Dari standar tersebut deviasi ketebalan yang diijinkan adalah 10 %, yang berarti rentang ketebalan adalah 1,62 mm – 1,92 mm, sehingga secara umum ketebalan relatif baik. Hasil uji fisik seperti tercantum pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil uji fisik sampel komposit Komposisi,
pphr Kuat tarik,kg/cm2 Perpanjangantetap, % Perpanjanganputus, % Kekerasan,shore A rerata, mmKetebalan
250 20 7,8 640 56 1,90
350 16 8,6 600 57 1,79
450 12 9,6 560 64 1,82
600 7,6 10,6 520 65 1,91
700 6 12,8 490 66 1,71
Standar SNI Min. 6 Maks. 10 Min. 400 Maks. 65 Dev. 10 % Dari Tabel 2 tersebut terlihat bahwa hampir
semua sifat fisik sampel komposit masih memenuhi persyaratan, kecuali pada komposisi 600 pphr dan 700 pphr. Kalau diambil toleransi 10 %, maka sampel dengan komposisi 600 pphr masih bisa digunakan. Hal ini terlihat dari besarnya perpanjangan tetap dari sampel ini sebesar 10,6 %, yang menurut standar seharusnya hanya 10 % dan kalau ditambah toleransi akan menjadi 11 %. Jadi komposit
dengan komposisi 600 pphr ini masih layak untuk digunakan sebagai bahan apron. Sedangkan sampel untuk komposisi 700 pphr walaupun kekerasannya masih dalam batas toleransi, namun perpanjangan tetapnya sudah di luar batas toleransi, sehingga untuk komposit dengan komposisi 700 pphr ini tidak memenuhi persyaratan.
Untuk melakukan pengujian daya serap sampel terhadap radiasi sinar-X, detektor yang
digunakan adalah film badge jenis persoil monitor. Detektor dipasang pada bagian belakang sampel, dan disinari dengan sinar-X.
Film badge kemudian diambil dan diproses
dalam ruang pemroses film, kemudian dibaca densitasnya. Hasil bacaan ini merupakan intensitas radiasi sinar-X setelah melewati sampel (sebagai bacaan I).
Penyinaran juga dilakukan tanpa sampel atau penyinaran langsung , dan bacaan pada film setelah diproses akan menjadi I0. Selain itu, juga
dilakukan pemrosesan film yang tidak disinari, dan hasil bacaan ini adalah sebagai back-ground. Untuk menghitung daya serap tersebut, maka I0
dan I harus dikurangi dengan bacaan
back-ground. Angka yang diperoleh sesudah
pengurangan ini, merupakan hasil yang sebenarnya. Contoh perhitungan adalah sebagai berikut:
Perhitungan untuk komposisi 350 phr:
Intensitas radiasi sebelum melewati sampel = 4,203 Tanpa disinari (sebagai background) = 0,507 -Jadi intensitas radiasi I0 = 3,696
Intensitas radiasi sesudah melewati sampel = 0,853 Tanpa disinari (sebagai background) = 0,507
-Jadi intensitas radiasi I = 0,346
Daya serap DS = ( 1 – I / I0) x 100 %
= ( 1 – 0,346/ 3,696) x 100 % = 90,64 %
Demikian cara ini digunakan untuk menghitung semua data yang diperoleh dari percobaan. Tabel 3 dan 4 berikut merupakan hasil uji daya serap terhadap radiasi sinar-X pada tegangan operasi 100 kV dan kuat arus 5 mA, untuk pelat timbal dengan berbagai ketebalan dan komposit dengan berbagai komposisi. Dari Tabel 2 dan 3 tersebut terlihat bahwa komposit dengan komposisi 350 pphr, 450 pphr, 600 pphr masing-masing ekivalen dengan daya serap pelat timbal tebal 0,25 mm, 0,35 mm dan 0,5 mm. Jika hasil ini dibandingkan dengan perhitungan teori, ternyata bahwa hasil perhitungan daya serap hampir sama. Oleh karena itu, metode simulasi perhitungan secara teoritis sebelum dilakukan fabrikasi, dapat diterapkan dalam pembuatan apron yang sesungguhnya, karena hasil perhitungan dengan percobaan hanya berbeda sedikit, dan metode ini akan dapat menurunkan biaya pembuatan.
Tabel 3. Daya serap pelat timbal (Pb) dengan berbagai ketebalan, pada tegangan operasi pesawat sinar-X 100 KeV, 5 mA
Tebal Pb Bacaan densitometer +background Bacaan densitometer– background Daya serap %
Tanpa sampel 4,203 3,696
-0,25 0,940 0,433 88,28
0,35 0,793 0,286 92,26
0,50 0,663 0,156 95,76
Tabel 4. Daya serap komposit dengan ketebalan 0,18 cm, pada tegangan operasi pesawat sinar-X 100 KeV, 5 mA.
Komposisi,
pphr Bacaan densitometer+ background Bacaan densitometer– background PercobaanDaya serap, %Teori
250 1,043 0,536 85,50 82,83 350 0,853 0,346 90,64 89,70 450 0,677 0,170 95,40 93,36 600 0,620 0,113 96,94 96,19 700 0,547 0,040 98,92 97,22 Tanpa disinari 0,507 - - -KESIMPULAN
Dari hasil verifikasi perhitungan apron, maka didapat ketebalan komposit yang lebih tipis dengan merubah komposisi komposit yaitu 350 pphr, 450 pphr dan 600 pphr yang setara dengan pelat Pb dengan tebal 0,5 mm, 0,35 mm, 0,25 mm, sehingga dapat disimpulkan
bahwa perhitungan teoritis dapat digunakan untuk pedoman fabrikasi apron.
UCAPAN TERIMA KASIH
Dalam penelitian perekayasaan ulang apron ini, kami ucapkan terima kasih kepada :
- Balai Penelitian Karet Bogor yang telah membantu pembuatan sampel.
- PUSDIKLAT – BATAN yang telah membantu dalam pengukuran daya serap sampel komposit terhadap radiasi sinar-X.
DAFTAR PUSTAKA
1. SRI MULYONO dkk, Optimasi Komposit Karet Alam Timbal Oksida Untuk Apron Proteksi Radiasi Sinar-X, Pusat Standardisasi dan Jaminan Mutu Nuklir – BATAN, Jakarta 2000
2. STANDAR NASIONAL INDONESIA (SNI) 18-6478-2000, Apron Proteksi Radiasi Sinar – X , Badan Standarisasi Nasional, Jakarta 1999
3. FRANK H – ATTIX, Introduction to Radiological Phisic and Radiation Dosimetri, John Willey and Son, New York, 1986
4. PERRY’S, Chemical Engineers Hand Book, Six edition, Mc Graw-Hill International Edition, 1984
5. SOEKOTJO JUDOATMODJO, Pedoman Proteksi Radiasi di Rumah Sakit dan Tempat Praktek Umum lainnya, Buku III : Diagnosis
Dengan Sinar –X, Badan Tenaga Atom Nasional, Jakarta, 1985
6. KURSUS PENGAWAS MUTU STANDAR INDONESIA RUBBER, Direktorat Standarisasi, Normalisasi dan Pengendalian Mutu, Departemen Perdagangan dan Koperasi,1981
7. STANDAR NASIONAL INDONESIA (SNI) 06 – 4966 – 1999, Penentuan Sifat-sifat Tegangan Dan Regangan Dari Karet Vulkanisat dan Karet Thermoplastik, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta, 2000 8. STANDAR NASIONAL INDONESIA
(SNI) 06 – 4999 – 1999, Penentuan Kekerasan Karet Vulkanisat Dengan Menggunakan Durometer Shore, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta, 2000. 9. STANDAR NASIONAL INDONESIA
(SNI) 18 – 6480 – 2000, Metode Pengujian Ekivalen Timbal untuk Peralatan Sinar – X, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta, 2000
