UJIAN KELURUSAN DOSIM ETER PENDARCAHAYA RANGSANGAN OPTIK (OSL) TERHADAP SINAR-X SIRI SPEKTRUM SEMPIT (NSS) DAN SINAR GAMA
Ahmad Bazlie Abdul Kadir, Mohd Taufik Dolah, Hasan Sham, Taiman Kadni & John Konsoh Sangau
Makmal Standard Dosimetri Sekunder (SSDL) Agensi Nuklear Malaysia (Nuklear Malaysia)
Bangi 43000 Kajang Selangor
Abstrak
SSDL telah membuat perolehan sebanyak 600 unit dosimeter Pendarcahaya Rangsangan Optik (Optically Stimulated Luminescence - OSL) keluaran Nagase Landauer. Sebanyak 20 unit telah dipilihh secara rawak untuk menguji kebolehan dosimeter OSL ini sebagai dosimeter peribadi bagi menggantikan lencana filem. Dosimeter OSL ini disinarkan kepada sinar-X berkeupayaan 80 kV (65keV) NSS, Sinar-X berkeupayaan 200kV (171 keV) NSS, sinar gama Cs-137 (662 keV) dan Sinar gama Co-60 (1250 keV). Dosimeter OSL ditampal pada permukaan fantom air berdimensi 30 cm x 30 cm x 15 cm dan disinarkan pada dos setara peribadi tisu pada kedalaman 10 mm, Hp(10) iaitu 0.1, 0.3, 0.5, 0.8, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 dan 10.0 mSv. Sebanyak dua unit dosimeter akan disinarkan pada setiap dos yang dinyatakan. Keputusan analisa menunjukan nilai kelurusan R2 (linear regression coefficient) untuk keempat-empat kualiti sinaran adalah menghampiri angka 1 (R2 ~ 1).
PENGENALAN
Terdapat sebanyak 18,000 pekerja sinaran di Malaysia menggunakan Lencana Filem dan baki 3,700 pekerja sinaran lagi menggunakan dosimeter pendarcahaya haba (Thermoluminescence Dosimeter -T L D ) iaitu 2,000 pekerja menggunakan TLD jenis Panasonic dan baki 1,700 pekerja menggunakan TLD Harshaw. Sebagai alternatif kepada dua jenis dosimeter peribadi ini pihak SSDL-Nuklear Malaysia telah bercadang untuk memperkenalkan satu lagi perkhidmatan dosimeter peribadi baru kepada pekerja sinaran iaitu dosimeter pendarcahaya rangsangan optik (Optically Stimulated Luminescence - OSL) keluaran Nagase-Landauer, Dosimeter OSL ini dipilih oleh SSDL-Nuklear Malaysia bagi menggantikan perkhidmatan Lencana Filem secara keseluruhan menjelang tahun 2015. Ini memandang kebanyakan negara di dunia telah bertukar menggunakan dosimeter peribadi daripada Lencana Filem kepada dosimeter yang lebih peka iaitu seperti dosimeter pendarcahaya radio (Radio Photo Luminescence - RPL), OSL dan TLD.
Di rantau Asia Tenggara, Thailand telah mula menggunakan OSL bermula tahun 2010 bagi menggantikan lencana filem dan TLD (Sudchai, 2011).
Sebanyak 600 unit OSL telah dibeli pada Oktober tahun 2011 oleh pihak SSDL-Nuklear Malaysia untuk tujuan penyelidikan dan pembangunan. Dosimeter OSL jenis Inlight keluaran
Nagase-Landauer ini terdiri daripada kepingan slaid dan pemegang yang diperbuat daripada plastik PVC.
Pada kepingan dosimeter OSL ini, ia terdiri 4 unit bahan pengesan setara tisu iaitu Aluminium Oksida yang didopkan dengan unsur Karbon (Al2O3:C) yang mana lapisan A l2O3:C ini akan dikepilkan di dalam 2 lapisan poliester yang mempunyai ketebalan 0.3 mm. Pemegang OSL ini pula terdiri daripada 2 bahagian iaitu bahagian hadapan dan belakang dan setiap bahagian mempunyai 1 jenis tetingkap terbuka dan 3 jenis penapis. Ketebalan tetingkap terbuka untuk bahagian hadapan ialah 29 mg/cm2 dan bahagian belakang pula 134 mg/cm2. Penapis-penapis untuk pemegang OSL ini ialah penapis Plastik berketebalan 275 mg/cm2 untuk bahagian hadapan dan 283 mg/cm2 untuk bahagian belakang. Penapis Aluminium berketebalan 375 mg/cm2 untuk bahagian hadapan dan 383 mg/cm2 untuk bahagian belakang. Penapis Kuprum berketebalan 545 mg/cm2 untuk bahagian hadapan dan 553 mg/cm2 untuk bahagian belakang.
(Hernandez, 2008).
Untuk mendapatkan maklumat data yang tersimpan didalam OSL, ia perlu didedahkan dengan cahaya pada jarak gelombang 540 nm. Alat pembaca OSL mengandungi 38 diod pendar cahaya (LED) yang bertujuan untuk illuminate mana-mana dosimeter OSL sama ada menggunakan alat pembaca manual ataupun alat pembaca automatik.
Cahaya yang dilepaskan pada perangkap pasangan elektron-lohong akan bergabung dan menyebabkan sinaran luminescence boleh diukur oleh tiub pemfotoganda (PMT). Komputer akan mentafsir pengiraan logaritma dos berdasarkan pembilangan foton terhadap dos. Output daripada komputer akan diterjemahkan dalam bentuk dos dos dalam (deep dose), dos kanta mata (lens o f the eyes) dan dos kulit (skin dose) (Hernandez, 2008).
Penggunaan dosimeter OSL yang baru digunakan untuk pemantauan nilai dos yang terdedah kepada pekerja sinaran. Bagi nilai ideal, nilai dos yang diukur dari OSL mestilah sama dengan nilai dos yang disinarkan bagi mendapatkan nisbah bacaan optimum. Walaubagaimanpun menurut garis panduan International Commision On Radiological Protection (ICRP) yakni didalam dosimetri peribadi, ralat maksima didalam pengukuran pada sesuatu aras had dos tahunan seharusnya tidak melebihi faktor 1.5 pada aras keyakinan 95%. Ini bermakna dos diukur perlu dalam lingkungan -33% dan +50% pada kebiasaan nilai sebenar suatu kuantiti yang ingin diketahui (Julius et al., 1994).
BAHAN DAN KAEDAH
Kajian yang dijalankan di SSDL adalah menggunakan 20 set lengkap dosimeter OSL jenis Inlight Landuer (Al2O3:C). Alat pembaca OSL pula adalah dari jenis Microstar keluaran Nagase- Landuer. Perisian yang digunakan bagi menganalisis maklumat juga dinamakan Microstar System. Terdapat tiga mesin penyinaran digunakan dalam ujikaji ini iaitu mesin sinar-x model Yxlon, mesin penyinaran gama OB-85 dan mesin teleterapi gama Eldorado-8. Dalam kajian ini hanya 4 aras tenaga yang diuji iaitu 2 aras tenaga sinar-X 80 kV (65 keV) dan 200 kV (171 keV) dan 2 lagi aras tenaga sinar gama iaitu Cs-137 (662 keV) dan Co-60 (1250 keV). Kebuk pengionan model PTW 32002 (1,000 cc) bersama dengan elektrometer model PTW-Unidos 10001 digunakan untuk menentukan kadar kerma udara untuk sinar-x dan sinar gama.
Conversion factor digunakan bagi mendapatkan nilai Hp(10). Sebanyak 10 nilai dos dinilai iaitu 0.1, 0.3, 0.5, 0.8, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 dan 10.0 mSv dari 4 aras tenaga yang berlainan. Bagi
setiap dos yang berbeza, 2 unit dosimeter OSL digunakan menjadikan nilai dosimeter OSL adalah 20 unit. Fantom air PMM A berdimensi 30 x 30 x 15 cm3 digunakan sebagai simulasi reaksi badan manusia. Ujian kelelurusan dijalankan dengan memplot graf dos sebenar melawan dos bacaan. Manakala ujian ketepatan dos sinaran pula diuji dengan melihat nisbah antara dos bacaan dengan dos sebenar yang dimuatkan dalam graf pengujian dos sinaran. Contoh penentuan 10 nilai dos berbeza pada satu aras tenaga yang sama dengan menggunakan 20 unit dosimeter OSL adalah seperti berikut:
1. Penentuan nilai kadar kerma udara (
K
udara): bagi proses penyinaran sinar-x N SS, penentuan nilai kadar kerma udara (K
udara) ditentukan menggunakan kebuk pengionan. Jarak tiub sinar-x ke kebuk pengionan (SDD ) = 200cm, 10 bacaan direkodkan dari electrometer (q), dan selang masa bacaan diambil t = 1 minit. BagiK
udara 80kV (65 keV), didapati purata bacaan adalah <q/t> = 6.785 nC/minit, Nk (faktor tentukuran kerma udara) = 24.52^Gy/nC, Ktp = 1.020, Kadar kerma udara (K
udara) = <q/t> x Nk x Ktp = 169.696 ^Gy/min.2. Penentuan nilai kerma udara (
K
udara): bagi proses penyinaran sinar gama Co-60 menggunakan mesin teleterapi gama Eldorado-8 ditentukan menggunakan pengiraan rumus pereputan radioaktif, di mana separuh hayat t1/2, Co-60 adalah 1925 hari. Jarak mesin Eldorado ke kebuk pengionan (SDD ) = 500 cm. Kadar Kerma udara bertarikh 13.05.2008 (K
udara, 13.05.2008) bernilai 3.69 mGy/min digunakan sebagai rujukan. Perbezaan hari denganK
udara, uj ikaji denganK
udara,13.05.2012adalah
A
t = 1410 hari. Kadar Kerma udara (K
udara) semasa ujikaji =K
udara, 13.05.2008 x exp [(-0.693 xA
t)/ t1/2 Co-60 ] = 2.22 mGy/min.3. Penentuan nilai kerma udara (
K
udara): bagi proses penyinaran sinar gama Cs-137 menggunakan penyinaran gama OB-85 ditentukan menggunakan pengiraan rumus pereputan radioaktif, di mana t1/2, Cs-137 adalah 11,018 hari. Jarak punca Cs-137 ke kebuk pengionan (SDD ) = 200 cm.Kadar Kerma udara bertarikh 02.04.2012 (
K
udara, 2.04.2012) bernilai 0.2046 mGy/min digunakan sebagai rujukan. Perbezaan hari denganK
udara, uj ikaji denganK
udara 2.04.2012 adalahA
t = 9 hari.Kadar Kerma udara (
K
udara) semasa ujikaji =K
udara, 2.04.2012 x exp [(-0.693 xA
t)/ t1/2 Cs-137] = 0.2045 mGy/min .4. Penentuan masa penyinaran (t): menggunakan rumus penukaran dos setara Hp(10), kadar Hp(10) dikira daripada
H
p(10) =K
udara x t x Hp(10) (contoh bagi kualiti sinar-x 80 kV (65 keV) = 1.88 Sv/Gy). Penentuan masa penyinaran adalah berpandukan 10 nilai dos yang akan disinarkan kepada dosimeter OSL. Sebagai contoh bagi nilai dos 0.1 mSv, masa yang diperlukan untuk penyinaran adalah: t = 0.1 m Sv/ (K
udara x Hp(10)) = 0.1 m Sv/(169.696 ^Gy/min x 1.88 Sv/Gy) = 19 saat. Bagi masa penyinaran 0.3-10 mSv juga ditentukan menggunakan kaedah yang sama.Kaedah ujikaji di atas diulang menggunakan OSL yang sama bagi kualiti sinar-X 200 kV (171 keV), sinar gama Cs-137 (662 keV) dan sinar gama Co-60 (1,250 keV).
KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
Rajah 1, 2, 3 dan 4 menunjukkan ujian kelelurusan yang dianalisa dengan melihat hubungan kelelurusan antara nilai dos yang dibaca (dos bacaan) melawan dos sebenar. Pada aras tenaga 65 keV, ujian kelurusan menunjukan gerakbalas bacaan dari dosimeter OSL dengan dos yang diberi berada dalam keadaan lurus.
Rajah 1. Kelurusan OSL Terhadap Sinar-x N80
Rajah 2. Kelurusan OSL Terhadap Sinar-x N200
K elurusan d o s im e te r OSL T e rh ad a p Sinar G am a Cs-137 (662 keV)
0 .1 1 10 1 0 0 1 0 0 0
D o s d i b e r i H p ( 1 0 ) ( m S v )
Rajah 3. Kelurusan OSL Terhadap Sinar Gama Cs-137
Rajah 4. Kelurusan OSL Terhadap Sinar Gama Co-60
Pada kualiti sinaran 171 keV, 662 keV dan 1250 keV, dapati hasil ujian kelelurusan daripada graf gerakbalas bacaan dosimeter OSL yang diberi berada dalam keadaan lurus di mana nilai
2 2
R ~1. Keputusan analisa menunjukan nilai kelelurusan R untuk keempat-empat aras tenaga sinaran adalah menghampiri angka 1 (R2~ 1).
Biarpun kesemua nilai-nilai R2 berada dalam keadaan lurus, ketepatan nilai dos sinaran juga perlu dikaji bagi memastikan nilai dos yang dibaca dari gerakbalas OSL menghampiri nilai sebenar dos yang didedahkan dari pengiraan. Dengan menggunakan graf bentuk lengkuk trumpet, ketepatan bacaan dosimeter peribadi OSL perlu berada didalam julat -33% dan 50%
pada 95 % aras keyakinan (ICRP,1997). Rajah 5 menunjukkan keputusan nisbah dos bacaan, Hp(10)m terhadap dos sebenar, Hp(10)t melawan nilai dos sebenar bagi menunjukkan bacaan OSL ini diterima dalam julat yang dibenarkan.
Rajah 5. G raf Ketepatan Dosimeter OSL Terhadap Dos Sinaran, Hp(10)
KESIMPULAN
Sebagai kesimpulan nilai dos bacaan OSL menggunakan 4 aras tenaga yang berbeza berada dalam keadaan lelurusan pada dos di bawah 10 mSv. Secara keseluruhan OSL menunjukkan nilai faktor kelelurusan R2 (linear regression coefficient) di antara 0.993 < R2 < 0.999. Ini menunjukkan dosimeter OSL adalah linear atau lurus bagi dos di antara 0.1 mSv - 10.0 mSv.
Daripada ujikaji ini menunjukkan OSL berfungsi dengan baik kerana kesemuanya termasuk dalam julat yang dicadangkan oleh ICRP bil. 75 iaitu antara -33% dan 50% pada aras keyakinan 95%.
PENGHARGAAN
Ucapan terima kasih diucapkan kepada staf unit tentukuran SSDL di atas bantuan teknikal mengendalikan mesin penyinaran ketika ujikaji dijalankan.
RUJUKAN
Hernandez, P.J. 2008, Response Comparison o f an Optically Stimulated Luminescent Dosimeter, A Direct-Ion Storage Dosimeter A n d A Thermoluminscence Dosimeter, Tesis Sarjana
Sains Texas A&M University, m/s: 8.
ICRP, 1997, International Commission on Radiological Protection: General Principles fo r Radiation Protection o f Worker, Publication N o.75, Oxford Pergamon Press.
Julius, H.W., Marshall, T.O. Chrisensen & Van Dijk, J.W. E, 1997, Type Testing O f Personal Dosimeters fo r Photon Energy A n d Angular Response, Vol. 54 N os % Radiation Protection Dosimetry, Nuclear Technology Publishing.
Sudchai, Warapon & Sa-Ngan-Sat, Attokovit, 2011, Inlight Optically Stimulated Luminescence fo r Occupational Monitoring Service in Thailand, Publish in Sixth International Symposium On Radiation Safety and Detection Technology ISORD-6, Langkawi Malaysia.