Pujadi, Hermawan Chandra, dan Gatot Wurdiyanto Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi - BATAN ABSTRAK ABSTRACT

Transkripsi

1 MINIMALISASI EFEK GEOMETRI PADA STANDARDISASI RADIONUKLIDA BENTUK CAIR VOLUME BESAR : PERBANDINGAN PENGUKURAN AKTIVITAS Co-60 DAN I-15 DENGAN TIGA METODE Pujadi, Hermawan Chandra, dan Gatot Wurdiyanto Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi - BATAN ABSTRAK Telah dilakukan pengukuran aktivitas sumber radionuklida bentuk cairan yang mempunyai volume relatif besar dengan metode absolut puncak jumlah menggunakan sistem spektrometri gamma detektor HPGe. Sumber radionuklida yang digunakan adalah Cobalt-60 dan Iodium-15, sumber ini mempunyai dua atau lebih energi gamma dengan bagan peluruhan yang karakteristik sehingga dapat terjadi puncak jumlah. Pada pengukuran menggunakan detektor HPGe, sumber radionuklida bentuk cair yang mempunyai volume relatif besar, kesalahan pengukuran dipengaruhi oleh faktor atenuasi diri. Untuk mengurangi kesalahan pengukuran akibat proses atenuasi diri, maka volume dikecilkan dengan membagi menjadi n=10 bagian sama besar. Pengukuran dilakukan pada jarak sumber = 0 cm dari detektor. Selain itu dilakukan pula dengan metode relatif spektrometer gamma menggunakan sumber standar Holmium-166m dan menggunakan kamar pengionan. Pada metode absolut puncak jumlah dua gerbang saluran gamma untuk pengukuran Iodium-15, berturut-turut dipasang pada jangkau energi gamma kev untuk puncak energi foton 7, sampai 31,7 kev dan jangkau energi kev untuk puncak jumlah. Sedangkan pada pengukuran sumber Cobalt- 60 gerbang saluran gamma dipasang pada masing-masing energi yaitu 1173, 133 kev dan puncak jumlahnya. Hasil pengukuran dengan metode absolut puncak jumlah dimana volumenya terbagi, dapat mengurangi kesalahan pengukuran untuk Cobalt-60 sebesar 8,54 % dan untuk Iodium-15 sebesar,85%. Perbandingan hasil pengukuran ketiga metode tersebut berkisar antara 0,31 0,49% untuk Cobalt-60 dan 0,47 0,7% untuk Iodium-15. Kata Kunci : Standardisasi, radionuklida, efek geometri, metode absolut puncak jumlah dan relatif. ABSTRACT Activity determination of solution radionuclide sources have been carried out by using gamma spectrometer system HPGe detector, with the sum-peak absolute method. The Co-60 and I-15 sources have two or more gamma energy with characteristic decay scheme to sum-peak performed. The counting error on measurement of volume solution source using HPGe detector mainly depends on self attenuation. The volume of solution sources can be divided part of to n=10 for increasing of self attenuation. The relative methods using gamma spectrometer with Ho-166m standard source and ionization chamber were also activity determined. Two gamma window used for measurement of I-15 to obtain single and sum-peak areas energy peaks were set from 13 to 40 kev and from 40 to 73 kev. For measurement of Co-60 were set on 1173keV, 133 kev and sum-peaks areas. The measurement divide volume using the sum-peak absolute method the error can be increasing into.85% for I-15 and 8.54% for Co-60. The measurement result of three method showed the different about.14 to 8.6 for I-15 and 1.18 to 4.67 for Co-60. Key words : Standardization, radionuclide, geometry effect, sum-peak and relative methods. I. PENDAHULUAN Standardisasi radionuklida merupakan salah satu kegiatan dari metrologi yang tidak akan terpisahkan dengan kegiatan manusia. Sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi peranan metrologi radionuklida cukup penting karena hasil pengukuran atau standardisasi radionuklida akan digunakan sebagai sumber standar kalibrasi alat lain, sehingga hasil standardisasi radionuklida akan PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 70

2 berkontribusi secara terus menerus pada mutu pengukuran selanjutnya. Metode standardisasi zat radioaktif sangat tergantung dari sifat masing-masing. Seperti diketahui bahwa masing-masing zat radioaktif mempunyai sifat yang karakteristik, sehingga metode pengukurannya harus disesuaikan dengan sifat tersebut. Pada prinsipnya pengukuran laju cacah sumber radioaktif untuk keperluan sumber standar dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan metode absolut dan relatif, tergantung pada kebutuhan pemakaian. Metode absolut artinya pengukuran dilakukan tanpa membandingkan dengan sumber standar lain, atau alat yang digunakan tidak dikalibrasi dengan sumber standar. Sedangkan metode relatif alat yang digunakan harus dikalibrasi dengan sumber standar. Sistem alat ukur spektrometer gamma dengan detektor High Purity Germanium ( HPGe ), biasanya digunakan untuk pengukuran laju cacah sinar gamma secara relatif. Dengan perkembangan ilmu pengetahuan menurut RH MARTIN dan J.G.V. TAYLOR (199), dikutip oleh PUJADI dkk (005), pakar metrologi radionuklida ELDRIDGE dan CROWTHER (1964) mengembangkan metode pengukuran secara absolut, tanpa sumber standar untuk kalibrasi, dengan spektrometer gamma detektor NaI. Menurut G.RATEL (1995) metode pengukuran secara absolut ini telah diterapkan penggunaan detektor HPGe untuk pengukuran Iodium- 15 ( 15 I ). Pada makalah ini akan dibahas tentang standardisasi radionuklida 15 I dan Cobalt-60 ( 60 Co) bentuk cair dengan volume yang relatif besar, dengan metode absolut, menggunakan sistem spektrometer gamma detektor HPGe. Menurut T BOSCHKOVA DAN L. MINEV (001) yang dikutip oleh PUJADI dkk (004), pada sumber zat radioaktif dalam bentuk volume akan terjadi proses atenuasi diri, yang akan mempengaruhi hasil pengukuran. Besarnya atenuasi diri tergantung pada energi foton dan sifat serapan pada medianya. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat maka efek volume yang relatif besar harus diminimalkan, dengan jalan membuat volume lebih kecil. Disajikan pula hasil pengukuran secara relatif menggunakan spektrometer gamma dan kamar pengionan. II. TEORI Pada sumber radioaktif yang mempunyai bentuk cair dengan volume relatif besar, terjadi proses atenuasi diri foton, sehingga akan memberikan kontribusi kesalahan pengukuran. Proses atenuasi diri ini tergantung pada energi foton, sifat serapan media, dimensi atau geometri dan densitas media. Pada pengukuran sumber menggunakan spektrometer gamma dengan metode absolute puncak jumlah, untuk mendapatkan spektrum puncak jumlah yang optimal jarak sumber ke detektor harus kecil, atau bahkan sumber menempel di detektor ( jarak = 0 cm ). Pada cuplikan sumber zat radioaktif bentuk cair semakin besar PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 71

3 volumenya maka kesalahan pengukuran semakin besar karena ada bagian dari sumber yang mempunyai jarak berbeda ke detektor sehingga cacah puncak semakin kecil dan cacah total juga semakin kecil yang mengakibatkan hasil laju cacahnya kecil 1. Oleh karena itu untuk mengurangi kesalahan akibat efek geometri pada sumber cair yang mempunyai volume relatif besar dilakukan dengan jalan membagi menjadi n bagian, misalnya n= 10 bagian, dengan volume yang sama. Apabila sumber sebelum dibagi mempunyai aktivitas Ao, maka setiap bagian mempunyai aktivitas Ao/n (misalnya n=10 bagian), maka secara teori jumlah aktivitas semua bagian tersebut tetap sama yaitu : n1 i10 An Ao... (1) An : Aktivitas tiap-tiap bagian sumber Ao : Aktivitas sebelum dibagi menjadi n bagian. Iodium-15 Radionuklida I-15 banyak digunakan di bidang kedokteran nuklir untuk diagnosa fungsi thyroid, deteksi albumin dan urine, deteksi hepatitis B daan lain-lain. I-15 meluruh melalui tangkapan elektron dan kemudian melepaskan sinar-x dari kulit K dengan energi 7, dan 31,7 kev 3,4. Menurut Brinkman (1963) yang dikutip oleh Ming Yuan dan Wen Song wan (000), pada peluruhan yang menghasilkan dua pancaran foton secara serentak dan koinsiden, maka aktivitasnya dapat ditentuken menggunakan metode absolut puncak jumlah. Gambar 1 menyajikan spektrum I-15 menggunakan detektor HPGe. Persamaan laju cacah dengan metode absolut puncak jumlah sebagai berikut 5,6 : 4 P1P ( N1 N ) Ao ( P P ) 4N 1...() Ao : Aktivitas P 1 dan P : Berturut-turut probabilatas per peluruhan dari sinar Kx, sinar gamma dan Kx. A 1 dan A : Berturut-turut luas spektrum puncak energi gamma dan sinar-x, dan luas puncak jumlah. Harga P1 dan P ditentukan sebagai berikut : P1 PkK... (3a) (1 K P K ) (1 ) PK : probabilitas tangkapan elektron pada kulit K = 0,78 ωk : Yield pada kulit K-flourecence = 0,876 άk : Koefisien konversi pada kulit K = 11,9 ά : koefisien konversi gamma = 14,0 Untuk mengurangi kesalahan hasil pengukuran sumber dibagi menjadi bagian lebih kecil volumenya. Apabila sumber terbagi menjadi n bagian yang sama maka setiap bagian mempunyai aktivitas : n (A 4P1P 0 ) n (P 1 P ) ( N 1 ) (N ) n (4) 4(N )n : bagian sumber ke n Maka harga aktivitas total dari seluruh n bagian dapat diperoleh dengan perumusan sebagai berikut : PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 7

4 n 4P n 1 P (N 1 )n (N )n ( A 0 )n i10 (P P 4(N i10 )n 1 ) Cobalt (5) Radionuklida Co-60 meluruh menghasilkan pancaran sinar gamma yang serentak dan koinsiden dengan energi 1173 dan 133 kev. Pada Gambar. disajikan spektrum Co-60 pada pencacahan menggunakan sistem spektrometri gamma detektor HPGe. Penentuan aktivitas secara absolut dapat dilakukan dengan perumusan sebagai berikut 7 : A T N 1 N A 1... (6) A : aktivitas N 1 : luas spektrum energi puncak γ1 N : luas spektrum energi puncak γ N 1 : luas puncak jumlah T : luas total dibawah seluruh spektrum γ Apabila sumber dibagi menjadi bagian yang lebih kecil, misalnya n bagian dengan volume sama besar, maka tiap-tiap bagian mempunyai aktivitas : (N 1 )n(n )n An Tn... (7) (N 1 )n n : bagian sumber ke n Maka harga aktivitas total dari seluruh n bagian dapat diperoleh dengan perumusan sebagai berikut : n (N 1 ) n (N ) At Tn n... (8) (N i10 1 ) n Dengan memperkecil volume menjadi n bagian tersebut diharapkan kesalahan pengukuran akibat efek geometri dapat diminimalkan. III. TATA KERJA Bahan dan Peralatan 1. Sumber Co-60 dan I-15. Larutan CoCl dalam HCl 0,1 N 3. Larutan 5 mg/liter NaI + 60 mg/liter Na SO 3 dalam 0,001M NaOH. 4. Pipet 100 ml dan 10 ml. 5. Sistem spektrometer gamma dengan detektor HPGe. 6. Sistem Kamar Ionisasi 4γ-Capintex CRC-7BT 7. Vial plastik 150 dan 5 ml. 8. Pengolah data Pembuatan Cuplikan : Sumber Co-60 dan I-15 yang digunakan dalam bentuk cair pada ampul gelas masing-masing dengan volume kurang dari 0,5 ml. Kemudian masing-masing sumber diencerkan menjadi 100 ml pada wadah vial plastic 150 ml, sumber Co-60 diencerkan menggunakan larutan pengemban 0,05 gram/liter CoCl 6H O dalam HCl 0,1N, sedangkan sumber I-15 diencerkan menggunakan larutan pengemban digunakan 5 mg/liter NaI + 60 mg/liter NaHSO 3 dalam 0,001M NaOH 4. Kemudian masingmasing sumber yang telah diencerkan tersebut dibagi menjadi 10 bagian, tiap-tiap bagian 10 ml pada wadah vial plastik 5 ml, diusahakan setiap bagian sama. PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 73

5 Pencacacahan Cuplikan Pencacahan dilakukan menggunakan sistem spektrometer gamma detektor HPGe dan Kamar Ionisasi 4γ-Capintex CRC-7BT. Sumber Co-60 dan I-15 dalam ampul sebelum diencerkan berturut-turut dilakukan pencacahan secara relatif menggunakan spektrometer gamma detektor HPGe pada jarak 5 cm dari detektor dan Kamar Ionisasi 4γ-Capintex CRC-7BT pada posisi 8 cm dari dasar kamar ionisasi. Setelah diencerkan menjadi 100 ml masing-masing juga dicacah menggunakan metode absolut puncak jumlah, posisi cuplikan menempel pada detektor. Setelah masing-masing sumber di bagi menjadi 10 bagian dicacah menggunakan metode absolut puncak jumlah, posisi cuplikan menempel pada detektor. Gambar 1. Ilustrasi pemasangan gerbang saluran gamma pada spektrum I-15. Pada pencacahan I-15 dengan metode absolut puncak jumlah, gerbang saluran gamma dipasang pada jangkau energi kev (N 1 ) dan 39 7 kev (N ), ilustrasi disajikan pada Gambar 1. Sedangkan pada pencacahan dengan metode absolut puncak jumlah untuk Co-60 gerbang saluran gamma dipasang pada puncak energi 1173 kev (N 1 ), 133 kev (N ), puncak jumlah (N 1 ) dan luas total puncak (T), ilustrasi disajikan pada Gambar. Gambar. Ilustrasi pemasangan gerbang saluran gamma pada spektrum Co-60. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1. menyajikan hasil pencacahan secara relatif terhadap sumber I- 15 dan Co-60 pada ampul gelas menggunakan kamar ionisasi 4γ dan sistem spektrometer gamma detektor HPGe dan pada kedua sumber setelah diencerkan menjadi 100 ml dicacah dengan metode absolut puncak jumlah menggunakan sistem spektrometer gamma detektor HPGe. Terlihat perbedaan hasil cacah untuk I-15 volume 100 ml dibanding volume 0,5 ml berkisar antara,43-3,37%, perbedaan ini cukup besar karena adanya proses atenuasi diri pada sumber volume 100 ml, disamping itu energi gamma I-15 relatif rendah 7 30 kev. Pada sumber yang mempunyai volume besar apabila dilakukan pencacahan, ada bagian sumber yang yang mempunyai jarak dengan detektor sehingga cacah puncak maupun cacah jumlah yang terjadi semakin kecil, N1 N PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 74

6 sehingga cacah total menjadi kecil, yang mengakibatkan laju cacah sumber kecil. Selain itu perbedaan geometri sangat mempengaruhi hasil cacah karena dimensi kristal juga berubah seiring dengan perbedaan volume. Sedangkan pada sumber volume 0,5 ml yang dicacah dengan kamar ionisasi maupun spektrometer gamma mempunyai perbedaan relatif kecil 1,19%. Pada sumber Co-60 perbedaan hasil pencacahan antara sumber volume 0,5 ml dan 100 ml berkisar antara 8,19-8,9%. Dibandingkan I-15 relatif lebih baik, karena Co-60 mempunyai energi gamma yang lebih besar, 1173 dan 133 kev. Sedangkan pada sumber volume 0,5 ml yang dicacah dengan kamar ionisasi maupun spektrometer gamma mempunyai perbedaan relatif kecil 0,79%. Pada Tabel. menyajikan hasil pencacahan 10 buah sumber I-15 volume 10 ml, yang berasal dari sumber 100 ml. Harga aktivitas dihitung menggunakan persamaan (1), didapatkan harga 1715,8 ± 0,36 Bq. Hasil pengukuran dengan metoda ini dibandingkan dengan hasil pengukuran sumber volume 0,5 ml berkisar 0,47 0,7 %. Tabel 3. menyajikan hasil pencacahan 10 buah sumber Co-60 masing-masing mempunyai volume 10 ml. Dengan persamaan (3) dapat dihitung nilai aktivitas untuk masing-masing sumber, terlihat bahwa perbedaan satu sama lain relatif kecil kurang dari 1%. Dengan persamaan (4) didapatkan nilai aktivitas total kesepuluh sumber tersebut yaitu 11801,3 ± 0,71%Bq. Hasil pengukuran dengan metoda ini dibandingkan dengan hasil pengukuran sumber volume 0,5 ml berkisar 0,31 0,49 %. Hasil pencacahan sumber I-15 dan Co-60 yang dibagi menjadi 10 bagian, masing-masing 10 ml, relatif lebih baik dibandingkan dengan hasil pencacahan langsung terhadap sumber volume 100ml. Tabel 1. Hasil pencacahan I-15 dan Co-60 volume 0,5 ml dan 100 ml Sumber Volume Metode Aktivitas (Bq) Keterangan I-15 0,5 ml Relatif / Kamar ionisasi 4γ Relatif / Spektrometer γ 0,5 ml + larutan Absolut puncak pengemban 99,5 ml jumlah, = 100 ml spektrometer γ. 1651,7 ± 0,6% Posisi 8 cm dari dasar. 1804,45 ± 1,1% Jarak sumber 5 cm dari detektor 981,55 ±,8% Jarak sumber 0 cm dari detektor Co-60 0,5 ml Relatif / Kamar ionisasi 4γ Relatif / Spektrometer γ 0,5 ml + larutan Absolut puncak pengemban 99,5 ml jumlah, = 100 ml spektrometer γ ,96±0,4% Posisi 8 cm dari dasar ,01±1,1% Jarak sumber 5 cm dari detektor ,49±,8% Jarak sumber 0 cm dari detektor PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 75

7 Harga aktivitas dihitung menggunakan Persamaan 1, didapatkan harga 1715,8 ± 0,36 Bq. Hasil pengukuran dengan metoda ini dibandingkan dengan hasil pengukuran sumber volume 0,5 ml berkisar 0,47 0,7 %. Tabel 3. menyajikan hasil pencacahan 10 buah sumber Co-60 masing-masing mempunyai volume 10 ml. Dengan Persamaan 3 dapat dihitung nilai aktivitas untuk masing-masing sumber, terlihat bahwa perbedaan satu sama lain relatif kecil kurang dari 1%. Dengan Persamaan 4 didapatkan nilai aktivitas total kesepuluh sumber tersebut yaitu 11801,3 ± 0,71% Bq. Hasil pengukuran dengan metoda ini dibandingkan dengan hasil pengukuran sumber volume 0,5 ml berkisar 0,31 0,49 %. Hasil pencacahan sumber I-15 dan Co-60 yang dibagi menjadi 10 bagian, masing-masing 10 ml, relatif lebih baik dibandingkan dengan hasil pencacahan langsung terhadap sumber volume 100ml. Tabel. Hasil pencacahan 10 buah sumber I-15 volume 10 ml. No. Cps puncak energi Cps puncak energi Bagian (13 39) kev (N 1 ) (39 7) kev (N ) Aktivitas (Bq) 1 457,83 64, ,85 456,46 74,4 17, ,01 60,46 138, ,48 63,9 1319, ,8 70,1 16, ,97 71,0 13, ,98 67,91 141, ,84 6,08 158, ,8 65,98 149, ,75 64,9 1304,91 Σ Aktivitas : 1715,8 Tabel 3. Hasil pencacahan 10 buah sumber Co-60 volume 10 ml. No. Bagian Cps. Puncak 1173 kev(n1) Cps puncak 133 kev(n) Cps puncak Jumlah (N1) Cps Total(T) Aktivitas (Bq) 1 74,9 59,80 19,4 957,6 1190,1 71,65 58,10 18,46 958, , ,45 59,75 19,0 956,8 1178, ,39 58,9 19,87 96, , ,34 57,3 19,73 958, , ,4 59,18 18,94 960,8 1183,43 7 7,89 59,37 18,59 960, ,57 8 7,06 58,91 19,16 959, ,1 9 71,8 58,75 18,85 957,3 1179, ,89 57,98 19,48 958,6 117,3 Σ Aktivitas : 11801,3 ± 0,71% PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 76

8 V. KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil pengukuran terhadap sumber I-15 dan Co-60 bentuk cair dengan metode absolut puncak jumlah menggunakan detektor HPGe, untuk mendapatkan hasil yang optimal perlu diperhitungkan besarnya volume. Pada sumber dengan volume yang relatif besar disarankan untuk dibagi menjadi bagian yang lebih kecil, sehingga efek dari atenuasi diri dan dimensi kristal dapat diperkecil, apabila dilakukan pengukuran menggunakan metode absolut puncak jumlah. UCAPAN TERIMA KASIH Kepada sdr. Holnisar staf Sub Bidang Standardisasi PTKMR, yang telah membantu dalam preparasi pengenceran zat radioaaktif. DAFTAR PUSTAKA 1. PUJADI, CHANDRA, H., (005), Prosiding PPI-PDIPTN 005, Puslibang Teknologi Maju, BATAN.. KAWANO, T., AND EBIHARA, H., (1990), International Journal of application Radiation Isotopes, Vol. 41, pp NCRP, 58, 1985, A Hand Book Of Radioactivity Measurement Procedures, National Council on Radiation Protection and Measurement, USA. 4. MING CHEN YUAN AND WEN SONG HWANG (000), The Absolute counting of I-15, International Journal of application Radiation Isotopes. Vol. 5, pp R.H. MARTIN AND J.G.V. TAYLOR (199), The standardization of I-15 : a comparison of three methods. Nuclear instruments and method in physics research A31, GUY RATEL (1995), Activity concentration of a solution of I-15 : Result of an international comparison. Nuclear instruments and method in physics research A G.A. BRINKMAN, A.H.W. ATEN (1963), Absolute standardization with NaI(Tl) crystal. International Journal of application Radiation Isotopes, Vol 14, pp TANYA JAWAB 1. Penanya : Eko Pujadi - PTKMR Pertanyaan : 1. Larutan pengemban yang digunakan berupa apa?. Apa yang dimaksud posisi 8 cm dari dasar dengan jarak 5cm dari detektor? Jawaban : Hermawan Chandra 1. Co-60 larutan pengembannya CoCl dalam HCl 0,1N sedangkan I-15 larutan pengembannya NaI+Na SO 3 dalam 0,001M NaOH.. Jarak sumber ke detektor 5 cm pada pengukuran menggunakan detektor HPGe, sedangkan jarak 8 cm pada pengukuran menggunakan kkamar pengion.. Penanya : Leli Nirwani - PTKMR Pertanyaan : 1. Apakah sudah dicoba menggunakan sumber standar 137 Cs?,. Kalau melihat dari energinya 137 Cs berada diantara 15 I dan 60 Co, kira-kira haslnya bila dibandingkan dengan 137 Cs bagaimana? Jawaban : Hermawan Chandra 1. Belum dicoba menggunakan 137Cs.. Apabila dilakukan 137 Cs kemungkinan rentang perkiraan pengukuran masing-masing sampel lebih baik di pengukuran 15 I. PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 77

9 3. Penanya : Wahyudi - PTKMR Pertanyaan : 1. Bagaimana cara membagi sumber standar menjadi 10 bagian sama besar? Jawaban : Hermawan Chandra 1. Sumber standar dibagi menggunakan syringe kemudian mencacah hasil usapan menggunakan spektrometer gamma detektor HPGe. PTKMR-BATAN, FKM-UI, KEMENKES-RI 78