PENGUKURAN KUALITAS BERKAS CITRA RADIOGRAFINEUTRONPASCA PENAMBAHAN SISTEM TOMOGRAFIDIFASILITAS RN1 BATAN-SERPONG

Transkripsi

1 PENGUKURAN KUALITAS BERKAS CITRA RADIOGRAFINEUTRONPASCA PENAMBAHAN SISTEM TOMOGRAFIDIFASILITAS RN1 BATAN-SERPONG Juliyani 1, Setiawan 2, Fahrurrozi A 3. dan Sutiarso 4 1,2,3,4) Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir - BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL KAWASAN PUSPIPTEK Serpong Gd. 40 Tangerang Selatan ABSTRAK PENGUKURAN KUALITAS BERKAS CITRA RADIOGRAFI NEUTRONPASCA PENAMBAHAN SISTEMTOMOGRAFI DI RN1 BATAN SERPONG.Pengukuran kualitasberkas citra radiografi neutron pasca penambahan sistem tomografi di RN1 BATAN Serpong, telah dilakukan. Pengukuran bertujuanuntuk menentukan kualitas berkas neutron berdasarkanstandar ASTM E Pengukuran dilakukan dengan metode langsung (film radiografi) menggunakancuplikan standar Sensitivity Indicator (SI) dan Beam Purity Indicator (BPI), serta film AGFA D3. Kualitas berkas neutron yang keluar dari tabung berkas ditentukan oleh karakteristik kolimator yang digunakan. Pada saat film radiografi neutrondioperasikan bersamaandengan sistem tomografi, kualitas berkas yang didapat secara kuantitatif dari hasil pengukuran densitas citra dari cuplikan BPI menggunakan densitometer, mendapat jumlah neutron termal: 40,20 %; neutron terhambur: 0,70 %; gamma: 1,50 %; produksi pasangan: 3,30 %; jumlah garis dan yang terlihat masing-masing : 6 dan 4.Sedangkan apabila film radiografi neutronsaja yang dioperasikan, mendapatkan jumlah neutron termal: 62,20 %; neutron terhambur: 0,50 %; gamma: 1,80 %; produksi pasangan: 2,30 %; jumlah garis dan yang terlihat masing-masing : 7 dan 4.Kualitas citra radiografi neutron pada saat film radiografi dioperasikan bersamaandengan sistem tomografi, tidak baik (buram).kualitas citra radiografi neutronapabila film radiografi neutron saja yang dioperasikan menjadi lebih baik (terang dan kontras), berdasarkan standar ASTM E diklasifikasikan ke dalam kategori II.Dapat disimpulkan bahwa untuk mendapatkan kualitas citra radiografi neutronyang lebih baik, maka film radiografi tidak dioperasikan bersamaandengan sistem tomografi. Kata kunci : kualitas citra radiografi netron, sistem tomografi, Fasilitas RN1 ABSTRACT MEASUREMENT OF BEAM NEUTRON RADIOGRAPHY IMAGE QUALITY POST- ADDITION OF TOMOGRAPHY SYSTEM IN THE FACILITY RN1 BATAN-SERPONG. Measurement of neutron radiography image quality post-addition of tomography system in the facility RN1 Batan-Serpong, has been done.measurement aims to determine the quality of the neutron beam based on ASTM standard E Measurements were made with the direct method (radiographic film) using standard samples Sensitivity Indicator (SI) and Beam Purity Indicator (BPI), and D3 AGFA film.the quality of the neutron beam coming out of the tube is determined by the characteristics of the beam collimator..at the time of the film neutron radiography system is operated in conjunction with tomography, it gives the number of thermal neutrons: 40.20%; scattered neutron: 0.70%; gamma: 1.50%; pair production: 3.30%; the number of visible lines and holes are: 6 and 4. The quality of the image produced when the tomograghy is in operation is not good (blur).whereas if the neutron radiography film is only operated, it gives the thermal neutrons: 62,20%; scattered neutron: 0.50%; gamma: 1,80 %; pair production: 2.30%; the number of visible lines and holes are: 7 and 4.Neutron radiography image quality when only neutron radiography film is operated gives better image. It can be concluded that to get a better image quality of neutron radiography, the film method cannot be operated simultaneously with the tomography system. Key words: image quality of neutron radiography, tomography systems, facilities RN1 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 316 Juliyani dkk

2 1. PENDAHULUAN Fasilitas hamburan neutron menggunakan neutron yang dihasilkan Reaktor GA Siwabessy, yang sangat spesifik dan khas BATAN, untuk kegiatan penelitian dan pengembangan di bidang material.selain peralatan pendukung yang sangat vital dalam pengoperasiannya, fasilitas ini memiliki 3 difraktometer neutron, 3 spektrometer neutron dan sebuah fasiltas radiografi neutron.salah satu keunggulan neutron dari sinar-x adalah kemampuannya berinteraksi langsung dengan inti atom sehingga memiliki penampang hamburan yang unik untuk setiap atom, bahkan bagi isotopnya.fasilitas hamburan neutron untuk kegiatan penelitian dan pengembangan di bidang materialyang ada di BATAN serpong, antara lain: 1. Difraktometer Neutron untuk pengukuran tegangan sisa (DN1-M) 2. Difraktometer Neutron Empat Lingkaran/Difraktometer Tekstur (DN2) 3. Difraktometer Neutron Serbuk Resolusi Tinggi (DN-3) 4. Spektrometer Neutron Tiga Sumbu (SN-1) 5. Spektrometer Neutron Hamburan Sudut Kecil (SN-2) 6. Spektrometer Neutron Hamburan Sudut Kecil Resolusi Tinggi (SN-3) 7. Fasilitas Radiografi Neutron (RN-1/NDT) Fasilitas Radiografi Neutron (NRF) yang tersedia mampu mengamati struktur internal dengan metode penyinaran langsung maupun real-time.peralatan ini juga dilengkapi dengan fasilitas untuk pengukuran tomografi.fasiltas radiografi neutron di BATAN Serpong, dapat dilihat pada Gambar 1. arah yang berlawanan dengan sumber radiasi ditempatkan. Pada saat radiasi menembus obyek, akan terjadi serapan yang besarnya bergantung pada tingkat kerapatan dan tebal bahan yang dilaluinya. Bila dalam obyek yang diuji tersebut terdapat ketidaksempurnaan bahan atau cacat, atau terdapat bahan lain yang memiliki kerapatan yang berbeda maka akan menimbulkan perbedaan serapan dan kejadian ini diterima dan direkam oleh film fotografi dalam bentuk perbedaan intensitas. Perbedaan intensitas radiasi tersebut selanjutnya digunakan sebagai indikasi adanya ketidaksempurnaan pada obyek yang diuji setelah film fotografi diproses.neutron sebagai berkas radiasi penembus yang intensitasnya dimodulasi oleh suatu obyek, yang menghasilkan suatu image (citra) film dari fitur obyek tersebut.suatu fasilitas radiografi neutron pada umumnya terdiri dari sumber neutron termal, kolimator berkas neutron, skrin converter, film dan kaset.bahan tertentu yang memiliki atenuasi tinggi terhadap neutron dapat berguna untuk menandai bahan untuk meningkatkan kontras dalam radiografi neutron.contohnya adalah penggunaan Gadoliniumoksida. Bahan lainyang dapat digunakan meliputi Cadmium, Boron, air atau minyak. Standar ASTM E-545 dan E-546 menjelaskan piranti-piranti dan teknik-teknik yang digunakan untuk mengkarakterisasi tanggapan sistem radiografi neutron termal.metode tersebut dapat digunakan sebagai dasar dalam penetapan kriteria kualitas yang disepakati antara penyedia dan pengguna[1]. Kualitas citra radiografi neutron dapat ditentukan pada analisis data dari kualitas berkas yang diekspos bersama dengan bahan uji.pada penelitian ini, pengukuran bertujuan untuk menentukan kualitas berkas neutron berdasarkan standar ASTM E TEORI Gambar 1. Fasilitas Radiografi neutron di Batan Serpong Uji radiografi neutron termal adalah merupakan bagian dari Uji Tak Rusak (UTR) radiografi dan metodologinya mirip dengan uji radiografi gamma atau sinar-x.pada uji radiografi tersebut, radiasi menembus obyek yang diuji dan intensitas sinar akhir (setelah menembus obyek yang diuji) dikenakan pada film fotografi yang dipasang dekat (melekat) dengan obyek yang diuji pada sisi Prinsip radiografi netron: Sumber radiasi termal dapat diperoleh dari reaktor nuklir, mesin pemercepat partikel dan unsur radioaktif yang memancarkan netron.pencitraan dengan teknik radiografi netron mirip dengan radiografi sinar-x dan sinar gamma.teknik radiografi netron menggunakan prinsip kerja berasarkan atenuasi neutron yang berbeda-beda pada suatu bahan. Berkas neutron termal dari reaktor diarahkan pada bahan uji mengunakan kolimator, kemudian oleh bahan uji sebagian neutron diserap dan sebagian lainnya ditransmisikan oleh bahan uji untuk direkam oleh detektor dalam bentuk citrayang melukiskan struktur internal dari bahan uji [2]. Radiografi neutron melibatkan tiga komponen utama, meliputi [3]: 1. berkas neutron, 2. obyek radiografi, Juliyani dkk 317 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

3 3. perangkat untuk merekam informasi intensitas radiasi yang terkait dengan berkas neuton yang ditransmisikan melalui obyek. Gambar 2 memberikan suatu gambaran grafis dari sistem tiga komponen untuk spesimen obyek nonradioaktif. Besaran intensitas neutron yang ditransmisikan oleh bahan uji ditentukan oleh koefisien atenuasi bahan sesuai rumus, berikut [3] : I = I o. e -µt... (1) I o = intensitas neutron dating µ = koefisien atenuasi datang t = tebal bahan ( ) SEMINAR NASIONAL ( ) TEKNIK-TEKNIK PENCITRAAN. Secara umum gambar konverter dan detektor untuk neutron Radiografi memberikan pengubah atau mengintensifkan fungsi melalui interaksi dengan neutron yang masuk dan emisi radiasi langsung yang dapat dideteksi seperti radiasi alpha, beta atau gamma atau cahaya.gambar sensor untuk merekam citra secara langsung atau tidak langsung pada film yang terbuat dari foil logam dari Gadolinium, Disprosium, Indium atau Emas, atau senyawa boron dan lithium pada foil yang dilapisi plastik atau langsung ke film untuk merekam jejaketsa [3]. Teknik paparan langsung [3] : Teknik ini tidak cocok untuk obyek yang memancarkan radiasi gamma (misalnya benda radioaktif) karena overlaying dari autoradiographic pencitraan yang kedua dan mengaburkan (blur) gambar. Di dalam gambar 3,ditampilkanprinsip metode paparan langsung. Gambar 2. Komponen sistem radiografi netron [3] Ada 2 jenis indikator kualitas yang digunakan, yaitu: cuplikan standar Beam Purity Indicator (BPI) dan cuplikan standar Sensitivity Indicator (SI), yangdikeluarkan oleh American Society for Testing and Material (ASTM). Kualitas berkas neutron ditentukan secara kuantitatif dengan mengukur densitas citra dari cuplikan BPI menggunakan densitometer. Ada 6 bagian yang perlu diukur dari citra cuplikan BPI, yaitu: D1, D2, D3, D4, D5 dan D6. Besaran yang menunjukkan kualitas berkas neutron ditentukan, berdasarkan rumus berikut: neutron termal (C) ( ( )) x100%... (2) neutron terhambur (S) (3) Gambar 3. Metode langsung dengan film radiografi [3] Dengan teknik paparan langsung, menggunakan konverter foil Gd, resolusi spasial yang sangat baik dapat dicapai. Paparan neutron termal khas yang lambat, dilapisi satu film sinar-x dan layar tungal Gd setebal 25 µm adalah sekitar 10 9 n.cm -2 METODE PENCITRAAN DINAMIS. Metode ini dapat melihat citra yangbergerakdapat diperolehdenganpengembangan tekniklayarsintilasi.metodeelektronik sepertiintensifier citra yangdigunakan untukmemperkuatemisi cahayake tingkat yangcocok untukvideo ataurekamanfilm.prinsip pencitraan dinamis dengan kamera TV,diperlihatkan pada Gambar4. gamma (ɤ) ( ) (4) produksi pasangan elektron dan positron (P) Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 318 Juliyani dkk

4 Gambar 4. Sistem pencitraan dinamis [3] TOMOGRAFI. Tomografi adalah teknik radiografis pertama yang dikembangkan untuk CT-scan di mana serangkaian paparan yang diambil pada interval yang seragam di seluruh spesimen dan, menggunakan program komputer, data dialihkan untuk memberikan gambaran penampang pada sudut yang benar terhadap radiograf [3].Untuk aplikasi praktisidealnya diperlukansuatu sumber untuk Radiografi neutron harus menghasilkan fluks neutron termal sebesar 10 9 n.cm -2. s -1 atau lebih. Pemilihan sumber neutron berpengaruh langsung pada kemampuan pencitraan (misalnya kualitas gambar, resolusi, dan fleksibilitas pengambilan pencitraan, serta waktu pemaparan) KOLIMATOR. Salah satu bagian yang paling penting dari fasilitas Radiografi neutron adalah collimator(kolimator).hal ini dinyatakan oleh JP Barton pada tahun 1967,bahwa: dalam neutron Radiografi, desain kolimator netron dapat sama pentingnya dengan pilihan sumber neutron dan metode neutron fotografi [3]. Gambar 5. Desain cuplikan standar BPI CUPLIKAN STANDAR SI Sensitivitas citra radiogafi neutron dapat ditentukan secara kualitatif dari citra lubang dan celah culikan stanmdar SI. Cuplikan ini dibuat dalam bentuk tangga dari bahan acrylic resin dengan ukuran panjang dan lebar 25,4 mm x 25,4 mm serta tebal tangga 0,64 mm sampai 5,08 mm. Pada bodi cuplikan ini dipasang 3 buah lempengan masingmasing mempunyai 4 buah lubang berukuran 0,13 mm hingga 0,51 mm. Ketiga lempeng tersebut diberi kode posisi A, B dan C, sedangkan celah yang terbuat dari pelat Al berukuran 0,013 mm hingga 0,25 mm dipasang diantara balok-balok acrylic resin. KonstruksicuplikanSItampak samping ditunjukkan pada Gambar 6. INDIKATOR UNTUK KONTROL KUALITAS CITRA. CUPLIKAN STANDAR BPI. Bodi BPI terbuat dari piring teflon (25,4 x 25,4 mm) tebal 8 mm. Memiliki lubang tengah diameter 15.9 mm. Di piring teflon dua alur untuk mengakomodasi kawat Cd tebal 0,64 mm dibuat, terpisah satu sama lain 10 mm. Di bagian atas dan bawah piring teflon dua lubang mesin, kedalaman masing-masing diameter 4 mm dan 2 mm. Di setiap sisi BPI boron nitrida dan cakram Timbal (tebal2 mm) ditekan masuk ke dalam lubang bundar. Gambar 6 Konstruksi cuplikan SI Karakteristik fasilitas radiografi neutron dapat diklasifikasikan berdasarkan data-data kandungan neutron termal dari cuplikan BPI, serta jumlah lubang dan garis celah yang teramati pada citra cuplikan SI.Fasilitas radiografi netron dapat diklasifikasikan berdasarkan ASTM E seperti diperlihatkan pada Tabel 1 [4]. 3. TATA KERJA Bahan dan alat : Bahan yang digunakan untuk menentukan kualitas berkas citra radiografi neutron meliputi cuplikan standar Sensitivity Indicator (SI) dan Beam Purity Juliyani dkk 319 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

5 Indicator (BPI), larutan developer, larutan fixer serta film standar Denstep dan film AGFA D3. Larutan developer dibuat denganmencampurkan 50 g serbuk developing agent AGFA G-230 A dan 283,5 g developing agent AGFA-230 B, kemudian melarutkannya didalam 2,5 liter air. Sedangkan larutanfixer dibuat dengan melarutkan 590,65 g fixing agent AGFA G-305 kedalam 2,5 literair. Peralatan yang digunakan pada pengukuran radiografi neutron terdiri dari peralatan utama, yaitu fasilitas radiografi neutron termal (RN1) dan Kategori SEMINAR NASIONAL peralatan pendukung yang meliputi: film, converter K-125, stopwatch, perangkat pencuci film, viewer, dryer, dark room portable, lampu pengaman, kaset film dan densitometer. Tabel 1. Klasifikasi Fasilitas radiografi netron berdasarkan ASTM E neutron termal (%) lubang garis/ celah neutron terhambur (%) gamma (%) produksi pasangan (%) I II III IV V Cara kerja: Pengukuran kualitas berkas citra radiografi neutron dilakukan dengan metode film menggunakan converter tunggal. Pertama-tama film AGFA D3 dan converter dimasukkan kedalam kaset dengan posisi film di depan converter. Cuplikan BPI dan SI ditempelkan pada permukaan kaset yang berdekatan dengan film, kemudian ditempatkan dalam pusat berkas neutron dengan posisi cuplikan menghadap ke sumber neutron. Setelah cuplikan disinari dengan neutron selama 6 menit 45 detik, selanjutnya kaset radiografi diambil dari ruangan pengukuran dan filmnya dikeluarkan dari kaset dn disimpan dalam kantong kedap cahaya untuk kemudian dilakukan pencucian film di dalam kamar gelap. Pencucian film dilakukan sesuai dengan prosedur atau instruksi kerja pencucian film LUM-IK [5]. Film dimasukkan ke dalam larutan developer selama kurang lebih 3 menit, kemudian dicuci dengan air mengalir sampai bersih.setelah itu film tersebut dimasukkan ke dalam larutan fixer selama 5 menit lalu dicuci lagi dengan air bersih yang mengalir.film kemudian digantung menggunakan film hanger dan dikeringkan di dalam dryer. Setelah film kering, selanjutnya dikeluarkan dari dryer dan dimasukkan ke dalam wadah kertas untuk melindungi film dari goresan sebelum dilakukan proses pengukuran densitas dan analisis. Densitas citra radiografi neutron cuplikan BPI diukur menggunakan densitometer.sebelum digunakan, densitometer ESECO Speedmaster SM- 14 terlebih dahulu dikalibrasi menggunakan film standar Denstep Agfa [6]. Selanjutnya densitometer digunakan untuk mengukur densitas citra pada bagian D1, D2, D3, D4, D5 dan D6 dari cuplikan BPI. Selanjutnya besaran-besaran yang menunjukkan kualitas berkas neutron yang meliputi jumlah neutron termal, jumlah neutron terhambur, jumlah sinar gamma dan jumlah produksi pasangan ditentukan menggunakan persamaan (2) sampaidengan persamaan (5).Sedangkan untuk mengetahui kemampuan alat radiografi neutron dalam memotret benda uji ditentukan dari pengamatan secara visual citra radiografi dari cuplikan SI. Karakteristik fasilitas radiografi neutron dapat diklasifikasi berdasarkan data-data kualitas berkas serta jumlah lubang dan garis yang teramati pada citra cuplikan SI menggunakan tabel 1,kategori Radiografi Neutron berdasarkan ASTM E HASIL DAN PEMBAHASAN Kualitas berkas neutron yang keluar dari tabung berkas ditentukan oleh karakteristik kolimator yang digunakan. Berkas neutron yang melewati cuplikan BPI berinteraksi dengan disk yang terbuat dari bahan Boron Nitrida, Cadmium dan Timbal yang berada didalamnya. Karena Boron Nitrida dan Cadmium memiliki koefisien atenuasi neutron lebih besar daripada Timbal, maka intensitas netron yang ditransmisikan oleh Boron Nitrida dan Cadmium ke konverter menjadi rendah daripada yang ditransmisikan oleh Timbal. Hal ini mengakibatkan Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 320 Juliyani dkk

6 film pada bagian Boron Nitrida dan Cadmium mendapat penyinaran dengan intensitas yang lebih rendah sehingga menghasilkan citra terang pada film. Sebaliknya citra pada bagian Timbal dan lubang ditengah-tengah cuplikan tampak samarsamar, karena neutron sedikit diserap oleh bahan tersebut sehingga film terekspos neutron lebih banyak dan citranya menjadi sedikit lebih gelap. Selanjutnya densitas film pada masingmasing bagian citra BPI tersebut diukur menggunakan densitometer sebanyak 3 kali, kemudian dirata-rata. Pada saat film radiografi neutron dioperasikan bersamaandengan sistem tomografi, kualitas berkas yang didapat secara kuantitatif dari hasil pengukuran densitas citra dari cuplikan BPI menggunakan densitometer, mendapat jumlah neutron termal: 40,20 %; neutron terhambur: 0,70 %; gamma: 1,50 %; produksi pasangan: 3,30 %; jumlah garis dan yang terlihat masing-masing : 6 dan 4. Kualitas berkas citra radiografi neutron pada saat film radiografi dioperasikan bersamaan dengan sistem tomografi, tidak baik (buram), lihat Gambar 7. Tabel 2. Hasil pengamatan garis terkecil pada citra SI Garis (G) Hasil pengamatan 1 tampak 0,250 2 tampak 0,130 3 tampak 0,100 4 tampak 0,076 5 tampak 0,051 6 tampak 0,025 7 tampak 0,013 Ukuran garis (mm) Gambar 9. Kualitas berkas citra, apabila film radiografi neutron saja yang dioperasikan 5. KESIMPULAN Gambar 8. Kualitas berkas citra pada saat film radiografi dioperasikan bersamaan dengan sistem tomografi. Sedangkan apabila film radiografi neutron saja yang dioperasikan, mendapatkan jumlahneutron termal: 62,20 %; neutron terhambur: 0,50 %; gamma: 1,80 %; produksi pasangan: 2,30 %; jumlah garis dan yang terlihat masing-masing : 7 dan 4. Kualitas berkas citra radiografi neutron apabila film radiografi neutron saja yang dioperasikan menjadi lebih baik (terang dan kontras), lihat Gambar 9. Hasil pengamatan secara visual terhadap citra cuplikan SI, lihat Tabel 2. Berdasarkan data hasil pengukuran kualitas berkas dari citra BPI dan pengamatan visual citra SI, berkas citra radiografi neutron apabila sistem tomografi tidak dioperasikan secara bersamaan dapat diklasifikasikan ke dalam kategori II(standar ASTM E ). Kualitasberkas citra radiografi neutron pada saat film radiografi dioperasikan bersamaandengan sistem tomografi, tidak baik (buram).kualitas berkas citra radiografi neutron apabila film radiografi neutron saja yang dioperasikanmenjadi lebih baik (terang dan kontras), berdasarkan standar ASTM E dan diklasifikasikan ke dalam kategori II.Dapat disimpulkan bahwa untuk mendapatkan kualitas berkas citra radiografi neutron yang lebih baik, maka film radiografi tidak dioperasikan bersamaandengan sistem tomografi. 6. DAFTAR PUSTAKA [1] ANONIM, Pedoman tentang prinsip umum dan aturan dasar uji radiografi neutron termal untuk Uji Tak Rusak, SB 005-ISO 11537:2008, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jakarta (2008). [2] GUNAWAN, Penentuan karakteristik fasilitas radiografi neutron di Batan Serpong dengan metode film converter tunggal, Prosiding pertemuan ilmiah iptek bahan 2008, ISSN , Serpong (2008). [3] DOMANUS J.C, practical neutron radiography, Commission of the European Communities Radiography Working Group, Kluwer Academic Publishers, London (1992). Juliyani dkk 321 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

7 [4] DOMANUS J.C, Indicators for image quality control, Commission of the European Communities Radiography Working Group, Kluwer Academic Publishers, London (1992). [5] SUTIARSO, GUNAWAN, S.YUSUF, Instruksi Kerja Pencucian Film Radiografi Neutron, Dokumen Sistem Manajemen Mutu LUMBS, PTBIN-BATAN, (2008). [6] K.MARSTBOMM, Structurix Certified Denstep, NIST, (2008). SEMINAR NASIONAL Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 322 Juliyani dkk