PENCACAHAN DAN PENGHITUNGAN KONTAMINASI ALPHA DI UDARA DAN LANTAI MENGGUNAKAN ANTARMUKA DT-51

Transkripsi

1 PENCACAHAN DAN PENGHITUNGAN KONTAMINASI ALPHA DI UDARA DAN LANTAI MENGGUNAKAN ANTARMUKA DT-51 Sudaryati 1, Nadi Suparno 2 1 Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN 2 Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir - BATAN ABSTRAK PENCACAHAN DAN PENGHITUNGAN KONTAMINASI ALPHA DI UDARA DAN LANTAI MENGGUNAKAN ANTARMUKA DT-51. Pencacahan dan penghitungan kontaminasi alpha di udara dan lantai menggunakan antarmuka DT telah dilakukan. Tujuan dari kegiatan ini untuk menghitung aktivitas zat radioaktif alpha pada uranium yang terjadi pada proses produksi bahan bakar nuklir atau penelitian dengan menggunakan bahan nuklir, dan diharapkan dapat mengganti sistem pengerjaan secara manual. Metode yang dilakukan dengan mencuplik dan mencacah sampel menggunakan antamuka yang telah dirangkai. Pemrograman di komputer menggunakan bahasa program C. Hasil cacahan diolah di komputer, komputer berfungsi untuk untuk memulai dan mematikan program. Pengujian telah dilakukan menggunakan pulser 5 Hz rata-rata cacahan 153,8 per30detik dengan deviasi standar 0,92 dan pulser 1 khz rata-rata cacahan per30detik dengan deviasi standar 7,15. Hasil penelitian dipakai untuk menghitung aktivitas zat radioaktif alpha pada uranium dengan perbedaan pengukuran 35,20 % untuk kontaminasi udara dan 10,65 % untuk kontaminasi lantai. Kata kunci : DT-51, SAC-4, PC ABSTRACT ENUMERATION AND CALCULATION OF ALPHA CONTAMINATION ON THE AIR AND FLOOR TO USE INTERFACE DT-51. Enumeration and calculation of alpha contamination on the air and floor to use interface DT-51 has been done. Purpose of making the interface is to calculate the activity of the alpha radioactive uranium that occurs in the process of production of nuclear fuel or nuclear material research and is expected to replace the manual processingsystem. The method is done by clipping dan chopping samples using an interface that has been assembled. In computer programming using the C programming language. Results shredded processed on a computer, the computer is used to start and shutdown the program. Test have been conducted using the pulser 5 Hz, the average initial count per30detik 153,8 with a standard deviation of 0,92 and 1 khz pulser average of per30detik chopped with a standard deviation of 7,15. The result are used to calculate the activity of the alpha radioactive uranium to 35,20 % difference measurement for air contamination and 10,65 % for floor contamination. Key words : DT-51, SAC-4, PC PENDAHULUAN Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) mempunyai tugas melakukan pemanfaatan tenaga nuklir di berbagai bidang kehidupan masyarakat, seperti bidang penelitian, pertanian, kesehatan, industri dan energi. Disamping manfaat yang begitu besar, tenaga nuklir mempunyai potensi bahaya radiasi terhadap pekerja, anggota masyarakat dan lingkungan hidup. Akibat terjadinya ledakan dan kebakaran akibat proses yang menggunakan bahan nuklir, dapat berpotensi menimbulkan kontaminasi uranium di daerah kerja dan lingkungan. Salah satu bahaya yang terjadi adalah tercemarnya lingkungan kerja oleh partikel debu dari zat radioaktif hasil dari proses uranium. Radiasi nuklir diukur untuk berbagai maksud antaran lain untuk menentukan banyaknya radionuklida didalam suatu bahan dengan menentukan aktivitasnya. Pemantauan daerah kerja dilakukan untuk mengetahui tingkat 292

2 radiasi dan kontaminasi di daerah kerja secara aktif dan intensif, sehingga daerah kerja tetap terjamin keamanan dan keselamatannya. Radiasi alpha dengan daya tembus rendah yang dipancarkan dari uranium beresiko terhadap bahaya radiasi interna bagi pekerja. Pemonitoran radiasi interna bagi personil diperlukan karena adanya resiko masuknya zat radioaktif melalui pernafasan, mulut dan kulit yang terluka [2]. Kontaminasi zat radioaktif tidak dapat ditangkap oleh pancaindera manusia karena zat tersebut bila telah terhisap hanya dapat dideteksi dengan melakukan cek invivo seperti cek urine, darah, faces dan WBC (Wold Body Counter) sehingga sangat berbahaya bila tanpa disadari telah masuk kedalam organ tubuh kita. Partikel alpha dipancarkan oleh inti yang memiliki nomer atom tinggi misalnya Th, Am dan Pu [3]. Scintillation Alpha Counter ( SAC-4 ) merupakan suatu alat yang digunakan untuk mencacah hasil dari pencuplikan udara menggunakan Air Sampler dan pencuplikan kontaminasi permukaan ( smeartest ). Metode yang dilakukan dengan mencuplik dan mencacah sampel menggunakan antamuka yang telah dirangkai, dengan sistem kerja dari peralatan ini sebelumnya menggunakan cara pencacahan manual. Hal ini membuat pekerjaan menjadi lama dan tidak efisien, untuk mengatasi kesulitan ini maka dibuatlah suatu sistem kendali menggunakan komponen mikrokontroler AT89S51, EEPROM untuk menyimpan program dan data serta peralatan pendukung lainnya yang dapat menghitung besarnya aktivitas radioaktif secara langsung dengan pemrograman menggunakan bahasa C yang dicompile ke hex, sehingga program dapat langsung membaca besarnya cacahan dan aktivitas zat radioaktif alpha dari sample yang akan dihitung [1]. Untuk mengetahui seberapa besar kontaminasi udara dan kontaminasi lantai yang disebabkan oleh partikel yang dihasilkan oleh inti yang memiliki nomer atom tinggi misalnya Th, Am dan Pu maka dilakukan pencuplikan udara buang dan laboratorium selama 30 menit menggunakan Air Sampler dan tes usap (smeartest) menggunakan kertas saring dengan luasan pengusapan 100 mm 2, selanjutnya dilakukan pencacahan dan perhitungan menggunakan rumus untuk aktivitas cuplik udara yaitu : dimana : Ak = Aktivitas zat radioaktif alpha di udara (Bq/m 3 ) N = Laju cacahan (cps) Eff = Efisiensi alat cacah (%) V = Volume udara (m 3 ) Untuk aktivitas kontaminasi lantai yaitu : Ak = N 1 A 1 Eff 1 Bq P cm2... (2) dimana : Ak = Aktivitas zat radioaktif alpha di permukaan (Bq/cm 2 ) N = Laju cacahan (cps) Eff = Efisiensi alat cacah (%) A = Luas permukaan yang diusap (cm 2 ) P = Probabilitas kontaminan yang terangkat. Tujuan dari pembuatan antarmuka diharapkan dapat untuk menghitung aktivitas zat radioaktif alpha pada uranium yang terjadi pada proses produksi bahan bakar nuklir atau penelitian dengan menggunakan bahan nuklir dan dapat menggantikan hasil pencacahan dilakukan secara manual, maka dengan penelitian rancang bangun menggunakan DT-51 dan komputerisasi ini diharapkan hasil yang diperoleh sama atau lebih akurat dari pengerjaan secara manual. METODOLOGI Adapun peralatan dan bahan yang dipakai adalah sebagai berikut : Alat : 1. SAC 4 2. Komputer 3. Rangkaian DT 51 Bahan : 1. Sumber standar Alpha 2. Kertas filter 3. Pinset 4. Petridish Tata Kerja Antarmuka (Interface) dibangun dengan menggunakan DT-51. Pada diagram blok sistem kendali Gambar 1. Ak = N 1 V 1 Eff Bq/m 3... (1) 293

3 Detektor Pre Amplifier Amplifier Diskriminator PC DT 51 Antarmuka (Interface) DT-51 berada ditengah menghubungkan peralatan Scintillation Alpha Counter (SAC-4) dengan komputer. DT-51 sebagai antarmuka berfungsi untuk mencacah dan menghitung hasil cacahan dari sampel kontaminasi udara dan kontaminasi permukaan. Komputer sebagai pengendali sistem menggunakan bahasa program C yang mengolah data hasil analisa dengan memasukan parameter yang kita inginkan. Pada rangkaian DT-51 kita menggunakan mikrokontroler AT89S51 yang dipakai Pin Port T0, T1, RXD dan TXD. Fungsi dari Port T0, T1 untuk counter hasil Gbr 1. Blok Diagram Rangkaian SAC 4 dengan Antarmuka Tabel 1. Daftar Variabel cacahan dan Port RXD dan TXD sebagai komunikasi serial antara DT-51 dan PC [4]. Sebelum rangkaian masuk ke DT-51 dipakai Buffer sebagai penyangga agar cacahan yang dihasilkan stabil tidak terpengaruh oleh alat SAC-4. Counter pada alat SAC-4 sengaja dihilangkan diganti oleh counter dari DT-51 agar rancang bangun dapat dioperasikan langsung dari PC. Pada komputer telah dibuat program sistem rancang bangun dengan mempergunakan pemrograman bahasa C dengan variabel seperti Tabel 1 berikut ini [4] : Nama Ukuran Jangkauan Bilangan Keterangan Memori Char (charakter) 1 byte -128 s/d 127 Karakter Int (integer) 2 byte s/d Integer /bilangan bulat Float (floating interger) 4 byte 3.4E-38 s/d 3.4E+38 Float / bilangan pecahan Double 8 byte 1.7E-308 s/d 1.7E+308 Pecahan presisi ganda Void 0 Tidak bernilai Tidak bertipe Untuk mencoba apakah sistem rancang bangun berfungsi atau tidak dipergunakan sistem simulasi untuk mulai mengcounting hasil cacahan, dengan cara mengetik angka 1 untuk memulai dan menghentikan cacahan ketik angka 2 maka hasil cacahan mulai terbaca. Pada pemrograman di komputer ditulis dengan bahasa C, agar dapat dijalankan di komputer atau didownload ke mikrokontroler dan bahasa C terlebih dahulu dicompile (diterjemahkan) kedalam Hex agar dapat langsung dibaca oleh mikrokontroler. Setelah dibuat parameter yang kita inginkan seperti mengeset lamanya pencacahan, rumus untuk menghitung aktivitas maka komputer akan mulai bekerja menggerakkan alat SAC-4 dan menghasilkan data seperti yang kita inginkan dengan menampilkannya pada komputer selanjutnya data tersebut dicetak dan diarsipkan sebagai laporan untuk diaudit oleh Bapeten. 294

4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian dilakukan untuk mengetahui dan memastikan apakah sistem yang telah dirancang dapat bekerja sesuai dengan yang kita inginkan. Adapun pengujian yang dilaksanakan meliputi : 1. Pengujian akurasi waktu pencacahan. 2. Pengujian sistem cacah dengan menggunakan sumber radiasi alpha Am Pengujian sampel kontaminasi udara. 4. Pengujian sampel kontaminasi permukaan 1. Pengujian Akurasi Waktu Pencacahan Pengujian ini dilakukan dengan mencacah pulsa listrik yang dihasilkan oleh pembangkit pulsa presisi (precision pulser) dengan frekuensi 1 khz dan 5 Hz. berulang dilakukan untuk menguji akurasi waktu pencacahan. Data hasil pencacahan ditampilkan pada Tabel 2 dibawah ini. Tabel 2. Data Hasil Pencacahan Pulsa Dengan Frekuensi 1 khz dan 5 Hz No. Waktu Fre Kuensi Perbedaan (detik) 5 Hz 1 khz (%) , , , , , , , , , ,3 Rata-rata , ,86 Deviasi Standar 0,92 7,15 Dari data pengujian di atas terlihat bahwa akurasi waktu pencacahan sistem pencacah cukup baik dan dapat digunakan dalam aplikasi pencacahan radiasi nuklir (1). Pembahasan Akurasi Waktu Pencacahan Pengujian ini dilakukan untuk melihat unjuk kerja dari sistem cacah berbasis komputer. Waktu yang diperlukan selama 30 detik untuk pencacahan pulsa dengan frekuensi 5 Hz dan 1kHz. Disini dipergunakan 2 frekuensi dengan tujuan untuk melihat kestabilan dari sistem pencacahan. Dari hasil pengukuran berulang dengan frekuensi 5 Hz dengan rata-rata cacahan 153,8 dan 1kHz dengan rata-rata cacahan seperti tabel di atas dapat dilihat bahwa sistem antarmuka menunjukkan hasil yang diinginkan sehingga sistem antarmuka dapat dipakai untuk keperluan pengukuran sumber radiasi nuklir. 2. Pengujian Sistem Cacah Dengan Menggunakan Sumber Radiasi Alpha Am 241 Dalam pengujian sistem cacah, pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber radiasi alpha Ameresium (Am 241 ) diukur secara berulang dengan kondisi tidak berubah. Jumlah pengulangan 10 kali, masing-masing diukur selama 5 menit. Data pencacahan berulang untuk mengetahui kestabilan dari sistem pencacah. Data hasil pencacahan disajikan pada Tabel 3 berikut ini. 295

5 No Tabel 3. Data hasil pengukuran sumber radiasi alpha Am 241 Waktu (menit) Dengan Antarmuka Dengan Manual Perbedaan (%) , , , , , , ,2 Rata-rata ,5 3617,5 3,09 Dari data pengujian diatas terlihat bahwa sistem pencacah pada rancang bangun bekerja cukup baik dan hasil pengukuran dapat digunakan dalam aplikasi pencacahan radiasi nuklir. Data pencacahan berulang tersebut di atas dapat digunakan untuk mengamati kestabilan selama kurun waktu tertentu. cacah (cpm) no. pengukuran Dengan Antarmuka Dengan Manual Gambar 2. Kurva perbandingan hasil cacahan secara antarmuka dan manual dengan sumber radiasi alpha Am 241 Dari gambar grafik diatas membuktikan bahwa pencacahan dengan menggunakan sistem rancang bangun hasil pengukurannya lebih stabil dibandingkan dengan pengukuran secara manual. Pembahasan Hasil Sumber Radiasi Alpha Am 241 Untuk menguji respon sistem terhadap uranium dipakai sumber radiasi alpha Am 241 dari hasil pencacahan selama 5 menit dapat disimpulkan bahwa sistem rancang bangun dapat merespon sumber radiasi alpha Am 241 dengan hasil cacahan 3500, 3504, 3509, 3515, 3517, 3525,3 501, 3508, 3511, 3515 dengan nilai rata-rata 3510,5 count/5 menit. Dari hasil cacahan ini dapat menunjukkan bahwa sistem rancang bangun dapat dipakai untuk mencacah dan menghitung sumber radiasi alpha dan kontaminasi sumber radiasi alpha yang terjadi pada proses produksi dan penelitian di dalam suatu instalasi nuklir. 3. Pengujian Sample Kontaminasi Udara. Dilakukan dengan menggunakan sample cuplik udara yang dicuplik selama 30 menit dengan diameter kertas cuplik 56 mm, flow udara alat air sampler 74 l/menit. Dengan menggunakan rancang bangun sistem ini didapatkan hasil analisa seperti ditunjukkan pada Tabel 4 sebagai berikut : 296

6 Tabel 4. Data hasil pengukuran sample cuplik udara SEMINAR NASIONAL IX No. Waktu (menit) Hasil Dengan Antarmuka Hasil Secara Manual Perbedaan (%) (cp5m) Aktivitas (Bq/m 3 ) (cp5m) Aktivitas (Bq/m 3 ) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Rata-rata 5 4,4 6,3 35,20 Dari tabel diatas dapat dibuat bentuk grafik menjadi kurva. Pada tabel dapat dilihat bahwa hasil pencacahan dengan menggunakan antarmuka hasil pencacahannya lebih stabil daripada yang dilakukan secara manual. cacah (cpm) no. pengukuran Dengan Antarmuka Dengan Manual Gambar 3. Kurva perbandingan hasil cacahan secara antarmuka dan manual pada udara. sample cuplik Pada grafik di atas dapat dilihat bahwa hasil pencacahan dengan menggunakan antarmuka hasil pencacahannya lebih stabil daripada yang dilakukan secara manual. Untuk kontaminasi udara kita berpacu dengan waktu paruh dari radon dan turunannya maka pemakaian sistem rancang bangun ini sangat dibutuhkan. Pembahasan hasil cacahan sample kontaminasi udara Untuk pembahasan selanjutnya dilakukan terhadap sample cuplik kontaminasi udara dengan lamanya pencuplikan 30 menit dengan luasan filter 56 mm, flow udara alat air sampler 74 l/menit lamanya pencacahan 5 menit dengan sistem rancang bangun didapatkan hasil sebesar cacahan 4, 4, 5, 4, 4, 5, 5, 4, 4, 5 dengan rata-rata sebesar 4,4 count/5 menit. Dengan sistem manual didapatkan hasil cacahan 7, 6, 7, 6, 8, 7, 4, 3, 6, 9 dengan rata-rata sebesar 6,3 count/5 menit. Dari hasil perbedaan tersebut diatas menunjukkan bahwa pencacahan dengan sistem rancang bangun 297

7 lebih stabil dibandingkan dengan secara manual terhadap sample kontaminasi udara. 4. Pengujian Sample Kontaminasi Permukaan. Dilakukan dengan menggunakan sample cuplik kontaminasi permukaan dengan diameter No. kertas 56 mm dan luasan yang diusap seluas 100 mm 2. Dengan menggunakan rancang bangun sistem ini didapatkan hasil analisa seperti ditunjukkan pada Tabel 5 sebagai berikut : Tabel 5. Data hasil pengukuran sample kontaminasi permukaan Waktu (menit) Hasil Dengan Antarmuka Hasil Secara Manual Perbedaan (%) (cp5m) Aktivitas (Bq/m 3 ) (cp5m) Aktivitas (Bq/m 3 ) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Rata-rata 5 73,6 68,9 10,65 Dari tabel diatas dapat dibuat bentuk grafik menjadi kurva. Pada grafik ini dapat dilihat bahwa hasil pencacahan dengan menggunakan antarmuka hasil pencacahannya lebih stabil daripada yang dilakukan secara manual cacah (cpm) Dengan Antarmuka Dengan Manual no. pengukuran Gambar 4. Kurva perbandingan hasil cacahan secara antarmuka dan manual pada sample kontaminasi permukaan Untuk pencacahan pada sample kontaminasi permukaan dapat kita lihat hasil pencacahan yang dilakukan dengan sistem antarmuka hasilnya lebih stabil dibandingkan dengan manual. Pembahasan hasil cacahan sampel kontaminasi permukaan Dari hasil pengujian dengan sistem antarmuka terhadap sample kontaminasi permukaan dengan luasan filter 56 mm dan luasan yang diusap seluas 100 mm 2 didapatkan hasil cacahan sebesar 75, 72, 78, 70, 71, 74, 77, 71, 73, 75 dengan rata- 298

8 rata sebesar 73,6 count/5 menit. Sedangkan pencacahan dengan manual didapatkan hasil cacahan 72, 63, 74, 83, 64, 60, 71, 65, 67, 70 dengan rata-rata sebesar 68,9 count/5 menit. Dengan hasil cacahan kontaminasi permukaan tersebut menunjukkan bahwa sistem rancang bangun dapat dipakai untuk menghitung sampel kontaminasi Pembahasan dari hasil pengujian terhadap sumber standar Am 241, sampel kontaminasi udara dan pengujian kontaminasi lantai yang telah dilakukan menunjukkan hasil bahwa rangkaian antarmuka respon terhadap adanya sumber radiasi, maka rangkaian antarmuka ini dapat dipakai sebagai alat cacah untuk sampel-sampel selanjutnya. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian penentuan aktivitas zat radioaktif alpha pada uranium menggunakan antarmuka DT-51 ini dapat disimpulkan : 1. Setelah dilakukan pengujian terhadap sampel standar dan beberapa sampel uji, maka sistem pengujian menggunakan antarmuka DT-51 dapat bekerja dengan baik dan lebih cepat untuk mencacah dan menghitung sumber uranium dan kontaminasi radiasi alpha yang terjadi pada proses produksi, sehingga dapat digunakan untuk menggantikan sistem pengerjaan secara manual yang membutuhkan waktu yang lama. Waktu yang dibutuhkan untuk analisa secara manual membutuhkan waktu 1 hari sedangkan secara rancang bangun dibutuhkan waktu 3 jam untuk menganalisa sebanyak 30 sample uji (cuplik). 2. Dapat menghitung hasil cacahan kontaminasi udara dan kontaminasi lantai beserta aktivitasnya secara langsung dengan mengendalikan perintah dari komputer, untuk setiap sample uji (cuplik). Dalam beberapa pengujian yang dilakukan, kelebihan dari sistem antarmuka dapat dipakai untuk menghitung aktivitas seperti yang diinginkan dan hasilnya langsung dapat dibaca (diketahui). 3. Dari hasil pengujian terhadap sistem rancang bangun yang dilakukan sebanyak sepuluh kali pengukuran untuk beberapa sample uji menunjukkan hasil pencacahan yang stabil dengan jangkauan ukur (range) untuk sampel kontaminasi udara berkisar antara 4-5 cacah per 5 menit untuk pengukuran dengan antarmuka, dan 3-9 cacah per 5 menit untuk pengukuran secara manual. Dan perbedaan pengukuran secara manual dengan sistem rancang bangun sebesar 35,20% untuk kontaminasi udara dan 10,65% untuk kontaminasi permukaan. DAFTAR PUSTAKA 1. HENDRIYANTO HADI T, 2006, Sistem Pencacah Berbasis Komputer, Widyanuklida, Jakarta. 2. RIIL ISARIS, 1986, Dasar-Dasar Instrumentasi Nuklir, Yogyakarta. 3. SUDARTI, 1986, Sistem Spektroskopi Nuklir, 1986, Yogjakarta. 4. ANDI, Tim, 2006, Lab. Mikroprosesor, Pemrograman Mikrokontroler AT89S52 dengan C/C++ dan Asembler, Yogyakarta. TANYA DAN JAWAB Pertanyaan 1. Bagaimana mengetahui bahwa hasil pencacahan valid? ( Djiwo Harsono) 2. Apa keistimewaan sistem kendali DT-51 dalam perhitungan kontaminasi Alpha di udara dan lantai? (aulia Istiqomah) 3. Mengapa pengujian sampel kontaminasi udara pada nomor pengukuran 6 hingga 10 mengalami perubahan yang fluktuatif? 4. Mengapa pencacahan antar muka lebih stabil dibanding pencacahan manual? (Refa Martatiana) Jawaban 1. Dari hasil beberapa pengujian menggunakan antar muka hasil yang di tampilkan menunjukkan terdeteksi pada sumber uranium walaupun dengan sampel yang kemungkinan keberadaan uraniumnya kecil. 2. Keistimewaannya dapat menghitung keberadaan sumber atau lebih tepat kontaminasi pada benda dengan lebih cepat dan stabil. 3. Kelemahan dari peralatan yang dipakai yaitu SAC 4 yang menyebabkan pengukuran tidak stabil, untuk pekerjaan sehari hari kita mempergunakan pengukuran sampai dengan 5x. 4. Karena hasil pengukuran untuk 1 sampai dengan 5 kali pengukuran relatif lebih stabil dibandingkan dengan pengukuran secara manual, untuk pekerjaan sehari hari 5x pengukuran sudah mencukupi untuk mengetahui keberadaan sumber (uranium) pada suatu benda. 299