Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 226 Ra, 137 Cs dan 60 Co menggunakan Pencacah Kamar Pengion Detektor Merlin Gerin CPGB 1

Transkripsi

1 60 Wijono, dkk / Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan Pencacah Kamar Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan Pencacah Kamar Pengion Detektor Merlin Gerin CPGB Wijono, Gatot Wurdiyanto dan Pujadi Pusat Teknologi Keselamaatan dan Metrologi Radiasi Badan Tenaga Nuklir Nasional Jln. Lebak Bulus Raya, Kotak Pos 703 JKSKL, Jakarta Selatan johnrida@batan.go.id Abstrak Telah dilakukan pengembangan metode pengukuran aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin CPGB. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja, respon alat, faktor konversi besaran arus ke aktivitas dan ketidakpastian pengukuran dari Detektor Merlin Gerin pada pencacahan 6 Ra, 37 Cs dan. Metode pengukuran yang digunakan adalah relatif. Radionuklida standar yang digunakan adalah 6 Ra (NBS), 37 Cs (PTB) dan (PTB), sedangkan radionuklida sampel adalah 6 Ra (A6-III/0), 37 Cs (A37/99) dan (60A/99). Cara yang dilakukan adalah mencacah latar, sumber standar dan sampel menggunakan besaran arus (ampere) dengan masing-masing pengambilan data kali. Dengan demikian diperoleh akuisisi data, rerata, deviasi standar dan ketidakpastian standar relatif untuk tipe A dari masing-masing tahap pengukuran. Nilai ketidakpastian tipe B diperoleh dari kepresisian pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin dan umur paro radionuklida. Hasil peluruhan radionuklida standar 6 Ra, 37 Cs dan secara berturut-turut sebesar 99,; 9,76 dan 6, µci. Nilai Faktor Konversi arus terhadap aktivitas pada pencacahan 6 Ra, 37 Cs dan secara berturut-turut sebesar 3,30; 9,7 dan,7 µci/0 - A. Hasil menunjukkan karakteristik dari ketiga pencacahan tersebut berbeda. Hasil perhitungan ketidakpastian bentangan dari pencacahan 6 Ra, 37 Cs dan secara berturut-turut sebesar,68%,,37% dan,77%. Faktor yang menyebabkan perbedaan hasil tersebut adalah kontinuitas akuisisi nilai data dan ketidakpastian umur paro dari masing-masing jenis radionuklida yang digunakan. Dengan hasil ini diharapkan PTKMR BATAN sebagai acuan laboratorium nasional dalam bidang metrologi radiasi mampu melakukan kalibrasi dan standardisasi untuk berbagai macam alat ukur aktivitas dan jenis radioisotop dengan selamat dan aman dari segi proteksi radiasi. Kata kunci: kamar pengion, detektor Merlin Gerin CPGB, radionuklida Abstract Development of radioactivity measurement for 6 Ra, 37 Cs and radionuclides using Merlin Gerin CPGB detector ionization chamber have been carried out. The research was conducted to determine the performance, response equipment, the conversion factors of current scale to activity and measurement uncertainty of Merlin Gerin Detector on 6 Ra, 37 Cs and counting. Measurement method used is relative. Standard radionuclides used are 6 Ra (NBS), 37 Cs (PTB) and (PTB). While the sample radionuclides are 6 Ra (A6- III/0), 37 Cs (A37/99) and (60A/99). Method that is counting the background, standard and sample sources using current scale (Ampere) with each repetition of the data as much as times. Thus obtained the data acquisition, mean, standard deviation and relative standard uncertainty of type A of each stage of measurement. The type B uncertainty is obtained from a precision of Merlin Gerin detector ionization chamber and the half-life of radionuclides. The result of standard radionuclides decay of 6 Ra, 37 Cs and are 99.; 9.76 and 6. µci respectively. The conversion factor to activity on 6 Ra, 37 Cs and counting are 3.30; 9.7 and.7 µci/0 - Ampere. The result show the characteristics of the three different counting. The calculation result of expanded uncertainty of 6 Ra, 37 Cs and counting are.68%,.37% and.77% respectively. Factors that cause differences in these results is the continuity of data acquisition value and the uncertainty of age half of each type of radionuclide used. With the result expected PTKMR-BATAN as national reference laboratories in the field of radiation metrology capable of performing the calibration and standardization of measuring instruments for a wide range of activity and type of radioisotope with a safe and secure in terms of radiation protection. Key words: ionization chamber, Merlin Gerin CPGB detector, radionuclide I. PENDAHULUAN Sistem pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin CPGB merupakan salah satu alat ukur aktivitas zat radioaktif yang menggunakan metode relatif []. Prinsip kerja alat ini berdasarkan konversi besaran arus Ampere (A) ke aktivitas Curie (Ci) melalui software p3krbin dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa jenis radionuklida. Dalam penggunaanya selalu memperlihatkan unjuk kerja, respon alat dan faktor konversi arus ke aktivitas yang berbeda-beda untuk Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo April 0 ISSN :

2 Wijono, dkk / Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan Pencacah Kamar 6 beberapa jenis radionuklida. Oleh karena itu perlu dilakukan pengembangan metode pengukuran aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan sistem pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin. Perbedaan faktor konversi besaran arus ke aktivitas dari masing-masing jenis radionuklida disebabkan beberapa hal, antara lain: perbedaan probabilitas, jumlah dan tingkat energi radiasi gamma []. Perbedaan nilainilai tersebut akan mempengaruhi faktor gamma dan karakteristik respon detektor Merlin Gerin untuk pencacahan masing-masing jenis radionuklida. Metode pengukuran pada penelitian ini adalah relatif, sehingga diperlukan radionuklida standar dan sampel. Radionuklida standar terdiri dari: 6 Ra (NBS), 37 Cs (PTB) dan (PTB), sedangkan radionuklida sampel terdiri dari: 6 Ra (A6-III/0), 37 Cs (A37/99) dan (60A/99). Tujuan dari penentuan karakteristik detektor Merlin Gerin menggunakan sumber standar 6 Ra, 37 Cs dan adalah untuk mengetahui unjuk kerja, respon alat, faktor konversi arus ke aktivitas dan ketidakpastiannya. Dari hasil ini diharapkan Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi (PTKMR BATAN) sebagai acuan laboratorium nasional dalam bidang metrologi radiasi mampu melakukan kalibrasi dan standardisasi berbagai macam alat ukur aktivitas dan jenis radionuklida dengan selamat dan aman dari segi proteksi radiasi. II. LANDASAN TEORI A. Detektor Kamar Pengion Merlin Gerin CPGB Detektor CPGB pada sistem pencacah kamar pengion Merlin Gerin bekerja pada tekanan gas argon sampai,8 Atm dan tegangan DC 600 volt. Sistem pencacah ini didukung beberapa peralatan penunjang, yaitu: elektrometer ADVANTEST TR 8, sumber tegangan tinggi KEITHLEY 7, preamplifier ADVANTEST TR 80/8, digital multimeter sanwa PC00, sistem software p3krbin, personal komputer dan stabiliser model SKU-3000VA. Sistem sumber tegangan tinggi model KEITHLEY 7 berfungsi menyediakan high voltage bias supply pada catu tegangan kerja detektor yang dapat menghasilkan tegangan variabel 600 Volt. Elektrometer preamplifier ADVANTEST TR 80/8 berfungsi sebagai pelipat pulsa listrik yang dihasilkan oleh detector. Sedangkan sistem elektrometer ADVANTEST TR 8 berfungsi memisahkan derau (noise) pulsa listrik yang ditimbulkan rangkaian penguat maupun detektornya sendiri, menghitung dan menunjukkan jumlah pulsa listrik yang memasukinya dalam selang waktu tertentu serta mengendalikan selang waktu perhitungan pulsa [3]. B. Ketidakpastian Perhitungan nilai ketidakpastian (U) terdiri dari tipe A dan B []. Tipe A meliputi nilai-nilai ketidakpastian data pengukuran aktivitas standar dan sampel sistem pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin (u mg ) dan tipe B meliputi nilai-nilai ketidakpastian kepresisian (u prec ) dan Umur paro teori (u pr ) [-7]. Untuk tipe A, deviasi standar pengukuran merlin gerin (σ mg ) adalah N (Aimg A mg ) σ mg i= = N(N ). Ketidakpastian standar (Experimental Standard Deviation of the Mean) dari pencacahan centronic (ESDM mg ) dirumuskan sebagai σ ESDM = mg () N sehingga ketidakpastian standar relatif dari pencacahan centronic (u mg ) dalam prosen (%) adalah () ESDM u mg = 00. (3) x Dari nilai-nilai ketidakpastian tipe A dan B diperoleh nilai ketidakpastian standar gabungan (u c ) sebagai u = u. () c mg mg prec Apabila k adalah faktor cakupan untuk nilai derajat kebebasan efektif (v eff ) dengan tingkat kepercayaan 9% dan menggunakan nilai kritis k-students, maka nilai ketidakpastian bentangan (U) dapat ditentukan. v eff u pr mg mg prec pr ( u / ) ( / ) ( mgvmg mgvmg i / vi ) = () Nilai ketidakpastian bentangan (U) diperoleh dari hasil perkalian nilai faktor cakupan (k) dengan nilai ketidakpastian gabungan (u c ). U = k. u c (6) III. METODE PENELITIAN Variasi radionuklida standar yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 6 Ra (NBS), 37 Cs (PTB) dan (PTB), sedangkan radionuklida sampel meliputi: 6 Ra (A6-III/0), 37 Cs (A37/99) dan (60A/99). Detektor Merlin Gerin merupakan peralatan utama yang dilengkapi dengan peralatan penunjang yang terdiri dari: elektrometer ADVANTEST TR 8, sumber tegangan tinggi KEITHLEY 7, preamplifier ADVANTEST TR 80/8, digital multimeter sanwa PC00, sistem software p3krbin, personal komputer, stabiliser model SKU-3000VA dan satu set alat proteksi radiasi (sarung tangan karet, TLD, pinset, kontainer Pb dan tissue). Skema sistem detektor Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo April 0 ISSN :

3 6 Wijono, dkk / Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan Pencacah Kamar Merlin Gerin dan peralatan penunjang ditunjukkan dalam Gambar (). Penentuan karakteristik detektor diawali dengan pemeriksaan polaritas saluran kabel listrik, RG 8 dan RS 3 [8]. Penaikan tegangan sistem KEITHLEY 7 dilakukan dalam tahap, yaitu : tahap 0 sampai 00 Volt dan 00 sampai 600 Volt secara manual. Untuk tampilan hasil pencacahan secara digital pada display elektrometer ADVANTEST TR 8 diatur melalui potensio pengali arus (ampere) sesuai besarnya aktivitas radionuklida yang diukur. Dengan demikian dapat ditentukan kesamaan nilai desimal arus (ampere) yang ditampilkan terhadap display digital multimeter sanwa PC00 yang ditransfer melalui kabel RG 8. Transfer akuisisi data dari digital multimeter sanwa PC 00 ke sistem personal komputer menggunakan kabel RS 3. Dengan menggunakan software p3krbin hasil pencacahan detektor Merlin Gerin dalam satuan Ampere dapat dikonversi ke dalam satuan aktivitas (curie) secara otomatis. Proses pencacahan dilakukan terhadap tiga (3) jenis radionuklida ( 6 Ra, 37 Cs dan ) yang meliputi: cacah latar, standar dan sampel. Tiap pencacahan dilakukan dengan pengulangan sebanyak kali. Dari akuisisi data pencacahan dapat ditentukan rerata, deviasi standar, ketidakpastian standar (ESDM) dan ketidakpastian standar relatif centronic (tipe A). Gambar. Skema sistem detektor Merlin Gerin CPGB dan peralatan penunjang. Ketidakpastian Tipe B ditentukan berdasarkan referensi manual book dari sistem pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin dan umur paro sesuai jenis radionuklida ( 6 Ra, 37 Cs dan ). Dari referensi manual book detektror Merlin Gerin diperoleh ketidakpastian standar relatif kepresisian. Berdasarkan hasil data ketidakpastian tipe A dan B maka dapat ditentukan ketidakpastian gabungan (u c ), derajat kebebasan efektif (%), faktor cakupan (k) untuk tingkat kepercayaan 9% dan ketidakpastian bentangan (U). Dari proses pencacahan diperoleh laju arus rerata dari masing-masing radionuklida standar dan sampel dalam satuan Ampere. Dengan membagi hasil peluruhan radionuklida standar 6 Ra, 37 Cs dan dalam satuan Curie dengan hasil pencacahan maka diperoleh faktor konversi besaran arus ke aktivitas dalam satuan Ci/A. Dengan demikian dapat diketahui hasil pencacahan dalam satuan Curie dari sistem pencacah kamar pengion detektror Merlin Gerin untuk masing-masing sampel. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Grafik karakteristik unjuk kerja dan respon sistem penacacah kamar pengion detektor Merlin Gerin dari proses pencacahan ditunjukkan dalam Gambar (). Gambar. Karakteristik deviasi standar dan ketidakpastian standar relatif detektor Merlin Gerin CPGB. Grafik tersebut memperlihatkan karakteristik deviasi standar dan ketidakpastian standar relatif dari hasil pencacahan sumber standar dan sampel yang terbagi dalam 6 tingkat perbedaan cacah arus ( 0 - A). Deviasi standar yang diperoleh berkisar antara 0,3 sampai 0,9 0 - ampere dan ketidakpastian standar relatif berkisar antara 0, sampai,3% untuk hasil cacahan antara,9 sampai 8, ampere. Semakin besar hasil pengukuran arus maka semakin kecil ketidakpastian standar relatifnya. Namun deviasi standarnya cenderung konstan. Hal ini membuktikan bahwa detektor centronic Merlin Gerin memiliki unjuk kerja dan respon yang lebih baik untuk pengukuran aktivitas radionuklida yang lebih tinggi. Efektifitas terbaik detektor dicapai pada batas hasil pencacahan minimal ampere dengan ketidakpastian standar relatif < 0,%. Ketidakpastian standar relatif hasil pencacahan radionuklida standar dan sampel 6 Ra, 37 Cs dan secara berturut-turut sebesar: 0,; 0,38; 0,9:,;,67 dan,3%. Hal ini memberikan konstribusi ketidakpastian Tipe A, sedangkan ketidakpastian Tipe B diambil dari referensi manual book dan umur paro. Ketidakpastian standar Tipe B untuk kepresisian sebesar %. Dari hasil ketidakpastian tipe A dan B pencacahan 6 Ra dapat ditentukan ketidakpastian gabungan (u c ), derajat kebebasan efektif (%), faktor cakupan (k) untuk tingkat kepercayaan 9% dan ketidakpastian bentangan (U) seperti yang ditunjukkan pada Tabel (). Hasil ketidakpastian bentangan dari pencacahan 6 Ra sebesar Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo April 0 ISSN :

4 Wijono, dkk / Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan Pencacah Kamar 63,68%. Dengan cara yang sama dapat ditentukan ketidakpastian bentangan untuk pencacahan 37 Cs dan masing-masing sebesar,37% dan,77%. berpengaruh terhadap respon dan hasil cacahan detektor Merlin Gerin. Tabel. Ketidakpastian detektor Merlin Gerin CPGB. Tabel. Faktor Konversi besaran arus ke aktivitas pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin CPGB. No Faktor Faktor Radionuklida (year) Umur paro Gamma Konversi (R/h/Ci) (µci/0 - A) 6 Ra 600 ± 7 0,8 3,30 37 Cs 30,0 ± 0,08 0,98 9,70 3,7 ± 0,0008,37,7 Tabel 3. Hasil pencacahan detektor Merlin Gerin CPGB dan ketidakpastian bentangannya. Aktivitapastian Hasil cacahan Ketidak- Radionuklida No peluruhan (x 0 - A) (µci) ngan Benta- (µci) (%) Ra (NBS) 6 Ra (6- III/0) , ,80 3,6 37 Cs (PTB).7, Cs (A37/99) - 8,760 73, 73 (PTB) 7.3, (60A/ 99) -,80 3,,68,37,77 Dengan diketahui variasi faktor konversi besaran arus ke aktivitas maka sistem pencacah kamar pengion detektor Merlin Gerin dapat digunakan untuk mengukur aktivitas dari variasi sampel dalam satuan curie. Ketidakpastian bentangan dari masing-masing pengukuran sampel radionuklida ( 6 Ra, 37 Cs dan ) secara berturut-turut sebesar,68;,37 dan,77%. Faktor yang menyebabkan perbedaan hasil ketidakpastian ini adalah kontinuitas akuisisi nilai data dan toleransi umur paro dari masing-masing jenis radionuklida yang dicacah tidak sama. Dari hasil bagi antara peluruhan radionuklida standar dengan hasil pencacahan maka diperoleh faktor konversi besaran arus ke aktivitas dari pencacahan 6 Ra, 37 Cs dan secara berturut-turut sebesar: 3,30; 9,7 dan,7 µci/0 - A. Dari Tabel () ditunjukkan faktor konversi memiliki nilai berbanding terbalik terhadap faktor gamma (R/jam/Ci) dari masing-masing radionuklida. Faktor gamma ini dihitung berdasarkan intensitas (%) dan energi (kev). Hal ini membuktikan masing-masing jenis radionuklida memiliki intensitas dan tingkat energi yang berbeda-beda, sehingga sangat V. KESIMPULAN Hasil menunjukkan detektor Merlin Gerin masih memiliki unjuk kerja dan respon yang baik khususnya untuk pengukuran aktivitas radionuklida yang tinggi > Ampere dengan ketidakpastian standar relatif < 0,%. Faktor Konversi arus terhadap aktivitas untuk pencacahan 6 Ra, 37 Cs dan secara berturut-turut sebesar 3,30; 9,7 dan,7 µci/0 - A, sedangkan ketidakpastian bentangannya secara berturut-turut sebesar,68;,37 dan,77%. Dengan hasil ini diharapkan PTKMR BATAN sebagai acuan laboratorium nasional dalam bidang metrologi radiasi mampu melakukan kalibrasi dan standardisasi untuk berbagai macam alat ukur aktivitas dan jenis radioisotop dengan selamat dan aman dari segi proteksi radiasi. UCAPAN TERIMA KASIH. Kepala Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jakarta. Kepala Bidang Metrologi Radiasi PTKMR BATAN 3. Para staf Sub Bidang Standardisasi yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian. Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo April 0 ISSN :

5 6 Wijono, dkk / Pengembangan Metode Pengukuran Aktivitas 6 Ra, 37 Cs dan menggunakan Pencacah Kamar PUSTAKA [] H. M. Weiss, πβγ Ionization Chamber Measurements, Nuclear Instr. And Methods,. pp. 9 97, 973 [] E. Robu and C. Giovani, Gamma-ray Self-Attenuation Corrections in Environmental Samples, Romanian Reports in Physics, Vol. 6, No., Pp , 009. [3] Instruction Manual, Electrometer Advantest TR 8, 979 [] International Atomic Energy Agency, Measurement Uncertainty, A Practical Guide for Secondary Standards Dosimetry Laboratories, Tecdoc-8, Vienna, 008. [] Helmer, R.G.,, In : BNM-LNBH/CEA Table of Radionuclides, Monographie BIPM-, Sevres, France, 00. [6] Helmer, R.G. and Chechev, V.P., 37 Cs, In : BNM- LNBH/CEA Table of Radionuclides, Monographie BIPM-, Sevres, France, 007. [7] Chiste, V., Be, M.M., 6 Ra, In : BNM-LNBH/CEA Table of Radionuclides, Monographie BIPM-, Sevres, France 0. [8] Ganiadi, G., Memanfaatkan Serial RS 3C, Penerbit PT Elex Media Komputindo, Jakarta, 99. TANYA JAWAB Pramudita Anggraita, BATAN :? Jenis radiasi apa yang dideteksi alfa, beta dan gamma, apa yang menyebabkan beda faktor konversi aktivitas/arus? Wijono, BATAN : Jenis radiasi yang dideteksi oleh detektor Merdin Gerin (PGB dalam gamma) dengan bentuk fisik cair d idalam wadah ampul kapasitas ml. Faktor yang menyebabkan beda faktor konversi aktivitas dari arus adalah nilai energi dan probabilitas dari masing-masing jenis radionuklida (Ra-6, Cs-37, atau Co-60). Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo April 0 ISSN :