PENENTUAN RESPON DETEKTOR NE MK 7 NRM TEIUIADAP SUMBER NET RON 252 Cf. Nurman Rajagukguk PTKMR - BAT AN

Transkripsi

1 prosldiijj P8I'tBmuan dan Prosontasilimlah Funuslonal Toknls Non panoun, 18 Dosomb8l' ISSN : PENENTUAN RESPON DETEKTOR NE MK 7 NRM TEIUIADAP SUMBER NET RON 252 Cf Nurman Rajagukguk PTKMR - BAT AN AJBSTRAK Penentuan Respon Detektor NE MK 7 NRM Terhadap Sumber Netron 252Cf. Makalah ini menguraikan pengukuran respon detektor berbentuk bola dengan diameter 8 inchi terhadap jarak ke sumber netron cepat 252Cf yang dilakukan di dalam ruang kalibrasi berukuran panjang 11 m x lebar 5,4 m x tinggi 3,5 m dan di ruang tanpa atap berukuran panjang 30 m x lebar 15 m. Detektor dan sumber radiasi diletakkan pada ketinggian 120 cm dari lantai. Pada eksperimen di ruang kalibrasi jarak detektor ke sumber radiasi bervariasi mulai dari 50 cm sid 200 cm scdangkan di ruang tanpa atap mulai dari 50 em sid 120 cm. Koreksi terhadap hamburan netron dilakukan menggunakan tcknik semi empiris. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa respon detektor terhadap netron yang terhambur dari dinding ruang kalibrasi pada jarak 100 cm adalah 16 % sedangkan di ruang tanpa atap adalah 7 %. Hasil pcncntuan respon detektor terhadap 252Cf di kedua ruang terse but cukup baik dengan perbedaan lebih kecil daripada 2 %. Dari hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa jarak kalibrasi untuk detektor ini harus dibatasi antara 50 cm sid 140 cm. ABSTRACT The Determination of The Response of NK 7 NRM detector for a 252Cf neutron source. Measurement of the response of a 8 in. spherical rem-meter with distance from a 252Cffission neutron source has been carried out in a calibration room built of concrete, dimensions about 11m x 5.4 m x 3.5 m high and in the room without roof, dimension about 30 m x 15 m. Instrument and source were placed on a stand so that the distances between them and the floor were about 120 cm. The distance between the source and the instrument was measured from the geometric center of the detector to the center of the source. Measurement in the calibration room has been conducted with the distances between the source and the detector vary betwecn 50 cm up to 200 cm but in the room without roof the distances has been limited until 120 cm. Correction for neutron scattering has been done using a semi-empirical technique as a function of source to detector distance. The result obtained showed that the response of the dctcctor to neutron reflected from the walls of the calibration room at the distance of 100 cm was 16 % and in another room was 7 %. The result obtained showed that the response of the detector in both room were in a good agreement within 2 %. In summary the calibration distance for this detector should be limited in the range from 50 cm to 140 cm. 208

2 Pl'osldq PertBmlJan dan Prosontasillmiah FunOslWla/ Toknls NWI PwmUtI, 18 Dosumber 2006 iii--- ISSN :14W PENDAHULUAN Pada prinsipnya sebuah alat ukur radiasi tingkat proteksi dikalibrasi dengan cara mcnempatkannya pada suatu titik di medan radiasi acuan yang besaran medan radiasi yang diukurnya telah diketahui. Respon alat ukur radiasi terse but dinyatakan sebagai bacaan alat ukur terse but clibagi dengan besaran meclan radiasi(1). Kebalikan dari respon ini diketahui sebagai faktor kalibrasi. Oalam kalibrasi alat ukur radiasi netron untuktingkat proteksi, besaran medan radiasi yang cliperlukan adalah dosis ekivalen. Besaran ini diturunkan dari laju pancaran netron yang hanya berasal dari dari sumber tersebut. Karena meclan radiasi acuan diperoleh dari laju panearan netron yang hanya berasal dari sumber racliasi, maka faktor kalibrasi dad sebuah alat ukur radiasi harus bersifat unik, artinya faktor kalibrasi alat terse but hanya sebagai fungsi dari tipe detektor dan spektrum energi sumber radiasi bukan bergantung pada faktor- faktor seperti jarak detektor ke sumber radiasi atau ukuran ruang yang digunakan untuk kalibrasi.. Untuk mendapatkan!aju pancaran yang hanya berasal dari sum bel' netron tersebut sangatlah sulit karena adanya netron yang terhambur dari dinding ruang kalibrasi, penyangga sul11berdan detektor, udara dan benda-benda lainnya yang berada di dalam ruang kalibrasi. Oalal11 prakteknya biasanya dilakukan koreksi yang eukup signifikan terhadap efek dari hamburan netron ini agar diperoleh respon alat ukur terse but yang yang hanya berasal dari sul11be radiasi. Ruang laboratorium kalibrasi PTKMR-BA TAN terbuat dari beton berukuran panjang It m x lebai' 5,4 m lebai' x tinggi 3,5 m. Dibandingkan dengan fasilitas kalibrasi di beberapa negara, ruang ini relatif keeil dan dipastikan akan menimbulkan hamburan netron yang eukup besar(2). Dengan demikian, mengabaikan faktor hamburan netron akan menyebabkan kalibrasi alat ukur radiasi untl1k netron cepat akan mendapatkan kesalahan yang signifikan. U ntuk menghindari kesalahan tersebut maka hamburan netron di ruang tersebut harus diperhitungkan untuk setiap detektor yang dikalibrasi. Salah satu cara untuk memperoleh faktor koreksi hamburan adalah dengan menghitung efek netron yang terhambur menggunakan program komputer dengan mempertimbangkan sumber radiasi, detektor dan konfigurasi ruangan. Dengan demikian perlu 209

3 prosldiijj Port&muan ~an ProsentasJ IImlah Funoslonal Toknls Non PeneDtl, 19 Oosombor 2006 ISSH - : dilakukan perhitungan untuk setiap sumber, detektor dan konfigurasi ruangan yang berbeda.(3) Cara yang lain adalah menggunakan teknik "shadow cone" (kerucut terpancung). Cara Inl adalah dengan menempatkan kerucut terpancung di antara sumber radiasi dan detektor yang desainnya sedemikian rupa sehingga secara geometris dapat menghalangi fluen yang langsung berasal dari sumber netron untuk sampai ke detektor. Untuk menggunakan teknik ini maka diperlukan beberapa "shadow cone", karena ukurannya harus sesuai dengan konfigurasi sumber-detektor( 4) Cara terakhir adalah dengan menggunakan teknik semi empirik yaitu dengan cara mengukur respon total yang diterima oleh detektor. Dengan menggunakan kombinasi pengukuran dan perhitungan maka akan diperoleh respon detektor yang berasallangsung dari sumber netron (5). Makalah ini menguraikan pengukuran hamburan untuk memperoleh respon detektor alat ukur radiasi nctron NE MK 7-NRM terhadap sumber netron 252Cfyang dilakukan di ruang kalibrasi PTKMR-BATAN. Untuk meyakinkan betapa besarnya pengaruh ukuran ruangan pada hamburan radiasi, maka dilakukan juga pengukuran di ruang tanpa atap dengan ukuran sekitar 30 m x 15 m.. Dengan pengukuran di dua ruang yang jauh berbeda luasnya ini akan diperoleh perbedaan respon dari detektor tersebut. Diharapkan dengan pengukuran ini akan diperoleh prosedur kalibrasi alat ukur radiasi netron yang memadai. TEORI Metoda ini berdasarkan asumsi bahwa fraksi bacaan instrumen yang disebabkan oleh netron terhambur dapat dikurangi dari deviasi bacaan menggunakan hukum kebalikan jarak kuadrat. Berbagai kontribusi dikarakterisasikan oleh suatu komponen independen dari jarak detektor ke sumber radiasi yang disebabkan oleh hamburan oleh dinding dan suatu komponen yang berkurang secara linier dengan jarak yang disebabkan oleh hamburan oleh udara. Bacaan instrumen, M7(r), sebagai fungsi jarak, yang disebabkan oleh medan radiasi total (netron langsung dan netron terhambur) berhubllngan dengan respon fluen RrjJ menggllnakan persamaan berikut (6). 210

4 ProsldIJJ,J partumuan dan Prosontasillmlah FWluslcnal 'okllls Non PonoUtl.19 Dos8m!J8r 2006 ~SN : MLW Rq; ( 1 + S 1'2) (1) rpxf,(r)x(1 +Ar) dengan S adalah fraksi kontribusi hamburan oleh ruang pada unitjarak kalibrasi r:p adalah laju fluen di udara bebas Dengan menggambarkan ruas kiri sebagai fungsi 1'2 akan mend~patkan suatu garis lurus. Perpotongan dengan sumbu Y akan mendapatkan respon RrjJ dan slope dari garis akan rnemberikan fraksi komponen Total hamburan oleh udara diberikan sebagai (1 + A 1'). Untuk sumber 252Cfbesarnya adalah 0,012 m-i (5). </J pada persamaan 1. dinyatakan sebagai : dengan dengan ([J ===!1n (2) 2 I' Bn === B x F{Jf!J (3) 41t B adalah laju pancaran sumber radiasi netron F, (B) adalah faktor koreksi anisotropi sumber radiasi e52cf === 1,012) U ntuk mendapatkan konstanta karakteristik sumber ke detektor yang merupakan bacaan detektor setelah dikoreksi semua efek hamburan digunakan persamaan berikut : K === Me.,.2 (4) Jika respons fluen di udara bebas adalah Rq; === lvfl (5) </J Maka dengan menggunabn pcrsamaan 2 dan 5 akan diperoleh K === R q). Bn (6) 211

5 Prosl~ PortBnwan dan Prosunt~slilmlah FW1uslonaiTuknls Nun Punulltl.18 Dosumbur ISSN : Dengan demikian respon dosis ekivalen adalah RH = Rrh (7) Hrft dengan Hrft adalah faktor konversi fluen-dosis ekivalen. Untuk 252Cf,H adalah 3, Sv.cm2. (5) Co" PERALA T AN DAN T AT A KERJA Perala tan a. Sumber Radiasi Netron 252Cf Sumber radiasi netron yang digunakan pada pengukuran ini adalah 40 Jlg 252Cfdengan waktu paruh (9,661 ± 0,029) x 102 hari. Sumber radiasi ini dikalibrasi pada tg1.l1 Juli 2005 di laboratorium National Physical Laboratory, Inggris menggunakan teknik " Manganese Sulphate Bath "(7).Hasil kalibrasi menunjukkan bahwa laju emisinya adalah (9,498 ± 0,096) x 107 S-1 untuk tingkat kepercayaan 95 % (8). b. Alat Ukur Radiasi Nctron NE MK 7 NRM Alat cacah ini dapat digunakan untuk mengukur laju dosis ekivalen dengan rentang 0,1 mrern/jam sid 1 rem/jam untuk energi antara termal (0,025 ev) dan 7 MeV (9). Radiasi netron dideteksi menggunakan pencacah proposional berbentuk bola denga diameter 8 inehi. Sebagai alat bantu digunakan "scaler" Tennelee TC 534 Tata Kcrja Sumber radiasi netron 252Cfdiletakkan pada ketinggian 120 em dari lantai di tengah ruangan kalibrasi yang berukuran J.I,7 m x 5,4 m x 3,5 m. Detektor NE MK 7 NRM diletakkan pada ketinggian yang sama dengan sumber radiasi dengan jarak ke sumber 252Cf bervariasi mulai dari 50 em sid 200 em dengan rentang jarak 10 em. Peneaeahan dilakukan untuk waktu 100 detik. Pada pengukuran di ruang tanpa atap berukuran 30 m x 15 m, jarak detektor ke sumber radiasi yang digunakan adalah 50 em sid 120 em. Susunan peralatan yang digunakan pada pengukuran dapat dilihat pad a Gambar 1 di bawah ini. 212

6 PI'osldlrvJ pertemuan dan Presentasl IIm/ah Funaslonal Teknls Non PeneOtl. 19 Oesember 2006 ISSN :14W Gambar 1. Susunan peralatan pada pengukuran respon detektor NE MK 7 NRM di ruang tanpa atap berukuran 30 m x 15 m. Detektor dan sumber radiasi 252Cf diletakkan pada ketinggian yang sarna yaitu 120 em dari lantai dengan jarak yang bervariasi mulai dari 50 em sid 120 em. BASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengukuran total respon detektor MK 7 NRM, terhadap sumber radiasi 252Cf mulai dari jarak deteetor ke sumber radiasi 40 em sid 200 em mula-mula dikoreksi dengan hal11buran udara Mr (r )(1 + A.r ) dan selanjutnya dikalikan dengan kuadrat jarak sumber radiasi ke detektor, r. Harga perkalian ini digambarkan sebagai fungsi r2 yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 2. Dengan l11enggunakan regresi linier maka pada jarak tertentu dari sul11berke detektor akan diperoleh persamaan yang l11endekati garis lurus : dengan Mo adalah respon detektor yang hanya berasal dari sumber radiasi netron pada jarak r, sedangkan slope S l11erupakan kontribusi netron terhambur oleh ruang kalibrasi. 213

7 Prosldq Purtumuan dan Pl'8Sontasilirniah FunoslonalToknlsNonPonoOtl.18Dosombur2006 ISSN:14W iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ::E o r2 [m2j Gambar 2. Respon detektor M dikalikan dengan kuadrat jarak detektor ke sumber radiasi r sebagai fungsi kuadrat jarak untuk sumber 252Cf di ruang kalibrasi yang berukuran panjang 11 m x lebar 5,4 m x tinggi 3,5 m dan ruang tanpa atap berukuran 30 m x 15 m. Dari Gambar 2. dapat dilihat bahwa pada jarak detektor ke sumber radiasi mulai dari 50 em sid 130 em nilai M.r2 sebagai fungsi r2 eenderung mendekati linier mengikuti persamaan garis lurus M.r2 = 225,37 ( 1 + 0,16 r2 ) dengan koefisien korelasi r = 0,997. Persamaan garis garis terse but menunjukkan bahwa pada 'jarak 1 m kontribusi netron terhambur di ruang kalibrasi ada1ah adalah 16 % sedangkan perpotongan pada r = 0 memberikan respon pada jarak 1 m yang berasal dari sumber netron itu sendiri adalah 225,37 eps. Dari gambar yang sarna dapat di1ihat juga bahwa pada pengukuran di ruang tanpa atap mendapatkan daerah yang mendekati persamaan garis lurus mulai dari jarak detektor ke sumber radiasi 60 em sampai dengan 120 em dengan persamaan garis lurus : M.r2 = 219,46 ( 1 + 0,08 r2 ) dengan koef. korelasi 0,99. Dari persamaan ini diperoleh hamburan netron pad a 214

8 prosldinu PortBmuan dan Prosontaslllndah FWlDSloilaJ Toknls Non PonoUU, 10 Dosombar ISSN : jarak 1 m adalah 8 % sedangkan respon yang berasal dari sumber netron itu sendiri adalah 219,46 eps. Dari pengukuran di dua ruangan terse but di atas menunjukkan bahwa pada ruang yang berukuran eukup besar dan tanpa atap hamburan netron masih eukup besar. Kemungkinan besar hamburan ini berasal dari lantai yang hanya berjarak 120 em dari sumber netron sedangkan dari dinding tidak memberikan kontribusi yang besar karena jaraknya sekitar 700 em. Sebagai perbandingan, pengukuran menggunakan metoda yang sarna pernah dilakukan di ruang kalibrasi NRL yang berukuran panjang 7,1 m, 4,6 m lebar dan tinggi 3,5 m terhadap sumber radiasi netron 252Cf. Pengukuran dilakukan dengan rem meter dengan detektor berbentuk bola berdiameter 9 inch mendapatkan persamaan garis lurus M.r2 = 1070 ( I + 0,20 r2 ), sedangkan menggunakan " Bonner Sphere" berdiameter 3 inch mendapatkan pcrsamaan garis lurus M.r2 = 386 ( I + 1,24 r2 ) (3). Hasil ini walaupun tidak bisa dibandingkan sceara kuantitatif karena perbedaan detektor, konfigurasi dan ukuran ruang dan lain lain namun dapat dijadikan gambaran bahwa hamburan netron di ruang kalibrasi yang kecil eukup besar. Dari Gambar 2. dapat dilihat bahwa padajarak mulai dari 150 em sampai dengan 200 em kurva mengalami penurunan yang drastis. Meskipun rentang pada jarak ini bukan menjadi perhatian untuk kepentingan kalibrasi, namun perlu diteliti penyebabnya karena keeenderungan ini sangat berbeda dengan beberapa hasil pengukuran yang dilakukan orang (3). Salah satu eara adalah dengan melakukan pengukuran yang sarna namun pada arah yang berlawanan. Karena pada pengukuran ini hamburan dari belakang detektor disebabkan oleh dua hal yaitu dinding beton dan pintu yang terbuat dari Pb. Dari Gambar 2. diperoleh bahwa respon detektor yang hanya berasal dari sumber radiasi netron adalah 225,37 eps. Jika laju dosis ekivalen sumber netron tersebut pada jarak 100 em dihitung menggunakan persamaan 2, 3 dan 4 akan diperoleh laju ekivalen sebesar 84,4 mrem/jam. Dengan demikian respon detektor yang diperoleh dari pengukuran di ruang kalibrasi tersebut adalah 225,37eps/84,4 mrem/jam = 2,67 eps/mrem/jam sedangkan respon detektor yang diperoleh di ruang tanpa atap setelah dikoreksi peluruhan adalah 219,46 eps/83,68 mrem/jam = 2,62 eps/mrem/jam*. Ketidakpastian pengukuran ini ditaksir sebesar ± 215

9 JlrosldIrJJ fortomuan IIan Prosontaslllmlah Funuslonal Toknls NonPBnoUU,18Dosombor 2006 ISSN:14W iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiioiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiioiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ] 0 %. Dengan demikian terdapat perbedaan yang tidak signifikan sebesar 1,7 %. Hal ini menunjukkan bahwa walaupun ka!ibrasi dilakukan di ruang yang jauh berbeda ukurannya asal bisa menentukan faktor koreksi hamburan netron dari ruang pengukuran akan mendapatkan hasil yang relatif sama. * Ketidakpastian pengukuran ini ditaksir sebesar ± 10%. KESIMPULAN Dari hasil dan pembahasan terse but di atas dapat disimpulkan bahwa : 1. Metoda teknik semi empirik ini cukup sesuai untuk digunakan dalam kalibrasi alat ukur radiasi netron. 2. Jarak detektor ke sumber radiasi antara 50 em sid 140 em mendapatkan persamaan yang rr.endekati linier sehingga dapat digunakan sebagai jarak kalibrasi untuk detektor terse but. DAFT AR PUST AKA I. SCHRAUBE, H,CHARTIER, 1.L, COSACK,M, DELAFIED, H.J, HUNT, 1.B and SCHW ARTZ, R.B, Calibration Procedure for Determining The Radiation Response Characteristics of Neutron Measuring Device Used for Radiation Protection, Radiation Protection Dosimetry Vol. 23, Nuclear Technology Publishing, RIMPLER, A, Dose Equivalent Response of Neutron Survey Meters for Several Neutron Fields, Radiation Protection Dosimetry Vol. 44, Nuclear Technologi Publishing, EISENHAUER, C.M, SCHWARTZ, R.B, JOHNSON, T, Measurement of Neutron Reflected from The Surfaces of a Calibration Room, Health Physics Vol. 42, Pergamon Press Ltd, TNTERNA TTONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Guidelines on Calibration of Neutron Measuring Devices, IAEA, Vienna, INTERNATIONAL ORGANIZATION for STANDARDIZATION, Neutron Reference Radiation for Calibrating Neutron Measuring Device for Radiation 216

10 Ilrosl~ PartBrnuan dan Prosontaslllrnlah Fungslonal Toknls Non PonoIIU,19 Dosombor 2008 i ISSN : Protection Purposes and for determining Their Response as a Function of Neutron Energy, ISO 8529, ISO, INTERNA TIONAL ORGANIZATION for STANDARDIZA TION, Neutron Reference Radiation for Calibrating Neutron Measuring Device for Radiation Protection Purposes and for determining Their Response as a Function of Neutron Energy, ISO 10647, ISO, 1996(E) 7. Axton Ej, Cross P, Robertson JC, Calibration or'the NPL Standard Ra-Be Photoneutron Source by an Improved Manganese Sulphate Bath Technique, J Nuc/. Energy 19, Certificate of Calibration of a Californium Neutron Source Serial Number NS0738, National Physical Laboratory, Manual Neutron Monitor NK 7 NRM, Nuclear Enterprice Limited,