KONTAINER SUMBER RADIASI 137CS 70 mci UNTUK PEMINDAI GAMMA

Transkripsi

1 YOGY AKART A, DES EMBER 2006 KONTAINER SUMBER RADIASI 137CS 70 mci UNTUK PEMINDAI GAMMA SRI MULYONO ATMOJO Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN Kawasan PUSPIPTEK Gd. 71 Serpong, Tangerang 15310, Banten, Indonesia Telp , Fax Abstrak KONTAINER SUMBER RADIASI137Cs 70 mci UNTUK PEMINDAI GAMMA. Suatu rancangan kontainer sumber radiasi 137Cs 70 mci untuk pemindai gamma (gamma scanning) telah dilakukan. Rancangan ini meliputi penentuan tebal dinding dan konstruksi kontainer. Hal ini dilakukan untuk memperoleh tebal dinding kontainer yang memenuhi kriteria keselamatan radiasi. Metode perancangan yang dilakukan adalah menghitung ekivalensi gram radium untuk aktivitas sumber radiasi 137Cs 70 mci. Selanjutnya dengan membaca grafik ekivalensi gram radium terhadap tebal dinding kontainer untuk jarak tinjauan keselamatan tertentu, dapat diperoleh tebal dinding kontainer. Metode lain yang digunakan adalah menghitung nilai konstanta pengurangan laju dosis pada titik tinjauan tersebut, dengan menggunakan grafik konstanta laju pengurangan dosis tersebut versus tebal dinding, maka akan diperoleh tebal dinding kontainer. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa tebal dinding kontainer untuk sumber 137Cs 70 mci yang memenuhi kriteria keselamatan adalah sekitar 2,36 cm. Kata kunci : kontainer pemindai gamma, sumber 137Cs Abstract THE CONTAINER DESIGN OF 137Cs70 mci RADIATION SOURCE FOR GAMMA SCANNING. The container design of137cs 70 mci radiation source for gamma scanning has been done. This design comprises the determination of container wall thickness and construction. Aim of this activity is to find the wall thickness in which accordance to safety criteria. Act of method planning is calculate the weight of radium (gram) equivalent to 137Cs 70 mci radiation source activity. Furthermore, the container wall thickness can befound by read the chart of gram radium equivalent versus wall thickness in the certain distance. The other method is calculate the value of dose reduction factors for certain point, by chart of protection factor from 137Cs gamma source based on reduction factors versus wall thickness. Result of this determinstion shows that the wall thickness of the container for 137Cs 70 mci gamma source in which accordance to safety criteria is 2,36 cm. Keywords: container 0.( gamma scanning, 137Cs source PENDAHULUAN Pemanfaatan teknik nuklir di bidang industri cukup beraneka ragam, antara lain adalah untuk pemeriksaan keretakan barang yang diproduksi, hasil pengelasan, konstruksi gedung, ketebalan kertas, kolom bejana dan sebagainya. Semua kegiatan ini harns mengikuti suatu pedoman yang digunakan, yaitu harns memenuhi kriteria keselamatan kerja radiasi. Paparan radiasi menurnt pedoman tersebut ditinjau pada jarak 1 meter adalah sebesar 0,05 mr/jam. [1] Pada kegiatan pemeriksaan kolom bejana yang menggunakan alat pemindai gamma (gamma scanning) sumber radiasi yang digunakan dimasukkan ke dalam suatu Sri Mulyono 225 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

2 SEMINARNASIONALII SDMTEKNOLOGINUKLIR YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006 kontainer. Ketentuan keselamatan radiasi tersebut juga berlaku untuk kontainer sumber radiasi pemindai gamma ini. Oleh karena itu, semua proses pembuatan kontainer sumber radiasi hams didasarkan pada ketentuan keselamatan tersebut, mulai dari peraneangan hingga proses fabrikasi. GambaI'1. BaganSistemPemindaiGamma 1. Bejanayang diperiksa Kontainerdengansumbergamma Detektornuk1ir 4. Radiasigammasebagaisumbertitik 5. Tray liquid GambaI' 1 mernpakan bagan sistem pemeriksaan suatu bejana eairan (liquid). Kontainer hams mampu mengarahkan sumber kepada detektor melalui dinding bejana, dan mampu mengungkung radiasi sedemikian sehingga dapat membatasi paparan radiasi yang kelingkungan. Selain itu kontainer juga hams tahan terhadap benturan, karena pemakaian di lapangan memungkinkan terjadinya benturan dengan sistem mekanik atau struktur bangunan di sekitar pemeriksaan. Pada penelitian ini, diraneang suatu kontainer sumber radiasi 137Cs 70 mci untuk peralatan pemindai gamma, yang digunakan dalam proses pemeriksaan kolom bejana, atau pipa. Pemilihan besamya aktivitas ini disesuaikan dengan gamma scanning yang telah dibuat oleh IAEA, dimana dengan aktivitas sebesar ini telah eukup untuk pemeriksaan bejana dengan diameter lebih dari 2 meter.[2] Tebal kontainer hams memenuhi kriteria keselamatan radiasi.sehingga pemanfaatan radiasi gamma 137Cs tidak berbahaya bagi manusla dan lingkungan. Ketebalan ill! diraneang berdasar pada besar aktivitas dan energi sumber radiasi, serta jenis bahan kontainer. Perhitungan seeara matematis disampaikan dalam makalah ini. TEOR! Kontainer sumber radiasi 137Cs untuk pemindai gamma mempunyai dua fungsi, yaitu sebagai kontainer ketika sumber sedang tidak digunakan. Fungsi yang kedua adalah sebagai kolimator ketika sumber sedang digunakan untuk pemeriksaan. [2] Walaupun demikian, kedua keadaan fungsi ini hams mengaeu kepada kriteria keselamatan radiasi dan lingkungan. Dalam peraneangan dan pembuatan kontainer ini jenis dan ketebalan bahan, serta jenis radiasi gamma akan menjadi pertimbangan utama. Jenis bahan akan terkait dengan koefisien serapan linier bahan terhadap jenis radiasi yang digunakan. Hal ini juga akan terkait dengan tebal bahan yang akan berpengaruh pada daya serap bahan terhadap radiasi tersebut. Oleh karena itu, jika bahan kontainer berbentuk senyawa, maka hams dihitung koefisien serapan linier senyawa berdasar pada koefisien serapan linier unsur pembentuk senyawa. Karena disintegrasi sumber radiasi gamma 137Cs mempunyai energi tunggal sebesar 0,662 MeV, maka hams dieari juga besamya nilai konstanta gamma Ky yang nantinya akan digunakan dalam perhitungan. [3] Berdasar pada British Standards 4094: Part , Data on Radiation Shielding from Ioninzing Radiation, diperoleh nilai konstanta Ky untuk energi 0,662 MeV adalah sebesar 4 Rljam mci em, sedangkan untuk sumber radiasi gamma dari 226Raadalah sebesar 8,4 Rljam mci emj4] Jadi perbandingan antara konstanta gamma 226Ra dan 137Cs adalah 0,4. Untuk menentukan tebal dinding kontainer dapat digunakan grafik ekivalensi aktivitas dalam gram radium versus jarak tinjauan seperti tertera pada GambaI' 2. Selanjutnya dihitung tebal paro menggunakan Persamaan 1.[5] 1/ 10 e'ljx 0,5 = e'ljx x dengan : 0,693//1 (1) Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 226 Sri Mulyono

3 YOGYAKARTA, DESEMBER Intensitas radiasi sebelum melewati bahan 1 Setengah intensitas radiasi sesudah melewati bahan m : Koefisien serapan linier bahan, em-i x : Tebal paro kontainer (HVL), em Jika jarak suatu titik tinjauan ditetapkan R meter, maka dapat dihitung besar dosis radiasi gamma dari sumber 137Cs menggunakan Persamaan 2. [5] dengan : M : Ekivalen gram radium kuantum gamma I37CS D : Laju dosis radiasi Ky Konstanta radiasi gamma 226Ra R : Jarak titik tinjauan, m Jika Do adalah besamya laju dosis pada titik tinjauan, maka pengurangan nilai laju dosis D di setiap titik dapat dihitung dengan Persamaan.(3) Dengan menerapkan nilai k sebagai ordinat pada grafik reduksi radiasi gamma terhadap tebal dinding kontainer timbal untuk sumber radiasi 137Cs pada Gambar 3, akan diperoleh besamya tebal dinding kontainer. Agar kriteria keselamatan radiasi dipenuhi, nilai tebal dinding yang diperoleh dengan grafik ini hams ditambah dengan besamya nilai HVL. [6] METODE D = (M x Ky x t) I R2 k = D I Do PENELITIAN Penentuan TebaI Dinding Kontainer (2) (3) Pada penelitian ini, bahan dinding kontainer dibuat dari timbal. Alasan pemilihan bahan timbal adalah bahwa pada energi 0,662 MeV, koefisien serapan massa untuk semua jenis bahan hampir sarna, sehingga koefisien serapan liniemya tergantung pada nilai massa jenisnya. Timbal mempunyai massa jenis yang besar, sehingga eukljp baik jika digunakan sebagai bahan kontainer. Selain itu, bahan timbal murah dan mudah didapat serta mudah dipabrikasi Untuk menghitung tebal dinding, hams ditentukan besamya nilai!-lip timbal untuk radiasi gamma dengan energi 0,662MeV. Berdasar dari referensi yang digunakan, besamya nilai!-iip timbal (Pb) untuk energi 0,6MeV adalah 0,0792 em2/g, sedang untuk energi 0,8MeV adalah 0,0525 em2/g. Untuk energi 0,662MeV tidak tersedia data besamya nilai!-lip, maka perhitungan dilakukan dengan regresi linier dan diperoleh besamya nilai!-iippb sebesar 0,1093 em2/g. Jadi besamya nilai ~ = 0,1093 x 11,3 = 1,24 em-i. Nilai HVL timbal : untuk energi 0,662 MeV x = 0,693/1,24 = 0,56 em. Tebal dinding kontainer yang terbuat dari Pb untuk sumber radiasi gamma dari 137Cs70 mci berdasar pada ekivalen gram radium dihitung sebagai berikut : Konstanta kesebandingan 226Radan 137Cs = 4 R/jam mci em : 8,4 R/jam mci em = 0,4 Jadi untuk aktivitas sumber radiasi 70 mci pada jarak tinjauan satu meter ekivalen dengan aktivitas sumber radiasi dari radium sebesar : 70 x 0,4 m gram radium = 28 m gram Ra. Dengan menggunakan grafik pada Gambar 2 diperoleh tebal dinding kontainer timbal = 1 em. Agar eukup aman dalam penggunaan sumber, maka nilai tebal dinding tersebut hams ditambah dengan nilai HVL, sehingga tebal dinding kontainer = 1 em + 0,56 em = 1,56 em. Perhitungan ketebalan yang didasarkan pada faktor reduksi laju dosis radiasi dengan menggunakan Persamaan 3. Besamya nilai laju dosis untuk aktivitas sumber sebesar 70 mci dan energi 0,662MeV pada jarak tinjauan satu meter, dengan asumsi lama penyinaran 6 jam adalah : D (M x ky x t) I R2 (70 x 0,4 x 8,4 x6) 1104 = 0,168 k DIDo 0,168 I 00,5 = 3,36 Dengan menggunakan Gambar 3 pada k = 3,36 diperoleh tebal dinding sekitar 1,3 em. Jadi tebal dinding kontainer kurang lebih = 1,3 em + 0,56 em = 1,86 em. Kedua eara untuk menentukan ketebalan dinding kontainer ini menghasilkan nilai yang hampir sarna yaitu sekitar 1,8 em. Ketebalan ini perlu diverifikasi lebih lanjut, agar ketika dilakukan pembuatan kontainer yang sebenamya, kontainer ini mampu mengungkung radiasi dengan baik, sehingga paparannya tidak berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Sri Mulyono 227 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

4 YOGYAKARTA, DESEMBER 2006 Konstruksi Kontainer Kontainer berfungsi sebagai alat untuk menyimpan sumber, bentuk kontainer adalah silinder, paparan kesegala arah diharapkan sarna. Konstruksi kontainer ini harns memenuhi kriteria keselamatan radiasi seperti telah dijelaskan di atas. Selain itu juga harns memenuhi beberapa sifat mekanik, antara lain kuat dan tahan benturan serta tidak mudah korosi karena kondisi lingkungan. Bahan yang memenuhi kriteria ini adalah pipa stainlesssteel (88), namun ukurannya harns disesuaikan dengan diameter silinder timbal. Apabila ukuran standar SS tidak ada yang sesuai, maka diameter silinder timbal harns menyesuaikan dengan ukuran standar SS, dengan mengambil ukuran diameter yang lebih besar, sehingga kriteria keselamatan radiasi akan tetap terpenuhi. Tebal pipa SS minimum 5 mm, agar bila diperlukan ulir pada dinding pipa dan dilakukan penghalusan permukaan, ketebalan pipa masih memadai. Karena kontainer ini terdiri atas dua bagian pokok, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Karena bagian atas akan tertarik ke atas bila sistem beroperasi, maka silinder timbal bagian atas dieor pada pada pipa SS dengan ukuran yang sedikit lebih keeil sehingga memudahkan gerak silinder kontainer bagian atas. Jarak pemisahan antara kontainer bagian atas dan bawah ini dibuat maksimum 2 em, sehingga sumber yang dipanearkan dapat dianggap sebagai sumber titik. Kontainer bagian bawah adalah bagian yang tetap artinya bagian ini diikat tetap pada alas kontainer. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan tebal kontainer dengan eara pertama dan kedua masing-masing sebesar 1,56 em dan 1,86 em. Terlihat adanya perbedaan hasil perhitungan sebesar 0,3 em. Perbedaan ini dipengarnhi oleh kejelian melihat garis pada gambar grafik yang digunakan. Apabila pemegang sumber yang terbuat dari stainless-steel (88) mempunyai diameter 1 em, maka tebal dinding kontainer sebaiknya ditambah 0,5 em, sehingga tebal total dinding kontainer: 1,86 em + 0,5 em = 2,36 em Karena kontainer berbentuk silinder dan terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian atas dan bawah, maka volume timbal yang diperlukan = 2 x 1t 2,362 x 2,36 = 85,56 em3. Berat timbal yang diperlukan = 85,56 x 11,3 gram = 933,24 gram ;;:0 1 kg. Hasil raneangan konstrnksi kontainer seperti pada Gambar 4 Lampiran 3. Untuk keperluan pabrikasi, perlu dilihat skedul pipa SS yang ada, sehingga ketebalan yang diinginkan tereapai. Diameter silinder pipa SS diusahakan sarna, tetapi kalau tidak ada yang sesuai ukuran diametemya, maka harns diambil skedul yang lebih tinggi. KESIMPULAN Dari hasil raneangan ini dapat disimpulkan bahwa ketebalan dinding yang diperoleh dengan dua eara perhitungan adalah sebesar 1,56 em dan 1,86 em. Untuk keperluan proteksi radiasi, maka tebal yang disarankan adalah sebesar 2,36 em. Ketebalan ini masih harns diverifikasi terlebih dahulu, sebelum kontainer ini dipabrikasi. DAFTAR PUSTAKA 1. BADAN PENGA WAS TENAGA NUKLIR, 1999, "Ketentuan Keselamatan Radiografi Industri, SK Ka. BAPETEN No 08IKa Bapeten/V-99", Seri Peraturan Keselamatan Nuklir, Badan Pengawas Tenaga Nuklir Republik Indonesia, Jakarta. 2. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, 2002, "Radioisotope Applications for Troubleshooting and Optimizing Industrial Processes", Regional Cooperative Agreement, Printed by IAEAlRCA in India. 3. A.J. DUIVENSTIJN AND VENVERLOO, 1963, Practical Spectroscopy, Philips Technical Eindhoven, Netherlands. LAS. Gamma Library, 4. BRITISH STANDARDS 4094 PART , 1966, "Data on Shielding from Ionizing Radiation", British Standards Institution, London. 5. R.M. SINGRU, 1972, Introduction to Experimental Nuclear Physics, Wiley Eastern Private Limited, New Delhi. 6. S.RUMY ANTSEV, 1967, Industrial Radiology, MIR Publisher, Moscow. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 228 Sri Mulyono

5 YOGYAKARTA, DESEMBER 2006 TANYAJAWAB Pertanyaan : 1. Bagaimana mengangkat (Suroso) desain mekanis untuk agar sumber dapat keluar? 2. Mengapa dipilih desain kontainer untuk 70 /!Ci?(Suryo rancono) LAMPIRAN 1. II./Pft', 1'4il.um tf.irdtn e JII' $'1.' s /. HP ~. ltj Jawaban : 1. Pakai geling yang digerakan dengan motor. 2. Untuk keselamatan radiasi adalah untuk aman yang dipersyaratkan (IAEA) 70 looilci untuk bejana yang besar diametemya 5 meter. LAMPIRAN 2. 4'1 J., 2'1 I.S la 8 s 34 UIJIUuJJ<VWI.IUU 4 J I Gambar 2. Grafik Ekiva!ensi Aktivitas Dalam Gram Radium Dengan Jarak Tinjauan dan Teba! Dinding Dinding Kontainer Atau Shielding Gambar 3. Grafik Reduksi Radiasi Gamma Versus Teba! Dinding Kontainer Untuk Sumber 137Cs Sri Mulyono 229 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

6 YOGYAKARTA, DESEMBER2006 LAMPlRAN 3. i I ""wld.ng tomb.1 1 ~t.",.,t 1 Gambar 4. Gambar Konstruksi Kontainer 137Cs 70 mci 1. Lubang pengikat gantungan 2. Baut pengikat kontainer dengan casing 3. Pengangkat shielding 4. Baut pengikat shielding dengan kontainer 5. Pengikat kontainer dengan cxasing 6. Tutup casing 7. Casing container 8. Shielding timbal bagian atas 9. Wadah sumber radioaktif 10. Shielding timbale bagian bawah 11. Label kontainer Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 230 Sri Mulyono