MEMPELAJARI WAKTU PARO 141Ce DAN PENGARUH ABSORBER ALUMINIUM, STAINLESS STEEL, TEMBAGA SERT A KUNINGAN

Transkripsi

1

2 Prasiding Presentasi llmiah Keselana:atan Radiasi dan Lingkungan X Itotel Kaltika Chandra..14 Vesember ~Ot)4 MEMPELAJARI WAKTU PARO 141Ce DAN PENGARUH ABSORBER ALUMINIUM, STAINLESS STEEL, TEMBAGA SERT A KUNINGAN Nazaroh dan Hennawan Candra Puslitbang Keselamatan Radiasi clan BioMedika Nuklir -BAT AN ABSTRAK MEMPELAJARI W AKTU P ARO 141Ce DAN PENGARUH ABSORBER ALUMINIUM, STAINLESS STEEL, TEMBAGA SERTA KUNINGAN. Waktu para dad absorber adalah bagian dati sistem proteksi radiasi. Waktu para adalah waktu yang diperlukan oleh suatu unsur radioaktif untuk menjadi separuh dati mula-mula. Waktu para merupakan data nuklir yang penting untuk ditentukan nilainya karena dengan mengetahui waktu paronya kita dapat menentukan waktu hidup radioaktif tersebut. Absorber merupakan bahan penyerap yang dapat mengurangi paparan radioaktif dan perlu ditentukan nilai HVL-nya (Half Value Layer). HVL adalah tebal absorber yang dapat mengurangi paparan radioaktif menjadi separuhnya. Pada makalah ini akan dipelajari pengukuran waktu para 141Ce menggunakan kamar pengion dan pengukuran HVL absorber aluminium, stainless steel, tembaga serta kuningan terhadap 141Ce menggunakan HPGe. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan data nuklir waktu para 141Ce dad mengetahui besar sera pan serta HVL bahan aluminium, stainless steel, tembaga dan kuningan pada 141Ce. Dari percobaan ini diperoleh (~aktu para 141Ce(33:t0,17) hari sedangkan menurut literatur (32,5:t 0,02) hari. Diperoleh HVL aluminium, stainless steel, tembaga dad kuningan terhadap energi 145,4 key (141Ce) masing-masing sebesar;18,20 rom; 4,72 rom; 3,63 rom; dan = 3,79 rom. ABSTRACT STUDY OF 141Ce HALF-LIFE AND THE EFFECT OF ALUMINUM, STAINLESS STEEL, COPPER, AS WELL AS BRASS ABSORBERS. Half-life and absorber are a part of radiation protection system. Half-life is the time required for one half of any starting amount of a radionuclide to undergo rearrangement Half-life is a nuclear data,. that is important to be determined its value because by knowing its half-life, we can determine its lifetime. Absorber is a material, which can reduce radiation emissio and it is necessary to be determined its H:vL (Half Value Layer) HVL is the thick required for one half of any starting amount of radiation ~ission. This paper will be studied the measurement of 141Ce half-life using ionization chamber and measurement of, HVL ofaiuminum"stainlesssteel, copper, andcbrass a bsorbersagainst 141Ceusing HPGe. The aim of this research to obtain data nuclear of 141Ce half life and to know the absorption of aluminum, stainless steel, copper and brass against the energy of 141Ce. From this research, it was obtained that the half-life of 141Ce was (33:tO.17) days, and according to literature was (32.5:tO.02) days. The HVL of aluminum, stainless steel, copper and brass against energy of kev (l41ce) were mm; 4.72 mm; 3.63 mm; and 3.79 mm, respectively. I. PENDAHULUAN an tersebut telah dikalibrasi dengan benar Pengukuran radiasi sinar-x clan maka laju pancaran radiasi' dati sampel gamma secara kuantitatif clan kualitatif yang memancarkan sinar-x dan gamma menggunakan detektor germanium murni dapat ditentukan dengan cepat dan (Ge) atau germanium kemurnian tinggi (HPGe), sekarang ini digunakan secara rutin untukberbagai aplikasi. Bila peralatsederhana dengan menggunakan peralatan yang diproduksi secara komersial yang dilengkapi dengan software tertentu --slitbang-keselamatan Radiasi dan Biomedika -Nuklir-Badan Tenaga Nuklir NaSIOnal 4~

3 Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan X ~ lfotej Kartika Chandra..14 Vesember 2004 ditentukan niiainya karena dengan mengetahui waktu paronya kita dapat menentukan waktu hidup radioaktif tersebut. Oleh sebab itu, kita tebai dan fungsi absorber serta mampu mengetahui kapan zat radioaktif itu masih berbahaya atau sudah aman dan dapat menganaiisa secara kualitatif dan kuantitatif campuran radionuklida atau sampel yang diduga mengandung kontaminan radioaktif dengan relatif mudah dan dibuang ke lingkungan. Absorber merupakan bahan penye- rap yang dapat mengurangi besamya paparan radiasi, baik radiasi dari partikel I tanpa memerlukan pernisahan secara aha, beta, sinar-x dan gamma. Hal ini kimia. penting untuk ditentukan HVL-nya (Half Kebutuhan untuk berbagai macam pengujian menggunakan sumber radioaktif semakin bertan'lbah dengan kemajuan Value Lilyer). HVL adalah tebal absorber yang dapat mengurangi paparan radioaktif menjadi separuhnya. teknik nuklir. Hal ini disebabkan oleh Dengan mengetahui HVL suatu beberapa faktor misalnya perkembangan industri nuklir, pertumbuhan tekhik nuklir kedokteran, clan survey lingkungan serta bertambahnya penggunaan sumber radioaktif di bidang riset ilmu pengetahuan clan bahan kita dapat menggunakan pilihan bahan mana yang sesuai berdasarkan nilai ekonomis untuk proteksi radiasi. Pada penelitian ini, pengukuran gunakan kamar pengion sedangkan pengindustri. detektor Spektrometri gamma dengan germanium adalah alat yang waktu para 141Ce dilakukan dengan meng- paling efisien untuk menyelidiki hal ukuran tebal absorber dengan menggunakan sistem pencacah spektrometri gamma tersebut. Waktu paro clan absorber aclalah bagian dari sistem proteksi clan sistem dengan bantuan sumber 141Ce. Penentuan HVL pada penelitian ini dimaksudkan untuk membuat shielding sumber standar keselarnatan radiasi. Menurut definisi 141Ce. Tujuannya untuk mengabsorbsi "Waktu para adalah waktu yang diperlukan inti radioaktif untuk meluruh menjadi separuh dari jumlah mula-mula" [1]. Waktu Faro merupakan bagian dari sinar-x yang dipancarkan 141Ce karena 141Ce akan digunakan sebagai mock 99mTc untuk mengkalibrasi Dose Calibrator pada tombol 99mT c. data nuklir penting yang clan perlu -- -~- Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Blomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional 47

4 Makalah ini akan. membahas bagaimana mengukur dan menentukan waktu paro 141Ce serta menentukan tebal absorber aluminium, stainless steel, kuningan dad tembaga menggunakan HPGe. II. TEOR! Menurut definisi [2], radionuklida adalah nukiida (inti) yang memancarkan radiasi. RadionukIida ada yang terjadi secara alamiah dan ada pula yang dibuat manusia. 141Ce adalah radionuklida buatan, yang dapat dibuat di reaktor melalui salah satu dati 3 cara berikut Dengan produk fisi, impuritasnya adalah 139Ce. kemungkinan 2. Dengan reaksi 14OCe (n, y)141ce, a: (0,57 (l40la), a: (2,7 :!: 0,3) barn (141La), tak ada impuritas. 141 ssce83 memiliki jumlah elektron atau proton (p) 58 dan jumlah neutron (n) 83. Karena perbandingan (nip) >1, inti 141Ce tidak stabil, 141Ce meluruh dan membentuk inti stabi!141prs2 sambi! memancar- kan beta-l sebesar 69,<> % dengan energi (435,0 :1:1,5 %) key clan beta-2 sebesar 30,4 % dengan energi (580,0 :1:1,5 %) key serre memancarkan gamma energi 145,44 kev dengan probabilitas pancaran gammanya 48%. Disamping itu 141Ce memancarkan sinar-x pada energi 36 dan 41 key. 141Ce memiliki waktu Faro 32,5 hari [1]. Secara sederhana, bagan peluruhan 141Ce disajikan Facia Gambar 1 clan Tabell. :1:0,04) barn, dengan kemungkinan impuritas 144Ce. Dengan!7Ce, 137mCe, 139Ce, 143Ce clan reaksi 139La (n,y) 140La (n,y).i41la Ce, 0": (8,93:tO,O4) barn 1 Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional 4E

5 Presentasi llnt.iah Keselant.atan Radiasi dan Lingkungan X IfoteJ KaJtika Olandra..14 Vesember!J;iJ04 141ssCe83 (32,5 :t 0,02 ) hari ~1 (435,0 key; 69,6 %) 580,0 key (580,0 key; 30,4%) 02 7/2+ \ 5/2+ ~ r 145,44 key 0 key 141Pr82 Gambar 1. Baganpeluruhan 141Ce [2] Persamaan sederhana yang dapat digunakan untuk menghitung waktu para adalah: III.TATAKERJA Bahan dan Peralatan Zat radioaktif 141Ce buatan P2RR Ao At t Tl/2 : aktivitas awal pada saat to (MBq) : aktivitas pada waktu t (MBq) : perbedaan waktu antara t clan t> waktu paro (1) Persamaan sederhana yang diguna- BATAN Bahan absorber: Aluminium, stainless steel, tembaga clan kuningan Sistem Pencacah Spektrometri gamma dengan detektor HPGe Sistem Pencacah Kamar Pengion Merlin Gerin clan Centronic kan untuk menentukan HVL (X1/2) menggunakan radiasi berkas sempit (narro'lv beam radiation) adalah : I=Ioe-ox (2) Alat Timbang clan peralatan preparasi Preparasi Sampel call ill, Zat radioaktif 141Ce dalam bentuk dipreparasi di atas penyangga ~= 0,693 x,/., (3) sumber plastik mylar, sebanyak 10 buah, dengan nomor kode M1/03 sall'_pai I : intensitas setelah melewati absorber (counts) 10 : intensitas sebelum melewati absorber (counts) X : tebal absorber (mm) ~ : koefisien absorpsi tinier mm-l Xl/2: Tebal absorber yang dapat mengurangi paparan menjadi separuhnya (mm)..,. dengan Ml0jO3 untuk sainpel 141Ce kelompok A serta Mll/03 sampai dengan M20 /03 untuk sampel 141Ce kelompok B. Cuplikan 141Ce pacta penyangga plastik mylar dikeringkan pacta temperatur ruang kemudian ditutup dengan plastik mylar. PTosiding Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional 49

6 Prosiding Presentasi llmiah Keselarnatan Radiasi dan Lingkungan X ~!fatel Ka/tika Chandra..14 Vesembe~O4 ditutup dengan cara dilas. Sampel siap diukur. Secara sederhana prepara: sampel disajikan pada Gambar 2. Vial berisi larutan 141Ce c= Diteteskan + ditimbang Diteteskan + ditimbang ~c:::::::::>c:::::::::> C:::::::::>~C=> 88R eee ampul Mylar plastik + Dikeringkan + ditutup ditutup dengan pengelasan Diuji kebocorannya Gambar 2. Bagan preparasi sampel Preparasi absorber Disiapkan absorber dari bahan alumimum, stainless steel, tembaga dan kuningan dengan tebal 1 mm sebanyak 15 menggunakan sistem pencacah spektrobuah. Diameter absorber yang dibuat adalah 30 rom. Absorber ini akan diamati karakteristiknya menggunakan Pengaruh absorber aluminium, stainless steel clan kuningan terhadap 141Ce dipelajari dengan sistem pencacah spektrometri gamma dengan detektor HPGe. Hasil studi tersebut disajikan pada Tabel 6 clan Gambar 6. Pengukuran dengan sistem pencacah Spektrometri gamma dengan detektor HPGe Cuplikan yang disiapkan di atas penyangga plastik mylar dicacah dengan metri gamma, dengan detektor HPGe. Sebelum digunakan, sistem peru:-acah HPGe dikalibrasi dengan sumber st~ndar i 133Ba, 137CS clan 6OCO. Masing-m~sing sampel dicacah selama 300 detik dan sumber standar dicacah selama 1000 detik, disajikan pada Tabel 2, Gambar 3 clan Ce. Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional 50

7 Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan X -~l Kaltika Chandra,.1'4 Vesember ~ persamaan kurva kalibrasi dan IV. HASIL DAN PEMBAHASAN efisiensi yang diperoleh, digunakan untuk standar 133Ba, 137Cs clan 6OCo (buatan ETLcahan 141Ce dengan menggunakan sistem pencacah ini disajikan pada Tabe13, 4. Mempelajari Peluruhan 141Ce dengan sistem pencacah Merlin Gerin Kurva kalibrasi energt yang menghitung aktivitas 141Ce. HasiI pencadiperoleh dati pengukuran sumber Jepang), diperoleh persamaan garis Y = O,2499X + 0,2141, dengan R2 = I, artinya bahwa : Pada X (nomor salur) = 0, energi Cuplikan yang wadah ampul A411/03 menggunakan sistem pengion Merlin Gerin yang telah dilengkapi dengan sistem komputer + Digital Multi Meter Sanwa. Pencacahan dilakukan Facia tanggal 28 Maret sampai dengan 8 Mei 2003, untuk mempelajari peluruhan 141Ce. Sampel dicacah sebanyak 30 data 2. terendah yang ditampilkan MCA pada layar monitor Personal Computer mewakili energi 0,2141 kev. Detektor HPGe ini memiliki respon yang sangat tinier terhadap energi radiasi yang datang karena koefisien korelasi yang ditunjukkan adalah R=l Kurva kalibrasi efisiensi detektor untuk setiap pengukuran. Pengukuran diulang pada waktu yang berbeda. Data pencacahan 141Ce ini disajikan pada Tabel 5, clan diplotkan pada Gambar Mempelajari Pengaruh Absorber Menggunakan HPGe HPGe yang diperoleh dari sumber standar 133Ba, 137CS clan 6OCO adalah: Y = O,2615X- 0,8321, dengan X adalah energi (kev), dan Y adalah efisiensi detektor, dan R2 = 0,9987. bahwa efisiensi detektor tersebut terhadap 141Ce (145,4 kev) adalah = 0, Dengan nilai efiensi ini dapat digunakan untuk menghitung aktivitas141ce. Untuk mempelajari pengaruh absorber terhadap 141Ce, dilakukan pengamatan terhadap absorber stainless steel, aluminiurn, ternbaga clan kuningan. Data pengukuran tersebut disajikan pada Tabe16 clan Gambar 6. Artinya -- Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir-Nasional 51

8 Prosiding Presentasi llmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan X /iote! Kartika Chandra,.14 l)esember 2004 Tabe12. Data Pengukurait Sumber Standar 133Ba, 137Cs clan 6OCo dengan menggunakan HPGe 1 9 SeD Ba , Sep Sep Cs 6OCO l!!l- 0,1833 0,623~ ~ 0,999 0, ,50 I 0, ! Nomor Salur Gambar 3. Kurva Kalibrasi Energi Detektor HPGe -,.,, '; g ::: UI ;: :~ w Gambar 4. Kurva Kalibrasi Efisiensi Detektor HPGe Energi (kev) 1400 Puslitbang Keselamatan Radiasi aan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasiolial 52

9 10 Ao 5,053 Prasiding Presentasi lltniah Keselarnatan Radiasi dan Lingkungan X IfoteJ Kartika Chandra, :14 Vesember 2004 Tabe13. Hasil Pengukuran 141Ce menggunakan HPGe 1 10 Sept.03, 13:35 1 3,1633 8,07 0, , , Sept.03, 13:48 3 5,035 12,57 0, , , Sept.O3, 13:42 6 4,675 12,6 0, , , Sept.03, 13:55 2 4,695 11,7 0, , , Sept.03, 14:05 4 3,724 9,3 0, , ,60 6 I Sept.03, 14:12 8 8,50 0, / , Sept.03,14:20 9 2,142 5,36 0, , ,42 rata ,44 SDOM = 36,87 A411/03 = A41'ljO3 = A41 3/03 = u (%) = 118, 0,697 0,895 1,12 MBq MBq MBq Tabe14. Hasil Pengukuran 141Ce menggunakan HPGe Ao rata2 = SDOM = u % = A415/03 = -~-~ MBa

10 IV.1. Hasil pengukuran "141Ce pada percobaan ini : TEaRI). Namun spekb"um tersebut tidak tampak. Hasil pencacahannya tidak tel a. (1,28:1:1,18 %) kbq/ mg, untuk kelompok Sampel A (TabeI3) untuk lama pencacahan 300 detik meskipun yield sinar-xkd pada energi 36 (1,445:1:0,31 %) kbq/mg, untuk kelom- key sebesar13,34 % dan yield sinar-xki pok Sampel B, dengan k = 1. (Tabel 4) pada tanggal acuan 10 September 2003, jam pada energi 41 key sebesar 3,26 %. Hal ini mungkin disebabkan karena waktu pencacahan yang relatif sin,gkat (300 detik). Malah energi 165,9 key mi1ik 139Ce muncul sebagai impuritas dalam pem- buatan 141Ce dengan metode pertama (TEaRI). Dari persamaan kurva kalibrasi energi, Y = 0,2499X + 0,2141, untuk x (nomor salur) = 143 clan 163 seharusnya terlihat adanya energi 36 dan 41 key yang dipancarkan oleh 141Ce (lihat Tabel1 pada Tabel5. Mempelajari Peluruhan 141Ce Menggunakan Sistem Pencacah Merlin Gerin ~o ~9. ~P~! :50_t 01/4/03,10:15 O~!,04/,,/03,11:25 0,41 47,63 ::!: 0, /4/03,10:25 b 11/4/03,09: /4/03,09: /4/03,09: /5/03,09: /5/03,09:30 'print', b. ~ ~A411/03 ~8/3/03,,/03,13,45 Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga- Nuklir Nasional 54

11 Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan X lfotel Kartika O1andra,.14 Vesember ~II) ~..:( : Gambar 5. Kurva Peluruhan 141Ce Waktu Peluruhan (hari) Data yang disajikan pada Tabel 5, diplotkan kegambar 5, sehingga diperoleh persamaan kurva peluruhan y = 47,861e- O.O208x, dengan R2 = 0,999. Hal ini identik dengan persamaan At = Aoe untuk t = to 0,693/ dimana menunjukkan arus = 47,861 pa rnaka untuk t =T 1/2 arus akan menunjukkan 23,9305 pa clan Tl/2 dapat dihitung berdasarkan persamaan di ata: (yang diperoleh) yaitu: 0,693jT 1/2;: 0,0208, serjngga T 1/2 = 33,3 hari. Sedangkan nilai ketidakpastiannya diperoleh dati ketidak- pastian rata-rata basil pen~kuran, yaitu O,17hari. Waktu paro 141Ce dariliteratur (32,5:tO,O2) hari[l perbedaan +1,9 % Tabe16. Pengaruh absorber aluminium, stainless steel, kuningan dan tembaga terhadap 141Ce ~ Ao Ada lembaga E\145;4k~V) Al St. Steel counts counts counts I counts Puslitbang Keselamatan Radiasi dun Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional E{165.9keV) Kuningan! counts : a Counts

12 Prasiding Presentasi Ilrniah Keselarnatan Radiasi dan Lingkungan X ~ ~ej Kartika l11andra,.14 Vesember ~OD [ Gambar 6. Pengaruh absorber aluminium, kuningan, tembaga clan stainless steel pada energi 145,4 key clan 165,9 key Sebagai contoh perhitungan, lihat bahwa ini identik dengan persamaan kurva pertama dari Gambar 6. Terlihat O.693x bahwa pengaruh absorber aluminium II = Ioe Xl/2 dimana untuk X = 0 (tanpa terhadap 141Ce (145,4 key) membentukpersamaan absorber), 10 menunjukkan cacahan = Y = 33144,3e,{),0371x. Artin:;fa 33144, maka untuk X =Xl/2 = HVL, -~- Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional 56

13 2. Prosiding Presentasi llrniah Keselarnatan Radiasi dan Lingkungan X Uot~Kartjka Cha~dra,.14 Vese~ber ~C04 cacahan akan menunjukkan separuhnya clan X1/2 dapat dihitung berdasarkan persamaan di atas (yang diperoleh) yaitu: O,693/X1/2 = 0,0371, sehingga tebal Xl/2 (hvl) = 18,20 min. Untuk menghitung HVL lainnya dapat digunakan cara yang sarna. Hasil perhitungan HVL untuk semua absorber disajikan pada Tabel 7. Tabe17. Hasil pengukuran HVL untuk 4 jenis absorber menggunakan HPGe Pada Tabel 7 terlihat bahwa pengaruh absorber tembaga dan kuningan relatif hampir sarna dalam mengurangi paparan radiasi sinar gamma pada energi 145 clan 165 kev karena HVL nya hampir sarna. Stainless steel lebih besar HVLnya di- bandingkan dengan tembaga dan kuningan. Sedangkan aluminium memiliki HVL yang paling tebal, artinya bahwa absorber aluminium memiliki koefisien absorbsi linier (0) paling kecil disbandingkan dengan ketigaabsorber lainnya. Pada pengukuran ini tidak tampak adanya sinar-x sehingga penulis tidak dapat menyajikan data pengaruh absorber pada sinar-x. Karena itu tidak diperoleh HVL untuk absorber pada energi 36 dan 41 key. Dengan kata lain bahwa tujuan penelitian ini tidak tercapai, yaitu menentukan tebal kontainer 141Ce untuk mengeliminasi sinar-x rnilik 141Ce. Pada pengukuran 141Ce ini nampak terlihat adanya impuritas 139Ce. Hal ini dibuktikan dengan ad.anya spektrum yang muncul pada energi 165/9 key (pada Tabel 6). Sehingga 141Ce produksi P2RR-BATAN ini belum dapat dijadikan sebagai sumber standar pengganti 99mT c. V. SIMPULAN 1. Waktu Faro 141Ce yang diperoleh pada percobaan irj (33.3:1:0,17) hari, ada perbedaan +1,9 % dibandrngkan clengan literatur. HVL tembaga clan kuningan 3,63 clan 3,79 mm, sedangkan HVL stainless steel relatif lebih tebal (4,72 mm). Aluminium memiliki HVL paling besar (18,20 mrn).

14 Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan X IioteJ Kartika Chandra,.14 Vesember 2004 UCAP AN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada P2T~- BAT AN yang telah mendanai program penelitian ini dad juga kepada rekan-rekan Standardisasi P3KRBiN-BATAN yang telah membantu dalam pelaksanaan penelitian mi. DAFfARPUSTAKA 1) ICRP Publications 38, Radionuclide Transformations Energy & Intensity of Emissions, Vol , Pergammon Press, Oxford, (1983). 2) LAGOUTlNE, F., COURSOL, N., and LEGRAND, Table de Radionucleides, CEA, Bureau National de Metrologie LMRI, France, (1985) 3) TOJO, T., Counting Statistics, BATAN- JAERI Training Course on Radioactivity Measurements & Nuclear Spectroscopy, (1998) 4) NCRP Report No. 58, A Handbook of Radioactivity Measurements Procedures, (1978). 5) CRC Handbook of Radioactive Nucli- des, The Chemical Rubber Co, 1969.