PEREKAYASAAN PERISAI RADIASI TIROID MENGGUNAKAN KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA DENGAN TEKNOLOGI ULTRA SONIK DAN SUHU SUPER KRITIS

Transkripsi

1 Kristiyanti, dkk. ISSN PEREKAYASAAN PERISAI RADIASI TIROID MENGGUNAKAN KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA DENGAN TEKNOLOGI ULTRA SONIK DAN SUHU SUPER KRITIS Kristiyanti 1, Irianto 2, Sumarmo 2, Samuel Praptoyo 1 Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN 1 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN 2 kristiyantiwst@yahoo.com ABSTRAK. PEREKAYASAAN PERISAI RADIASI TIROID MENGGUNAKAN KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA DENGAN TEKNOLOGI ULTRASONIK DAN SUHU SUPER KRITIS. Telah dilakukan perekayasaan komposit lateks cair timbal oksida dengan teknologi ultrasonik dan suhu super kritis untuk digunakan sebagai perisai radiasi tiroid pada pemeriksaan gigi yang menggunakan sinar-x energi 50 kev. Bahan proteksi terbuat dari komposit lateks cair timbal oksida, yaitu dengan cara lateks cair dicampur dengan serbuk timbal oksida menggunakan stirrer sebagai awal pencampuran, kemudian digetarkan dengan ultrasonik dan didinginkan sampai suhu super kritis dengan nitrogen cair, kemudian dikeringkan dibuat kompon, dan divulkanisasi. Pengujian daya serap dilakukan menggunakan peralatan sinar-x dengan tegangan operasi tabung 150 kv. Pengujian sifat fisik yang meliputi kekerasan, kuat tarik, perpanjangan tetap dan perpanjangan putus, masing-masing adalah 52 shore A, 19 MPA, 9 %, 650 %. Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit dengan komposisi 200 pphr mempunyai daya serap 94,375 % setara dengan daya serap pelat timbal ketebalan 0,35 mm. Dari hasil uji dapat disimpulkan bahwa perisai ini memenuhi kriteria standar, sehingga dapat digunakan. Kata kunci : lateks cair, komposit, ultrasonik, suhu super kritis, daya serap ABSTRACT AN ENGINEERING WORK ON THYROID SHIELDING RADIATION USING A COMPOSITE OF LATEX LEAD OXIDE LIQUID BY ULTRASONIC TECHNOLOGY AND CRITICAL SUPER TEMPERATURE. It has been done an engineering work on a composite of latex lead oxide liquid by ultrasonic technology and critical super temperature for radiation shielding of thyroid in dental diagnostic using 50 kev of X-ray. The material protection is made by composite of latex lead oxide liquid, where the latex liquid is mixed using stirrer at the first mixing, then vibrated by ultrasonic wave and cooled it until its critical super temperature with liquid nitrogen, then dried it to compound and vulcanized. The examination of its absorptive capacity has been conducted using 150 kev of X-ray. Its physical characteristic consists of hardness, elasticity, permanent set and elongation break are 52 shore A, 19 MPA, 9 %, and 650 % respectively. The examination shown that the composite with 200 pphr in composition has absorptive capacity similar to a lead plate with 0,35 mm of thickness. It can be concluded that this shielding is in accordance with the standard criteria and can be used. Kay word : liquid latex, composite, ultrasonic, critical super temperature, absorption PENDAHULUAN P enggunaan perisai radiasi adalah upaya untuk mengurangi terimaan dosis radiasi, sesuai dengan prinsip proteksi radiasi. Teknik proteksi radiasi penyinaran luar yang memanfaatkan radiasi sinar-x untuk keperluan diagnosa maupun terapi juga memerlukan perangkat proteksi radiasi, agar keselamatan kerja terpenuhi sehingga pasien dan operator terhindar dari paparan radiasi sinar-x yang berlebihan. Salah satu perangkat tersebut adalah perisai radiasi yang mampu menyerap radiasi sinar- X yang digunakan sebagai sarana diagnosa. Perisai radiasi yang diharapkan bersifat elastis sehingga nyaman dipakai baik oleh operator pesawat sinar-x maupun pasien. Pada pemanfaatan sinar-x untuk diagnosa gigi, keselamatan kerja terhadap radiasi sinar-x juga perlu diperhatikan. Pasien harus

2 64 ISSN Kristiyanti, dkk. dilindungi dengan memakaikan perisai radiasi tiroid yang mampu menyerap radiasi sinar-x yang dibangkitkan pada tegangan operasi tabung 50 kv [1]. Telah dilakukan perekayasaan perisai radiasi thyroid yang terbuat dari komposit lateks cair dan serbuk timbal oksida dengan teknologi ultra sonik dan suhu super kritis. Lateks cair sebagai matrik komposit, sedangkan timbal oksida berfungsi sebagai pengisi (filler), dengan komposisi yang dinyatakan dengan pphr (part per one hundred rubber). Komposit ini dibuat berdasar dari hasil simulasi perhitungan matematis dan kemudian diverifikasi dengan sampel, untuk mendapatkan sifat fisik dan kemampuan penyerapannya terhadap radiasi sinar-x sesuai kriteria yang terdapat didalam acuan. Komposisi timbal oksida dalam komposit menentukan kemampuan komposit menyerap radiasi sinar-x. Besarnya daya serap komposit ini, dinyatakan dengan ekivalensi daya serap pelat timbale tebal tertentu terhadap radiasi sinar-x yang dioperasikan pada tegangan yang sama. Tebal pelat timbal yang direkomendasikan berdasar pada standar yang diacu adalah 0,25 mm, 0,35 mm atau 0,5 mm [2]. Pada penelitian mengenai komposit untuk perisai radiasi yang telah dilakukan pembuatan dengan cara konvensional yaitu karet alam fase padat dicampur timbal oksida dengan metoda blending, dibuat kompon, dan divulkanisasi dengan belerang, tetapi hasil sebaran timbal kurang homogen. Untuk mengatasi masalah tersebut diatas, dilakukan terobosan baru dalam proses pembuatan komposit, yaitu mencampur lateks cair dan timbal oksida menggunakan stirrer, ultrasonik dan dilakukan pada suhu dibawah 0 0 C [3]. Hasil perekayasaan komposit perisai radiasi tiroid dengan teknologi ultrasonik dan suhu super kritis ini diharapkan dapat memenuhi standar yang telah ditentukan. TEORI Pesawat sinar-x yang dipergunakan dalam bidang kedokteran untuk jenis diagnostik umumnya mempunyai energi lebih rendah dari 100 kev. Untuk keperluan diagnostik gigi, sinar-x dioperasikan pada tegangan 50 kv sehingga energi maksimum 50 kev [4]. Pada penggunaan sinar-x ini, kelenjar tiroid perlu dilindungi dengan apron atau sejenis yang mampu menyerap radiasi tersebut, sehingga tiroid terlindungi dari paparan radiasi yang berlebihan. Penyerapan bahan pelindung (perisai) tergantung pada koefisien serapan linier (µ), masa jenis () dari bahan. Dalam penelitian ini perisai dibuat dari komposit lateks cair timbal oksida, sehingga dalam melakukan perancangan perlu dihitung terlebih dahulu koefisien serapan masa lateks cair dan timbal oksida. Lateks cair atau karet alam mempunyai rumus kimia C 8 H [5] 16 dan timbal oksida Pb 3 O 4 sehingga unsur yang dominan pada pembuatan komposit sebagai bahan perisai radiasi yaitu H, O, C dan Pb. Koefisien serapan masa senyawa bisa dihitung dengan persamaan (1) [6] : ( µ N ) = ( A ) ( µ ) senyawa W A i (1) N A = bilangan Avogadro 6,024 x A = berat molekul senyawa (ama) W i = fraksi berat unsur dalam senyawa (%) = masa jenis senyawa (gr/ cm 3 ) µ = koefisien serapan linier (cm -1 ) Komposisi komposit dinyatakan dalam satuan pphr yang merupakan perbandingan antara berat timbal oksida pada setiap 100 gr lateks kering/padat. Untuk menentukan daya serap (DS) setiap komposit, maka massa jenis () koefisien serapan linier (µ) dan koefisien serapan masa µ/ perlu dihitung. Persamaan untuk menghitung volume komposit degunakan persamaan (2) G V = (2) V = Volume (cm 3 ) G = berat (gr) = masa jenis senyawa (gr/ cm 3 ) Persamaan untuk menghitung DS komposit terhadap radiasi sinar-x digunakan persamaan (3) : µ t DS = ( 1 e ) 100% (3) DS = daya serap, % µ = koefisien serapan linier, cm -1. t = tebal, cm Untuk diagnosa gigi digunakan sinar-x dengan energi 50 kev, sedangkan pada saat pengujian pesawat sinar-x yang tersedia mempunyai tegangan operasi tabung 150 kv. Pada tegangan ini akan dibangkitkan sinar-x dengan energi maksimum 150 kev, sehingga dalam perhitungan hasil pengukuran perlu dikonversi ke energi 50 kev. Dalam pengujian digunakan pesawat sinar-x dengan type RIGAKU RF 250 EGM, waktu ekspose 6 detik pada kuat arus 5 ma. Dalam perhitungan DS dibutuhkan daftar koefisien serapan masa bahan yang dominan

3 Kristiyanti, dkk. ISSN digunakan dalam pembuatan komposit, terhadap radiasi gamma (γ) untuk energi 50 kev dan energi 150 kev seperti yang disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2. Karena sifat radiasi γ ini sama dengan radiasi sinar-x, maka tabel ini dapat dipergunakan pula untuk radiasi sinar-x. Tabel 1. Koefisien serapan masa µ/ dan masa jenis bahan bahan utama komposit untuk energi 50 kev [7] Nama unsur µ/ cm 3 /gram gram/cm 3 H O C Pb 0,335 0,214 0,193 7,170 0, , ,25 11,34 Tabel 2. Koefisien serapan masa µ/ dan masa jenis bahan bahan utama komposit untuk energi 150 kev [7] Nama unsur µ/ cm 3 /gram gram/cm 3 H O C Pb 0,265 0,134 0,134 1,921 0, , ,25 11,34 Teknologi Pencampuran Komposit Lateks Cair Timbal Oksida Menggunakan Teknologi Ultrasonik dan Suhu Super Kritis. Dengan menggunakan teknologi ultrasonik dan suhu super kritis, diharapkan dapat meningkatkan mutu dan lebih ekonomis. Pada teknologi yang konvensional, komposit karet alam fase padat timbal oksida yang pernah dibuat mempunyai beberapa kelemahan, antara lain komposit yang diperoleh tidak terlalu kompatibel pada komposisi timbal oksida yang agak tinggi. Pada komposisi 700 pphr butiran oksida tidak terlaminasi sempurna oleh karet alam dan serbuk timbal terlihat menggumpal. Keadaan ini menyebabkan sifat fisik komposit pada komposisi tidak memenuhi standar, walaupun fungsi sebagai perisai radiasi nuklir masih memenuhi persyaratan [4]. Untuk mengatasi hal tersebut, dilakukan penelitian dengan teknologi baru, yaitu lateks cair dicampur dengan serbuk timbal oksida menggunakan stirrer sebagai awal pencampuran. Selanjutnya digetarkan dengan getaran ultrasonik, dengan harapan serbuk timbal oksida tidak akan menggumpal dan dapat tercampur dengan baik dalam setiap titik pada komposit. Bersamaan dengan penggetaran ini, lateks cair didinginkan pada suhu di bawah 0 0 C (suhu super kritis) dengan Nitrogen cair, dengan harapan molekul lateks yang telah dibuat oleh alam akan menjadi lebih longgar, bahkan pecah dan kehilangan bentuknya (nirbentuk). Pada kondisi ini serbuk timbal oksida akan lebih mudah masuk dalam molekul lateks cair dan dapat tercampur dengan baik. TATA KERJA Komposit dibuat dengan mencampur lateks cair dan timbal oksida dengan perbandingan sesuai dengan pphr yang diinginkan. Dengan asumsi kandungan air pada lateks cair sebesar 50 % dan massa jenis karet alam cair 0,8 gr/cm 3 maka penambahan timbal oksida bisa dihitung. Dari hasil perhitungan untuk basis lateks cair 1000 cc maka penambahan timbal oksida bisa diketahui dari Tabel 3. Tabel 3. Penambahan Timbal oksida dengan basis lateks cair 1000 cc untuk menentukan pphr Timbal oksida (gr) Pphr Timbal oksida (gr) pphr Lateks cair dicampur dengan timbal oksida dengan stirrer sampai tercampur kemudian dipindahkan ke dalam bejana ultrasonik untuk digetarkan selama ± 10 menit, kemudian dipipihkan dan didinginkan dengan Nitrogen cair dalam kotak pengkondisian suhu yang tertutup rapat sampai suhu stabil di bawah 0 0 C yaitu sampai suhu super kritis selama 3 jam. Komposit hasil pendinginan dikeringkan dibuat kompon dan divulkanisasi sesuai dengan ketebalan yang diinginkan. Perhitungan Komposisi Penentuan komposisi mempertimbangkan ketebalan yang dipersyaratkan sesuai dengan daya serapnya. Besarnya komposisi timbal oksida di dalam komposit bisa diketahui dari volume masingmasing senyawa. Dengan mengetahui komposisi maka berat dari komposit yang dibutuhkan bisa diketahui. Semakin besar komposisi kompositnya semakin berat, sehingga harga pphr kecil lebih diharapkan, tetapi fungsi sebagai perisai masih terpenuhi. Untuk mengetahui DS masing-masing komposisi maka massa jenis komposit untuk setiap komposisi yang diinginkan dapat dihitung. Dalam perhitungan ini diasumsikan tidak ada reaksi kimia antar lateks cair dan serbuk timbal oksida selama proses pembuatan komposit. Tabel komposisi, massa jenis dan koefisien serapan linier dibutuhkan

4 66 ISSN Kristiyanti, dkk. untuk menentukan komposisi berdasarkan massa jenis komposit terukur. Perhitungan komposisi pada energi 50 kev sesuai dengan komposit yang dibuat untuk perisai yang menggunakan energi tersebut. Menghitung massa jenis (), koefisien serapan linier (µ) komposit dengan komposisi 50 pphr untuk energi 50 kev Karet alam mempunyai rumus kimia C 8 H 16 dengan = 0,95 gr/cm 3 Timbal oksida mempunyai rumus Pb 3 O 4 dengan = 9,3 gr/cm 3. Berat komposit = G k.a + G Pb 3 O 4 = = 150 gr Volume komposit = Volume k.a + Volume Pb 3 O 4 = 100/0,95+ 50/9,3= 110,64 cm 3. Dengan menggunakan rumus (2) didapat harga massa jenis komposit : komposit = 150/110,64 = 1,35 gr/ cm 3. Perhitungan koefisien serapan linier (µ) pada energi 50 kev Berat Atom : C = 12, H = 1, Pb = 207, O = 16 Berat molekul C 8 H 16 = 8(12) + 16(1) = 122 Berat Molekul Pb 3 O 4 = 3(207) + 4(16) = 685 (µ/) C8 H16 = (96/122 x 193) + (16/122 x 0,335) = 0, ,0439) = 0,1959 cm -1. µ C8 H16 = 0,1959 x 0,95 = 0,186 cm -1. (µ/) Pb3O4 = (96/122 x 193) + (16/122 x 0,335) = 0, ,0439 = 0,1959 cm 2 /gr. Dengan menggunakan rumus (1) didapat harga : (µ/) komposisi =96/122(0,193)+16/122(0,335)+ 621/685(7,170) + 64/685(0,214) =0,152+0,044+6,5+0,02=6,716cm 2 /gr Maka didapat harga µ komposisi = 9,07 cm -1. Dari hasil perhitungan didapatkan harga massa jenis dan koefisien serapan µ pada komposisi berbeda seperti yang disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil perhitungan massa jenis () dan koefisien serapan (µ) pada komposisi berbeda pada energi 50 kev. Komposisi (pphr) (gr/cm 3 ) µ (cm -1 ) 1,35 1,72 2,06 2,37 2,65 2,91 3,15 3,37 3,58 3,77 3,95 9,07 11,55 13,83 15,92 16,99 19,54 21,15 22,65 24,04 25,34 26,55 Hasil pengukuran komposit dengan teknologi di atas didapat harga massa jenis 2,28 gr/cm 3 dengan ketebalan 1,6 mm. Harga massa jenis tersebut pada Tabel 4 dinyatakan pada harga komposisi sekitar 200 pphr sehingga didapatkan harga µ sebesar 15,92 cm -1. Perhitungan DS secara teoritis hasil pengukuran massa jenis dan tebal komposit berdasarkan persamaan (3) µ t DS = ( 1 e ) 100% = ( 1 e (15,92)(1,6) ) x 100 % = 92 % Jadi DS berdasarkan massa jenis terukur sebesar 92 %. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian DS yang diperoleh pada penelitian ini untuk komposisi yang dibuat adalah disajikan pada Tabel 5. Tabel 5. Hasil uji daya serap komposit dengan menggunakan pesawat sinar-x pada tegangan operasi tabung 150 kv. Jenis sampel Tanpa sampel Sampel komposit Pb 0,10 mm Pb 0,15 mm Pb 0,25 mm Pb 0,35 mm Pb 0,50 mm Pb 3,00 mm Karet alam 1 Penunjukan alat µsv Serap % - 59,62 22,20 27,20 45,90 60,10 73, Dari hasil uji bisa dilihat bahwa DS sampel sebesar 59,62 % ekivalen dengan DS pelat Pb tebal 0,35 mm sebesar 60,10 %. Sedangkan perhitungan secara teoritis untuk DS timbal terhadap radiasi sinar-x dengan energi 50 kev didapat hasil seperti disajikan pada Tabel6. Tabel 6. Perhitungan teoritis DS timbal terhadap radiasi sinar-x pada energi 50 kev [4]. Jenis sampel mm Pb 0,10 Pb 0,15 Pb 0,20 Pb 0,25 Pb 0,30 Pb 0,35 Pb 0,40 Serap 55,65 70,47 80,33 86,90 91,28 94,19 96,13 Jenis sampel mm Pb 0,45 Pb 0,50 Pb 0,55 Pb 0,60 Pb 0,65 Pb 0,70 serap % 97,42 98,29 99,24 98,86 99,49 99,66

5 Kristiyanti, dkk. ISSN DS dengan sampel hasil pengujian setara dengan DS pelat Pb tebal 0,35 pada energi 50 kev yaitu sebesar 94,2 %. Sedangkan DS sampel berdasar perhitungan teoritis dari massa jenis terukur sebesar 92 %. Perbedaan angka DS ini kemungkinan disebabkan karena ketebalan dari sampel yang tidak merata atau pada saat pengujian penggunaan pesawat sinar-x kurang tepat. Untuk hasil uji sifat fisik yang meliputi uji kekerasan, kuat tarik, perpanjangan putus dan perpanjangan tetap disajikan pada Tabel 7. Tabel 7. Hasil uji sifat fisik. Sifat fisik Kekerasan, shore A Kuat tarik, MPA Perpanjangan tetap % Perpanjangan putus Metode uji Hasil uji Standar SNI Maks 65 Min 6 Maks 10 Min 400 Dari hasil uji sifat fisik terlihat bahwa hasil pengujian memenuhi standar yang diacu. KESIMPULAN Pembuatan komposit dengan teknologi ultrasonik dan suhu super kritis bisa digunakan sebagai perisai radiasi untuk tiroid pada komposisi 200 pphr setara dengan Serap pelat timbal dengan ketebalan 0,35 mm dan uji fisik memenuhi standar SNI. Dari hasil uji dapat disimpulkan bahwa perisai ini memenuhi kriteria standar yang diacu, sehingga layak digunakan. UCAPAN TERIMA KASIH Dalam kesempatan ini kami ucapkan terima kasih kepada Ir Sri Mulyono Atmojo yang telah membimbing dalam penyusunan makalah ini. DAFTAR PUSTAKA 1. ORALIX, Medical System for intra oral Radiography, Philips, Standar Nasional Indonesia (SNI) , Lembaran Vulkanisat Karet Timbal untuk Perisai Sinar-X, Badan Standarisasa Nasional, Jakarta, SRI MULYONO ATMOJO, Perekayasaan Perisai Radiasi Nuklir Berbasis Komposit Lateks Cair Timbal Oksida Menggunakan Teknologi Ultrasonik dan Suhu Super Kritis, Usulan sinergi dan Sinkronasi penelitian bidang iptek nuklir, Dikti-Batan, SRI MULYONO ATMOJO, Perancangan Apron Perisai Radiasi Sinar-X Diagnostik Gigi, Prosiding Pertemuan Ilmiah Rekayasa Perangkat Nuklir, Jakarta, M.A COWD, Kimia Polimer, Penerbit ITB, Bandung, SRI MULYONO ATMOJO, Rekayasa Celemek Perisai Radiasi Nuklir Berbasis Komposit Karet Alam Timbal Oksida, Presentasi Ilmiah Peneliti Utama, Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir, Jakarta, MARTHA WINDHOLZ, dkk, An Encyclopedia of Chemical, Drugs, and Biologycals, The Merck Index, Merck and Co, Inc, New Jersey, USA, TANYA JAWAB Pujadi Apakah homogenitas sudah diuji secara acak? Apabila dibandingkan dengan Pb 0,35 mm, apakah beratnya lebih menguntungkan? Kristiyanti Homogenitas telah diuji dengan acak, hasilnya memang dengan teknologi ini lebih homogen. Dibandingkan dengan Pb 0,35 mm, maka berat komposit lebih ringan karena masa jenis karet alam 0,95 gr/cm 3, sedangkan atau masa jenis timbal oksida 9,3 gr/cm 3, jadi lebih ringan 10 kalinya.