Alat Proteksi Radiasi

Alat Proteksi Radiasi Latar Belakang Radiasi nuklir tidak dapat dirasakan oleh manusia secara langsung, seberapapun besarnya. Agar pekerja radiasi tidak mendapat paparan radiasi yang melebihi batas yang diizinkan maka diperlukan alat pengukur yang dapat menunjukkan tingkat paparan radiasi ditempat kerja dan alat yang dapat mencatat dosis radiasi yang telah diterima oleh pekerja radiasi dalam kurun waktu tertentu. Materi ini akan membahas prinsip kerja alat ukur radiasi baik sebagai surveimeter, dosimeter personal, dan monitor kontaminasi. Tujuan Instruksional Setelah mengikuti mata pelajaran ini para peserta diharapkan mampu untuk menguraikan fungsi dan prinsip kerja alat ukur radiasi baik sebagai surveimeter, dosiemeter personal maupun monitor kontaminasi. Secara khusus setiap peserta akan mampu untuk: 1. menjelaskan klasifikasi alat ukur radiasi; 2. menguraikan fungsi dan prinsip kerja surveimeter; 3. menguraikan fungsi dan prinsip kerja dua jenis dosimeter personal; 4. menguraikan fungsi dan prinsip kerja monitor kontaminasi. 5. menjelaskan ketentuan dan cara kalibrasi alat ukur proteksi radiasi. Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 1

Materi Pembahasan Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Instruksional Materi Pembahasan Klasifikasi Alat Ukur Radiasi Surveimeter Prinsip Kerja Jenis Surveimeter Prosedur Pemakaian Surveimeter Dosimeter Personal Film Badge Dosiemeter Saku TLD Monitor Kontaminasi Kalibrasi Alat Ukur Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 2

Alat Ukur Proteksi Radiasi Klasifikasi Alat Ukur Proteksi Radiasi Alat ukur proteksi radiasi merupakan suatu sistem yang terdiri dari detektor dan peralatan penunjang, seperti sistem pengukur radiasi lainnya. Alat ukur ini dapat memberikan informasi dosis radiasi seperti paparan dalam roentgen, dosis serap dalam rad atau gray dan dosis ekivalen dalam rem atau sievert. Besaran radiasi yang diukur oleh peralatan ini sebenarnya adalah intensitas radiasi. Untuk keperluan proteksi radiasi nilai intensitas tsb dikonversikan dan ditampilkan menjadi besaran dosis radiasi. Alat proteksi radiasi ini dibedakan menjadi tiga yaitu kelompok dosimeter personal, surveimeter dan monitor kontaminasi. Dosimeter personal berfungsi untuk mencatat dosis radiasi yang telah mengenai seorang pekerja radiasi secara akumulasi. Oleh karena itu, setiap orang yang bekerja di suatu daerah radiasi harus selalu mengenakan dosimeter personal. Surveimeter digunakan untuk melakukan pengukuran tingkat radiasi di suatu lokasi secara langsung sedang monitor kontaminasi digunakan untuk mengukur tingkat kontaminasi pada pekerja, alat maupun lingkungan. Surveimeter Surveimeter harus dapat memberikan informasi laju dosis radiasi pada suatu area secara langsung. Jadi, seorang pekerja radiasi dapat memperkirakan jumlah radiasi yang akan diterimanya bila akan bekerja di suatu lokasi selama waktu tertentu. Dengan informasi yang ditunjukkan surveimeter ini, setiap pekerja dapat menjaga diri agar tidak terkena paparan radiasi yang melebihi batas ambang yang diizinkan. Sebagaimana fungsinya, suatu survaimeter harus dapat memberikan hasil pengukurannya pada saat itu juga, pada saat melakukan pengukuran, dan bersifat portable meskipun tidak perlu sekecil sebuah dosimeter personal. Konstruksi survaimeter, sebagai mana sistem pengukur radiasi yang lain terdiri atas detektor dan peralatan penunjang seperti terlihat Gambar berikut Model pengukuran yang diterapkan disini adalah cara arus (current mode) sehingga alat peraga yang digunakan adalah 'ratemeter'. Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 3

Gambar 1: Konstruksi survaimeter Semua jenis detektor yang dapat memberikan hasil secara langsung, seperti detektor isian gas, sintilasi dan semikonduktor, dapat digunakan. Dari segi praktis dan ekonomis, detektor isian gas Geiger Muller yang paling banyak digunakan. Detektor sintilasi juga banyak digunakan, khususnya NaI(Tl) untuk radiasi gamma, karena mempunyai efisiensi yang tinggi. Pada saat ini detektor semikonduktor masih jarang digunakan untuk survaimeter, meskipun sudah ada di pasaran tetapi harganya relatif sangat mahal dibandingkan dengan yang lain. Cara pengukuran yang diterapkan pada survaimeter adalah cara arus (current mode) sehingga nilai yang ditampilkan merupakan nilai intensitas radiasi yang mengenai detektor. Secara elektronik, nilai intensitas tersebut dikonversikan menjadi skala dosis, misalnya dengan satuan roentgent/jam atau ada juga yang dikonversikan menjadi skala kuantitas, misalnya cacah per menit (cpm). Tentu saja skala tersebut harus dikalibrasi terlebih dulu terhadap nilai yang sebenarnya. Jenis Surveimeter Terdapat beberapa jenis survaimeter yang digunakan untuk jenis radiasi yang sesuai sebagai berikut. o Survaimeter Gamma Survaimeter gamma merupakan survaimeter yang sering digunakan dan pada prinsipnya dapat digunakan untuk mengukur radiasi sinar X. Hanya saja perlu diperhatikan faktor kalibrasinya, apakah dikalibrasi untuk gamma atau sinar-x. Detektor yang sering digunakan adalah detektor isian gas proporsional, GM atau detektor sintilasi NaI(Tl). o Survaimeter Beta dan Gamma Berbeda dengan survaimeter gamma biasa, detektor dari survaimeter ini terletak di luar badan survaimeter dan mempunyai jendela yang dapat dibuka atau tutup. Bila digunakan untuk mengukur radiasi beta, maka jendelanya harus dibuka. Sebaliknya untuk radiasi gamma, jendelanya ditutup. Juga perlu diperhatikan bahwa faktor kalibrasi yang tercantum, Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 4

biasanya hanya berlaku untuk radiasi gamma saja sedangkan untuk radiasi beta perlu perhitungan tersendiri. Detektor yang sering digunakan adalah detektor isian gas proporsional atau GM. o Survaimeter Alpha Sebagaimana survaimeter beta, detektor dari survaimeter alpha juga terletak di luar badan survaimeter. Perlu diperhatikan bahwa selalu terdapat satu permukaan detektor yang terbuat dari lapisan film yang sangat tipis, biasanya terbuat dari berrilium, sehingga mudah sobek bila tersentuh atau tergores benda tajam. Detektor yang digunakan adalah detektor isian gas proporsional atau detektor sintilasi ZnS(Ag). o Survaimeter neutron Detektor yang digunakan pada survaimeter neutron adalah detektor proporsional yang diisi dengan gas BF3 atau gas Helium. Karena yang dapat berinteraksi dengan unsur Boron atau Helium adalah neutron termal saja, maka survaimeter neutron biasanya dilengkapi dengan moderator yang terbuat dari parafin atau polietilen yang berfungsi untuk menurunkan energi neutron cepat menjadi neutron termal. Moderator ini hanya digunakan bila radiasi neutron yang akan diukur adalah neutron cepat. o Survaimeter Multi Guna Terdapat pula survaimeter yang mempunyai dua jenis detektor di dalamnya sehingga dapat mengukur beberapa jenis radiasi yang berbeda. Selain itu, ada juga survaimeter yang menyediakan fasilitas konektor untuk detektor eksternal. Biasanya, produsen survaimeter juga menjual secara terpisah (optional) jenis-jenis detektor yang dapat dihubungkan ke survaimeter. Pada saat ini sudah mulai dipasarkan jenis survaimeter yang serbaguna (multipurpose) karena selain dapat mengukur intensitas radiasi secara langsung, sebagaimana survaimeter biasa, juga dapat mengukur intensitas radiasi selama selang waktu tertentu, dapat diatur, seperti sistem pencacah dan bahkan bisa menghasilkan spektrum distribusi energi radiasi seperti sistem spektroskopi. Prosedur Pemakaian Surveimeter Tiga langkah penting yang perlu diperhatikan sebelum menggunakan survaimeter, apapun jenis survaimeternya, adalah: memeriksa batere, memeriksa sertifikat kalibrasi, mempelajari pengoperasian dan pembacaan. Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 5

o Periksa batere. Hal ini dilakukan untuk menguji kondisi catu daya tegangan tinggi detektor. Bila tegangan tinggi detektor tidak sesuai dengan yang dibutuhkan, maka detektor tidak peka atau tidak sensitif terhadap radiasi yang mengenainya, akibatnya survaimeter menunjukkan nilai yang salah. Karena hal ini sangat membahayakan, maka langkah pemeriksaan batere ini harus dilakukan setiap kali survaimeter akan digunakan. o Periksa sertifikat kalibrasi. Pemeriksaan sertifikat kalibrasi harus memperhatikan faktor kalibrasi alat dan memeriksa tanggal validasi sertifikat. Faktor kalibrasi merupakan suatu parameter yang membandingkan nilai yang ditunjukkan oleh alat ukur dan nilai dosis sebenarnya. D sebenarnya = D terukur x Faktor Kalibrasi Karena survaimeter dianggap sangat penting dalam keselamatan radiasi, maka setiap survaimeter harus dikalibrasi ulang setiap tahun di Pusat Standardisasi. Bila sertifikat kalibrasinya sudah melewati batas waktunya, maka survaimeter tersebut harus dikalibrasi ulang sebelum dapat digunakan lagi. o Pelajari pengoperasian dan pembacaan Langkah ini perlu dilakukan, khususnya bila akan menggunakan survaimeter baru. Setiap survaimeter mempunyai tombol-tombol dan saklar-saklar yang berbeda-beda, biasanya terdapat beberapa faktor pengalian misalnya x1; x10; x100 dan sebagainya. Sedang display-nya juga berbeda-beda, ada yang berskala rontgent / jam ; rad / jam ; Sievert /jam atau msievert / jam atau bahkan masih dalam cpm (counts per minutes). Perlu diperhatikan bahwa tiga langkah di atas harus dilakukan sebelum melakukan pengukuran dan masih berada di lokasi yang aman. Sebelum merasa yakin atas ketiga informasi pada langkah-langkah di atas, janganlah memulai pekerjaan dengan radiasi. Dosimeter Personal Alat ini digunakan untuk mengukur dosis radiasi secara akumulasi. Jadi, dosis radiasi yang mengenai dosimeter personal akan dijumlahkan dengan dosis yang telah mengenai sebelumnya. Dosimeter personal ini harus ringan dan berukuran kecil karena alat ini harus selalu dikenakan oleh setiap pekerja radiasi yang sedang bekerja di medan radiasi. Terdapat tiga macam dosimeter personal yang banyak digunakan saat ini yaitu dosimeter saku (pen / pocket dosemeter), film badge dan Thermoluminisence Dosemeter (TLD). Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 6

Dosimeter Saku Dosimeter ini sebenarnya merupakan detektor kamar ionisasi sehingga prinsip kerjanya sama dengan detektor isian gas akan tetapi tidak menghasilkan tanggapan secara langsung karena muatan yang terkumpul pada proses ionisasi akan disimpan seperti halnya suatu kapasitor. Gambar 2: Konstruksi dosimeter saku Konstruksi dosimeter saku berupa tabung silinder berisi gas sebagaimana pada Gambar 2 di atas. Dinding silinder akan berfungsi sebagai katoda, bermuatan negatif, sedangkan sumbu logam dengan jarum 'quartz' di bagian bawahnya bermuatan positif. Mula-mula, sebelum digunakan, dosimeter ini diberi muatan menggunakan charger yaitu suatu catu daya dengan tegangan tertentu. Jarum quartz pada sumbu detektor akan menyimpang karena perbedaan potensial. Dengan mengatur nilai tegangan pada waktu melakukan 'charging' maka penyimpangan jarum tersebut dapat diatur agar menunjukkan angka nol. Dalam pemakaian di tempat kerja, bila ada radiasi yang memasuki detektor maka radiasi tersebut akan mengionisasi gas, sehingga akan terbentuk ion-ion positif dan negatif. Ion-ion ini akan bergerak menuju anoda atau katoda sehingga mengurangi perbedaan potensial antara jarum dan dinding detektor. Perubahan perbedaan potensial ini menyebabkan penyimpangan jarum berkurang. Jumlah ion-ion yang dihasilkan di dalam detektor sebanding dengan intensitas radiasi yang memasukinya, sehingga penyimpangan jarum juga sebanding dengan intensitas radiasi yang telah memasuki detektor. Skala dari penyimpangan jarum tersebut kemudian dikonversikan menjadi nilai dosis. Keuntungan dosimeter saku ini adalah dapat dibaca secara langsung dan tidak membutuhkan peralatan tambahan untuk pembacaannya. Peralatan lain yang dibutuhkan adalah charger untuk me-reset (membuat nol) skala jarum quartz. Kelemahannya, dosimeter ini tidak dapat menyimpan informasi dosis yang telah mengenainya dalam waktu yang lama (sifat akumulasi kurang baik). Hal ini disebabkan oleh adanya kebocoran elektrostatik pada detektor. Jadi, meskipun tidak sedang dikenai radiasi, nilai yang ditunjukkan jarum akan berubah. Selain itu dosimeter ini kurang teliti Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 7

dan mempunyai rentang energi pengukuran tertentu yang relatif lebih sempit dibandingkan dengan film badge dan TLD. Pada saat ini, sudah dibuat dan dipasarkan dosimeter saku yang diintegrasikan dengan komponen elektronika maju (advanced components) sehingga skala pembacaannya tidak lagi dengan melihat pergeseran jarum (secara mekanik) melainkan dengan melihat display digital yang dapat langsung menampilkan angka hasil pengukurannya. Dosimeter saku digital ini juga tidak membutuhkan peralatan charger terpisah karena sudah built in di dalamnya. Setiap kali diaktif-kan, secara otomatis dosimeter ini menampilkan angka nol. Film Badge Film badge terdiri atas dua bagian yaitu detektor film dan holder. Sebagaimana telah dibahas sebelum ini, bahwa detektor film dapat menyimpan dosis radiasi yang telah mengenainya secara akumulasi selama film belum diproses. Semakin banyak dosis radiasi yang telah mengenainya atau telah mengenai orang yang memakainya maka tingkat kehitaman film setelah diproses akan semakin pekat. Gambar 3: proses detektor film Holder film selain berfungsi sebagai tempat film ketika digunakan juga berfungsi sebagai penyaring (filter) energi radiasi. Dengan adanya beberapa jenis filter pada holder, maka dosimeter film badge ini dapat membedakan jenis dan energi radiasi yang telah mengenainya. Di pasar terdapat beberapa merk film maupun holder, tetapi BATAN selalu menggunakan film dengan merk Kodak buatan USA dan holder merk Chiyoda buatan Jepang seperti pada Gambar IV.3. Hal ini dilakukan agar mempunyai standar atau kalibrasi pembacaan yang tetap. Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 8

Gambar 4: konstruksi holder film merk Chiyoda Dalam penggunaan film badge, perlu diperhatikan dua hal yaitu batas saturasi tingkat kehitaman film dan masalah fadding. Sebagaimana telah dibahas pada sub bab detektor film bahwa setelah mencapai nilai saturasinya penambahan dosis radiasi tidak mempengaruhi tingkat kehitaman film. Oleh karena itu, film badge harus sudah diproses sebelum dosis radiasi yang mengenainya mencapai nilai saturasi. Sedangkan masalah fadding adalah peristiwa perubahan tingkat kehitaman film karena pengaruh temperatur dan kelembaban. Khusus di Indonesia yang memiliki temperatur dan kelembaban yang relatif sangat tinggi, masalah fadding ini perlu diperhatikan. Dosimeter film badge ini mempunyai sifat akumulasi yang lebih baik daripada dosimeter saku. Keuntungan lainnya film badge dapat membedakan jenis radiasi yang mengenainya dan mempunyai rentang pengukuran energi yang lebih besar daripada dosimeter saku. Selain itu, film yang telah diproses dapat digunakan untuk perhitungan yang lebih teliti serta dapat didokumentasikan. Kelemahannya, untuk mengetahui dosis yang telah mengenainya harus diproses secara khusus dan membutuhkan peralatan tambahan untuk membaca tingkat kehitaman film, yaitu densitometer. Dosimeter Termoluminisensi (TLD) Dosimeter ini sangat menyerupai dosimeter film badge, hanya detektor yang digunakan ini adalah kristal anorganik thermoluminisensi, misalnya bahan LiF. Proses yang terjadi pada bahan ini bila dikenai radiasi adalah proses termoluminisensi. Senyawa lain yang sering digunakan untuk TLD adalah CaSO 4. Sebagaimana film badge, dosimeter ini digunakan selama jangka waktu tertentu, misalnya satu bulan, baru kemudian diproses untuk mengetahui jumlah dosis radiasi yang telah diterimanya. Pemrosesan dilakukan dengan memanaskan kristal TLD sampai temperatur tertentu, kemudian mendeteksi percikan-percikan cahaya yang dipancarkannya. Alat yang digunakan untuk memproses dosimeter ini adalah TLD reader. Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 9

Keunggulan TLD dibandingkan dengan film badge adalah terletak pada ketelitiannya. Selain itu, ukuran kristal TLD relatif lebih kecil dan setelah diproses kristal TLD tersebut dapat digunakan lagi. Dari tiga jenis dosimeter yang telah dibahas di atas terlihat bahwa dosimeter saku merupakan dosimeter yang dapat dibaca langsung sedang film badge dan TLD memerlukan suatu proses sehingga hasil pengukurannya tidak dapat diketahui secara langsung. Pekerja radiasi yang bekerja di daerah radiasi tinggi dianjurkan untuk menggunakan dua jenis dosimeter yaitu dosimeter saku dan film badge atau TLD. Dosimeter saku digunakan untuk mengetahui dosis yang telah diterimanya secara langsung, misalnya setelah menyelesaikan suatu pekerjaan. Sedang film badge atau TLD digunakan untuk mencatat dosis yang telah diterimanya selama selang waktu yang lebih panjang, misalnya selama satu bulan. Monitor Kontaminasi Kontaminasi merupakan suatu masalah yang sangat berbahaya, apalagi kalau sampai terjadi di dalam tubuh. Kontaminasi sangat mudah terjadi kalau bekerja dengan sumber radiasi terbuka, misalnya berbentuk cair, serbuk, atau gas. Adapun yang terkontaminasi biasanya adalah peralatan, meja kerja, lantai, tangan, sepatu. Jika intensitas radiasi yang dipancarkan oleh sesuatu yang telah terkontaminasi sangat rendah, maka alat ukur ini harus mempunyai efisiensi pencacahan yang sangat tinggi. Detektor yang digunakan untuk monitor kontaminasi ini harus mempunyai jendela (window) yang luas, karena kontaminasi tidak selalu terjadi pada satu daerah tertentu, melainkan tersebar pada permukaan yang luas. Tampilan dari monitor kontaminasi ini biasanya menunjukkan kuantitas radiasi (laju cacah) seperti cacah per menit atau cacah per detik (cpd). Nilai ini harus dikonversikan menjadi satuan aktivitas radiasi, Currie atau Becquerel, dengan hubungan sebagai berikut. A = R η A adalah aktivitas radiasi, R adalah laju cacah dan η adalah efisiensi alat pengukur. Monitor kontaminasi dapat dibedakan menjadi tiga yaitu monitor kontaminasi permukaan, monitor kontaminasi perorangan dan monitor kontaminasi udara (airborne). Monitor kontaminasi permukaan (surface monitor) digunakan untuk mengukur tingkat kontaminasi segala permukaan, misalnya meja kerja, lantai, alat ukur ataupun baju kerja. Monitor kontaminasi perorangan digunakan untuk mengukur tingkat kontaminasi pada bagian-bagian tubuh dari pekerja radiasi. Bagian tubuh yang paling sering terkontaminasi adalah tangan dan kaki, sehingga terdapat Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 10

monitor kontaminasi khusus untuk tangan dan kaki yaitu hand and foot contamination monitor. Suatu instalasi yang modern biasanya dilengkapi dengan monitor kontaminasi seluruh tubuh (whole body monitor). Setiap pekerja yang akan meninggalkan tempat kerja harus diperiksa terlebih dahulu dengan monitor kontaminasi. Monitor kontaminasi udara digunakan untuk mengukur tingkat radioaktivitas udara di sekeliling instalasi nuklir yang mempunyai potensi untuk melepaskan zat radioaktif ke udara. Sebagaimana survaimeter, detektor yang digunakan di sini dapat berupa detektor isian gas, sintilasi ataupun semikonduktor. Detektor yang paling banyak digunakan adalah detektor isian gas proporsional untuk mendeteksi kontaminasi pemancar alpha atau beta dan detektor sintilasi NaI(Tl) untuk kontaminasi pemancar gamma. Khusus untuk monitor kontaminasi udara biasanya dilengkapi dengan suatu penyaring (filter) dan pompa penghisap udara untuk menangkap partikulat zat radioaktif yang bercampur dengan molekul-molekul udara. Kalibrasi Alat Ukur Sudah merupakan suatu ketentuan bahwa setiap alat ukur proteksi radiasi harus di kalibrasi secara periodik oleh instansi yang berwenang. Hal ini dilakukan untuk menguji ketepatan nilai yang ditampilkan alat terhadap nilai sebenarnya. Perbedaan nilai antara yang ditampilkan dan yang sebenarnya harus dikoreksi dengan suatu parameter yang disebut sebagai faktor kalibrasi ( F k ). Dalam melakukan pengukuran, nilai yang ditampilkan alat harus dikalikan dengan faktor kalibrasinya. Secara ideal, faktor kalibrasi ini bernilai satu, akan tetapi pada kenyataannya tidak banyak alat ukur yang mempunyai faktor kalibrasi sama dengan satu. Nilai yang masih dapat 'diterima' berkisar antara 0,8 sampai dengan 1,2. Faktor Kalibrasi dapat dihitung dengan persamaan berikut. F = k di mana Fk adalah faktor kalibrasi, D s adalah nilai dosis sebenarnya, sedangkan D u adalah nilai yang ditampilkan alat ukur. Terdapat dua metode untuk melakukan kalibrasi yaitu, menggunakan sumber radiasi standar dan menggunakan alat ukur standar. Cara pertama, alat ukur diletakkan pada jarak tertentu, misalnya 1 m, dari sumber standar yang telah diketahui jenis nuklida maupun aktivitasnya. Dosis paparan yang mengenai survaimeter (D s ) ditentukan berdasarkan perhitungan. Cara kedua, alat ukur yang akan dikalibrasi dan alat ukur standar diletakkan pada jarak yang sama dari suatu sumber, sehingga dosis radiasi yang mengenai dua alat D D s u Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 11

ukur tersebut sama. Nilai dosis radiasi yang ditampilkan oleh alat ukur standar dianggap sebagai dosis sebenarnya ( D s ). Tanggapan atau respon suatu alat ukur terhadap dosis radiasi ternyata berbeda untuk energi radiasi yang berbeda. Setiap alat ukur seharusnya dikalibrasi dengan sumber yang mempunyai tingkat energi yang 'sama' dengan tingkat energi radiasi yang digunakan di lapangan. Perbedaan respon tersebut sangat significant pada rentang energi di bawah 200 kev seperti terlihat pada Gambar IV.5 berikut. Pada rentang energi di atas 500 kev, perbedaan responnya sudah tidak terlalu besar. Gambar 5: respon suatu alat ukur terhadap perbedaan energi ooooo Alat Ukur Proteksi Radiasi Halaman 12