ANALISIS RADIONUKLIDA ALAM PADA DEBU VULKANIK DAN LAHAR DINGIN GUNUNG SINABUNG KABUPATEN KARO DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON (AAN) SKRIPSI HARPINA ROSA PUTRI G 120802066 DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ANALISIS RADIONUKLIDA ALAM PADA DEBU VULKANIK DAN LAHAR DINGIN GUNUNG SINABUNG KABUPATEN KARO DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON (AAN) SKRIPSI Diajukanuntukmelengkapi tugasdanmemenuhisyaratmencapaigelarsarjanasains HARPINA ROSA PUTRI G 120802066 DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
PERSETUJUAN Judul : Analisis Radionuklida Alam Pada Debu Vulkanik dan Lahar Dingin Gunung Sinabung Kabupaten Karo Dengan Menggunakan Metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) Kategori : Skripsi Nama : Harpina Rosa Putri G NIM : 120802066 Program : Sarjana (S1) Kimia Departemen :Kimia Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Disetujui di : Medan, Juli 2016 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2 Pembimbing 1 Jamahir Gultom, Ph.D Prof.Dr.Harlem Marpaung NIP. 195209251977031001 NIP. 194804141974031001 Disetujui oleh Departemen Kimia FMIPA USU Ketua, Dr.Rumondang Bulan Nst, MS NIP. 195408301985032001
PERNYATAAN ANALISIS RADIONUKLIDA ALAM PADA DEBU VULKANIK DAN LAHAR DINGIN GUNUNG SINABUNG KABUPATEN KARO DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON (AAN) SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juli 2016 HARPINA ROSA PUTRI G 120802066
PENGHARGAAN Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan penyertaannya setiap saat sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skrispsi ini dengan baik. Banyak hal sebagai pembelajaran dan pembentukan dalam setiap waktu penulis rasakan sehingga semakin melihat dan merasakan kebaikan dan kebesaran-nya. Dalam pelaksanaan penelitian hingga penyelesaian skripsi ini, penulis menyadari banyak mendapat bantuan, motivasi dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak Prof.Dr.Harlem Marpaung sebagai pembimbing I dan Bapak Jamahir Gultom Ph.D sebagai pembimbing II yang dengan sabar telah memberikan dorongan, bimbingan dan saran sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. 2. Ibu Dr.Rumondang Bulan Nst, M.S selaku Ketua Departemen Kimia FMIPA USU dan Bapak Drs.Albert Pasaribu, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU 3. Kepala Laboratorium Kimia Analitik FMIPA USU Medan Bapak Prof.Dr.Harlem Marpaung beserta Dosen dan Staff Laboratorium Kimia Analitik FMIPA USU 4. Ibu Th.Rina Mulyaningsih sebagai pembimbing penulis dalam mengerjakan penelitian ini dengan baik selama di BATAN 5. Seluruh Dosen Departemen Kimia FMIPA USU yang telah memberikan waktunya untuk memberi bimbingan selama penulis mengikuti kuliah di Departemen Kimia FMIPA USU, terkhusus kepada Ibu Sofia Lenny S.si M.si selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan waktunya untuk memberikan pengarahan dalam menyelesaikan studi selama perkuliahan dan penelitian berlangsung 6. Seluruh asisten kimia analitik yang telah membantu penulis dalam mengerjakan penelitian ini dengan baik 7. Kepada semua teman-teman penulis yang tidak disebutkan namanya satu per satu yang telah banyak membantu dan memberi semangat dan motivasi kepada penulis untuk melakukan penelitian ini serta kepada seluruh temanteman stambuk 2012 dan adik-adik stambuk 2013-2015. 8. Kepada semua pihak yang tidak disebutkan namun telah membantu penulis dalam penyelesaian skripsi ini. Akhirnya saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada orangtua saya (S.Ginting dan R br Sembiring) yang telah memberi seluruh dukungan sarana dan prasarana dan semangat bahkan dengan setia terus membantu penulis dalam doa, serta kedua adik tercinta Herlin Pinera br Ginting dan Graciel Exleciano Ginting atas doa dan dukungannya. Skripsi ini saya persembahkan untuk kita semua. Semoga Tuhan senantiasa memberkati kita. Penulis
ANALISIS RADIONUKLIDA ALAM PADA DEBU VULKANIK DAN LAHAR DINGIN GUNUNG SINABUNG KABUPATEN KARO DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON (AAN) ABSTRAK Telah dilakukan analisis radionuklida alam pada debu vulkanik dan lahar dingin Gunung Sinabung Kabupaten Karo dengan menggunakan metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN). Sampel debu vulkanik diambil secara acak dari beberapa desa di arah selatan Gunung Sinabung yang mewakili debu vulkanik yaitu Gurukinayan, Gamber, dan Singgarang-garang dan untuk sampel lahar dingin diambil dari beberapa desa yang sering dialiri lahar dingin Gunung Sinabung. Sampel diaktivasi selama 6 jam dengan fluks neutron thermal 3,5.10 13 n.cm -2.s -1 pada fasilitas iradiasi Gedung Reakor Serba Guna G.A Siwabessy Serpong. Pencacahan dilakukan menggunakan detektor Spektrometer-γ HPGe selama 3.600-10.000 detik. Hasil analisis kualitatif menunjukkan bahwa unsur radionuklida alam yang terdapat pada debu vulkanik dan lahar dingin yaitu Uranium (U) berdasarkan reaksi U-238 (n,γ) Np-239 dan Thorium (Th) berdasarkan reaksi Th-232 (n,γ) Pa-233. Uranium diidentifikasi melalui tenaga puncak 228,2 kev dari 239 Np dan Thorium melalui tenaga puncak 312 kev dari 233 Pa. Hasil konsentrasi U dan Th dalam debu vulkanik (1,06±0,19) mg/kg ; (10,48±0,16) mg/kg dan lahar dingin (<0,67) ; (9,76±0,80) mg/kg Kata Kunci: Debu Vulkanik, Lahar Dingin, Radionuklida Alam, Analisis Aktivasi Neutron (AAN), Spektrometri Gamma
NATURAL RADIONUCLIDE ANALYSIS IN VOLCANIC ASH AND COLD LAVA FROM MOUNT SINABUNG DISTIRICT KARO USING NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS (AAN) ABSTRACT Natural radionuclides analysis has been conducted in volcanic ash and cold lava from Mount Sinabung at Karo District using Neutron Activation Analysis (NAA) method. Volcanic ash was taken randomly in several villages south of the mount Sinabung which represents the volcanic ash at Gurukinayan, Gamber, Singgaranggarang villages and cold lava samples taken from several villages were often flown by cold lava of Mount Sinabung. Samples were activated for 6 hours by thermal neutron flux 3.5.10 13 n.cm -2.s -1 at the irradiation facility G.A Siwabessy Multipurpose Reactor Building Serpong. The counting is done using HPGe coaxial γ-spectrometry detector for 172.800 seconds. The result of qualitative analysis showed that natural radionuclides elements in volcanic ash and cold lava contents were Uranium (U) based on reaction U-238 (n,γ) Np-239 and Thorium based on reaction Th-232 (n,γ) Pa-233. Uranium was identified from peak energy 228.2 kev of 239 Np and Thorium from the peak energy 312 kev of 233 Pa. The concentration of U and Th were found in volcanic ash and cold lava (1.06±0.19) mg/kg ; (10.48±0.16) mg/kg and (<0.67) ; (9.76±0.80) mg/kg, respectively Keywords : Volcanic Ash, Cold Lava, Natural Radionuclide, Neutron Activation Analysis (NAA), Gamma Spectrometry
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran i ii iv viii iii v vi ix x Bab 1 Bab 2 Pendahuluan 1.1.Latar Belakang 1 1.2. Permasalahan 4 1.3. Pembatasan Masalah 4 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 5 1.6. Lokasi Penelitian 5 1.7. Metodologi Penelitian 5 Tinjauan Pustaka 2.1. Gunung Sinabung 7 2.2. Debu Vulkanik 7 2.3. Lahar Dingin 8 2.4. Dampak Negatif dan Dampak Positif dari Aktifitas Gunung Api 9 2.5. Radionuklida 10 2.5.1 Uranium 11 2.5.2 Thorium 12 2.6. Metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) 13 2.6.1. Prinsip Dasar Analisis Aktivasi Neutron 14 2.6.2. Neutron 15 2.6.3. Interaksi Neutron Dengan Materi 16 2.6.4. Reaksi Aktivasi Neutron 16 2.6.5. Analisis Kualitatif 17 2.6.6. Analisis Kuantitatif 17 2.6.6.1 Analisis Kuantitatif Dengan Menggunakan Software MCA (Genie 2000) 17 2.6.6.2 Analisis Kuantitatif Dengan Menggunkan Software k 0 18 2.7. Penaksiran (Assesment) Nilai Ketidakpastian Perhitungan pada Hasil Analisis 20
2.8. Interaksi Sinar-γ dengan Materi 21 2.8.1 Efek Fotolistrik 21 2.8.2 Efek Compton 22 2.8.3 Produksi Pasangan 22 2.9. Spektrometer Gamma (γ) 22 2.9.1 Detektor Semikonduktor HPGe 23 2.9.2 Penguat Awal (Pre Amplifier) 23 2.9.3 Penguat (Amplifier) 23 2.9.4 Penganalisis Saluran Ganda (MCA) 25 2.10. Kalibrasi Spektrometer-γ 26 2.10.1 Kalibrasi Tenaga 26 2.10.2 Kalibrasi Efisiensi 27 Bab 3 Metode Penelitian 3.1 Alat Alat Penelitian 28 3.2 Bahan Bahan Penelitian 29 3.3 Prosedur Penelitian 29 3.3.1Pengambilan Sampel 29 3.3.2 Preparasi Sampel 30 3.3.3 Persiapan Aktivasi Sampel 30 3.3.4 Iradiasi Cuplikan dan Standar 30 3.3.5 Kalibrasi Spektrometer-γ 31 3.3.5.1 Kalibrasi Tenaga 31 3.3.5.2 Kalibrasi Efisiensi 31 3.3.6 Pencacahan Cuplikan 31 3.3.7 Analisis Data 32 3.3.7.1 Analisis Kualitatif 32 3.3.7.2 Analisis Kuantitatif 32 3.4. Bagan Penelitian 33 3.4.1 Persiapan Sampel 33 3.4.1.1 Pengambilan Sampel 33 3.4.1.2 Preparasi Sampel 33 3.4.1.3 Persiapan Aktivasi 34 3.4.2. Aktivasi Sampel 35 3.4.3 Kalibrasi Spektrometeri-γ 35 3.4.3.1 Kalibrasi Energi 35 3.4.4 Pencacahan 36 Bab 4Hasil dan Pembahasan 4.1.1 Kalibrasi Energi 37 4.1.1.1 Pengolahan Data Kalibrasi Energi 38 4.1.1.2 Penentuan Koefisien Korelasi 39 4.1.2 Analisis Kualitatif 39
4.1.3 Analisis Kuantitatif 40 4.1.3.1 Kadar Thorium Yang Terdapat Di Dalam Debu Vulkanik Gunung Sinabung 40 4.1.3.2 Kadar Thorium Yang Terdapat Di Dalam Lahar Dingin Gunung Sinabung 42 4.1.4 Penaksiran (Assesment) Nilai Ketidakpastian Perhitungan Pada Hasil Analisis Thorium yang Terkandung di Dalam SRM 2780 Montana Soil 44 4.2. Pembahasan 47 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 52 5.2 Saran 52 Daftar Pustaka 53 Lampiran 55
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 2.1 Skematis Perangkat Spektrometer Gamma 23 2.2 Rangkaian Alat Pencacah Spektrometer Gamma 27 4.1 Kurva Kalibrasi Energi 39 4.2 Spektrum Gamma Debu Vulkanik Gunung Sinabung 41 4.3 Spektrum Gamma NIST SRM 2780-1P Hard Rock 42
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lampiran 1 Sampel 56 2 Preparasi Sampel 56 3 Tahap Pengkapsulan Sampel 57 4 Perangkat Spektrometer Gamma 58 5 Kadar Unsur dari SRM (Standar Reference Material) 2780 Hard Rock Mine Waste 59 6 Tabel Isotop (Neutron Activation Table) 59
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 4.1 Data Kalibrasi Energi dengan Menggunakan Sumber Standar Ba-133, Co-60, dan Cs-137 37 4.2 Data dan Perhitungan Kalibrasi Energi dengan Sumber Standar Ba-133, Co-60 dan Cs-137 38 4.3 Proses (n,γ) dengan memperhatikan hasil nuklida Np-239 dan Pa-233 dengan metode AAN 40 4.4 Data Kuantitatif Unsur Radionuklida Alam yang Terdapat di dalam Debu Vulkanik Gunung Sinabung 44 4.5 Data Kuantitatif Unsur Radionuklida Alam yang Terdapat di dalam Lahar Dingin Gunung Sinabung 44 4.6 Taksiran (assesment) nilai ketidakpastian perhitungan pada analisis Thorium (Th) pada debu vulkanik yang terkandung di dalam SRM 2780 Montana Soil 45 4.7 Taksiran (assesment) nilai ketidakpastian perhitungan pada analisis Thorium (Th) pada lahar dingin yang terkadung di dalam SRM 2780 Montana Soil 46