Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
KAJIAN DETEKTOR AKTIVASI NEUTRON CEPAT UNTUK PENGGUNAAN DETEKTOR NEUTRON Sri Widayati, L.Kwin Pudjiastuti, Elfida Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK KAJIAN DETEKTOR AKTIVASI NEUTRON CEPAT UNTUK PENGGUNAAN DETEKTOR NEUTRON. Telah dilakukan kajian terhadap penggunaan detektor aktivasi neutron yang biasanya digunakan pada kasus kecelakaan nuklir. Detektor aktivasi neutron cepat tersebut antara lain : In-115, P-31, S-32, Ni-58, Al-27, Fe-56 dan Mg-24. Berdasarkan kajian ini dapat diperoleh kesimpulan bahwa S-32 merupakan detektor aktivasi neutron cepat yang mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan detektor aktivasi lainnya. Dan akan lebh baik jika penggunaan detektor aktivasi neutron cepat tidak tunggal, tetapi gabungan antara In115 dan S-32, hal ini akan saling melengkapi sehingga akan menambah luasnya spektrum neutron yang dideteksi.
ABSTRACT STUDY FAST NEUTRON ACTIVATION DETECTOR FOR USING NEUTRON DETECTOR. Literature study of the application of fast neutron activation detector that usually used in a nuclear accident has been done. The fast neutron activation detectors are In-115, P31, S-32, Ni-58, Al-27, Fe-56 and Mg-24. The results of the study indicated that S-32 is the best fast neutron activation detector, because it has more benefits compare with the others. It is better to use it in a combination with another activation detector such as In-115 and S-32, because this combination makes the detector measured fast neutron spectrum widely.
PENDAHULUAN Detektor aktivasi neutron merupakan dosimeter yang biasa digunakan untuk mendeteksi fluks neutron cepat pada kasus kecelakaan kekritisan (kecelakaan nuklir). Yang dikategorikan sebagai neutron cepat adalah neutron yang mempunyai energi antara 200 ev s/d 10 MeV[1]. Pada umumnya detektor aktivasi yang bagus mempunyai beberapa kriteria antara lain ; kepekaan yang baik terhadap radiasi yang dideteksi, mempunyai waktu paro yang sedang, dapat memberikan perkiraan dosis yang cepat dan tepat, tidak brsifat toksik, dan tidak mudah rusak, serta ekonomis. Aktivitas yang terjadi akibat terkena neutron cepat bergantung pada massa detektor, komposisi ketebalan detektor, fluks neutron yang mengenai detektor, energi spektrum neutron dan penampang lintang penangkapan[2]. Untuk memperoleh informasi detektor aktivasi yang baik atau mendekati yang diinginkan perlu adanya kajian terhadap detektor-detektor aktivasi yang ada pada saat ini. Detektor aktivasi yang sering digunakan di lapangan sebagai detektor aktivasi neutron antara lain In-115, P-31, S-32, Ni-58, Al-27, Fe-56 dan Mg-24. Detektor-detektor ini dapat diperoleh dalam bentuk yang bervariasi antara lain bentuk disc, silinder, lempeng tipis dan tablet.
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
DETEKTOR AKTIVASI NEUTRON CEPAT Kriteria detektor aktivasi neutron cepat secara garis besar dapat dilihat pada Tabel 1. Untuk memperoleh informasi yang lebih lengkap mengenai detektor-detektor tersebut, disampaikan keterangan sebagai berikut : Tabel 1. Jenis dan kriteria detektor aktivasi neutron cepat[1,5,6,8]
In-115 Indium-115 (In-115) jika terkena neutron cepat akan menghasilkan isotop I-115m dengan reaksi In-115(n,n’) In-115m. Isotop In-115m memancarkan radiasi γ berenergi 0,335 MeV, mempunyai waktu paro 4,5 jam, energi ambang 1,2 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 7,47 x 104 dpm/g/Gy. Hasil aktivasi dapat dicacah dengan alat pencacah NaI(Tl). In-115 dapat diperoleh dalam bentuk disc, lempeng tipis, dan silinder. P-31 Fosfor (P-31) jika terkena neutron cepat akan menghasilkan Si-31 dari reaksi P-31(n,p)Si-31. Si-31 memancarkan radiasi β murni berenergi 1,48 MeV, mempunyai waktu paro 2,6 jam, energi ambang sebesar 2,7 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 8,18 x 104 dpm/g/Gy. Hasil aktivasi dapat dicacah dengan pencacah GM. P-31 sebagai detektor aktivasi dapat diperoleh dalam bentuk glas posfat. Dalam mencacah hasil aktivasi harus lebih berhati-hati karena reaksi P-32 (n,α) akan menghasilkan Si-31 yang memancarkan radiasi β dengan energi 1,71 MeV dengan waktu paro 14,3 hari.
216
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
S-32 Sulfur-32 (S-32) akan menghasilkan radioisotop P-32 jika terkena neutron cepat. P-32 akan memancarkan radiasi β murni berenergi 1,71 MeV, mempunyai waktu paro 14,3 hari, energi ambang sebesar 2,8 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 1,20 x 103 dpm/g/Gy. Detektor aktivasi S-32 dapat diperoleh dalam bentuk tablet atau bubuk yang dipres. Hasil aktivasi dapat dicacah dengan pencacah GM. Ni-58 Nikel-58 (Ni-58) akan menghasilkan Co-58 jika terkena neutron cepat. Co-58 akan memancarkan radiasi γ berenergi 0,81 MeV, mempunyai waktu paro 71 hari, energi ambang sebesar 2,8 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 1,63 x 102 dpm/g/Gy. Detektor aktivasi Ni-58 dapat diperoleh dalam bentuk lempeng tipis (foil). Hasil aktivasi dapat dicacah dengan menggunakan pencacah NaI(Tl). Al-27 Aluminium (Al-27) dapat digunakan sebagai detektror aktivasi neutron yang menghasilkan radioisotop Mg-27 jika terkena neutron cepat melalui reaksi (n,p). Mg-27 ini akan memancarkan radiasi γ berenergi 1,01 MeV dan 0,84 MeV, waktu paro sebesar 9,5 menit, aktivitas jenisnya sebesar 1,65 x 106 dpm/g/Gy, energi ambangnya sebesar 4,7 MeV. Al-27 jika terkena neutron cepat berenergi 7,3 MeV akan menghasilkan reaksi (n, α) yang menghasilkan radioisotop Na-24 mempunyai waktu paro sebesar 15 hari, memancarkan radiasi γ sebesar 1,37 MeV dan 2,75 MeV, aktivitas jenisnya 3,26 x 102 dpm/g/Gy dan dapat dicacah dengan pencacah NaI(Tl). Fe-56 Ferum atau besi (Fe-56) jika terkena neutron cepat berenergi 6,3 MeV akan menghasilkan Mn-56 dari reaksi Fe-56 (n,p) Mn-56. Mn-56 mempunyai waktu paro 2,58 jam, aktivitas jenisnya sebesar 1,29 x 103 dpm/g/Gy, dapat dicacah dengan NaI-(Tl). Mg-24 Mangan atau Magnesium (Mg-24) jika terkena neutron cepat berenergi 7,2 MeV akan menghasilkan reaksi Mg-24 (n,p) Na-24. Na-24 mempunyai waktu paro 15 jam, memancarkan radiasi γ berenergi 1,37 MeV dan 2,75 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 6,19 x 102 dpm/g/Gy. PEMBAHASAN Di antara detektor aktivasi yang telah disebutkan di atas yang mempunyai energi ambang terendah dalam In-115, yaitu 1,2 MeV artinya bahwa neutron cepat yang dapat dideteksi oleh In-115 adalah neutron yang mempunyai energi ≥ 1,2 MeV. Detektor aktivasi lainnya adalah untuk P-31 217
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
mulai energi 2,7 MeV, S-32 dan Ni-58 mulai energi 2,8 MeV, sedangkan untuk detektor aktivasi lainnya ≥ 4,7 MeV. Detektor aktivasi yang mempunyai waktu paro yang sedang (orde hari) adalah S-32 dan Al-27. Untuk S-32 mempunyai waktu paro 14,3 hari dan Al27(n,α)Na-24 mempunyai waktu paro 15 hari. Sedangkan detektor yang lainnya ada yang terlalu singkat ada yang terlalu lama. Al-27(n,p)Mg-27 mempunyai waktu paro sangat singkat yaitu 9,5 menit, Fe-56 dan In-115 mempunyai waktu paro sekitar 2,6 jam, dan yang mempunyai waktu paro terpanjang adalah Ni-58 yaitu 71 hari. Bentuk detektor aktivasi neutron yang terbaik adalah metalik karena tidak mudah rusak dalam berbagai kondisi. P-31 biasanya dalam bentuk tablet atau bubuk yang dipres, bentuk inipun kurang menguntungkan jika dibandingkan dengan In-115, Ni-58, Al-27, Fe-56 dan Mg-24 yang berbentuk metalik. Aktivitas jenis yang merupakan hasil aktivasi neutron terhadap detektor pada umumnya baik yaitu pada orde 102 dpm/g/Gy. Aktivitas jenis tertinggi dihasilkan oleh Al-27 sebesar 1,65 x 106 dpm/g/Gy dan terkecil dihasilkan oleh N-58 sebesar 1,63 x 102 dpm/g/Gy. Pencacahan aktivitas jenis hasil aktivasi pada umumnya mempunyai tingkat kemudahan yang sama yaitu dapat dicacah dengan alat cacah NaI(Tl) kecuali P-31 dan S-32. Hasil aktivasi dari P-31 dan S-32 selain dapat dicacah dengan NaI(Tl) dapat pula dicacah dengan pencacah GM, karena kedua jenis detektor ini memancarkan radiasi β murni. Dengan demikian pencacahan terhadap P-31 maupun S-32 lebih mudah. Jika ditinjsu dari segi ekonomi, detektor aktivasi S-32 jauh lebih ekonomis dibandingkan dengan detektor aktivasi metalik (In-115, Ni-58, Al-27, Fe-56, Mg-24) maupun P-31 yang berbentuk glas forfat. Dari kedelapan detektor aktivasi neutron cepat yang telah dibicarakan diatas tidak ada yang bersifat toksik. Dari pembahasan diatas dapat diambil kesimpulan bahwa yang paling bagus digunakan sebagai detektor aktivasi neutron cepat untuk kasus kecelakaan kekritisan adalah S-32 karena S-32 mempunyai keunggulan dibandingkan dengan detektor-detektor aktivasi tersebut diatas antara lain : 1. Mempunyai energi ambang yang cukup rendah yaitu ≥ 2,8 MeV 2. Mempunyai waktu paro yang tidak terlalu singkat dan tidak terlalu lama (14,3 hari) 3. Pencacahan hasil aktivasi relatif lebih mudah, hanya dengan pencacah GM sudah dapat dicacah. 4. S-32 dapat diperoleh dengan kemurnian yang tinggi 5. Mempunyai respon yang cukup tinggi terhadap neutron cepat 6. Harganya ekonomis dibandingkan dengan detektor aktivasi lainnya. Alternatif selanjutnya setelah S-32 adalah In-115, namun kelemahan In-115 adalah mempunyai waktu paro yang singkat, kemudian P-31 dan Ni-58. Jika spektrum neutron cepat bervariasi sebaiknya menggunakan gabungan beberapa detektor aktivasi , dalam hal ini dapat menggunakan 218
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
gabungan antara In-115 dan S-32 sebagai detektor aktivasi neutron cepat. In115 selain mampu mendeteksi neutron cepat mulai energi 1,2 MeV juga mampu mendeteksi neutron lambat, sehingga dengan menggunakan gabungan In-115 dan S-32 dapat memperoleh perkiraan dosis neutron cepat dan sekaligus neutron lambat. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa S-32 merupakan detektor aktivasi neutron cepat yang mempunyai keunggulan lebih dibanding detektor neutron cepat lainnya. Dan akan lebih baik lagi jika penggunaan detektor neutron cepat tidak hanya tunggal tetapi gabungan yaitu In-115 dan S-32, hal ini akan saling melengkapi sehingga dapat menambah luasnya spektrum neutron yang dapat dideteksi dalam kasus kecelakaan kekritisan nuklir. DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA, Neutron Monitoring Radiological Protection, Technical Report Series No. 252, Vienna (1985). 2. IAEA, Nuclear Accident Dosimetry System, Vienna (1970) 3. DELAFIELD H.J., Nuclear Accident dosimetry, Radiation Protection Dosimetry Vo.10, Nuclear Technology Publishing, england (1984) 4. GICHHOLZ GEOFTREY G.and POSTON JOHN W., Principles of Nuclear Radiation Detection Ann Arbor Science Publiching Inc, Georgia (1979). 5. IAEA, Nuclear Accident Dosimetry Systems, Proceedings of a panel Vienna 17-21 February 1969, Vienna (1970) 6. IAEA, Dosimetry for Criticality Accidents a manual, Technical Report Series No.211, Vienna (1982) 7. CROSS WG, Technique of Determining fast Neutron Dose from activation of Sulfur Tablets in Chalk River Film Badge, Ontario (1963). 8. MAJBORN, Radioprotection a Critical review of Nuclear Accident Dosimeters, Cimmission of The European Communities, Belgium (1980) 9. PERLINI G. et.al. The S-32(n,p)P-32 Threshold Detector and Itas Application for Fast Neutron Dosimetry Riedel Publiching Company, Bostom (1984).
219
