PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 26 September 2012
PENENTUAN KEMBALI KOMPOSISI KOMPOSIT KARET ALAM TIMBAL OKSIDA SEBAGAI PERISAI RADIASI SINAR-X SESUAI KETENTUAN BAPETEN Kristiyanti, Tri Harjanto, Suripto Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir - BATAN E-mail :
[email protected]
ABSTRAK PENENTUAN KEMBALI KOMPOSISI KOMPOSIT KARET ALAM TIMBAL OKSIDA SEBAGAI PERISAI RADIASI SINAR-X SESUAI KETENTUAN BAPETEN. Telah dilakukan perhitungan kembali kemampuan daya serap perisai radiasi sinar-X untuk tiroid pada pemeriksaan gigi. Perhitungan dilakukan sesuai dengan ketentuan dari BAPETEN No 8 Tahun 2011yang menyebutkan bahwa pelindung tiroid terbuat dari bahan yang mempunyai daya serap setara 1mm Pb. Pelindung tiroid yang akan digunakan adalah apron dari komposisi karet alam timbal oksida. Apron yang pernah dibuat sudah tidak memenuhi ketentuan BAPETEN yang baru sehingga perlu dihitung kembali komposisi komposit. Perhitungan kembali dilakukan dengan cara menghitung daya serap secara teoritis komposisi komposit dengan mempertimbangkan sifat fisikanya. Daya serap merupakan fungsi dari koefisien linier (µ) dan tebal bahan komposit. Sampel komposit yang telah memenuhi ketentuan kemudian diuji dengan menggunakan pesawat sinar-X tegangan 80 kV yaitu tegangan sesuai untuk pemeriksaan gigi. Dengan menggunakan perhitungan secara teoritis dan pengujian didapatkan untuk komposit dengan komposisi 500 pphr (part per one hundred rubber) tebal 3 mm didapatkan daya serap setara dengan pelat Pb 1 mm dan dari sifat fisik meliputi kuat tarik, perpanjangan tetap, perpanjangan putus dan kekerasan masih memenuhi standar. Kesimpulan dari perhitungan kembali ini adalah hasil penentuan komposisi bisa digunakan karena sudah memenuhi ketentuan yang berlaku. Kata kunci : komposisi apron, karet alam, sinar-X, tiroid, BAPETEN.
ABSTRACT REDETERMINATION COMPOSITION OF NATURAL RUBBER LEAD OXIDE COMPOSITE FOR X-RAY RADIATION SHIELDING COMPLY WITH BAPETEN REGULATION. It has been done recalculation the ability of absorption of X-ray radiation shields for thyroid the dental diagnostic. The calculation is done because in accordance with the provisions of Bapeten No. 8 Year 2011 statement of that thyroid shield is made of absorbent material having a 1 mm Pb equivalent. Thyroid shield to be used is the apron of the natural rubber composition of lead oxide. The apron has ever made did not meet the BAPETEN regulations so that the composite composition should be recalculated. Recalculation is done by calculating the theoretical absorption of composite composition by considering its physical properties. Absorptive capacity is a function of the linear coefficient (μ) and the thickness of composite materials. Composite sample was then tested to comply with the 80 kV X-ray voltage that is suitable for dental diagnostic. By using a theoretical calculation and testing of composites with the composition obtained for 500 pphr (part per one hundred rubber) obtained 3 mm thick absorptive capacity equivalent to 1 mm Pb plate and of the physical properties including tensile strength, permanent set, elongation at break and hardness still meet the standard. The conclusion of this recalculation is the result of the determination of the composition can be used because it already meets regulations. Keywords: composition of the apron, natural rubber, X-rays, thyroid, Bapeten. Kristiyanti, dkk.
ISSN 1410 – 8178
Buku I hal. 29
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 26 September 2012
PENDAHULUAN
P
emeriksaan gigi yang menggunakan sinar-X, dibutuhkan pelindung (perisai) untuk melindungi tiroid dari paparan radiasi sinar-X yang berlebih. Apron adalah peralatan yang digunakan sebagai bahan pelindung terhadap radiasi sinar-X. Fungsi sebagai pelindung terhadap radiasi sinar-X ditunjukkan dengan daya serapnya terhadap radiasi sinar-X. Prinsip perisai radiasi ialah mengurangi fluks radiasi dibalik perisai. Pengurangan ini dapat terjadi karena terjadinya interaksi radiasi sinar-X dengan material perisai. Apron sebagai bahan perisai radiasi terbuat dari komposit karet alam timbal oksida. Bahan tersebut digunakan karena secara fisik memiliki sifat elastis, yang ditunjukkan dengan uji kuat tarik, perpanjangan tetap dan perpanjangan putus. Sesuai dengan peraturan Ka. BAPETEN No 8 tahun 2011 tentang keselamatan radiasi dalam penggunaan pesawat sinar-X Radiologi diagnostik dan intervensional, sebagai perlengkapan proteksi radiasi disebutkan bahwa pelindung tiroid terbuat dari bahan yang mempunyai daya serap radiasi setara dengan 1 mm (satu milimeter) Pb[1]. Jika pelindung tiroid hanya terbuat dari pelat Pb tebal 1 mm, maka tidak bisa digunakan karena sesuai dengan karakteristik Pb yang lunak akan mudah sobek dan patah. Untuk itu perlu dibuat pelindung apron dari komposit karet timbal oksida yang lebih nyaman dipakai. Perhitungan ulang daya serap dilakukan karena apron untuk tiroid yang telah dibuat masih mengacu pada standar proteksi radiasi yang lama yaitu daya serap untuk pelindung tiroid setara dengan tebal pelat Pb 0,35 mm ekivalen dengan komposit karet alam timbal oksida dengan komposisi 250 pphr (part per one hundred rubber) dengan ketebalan 2 mm[2]. Tetapi dengan adanya SK BAPETEN tersebut diatas maka komposisi komposit harus disesuaikan sehingga daya serap komposit memenuhi dengan menaikkan kandungan timbal oksida. Dari hasil pengujian didapatkan tebal komposit yang diharapkan mampu menyerap radiasi pada komposisi 500 pphr dan tebal 3 mm. TEORI Pesawat sinar-X yang digunakan pada pemeriksaan gigi dioperasikan pada tegangan 80 kV sehingga energi maksimum yang dibangkitkan sebesar 80 keV. Apron dibuat dari komposit karet alam dan timbal oksida. Kemampuan komposit sebagai penyerap radiasi tergantung pada koefisien serapan linier (µ) dan masa jenis (ρ) dari bahan. Koefisien serapan linier bisa dihitung dari data koefisien serapan massa (µ/ρ). Karet alam yang Buku I hal. 30
digunakan sebagai komposit mempunyai rumus kimia C8H16 [4] sedangkan timbal oksida mempunyai rumus kimia Pb3O4. Untuk menghitung daya serap, maka unsur-unsur pembentuk komposit yang dominan dicari koefisien serapan liniernya untuk menghitung koefisien serapan senyawa. Unsur pembentuk komposit yang dominan meliputi H, O, C dan Pb ( Tabel 1 ). Penentuan komposisi komposit dilakukan dengan cara perhitungan secara teoritis dan pengujian dilakukan dengan mengukur daya serap sinar-X menggunakan pesawat sinar-X untuk komposisi yang telah dihitung. Karena pesawat sinar-X yang akan dioperasikan pada pemeriksaan gigi tegangan 80 keV maka koefisien serapan masa akan diperhitungkan pada energi 80 keV. Tabel 1. Koefisien serapan massa (µ/ρ) dan masa jenis (ρ) unsur pembentuk komposit yang dominan pada energi 80 keV[5]. Unsur C O H Pb
µ/ρ Berat ρ (gr/cm3) µ (cm-1) (cm2/gr) atom 0,158 2,25 0,3555 12 0,163 0,001429 0,0002329 16 0,309 0,00008988 0,00002777 1 2,12 11,34 24,0408 207
Komposisi komposit dinyatakan dalam satuan pphr yang merupakan perbandingan antara berat timbal oksida pada setiap 100 gram karet alam. Untuk menghitung volume karet alam dan timbal oksida pada setiap komposisi apron digunakan Persamaan 1. (1) dengan : V = volume (cm3) G = berat (gr) ρ = masa jenis (gr/cm3 ) Koefisien serapan massa komposit bisa dihitung dengan menggunakan Persamaan 2. (2) komposit = ∑wi ( i. dengan : µ = koefisien serapan linier (cm-1 ) ρ= masa jenis (gr/cm3 ) wi = fraksi berat masa dalam komposit. Daya serap komposit terhadap radiasi sinarX dapat dihitung berdasarkan intensitas radiasi sinar-X pada saat melewati sampel komposit dengan menggunakan Persamaan 3 Io = I x e- µx (3) dengan : Io = intensitas sinar-X sebelum melewati sampel I = intensitas sinar-X sesudah melewati sampel µ = koefisien serapan linier (cm-1 ) x = tebal sampel (cm)
ISSN 1410 – 8178
Kristiyanti, dkk
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 26 September 2012
Persamaan daya Persamaan 4 Daya serap =
serap
sampel
menggunakan
x 100 % .
(4)
Hasil subsitusi Persamaan 3 dan 4 didapatkan Persamaan 5 Daya serap = (1 - e-µx) x 100 %
(5)
Komposisi komposit yang dihitung kembali meliputi komposisi 300 pphr, 400 pphr, 500 pphr dan 600 pphr dengan tebal 3 mm. Cara Perhitungan Komposisi komposit ditentukan berdasarkan perhitungan daya serap teoritis untuk komposisi 300 pphr, 400 pphr, 500 pphr, 600 pphr dengan tebal 3 mm. Sedangkan untuk komposisi lebih dari 600 pphr tidak dilakukan karena hasil uji sifat fisik sudah tidak memenuhi standar[3]. Hasil perhitungan sampel komposit yang memenuhi ketentuan dan sampel pelat Pb tebal 1mm dilakukan pengujian dengan cara disinari bersama-sama dengan sinar-X dan hasil daya serapnya dibandingkan. Perhitungan daya serap komposit dengan komposisi 300 pphr dan tebal 3 mm untuk energi 80 keV Berat karet alam (C8H16) = 100 gram dengan ρ = 0,95 gr/cm3 Berat timbal oksida (Pb3O4) = 300 gr dengan ρ = 9,3 gr/cm3 Berat komposit = 100 gr + 300 gr = 400 gr Volume komposit = 138,227 cm3 Dengan menggunakan Persamaan 1 didapat : ρ komposit = 2,8938 gr/cm3
WC =
= 0,79
WH =
= 0,13
WH =
= 0,9
WH = = 0,09 (µ/ρ)komposit = 2,0877 cm2/gr
µkomposit
= 6,0414 cm-1 daya serap komposit untuk tebal 3 mm (0,3 cm) digunakan Persamaan 5 daya serap = 1 – e (6,0414)(0,3) x 100 % = 83,67 %. Perhitungan daya serap untuk komposit dengan komposisi lainnya (400 pphr, 500 pphr dan 600 pphr) dapat dilihat pada Tabel 2. Hasil perhitungan daya serap komposit secara teoritis ini akan dibandingkan dengan hasil perhitungan daya serap Pb untuk tebal 1 mm pada energi 80 keV. Sampel komposit dengan daya serap ekivalen Pb tebal 1 mm selanjutnya akan diuji dengan menggunakan pesawat sinar-X untuk dibandingkan daya serapnya. Kristiyanti, dkk.
Tabel 2. Perhitungan teoritis daya serap untuk komposit pada energi 80 keV Komposisi 300 pphr 400 pphr 500 pphr 600 pphr Pelat Pb
Tebal (mm) 3 3 3 3 1
ρ µ (cmDaya 3 1 (gr/cm ) ) serap (%) 2,89 6,0414 83,67 3,35 6,9955 87,7 3,74 7,888 90 4,09 8,5 92 11,34 90,96
Pengujian daya serap komposit dengan menggunakan pesawat sinar-X. Bahan dan alat yang digunakan : Sampel komposit Pelat Pb tebal 1 mm Pesawat sinar-X Film sinar-X Densitometer Mikrometer Cara pengujian : Tebal sampel diukur dengan alat ukur mikrometer. Sampel komposit dan pelat Pb disinari dengan sinar-X energi 80 keV, hasil film sinar-X dibaca dengan menggunakan densitometer. Untuk mengukur intensitas bagian film yang tidak terhalang sebagai Io dan intensitas bagian film yang terhalang sampel atau Pb sebagai I. Dengan menggunakan Persamaan 4 bisa dihitung daya serap untuk sampel dan pelat Pb. Sampel komposit diuji sifat fisiknya sesuai dengan standar. HASIL DAN PEMBAHASAN Pemilihan tebal komposit 3 mm pada perhitungan teoritis didasarkan pada hasil pembuatan apron hasil penelitian yang terdahulu, yang mempunyai komposisi 250 pphr dimana tebal 2 mm ekivalen dengan tebal pelat Pb 0,35 mm sehingga untuk menaikkan kesetaraan dengan tebal pelat Pb 1 mm sesuai ketentuan saat ini, bila tetap menggunakan komposisi 250 pphr maka akan dibutuhkan tebal apron yang lebih besar sehingga tidak nyaman dalam penggunaan. Sehubungan dengan hal tersebut maka komposisi apron harus disesuaikan dengan menambah prosentase timbal oksida, Tetapi dari sifat fisik masih harus memenuhi standar. Hasil uji sifat fisik yang dilakukan terhadap sampel untuk beberapa komposisi disajikan seperti pada Tabel 3. Dari hasil uji fisik bisa diketahui bahwa untuk komposisi diatas 600 pphr maka uji kuat tarik dan perpanjangan tetap sudah tidak memenuhi standar, sedangkan untuk komposisi 500 pphr sudah melewati sedikit dari standar sehingga perhitungan teoritis dilakukan hanya untuk komposisi dibawah 600 pphr.
ISSN 1410 – 8178
Buku I hal. 31
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 26 September 2012
Tabel 3. Hasil uji sifat fisik terhadap beberapa komposisi sampel komposit[6] Sifat
Kekerasan, (shore A)
Standar acuan [3] SNI Komposisi komposit 300 400 500 600 700 Keterangan : * = nilai maksimum,
65* 50 61 44 46 48 ** = nilai minimum
Untuk menguji daya serap komposit komposisi 500 pphr dengan pelat Pb 1 mm digunakan pesawat sinar-X. Karena sampel komposit yang tersedia hanya mempunyai ketebalan 2,3 mm sedangkan sampel dengan tebal 3 mm tidak tersedia maka dalam pengujian digunakan sampel dengan tebal 2,3 mm tersebut. Sedangkan daya serap dengan tebal 3 mm dihitung dengan menggunakan Persamaan 5 . Dari hasil pembacaan film dengan menggunakan densitometer didapatkan harga intensitas seperti disajikan pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil uji daya serap dengan pembacaan intensitas dari film sinar-X Bahan
Intensitas
Io Komposit 500 pphr Pelat Pb
2,92 0,95 0,99
Tebal Daya (mm) serap (%) 2,3 95 1,0 99,3
Dari hasil uji didapatkan bahwa untuk komposit 500 pphr tebal 2,3 mm daya serap komposit 95 %. Perhitungan daya serap dengan menaikkan tebal menjadi 3 mm dihasilkan daya serap 98,1 % sehingga sudah mendekati daya serap pelat Pb yaitu 99,3 %. KESIMPULAN Dari hasil perhitungan, komposit pada komposisi 500 pphr mempunyai daya serap setara dengan pelat Pb tebal 1 mm sedangkan sifat fisiknya memenuhi standar yang diacu, sehingga bahan komposit karet alam timbal oksida pada komposisi 500 pphr dengan tebal 3 mm bisa digunakan sebagai apron pelindung tiroid pada pemeriksaan gigi yang menggunakan radiasi sinarX. DAFTAR PUSTAKA 1. SK. Ka BAPETEN No 8 Tahun 2011, “Keselamatan Radiasi dalam Penggunaan Pesawat Sinar-X Radiologi Diagnostik dan Intervensional”. 2. KRISTIYANTI dkk, “Perekayasaan Perisai Radiasi Tiroid Menggunakan Komposit Lateks Buku I hal. 32
Kuat tarik, (kg/cm2) 6** 13,5 14,3 6,97 6,99 5,89
3.
4. 5. 6.
Perpanjangan putus (%) tetap (%) 400** 10* 610 5,4 580 8,4 435 10,3 432,4 12,7 373,02 31
Cair Timbal Oksida dengan Teknologi Ultrasonik dan Suhu Super Kritis”, Prosiding PPI-PDIPTN 2010, PTAPB, Yogyakarta, 2010. Standar Nasional Indonesia (SNI) 06 – 6041 – 1999, Lembaran vulkanisat karet timbal untuk perisai sinar-X, Badan Standarisasi Nasional, 1999. MA.COWD, Kimia Polimer, Penerbit ITB, Bandung, 1981. RG JAEGER, “Engineering Compendium on Radiation Shielding”, Vol I, New York, 1968. KRISTIYANTI dkk, “Penentuan Daya Serap Apron dari Komposit Karet Alam Timbal Oksida terhadap Radiasi Sinar-X”, Prosiding PPI-PDIPTN 2005, Puslitbang Teknologi MajuBATAN, Yogyakarta, 2005
TANYA JAWAB Renaningsih Apakah produk komposit untuk pelindung pemeriksaan gigi telah diajukan SNI ? Sebaiknya dilakukan pengujian kelenturan, daya serap radiasi oleh laboratorium diluar BATAN (D4T), kemudian diajukan SNI untuk dibuat PATEN nya. Kristianti Produk komposit untuk pemeriksaan gigi belum diajukan SNI. Terima kasih atas sarannya. Prof. Samin. Apa yang dimaksud pphr Apakah sudah diverivikasi dan divalidasi Kristianti Part per one hundred rubber yaitu banyaknya timbale oksida dalam 100 gram karet. Sampel sudah diuji dengan pelat Pb tebal 1 mm. Belum diverifikasi dan belum divalidasi. Tri Rusmanto Apakah ada batas waktu penggunaan apron tersebut ?
ISSN 1410 – 8178
Kristiyanti, dkk
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 26 September 2012
Berapa kadar timbale oksida untuk campuran karet tersebut ? Kristianti Berdasarkan sampel yang pernah kami buat pada tahun 2000, daya serap radiasi setelah
Kristiyanti, dkk.
11 tahun (tahun 2011) masih sama sedangkan sifat fisiknya juga masih memenuhi standar. Sebesar 500 pphr artinya untuk 100 gram karet dicampur dengan 500 gram timbale oksida.
ISSN 1410 – 8178
Buku I hal. 33
