~~.'
Prosiding Presentasi llmiah Keselamatan Radiasi daD Ungkungan VIII, 23 -24 Agustus 2000 Puslitbang Keselamatan Radiasi daD Biomedika Nuklir -BA TAN .'
.'
~
KONSTRUKSI SPEKTROMETER GAMMA LATAR RENDAH UNTUK PENGUKURAN CONTOH LINGKUNGAN Wallyudi dan Bunawas PuslitbaIlgKeselaInatanRadiasidan Biomedika Nuklir -BATAN
bs ABSTRAK KONSTRUKSI LINGKUNGAN.
SPEKTROMETER
GAMMA
LATAR
RENDAH UNTUK
PENGUKURAN
CONTOH
Telah dirangkai sistem spektrometer gamma dengan detektor Gennanium kemurnian tinggi untuk
pengukuran radioaktivitas tingkat rendah di ruang basenlent, dimana laju paparan kosmik 2,34 J.1R/jam.Reduksi latar belakang dilakukan dengan perniliban bahan perisai titnbal ganda, daD penekan radon thoron dengan lJusapolystyrene. Laju cacah terintegrasi untuk interval energi 180 -2653 keY adalah 0,0559 :f:0,0157 cps. Latar belakang pada rentang energi ini dapat direduksi dengan faktor reduksi sebesar 20,53 dan untuk Cs-137 pada energi 661,66 keY dengan faktor reduksi sebesar 46,45. Kalibrasi efisiensi detektor digunakan sumber standar gamma campuran dalam beker Marinelli.
Efisiensi detektor sebesar (2.406 :t 0.013)xl0.3 cps/Bq dan batas pendeteksian terendah untuk Cs-137
sebesar 0,263 Bq/kg untuk lama pencacahan 17jam.
ABSTRACT CONSTRucnON OF LOW BACKGROUND GAMMA SPECTROMETER FOR ENVIRONMENTAL SAMPLE MEASUREMENT. A low-level high purity Ge detectionsystemhas been set up in basementroom, where the cosmiL~ exposurerate 2.34 OR/b. A backgroundreduction is achieved by using material selectionthat consist of double led shields and radon tboron suppressionwith polystyrenefarm. The integrated count rate within the energyinterval] 80 -2653 keVis 0.0553:t 0.0]57 cps.The backgroundin the energyrangeis reduced by factor of 20.53and for Cs-137 on the energy 661.66 keV with redul~tionfactor of 46.45. Mixed gammastandard source in Marinelli beakerwas usedto calibrated the detector.The result shows that the efficiency of the detector is (2.406:t 0.013)xlO-3cps/Bq and the lowest limit detectionfor Cs-137is 0,263Bq/kg for countingtime of 17hours.
LATARBELAKANG
dominCUlberasal dari radiasi alamiah dan kosmik.
Spektrolheter gamma dengau detektor Gennanium kemlUlliaJl tinggi (HPGe) YaJlg
dan K-40 [3]. Untuk menekan radiasi alamiah dan
Radiasi alamiah berasal dari deret uranium. thorium
mempunyai
cacah
latar .belakaJlg
kosmik, digunakan shielding
(perisai)
dengan
rendah,
kerapatcul tinggi dengan tingkat radioaktivitas rendah dan pemakai~ ruang bawah tanah radioaktivitas tingkat rendah pacta contoh1ingk'"Ungan. (basemelu) [3,4]. Selain itu perlu diperhatikan pula Cacah latar belakaJlg pada penguk'"Ul"au kondisi lingl'Ungan (ventilasi udara) dan desain aktivitas rendah memegaJlg reran lItama dalaJn perisai latcu. belakang rendall, agar gas radon dan merupakan alar yangrnendukullg wltuk pengul'UfaJl
menentukaJl limit
deteksi atall aktivitas
deteksi
thorO!l rendall, tidak memberikan kontribusi cacah
minimum [1].
latcu"belakculg yang bercu1i[5, 6].
Distribusi diferensial SpekU"lllll d;u-i latar
Laboratorium
cacah
Sub
B idang
belakang berasal dari beberapa sumber yaitll :
Kesel,unatcul Lingkungan di Pusat Penelitian dan
sistem eleku"onik, radioaktivitas
Pengembangan Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir (p3¥.RBiN- BATAN), dalam
detektor, radioaktivitas
intrinsik
pada ballaD di
pada sekitar
detektor daJl radiasi kc.smik [2]. Dengall kemajuaJl
kegiatallllya melakukan sertiftkasi cemaran radiasi llluuk contoh lingkungan, maka penggunaan
teknologi instrumentasi dalaJn pembuataJl detektor, sistem elektronik dau radioaktivitas insulnsik dapat dilninimasi, sehingga sumber latar belakang YaJlg
spektrometer gamma latar rendah dengan cacah latar bel,tkculg YCUlg relatif konstan mutlak
145
PI'ese"~si Ilmiah Keselama~D Radiasi daD Liogkuogao VIII, 23 -24 Agustus 2000
dan 46,S keY radiasigammadari Pb-210. Sebagai contoh Gambar 2 memperlihatkanefek Pb-210padatirnb~ apabila hanya tirnbal yang digunakan sebagai perisai. Dalam upaya untuk menghilangkansinar-xdan bremstahlung, ditambahkantembagamurni (Cu) tebal 3 Inm. Gas radon clan thoron masuk secara difusi
dapat
clan meluruh
di
bagirol dalam perisai. Hasil luruhannya yrolg berupa partikel padat yaitu Pb-214, Bi-214, Pb-212, Bi-212 clan 11-208 dapat memberikan
sumbangan
cacah
latar
belakang berarti (lihat Gambar 3). Oleh karena
itu,
ruang
di
dalam
perisai
diupayakan sedikit mungkin terisi udara. Upaya yang dapat dilakukan yaitu dengan rnemberian
Gambar 1. Skema detektor HPGe di d~lam pl'risai latar
busa
polystyrene
atau
pengaliran gas N2 kering secara kontinyu selrona pencacahan.
rendah diperlukan sebagai salah satu dasaI"jaInincUl mutu daD parameter konu"ol
mutu
dalcull
evaluasi
radionuklida alam maupwl nasil fisi [7). Makalctll ini
melaporkaIl
kinelja
konstruksi
perisai
spektrometer gaInlna wltuk detektor HPGe YaIlg
telah dibuat, dalam mengw-angi cacah latar belakang. KONSTRUKSI PERI..~AI LATAR I{I~NDAH Konsuuksi
pelisai
Ulltuk spektromeler
gamma dengaIl latar beiakaI1g relldah. mellgacu pada rancangan Guibel"t, dkk daI1 Heusser, dkk dengaIl sedikit
modifikasi
[8,9].
Skema
dari
konstt\lksi perisai, diperlihatkaIl pada G,unbcu.1.
Perisai tiInbal terdil~ atas dUcl b,lgicUl YCUlg melingkupi detektor. Bagicul lu,u" tebal 6 cm (l")b,)
Gambar 2. Spektrum radiasi gamma energi rendah dari cacah latar helakang di dalam perisai a). Pb muds (pb-210 -20-30 Bq/kg), h). Ph tua (Pb210 -1 Bq/kg) [9].
dengcul kadcu"radioaktivitas Pb-210 alllcu"a 20-30 Bq/kg. Sedangkcul bagicul dal,un tebal 4 cm (Pb2) terbuat daTi tiInbal tua, dengculkadcu.Pb-210 rendah antcu"a1-5 Bq/kg [2, 10]. Keberadacul Pb-210
YCUlg melepclskcUl
elektron pada peluruhcul f3 menjadi Bi-210 dengcUl Q=I,16 MeV di dalcun timbal menghclsilkClnsinarx (pb x-ray) pada energi 72,R; 75; clan 87,4 keV,
/
P3KRBiN-BATAN
(146
3.
Presentasi llmiah KeselamataD Radiasi daD LiDgkuDgaD VIII, 23 -24 Agustus 2000
Kalibrasi t}
Efisiensi
Sp.ektrometer
.!)'~'I
Gamma
~
,.
";i' ~
~
~i "; I:
;.t
..
r Y~
I)
t ~
:5
!
~
!
~
~
;,~:?~
-"
",'
...
Berdasarkan basil pengukuran latar belakang pada percobaan 2 untuk
2 "}
latar belakang minimum, spektrometer
'"
~
gronma sumber
i:
4...
l~::
;,
dikalibrasi menggunakan standar gamma campuran
dalam wadah Marinelli
ir(;{i
tipe EW-679
buatan Amersham -USA. Efisiensi daD .::
-V
Gambar 3.
"" ., ,: 'I)"
;"""
limit deteksi dihitung persamaan :
:"';":
i::-, , '-'.
Spektrllm latar bclakang tanpa dan dengan adanya gas radon daD thoron di dalam rllang
menggunakan
E. = N. T, -N B, (cps/Bq/kg) I A .Y .m
contoh[5).
(2)
4,66~~~ W
=
(Bq/kg) Y.m.E.
TATA KERJA
.I
(3) belakang di ruallg LJasemeru,dimalla speku"ometer
deugaIl : Ej = etisiensi speklrometer gamma untuk energi
gamma dengan perisal latal" rendah dilempatkall dilakukall beberapa kegiatall yailu :
terteutu ( Cps/Eq I kg ) LD = batclSterendali pendeteksian dengan tingkat
Untuk mengetahui komponell radiasi latar
kepercayaan 95% {Bq/kg) NTi = laju cacah total (cps)
Pengukuran Radiasi Kosmik [10)
NTi = laju cacah total (cps) Radiasi
kosmik
(D:"".mi"
) raJa
rentaIlg
energi 4-50 MeV dapat diukur
berdasill-killl
selisih
bacaan laju dosis daTi monitor
lingkungan
dengilll
swvei
meter ERM tipe 6-80
terhadap
radiasi
spektrometer
kosmik
gillnrna
dilll
(D'ERM ) Yillig peka alamiall
TSi = waktu pencacahan latar (detik) A
=
aklivitas sumber standar ( Bq )
Y = kelimpahan energi gamma untuk Cs-137=85%. m = massa saInpel (kg)
dan dengan
in situ (D';II .r;II' ) yang hilllya
BASIL DAN PEMBAHASAN
peka terhadap radiasi alillnial.l.
(~j)
D""'smi" = D'ERM-D';n.';III
Penempatallspektrometergamrnat\~ruang
ba.\'em(~ntdilakukan 2. Pengukuran
Rawasi
Latar
belakang
agar radiasi kosmik rendah.
Berdasat.k.mpengukuran yang telah dilakukan, ternyala paparall radiasi kosrnik di ruang basement
Speku"Um radiasi gallllna diuk'"Uf selama 17 jam
latar
relldah
untuk beberapa kondisi
antara lain a. Detektor HPGe di luar perisai .
sebesar 2,34 ~jarn ini berarti radiasi kosmik dapat direduksi 24% dibandingkandi luar ruangan (Tabel 1).
b. Detektor HPGe di dalam perisai lanpa exhaust
fan. c. Detektor HPGe di dalam perisai dengllil (~xhau"\"t
fan.
147
P3KRBiN-BATAN
f'rcsel1lasi Ilmiah Kcsel:ll11:1tal1 Radiasi daD LingkuDgan Vill, 23 -24 Agustus 2000
Tabell. Paparan radiasi kosmik di G<.-duog c, P3KRBiN
Tabel 2. K()ntriIJtlsi radiasi alamiah di rtlang basement
Un...,ur Energy
~
K-40 U-238
1461.1
Nil
"'aktu .'
[cp~(ml~fJ)J
i
0.3947
.I
cacah I Net. Area
(detik)
Paparan (mR/i)
3.60E+O3
2.76E+O3 1.94240 1.94240 5.98E+O2 1.37852 1.25E+O3 1.62557 1.16E+O3 1.58030 1.31E+O2 ! 1.56175 3.45E+O2 I 1.85006 2.44E+O2 I 1.51968 1.58598
0.1205
3.60E+O3
352
0.2136
3..60E+O3
609
0.2039
3.60E+O3
768
0.0233
3.60E+O3
1120
0.0518
3.60E+O3
1765
0.0446
3.60E+O3
111-232 239
0.2346
338
0.0518
583
0.0929 .
3.60E+O3 3.60E+O3 3.60E+O3
295
Rerata
:
Cs-137
0.0696
3.60E+O~ 3.60E+O3 3.60E+O3 3.60E+O3
1.50E+O3 4.71E+O2 9.35E+O2 2.54E+O2 6.92E+O2 3.77E+O2 6.69E+O2
2.6145
3.60E+O3
7.46E+02I 0.07926 0.07926
727
.0.0256
911
0.0788
969
0.0602
2615 662
Jllmlah =
P3KRBiN-BATAN
1
1.77607 :
2.52574 :
2.79572 2.75608 2.43937 1.73957
2.67002
2.38608
5.99372
148
Tabel 3. Laju cacah latar belakang spektrometer gamma di Illar daD di dalam perisai barn
(M-2000).
Tabel4.
Perbandingan ca(~ahlat2r antara perisai lama daD perisai baru (M-2000) "otuk lama pencacahan 17 jam.
Radiasi
alamiall
ymlg
memberikan
Pada Tabel 4 diperlihatkan kemampuan
kontribusi cacalI latar belakmlg p,lda speku"ometer
pelisai bcuu (M-2000) dibandingkan perisai lama,
gamma, di dalam rumlg basement domillall berasal
dalam mcnekan radiasi
dari peluruhan thorium dan K-40, baru kemudiml peluruhan Ul'anium ([abel 2), Selain ilu radiasi latar
perbedaan 2,342 kali untuk spektrum energi 1832653 keY dCUlkhusus untuk Cs-137 pada energi
belakang yang berasal dm; basil fis; isolop Cs-137
661,66 keY dengan perbandingan 3,631. Ini berarti
pada energi 661,66 keY teramati dengau kollu"ibusi
dalcull pengukuran Cs-137 untuk contoh lingkungan
laju dosis sebesar 0,079 ~LRZiam,Ini berarti ada
batas lerelldah pendeteksian pengukuran dapat di
swnber standm" Cs-137 di lllang ba.,"(~lIIell/,oleh
turullkall 59% lebih rendah dibandingkan barns
karena itu sumber stmldm" lersebut perlu dipilldah
terendah pendeteksian sebelumnya.
latar belakang dengan
ke lum' ruangan ba.\'emenl. Laju
cacalI
latar belakallg
Iota I )'ang
berasal dari radiasi alamiaJl dapat direduksi 20,5 lebih rendalI dengml mellggullakan
perisai timbal
" setebal 10 cm yang dilapisi tembaga 3 mm, ulltuk ) pengukurml Cs-137, radiasi latmllya mellcapai 46
Berdasarkanbasil kalibrasi menggunakan sumber standar gamma campuran dalam wadah Marinl'lli buataIl Amersham USA, diperoleh etisiensi deteksi Ulltuk pengukuranCs-137sebesar \
(2,41)6 :t O,OI3)xlO-3 cps/Eq dengan barns terendah
kali lebih rendalI (Tabel 3),
149
P3KRBiN-BATAN
['reseDtasi limiah KeselamalaD Radiasi daD Lingkungan VIU, 23 -24 Agustus 2000
deteksi
sebesar
0,263
Bq/kg
waktu
1II1lllk
pencacahaIl selaIna 17jaIn.
~IMPULAN
DAN SARAN
1. Konstruksi pelisai timbal (Pb) teball 0 cm yrolg dilapisi tembaga (Cu) tebal 3 mIll, mronpu menekan radiasi latro- belakrolg pada spektrometer garnxna untuk ellergi l83-2653 keY dengan faktor reduksi sebesar20,53. 2. Batas terendah pendeteksiall pellgukuran Cs-137 Wltuk contoh lulgl'Ungrol sebesro'0,263 Bq/kg, 59% lebih rendah dibandillgkrol batas terelldah pendeteksian
sebelWllIlya
pada
menggunakan perisai lama. 3. Untuk menjaga kestabilrol
saat masih radiasi
belakang, maka setelah. dilakukrol sumber
standar
disimp'im
latro-
kalibrasi,
diluar
I1lrolgrol
ba.\"ement clan dibeli peris.1i Pb.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. MisdaI. daIl BambaIlg W.O. alas sUlnbculgsih
6. SUGIURA. N., KOSAKO, T., and EGUCffi, H., Radon influence in the estimation of backgroundof wlwle body counting,Procedure nU'A (1996)415-417. 7. PC)f'(:>VIC, D., TODOROVIC, D., DJURIC, G., aIJd RADOICIC, A., Background radiation spectrumand its influence on low-level activity mell.'iurementsin the environmental samples, ProcedureIRPA (1996)573-575. 8. GUIBERT, P., and SCHVOERER M., TL Dating: Low backgroundgamma spectrometry a.5(1 tool for the detennination of the annual dose, Nuclear Track and Radiation Measurements ~ (1991)231-238. 9. HEUSSER,G., KLAPDOR H. V., PIEPKE. A., SCHNEIDER, J., MANSOUR, N., and STIlliCKER, H., Construction of low level Ge detector,J. Applied Radiation and Isotopes1Q (1989)393-395. 10.MILLER, K.M., AND BECK, H.L., Indoor g(llllma and cosmic ray exposure rate 1/il'lI.'iUI-elllents using a Ge spectrometerand p'"i'suri.5ed ionisation chamber, Radiation ProtectionDosimetry 7 ( 1984) 185-189.
tenaga daD pemikircul dalcun pembu,llcul lJerisai
latar rendah.
I>L~KUSI
DAFTARPUSTAKA
Pujadi, P3KRBiN -BA TAN
1. DEBERTIN, K., HELMEI{, I{., GO/tuna and .\:-
a. Apa lUjUall saudara mengukur Tamasi kosmik
ray spectrolnetry with ...emiconductor dl!tectot-s. No11h-Holland, Alnsterdam (1988).
(al,uniah ) sebab saudara sudah mengukur latar
2. NUNEZ LAGOS, R., aIId'YIRT<:>, A., Shieiduig and background reduction, J. Applied I{adiation and Isotopes.41 (1996) 1011-1021. 3. ARPESELLA,
C., A low back.~round counting
facility at lal}oratori Naziomlli del Gran Sasso, J. Applied Radiation aIld Isotopes .41 (1996)
bel~tkallg .Alia
tidak cukup latar belakang saja
yaIlg diukur.? b. Apa maksud "laju cacah terintegrasi" ? Pada peIlgukuran ini
ketidak
s~ludaI-a cukup
besar
pastian sekitar
pengukuran 30 %.
Apa
komentar anda ? c. Pad~l absu"ak saudara tertulis : reduksi 46.45 1lIltuk Cs-137. Pada presentasi saudara katakan
991-996. 4. MOUCHEL,
D., aIld WOI{DEL.
energy
detector;\'
HPGe
radioactivity
1{.. A lolv
dl!dicaJed
mea.\'urement.\'
.far
59(7/1 marIa Yallg benar ?
10
belalv
WahYlldi, P3KRBiN -BATAN
environlnental leveL\', J. Applied l{adiation a.lld a. Pactapengnkuran zat radioaktif, sumber radiasi
Isotopes.41 (1996) 1033-1041. 5. HEUSSER,
G.,
aIId WOJCIK,
M.,
l?ad,}n
alam
maupwl
kosmik
juga
mempengaruhi
supresion in low If!vel cou.1l1in.~.J. Applied
pellgukuran. Radiasi kosmik di basement lebih
Radiation aIld Isotopi~S.4l (1992) 9-18.
kel'il (libaIlditlgkan
di tempat lainnya (lantai
1.2.3) sehingga pengul'Ufan kosmik cukup
P3KRBiN-BATAN
150
mendul..'UllgpenempataIl slJektrometer galmna di basement. b. Laju cacah terintegrasi adalall la.;u cacah total 183-2653 KeV UIltuk
lJer second/waktu. Sehingga
pengukurall
contoh
dall di dalam perisail shielding. AIlgka 59% pel.-balldingan
limit
(Iebih tebal )
lingkungal1/latar
mempUilyai ketidakpastiall Yallg beSal'. c. Angka 46,45 adalah faktor reduksi alltal°adi lllar adalah
Mengapa digunakan peri~ai dengan dua lapisaI!" Mengapa tidak digwlakan perisai dengan satu lapis,"! tapi dengan ketebalan yang tertentu
deteksi
alltara
shielding lama dall ballI, Salna -Salna di dalam shielding UIltuk pencacahan 17 Janllari.
WahYlldi, P3KRBiN -BA TAN
LapisaJlI mempunyai konsentrasiPb-210 :t 1-5 Bq/kg, kita namakanPb tua, harganyamahal. Lapisan 2 kita gunakan Pb yang ada di pasaran, har-ganyalebih murah. Jadi faktor yang utama adalall haroga.
Eni, P3KRBiN-BA TAN
151
P3KRBiN-BA TAN
