Bandung, 8 - 10 Oktober 1991 PPTN - BATAN
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalwn Penelitian Sains don Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas
KONSTRUKSI SISTEM PENGUKURAN RADIOAKTIVITAS LINGKUNGAN DENGAN MENGGUNAKAN TELEMETRI Setyadi Ws*, Riil Isaris*, J. Kamadi** *Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta - Badan Tenaga Atom Nasional **PPNR - Badan Tenaga Atom Nasional ABSTRAK KONSTRUKSI SISTEM PENGUKURAN RADIOAKTIVITAS LINGKUNGAN DENGAN MENGGUNAKAN TELEMETRI. Pengukuran tingkat radioaktivitas lingkungan khususnya tingkat radioaktivitas udara, selama ini dilakukandengan mengukur langsung di lokasi pengukuran dengan membawa perala tan ukur radiasi. Pada kondisi normal dimana interval pengukuran tidak terlalu sering cara ini mudah dalam pelaksanaannya. Teknologi Telemetri yang memungkinkan pengukuran secara jarak jauh tanpa mendatangi lokasi memungkinkan mengganti metode di atas. Sistem ini terdiri dari 2 bagian yaituj stasiun pengukur dan stasi un pengendali. Stasiun pengukur terdiri dari Nuclear Counting System. Pompa isap udara dengan filter dan perisai radiasi, pesawat komunikasi dan pengendali yang menggunakan mikroprosesor Z-80. Stasiun pengendali berfungsi mengendalikan seluruh peralatan dengan komputer yang menggunakan bahasa Turbo Pascal vel' 5.0, terdiri dari komputer IBM PC-XT kompatibel beserta antarmuka dan pesawat komunikasi FM. Sistem pengukuran dan pengendalian menggunakan metode 2 arah, yang memungkinkan pengaturan dilalukan dari stasi un pengendali. Kecepatan transimi data 400 Bit Per Second (BPS) cukup untuk pemantauan radioaktivitas lingkungan. ABSTRACT TELEMETRI IN CONSTRUCTION OF ENVIRONMENT RADIOACTIVITY MEASUREMENT SYSTEM. Environment radioactivity measurement, especially air sampling is normally done by on the spot measurement using nuclear counting system. Telemetry system may be used to subtitute this method. The telemetry system consist of two parts: measurement station which consist of air sampling unit and shielding, radio communication system and control unit utilizing microprocessor Z-80. Control satation consist ofIBM PC-XT compatible & interface, Radio communication system controlled by software using Turbo Pascal vel'. 5.0. Bidirectional methode is used in the system in order to be able to make ajustment from cantrall stasion. Data transmition speed 400 Bit Per Second (BPS) is adequate for environmental radioactivity monitoring.
f'ENDAHULUAN Di dalam alam ini ada bermacam-macam sumber radiasi, baik dari jenis radiasi alami atau radiasi buatan. Sumber radiasi alami dapat berupa sinal' kosmikatau radionuklidayang masih ada dalam kerak bumi. Partikel sinal' kosmis mempunyai tenaga kira-kira lOll Mev dan dalam perjalanannya menuju bumi mengalami proses interaksi dengan atmosfer bumi sehingga menghasilkan radionuklida seperti 1H3, 4Be7,11Na22 dan 6C14.Yang berasal dari kerak bumi misalnya K140, deret ,U238, deret 2321] 19 92 90Th
..
Sumber radiasi buatan dibuat dengan bermacam cara, misalnya melalui proses reaksi antara neutron dengan unsur stabil di dalam reaktor nuklir atau dengan cara reaksi antara
nuklida yang bukan radioaktip dengan partikel yang dipercepat di dalam Akselerator. Sumber radioaktip selain bermanfaat bagi kesejahteraan manusiajuga dapat membahayakan manusia dan lingkungan. Untuk itu perlu dipantau besarnya radioaktivitas lingkungan terutama di daerah sekitar fasilitas nuklir. Salah satu pengukuran yang penting untuk diketahui setiap saat adalah pengukuran radioaktivitas udara.1,2] Salah satu cara mengukur radioaktivitas udara ialah dengan menghisap udara selama waktu tertentu, menggunakan pompa isap yang diketahui debitnya dan dilengkapi dengan filter. Kemudian filter tersebut dicacah dengan menggunakan alat cacah radiasi. Dalam beberapa hal
436
Proceedings Seminar Reaktor Nllklir dalam Penelitian Suins dQJ~Teknologi Menlljll Era Tinggal LQJ~das
peralatan ukur harus dibawa ke tempat dimana radioaktivitas udaranya akan diukur. Cara ini memberikan hasil cukup baik dan dapat memberikan gambaran mengenai radioaktivitas udara di suatu tempat, namun ada beberapa kendala yang ditemui, yaitu apabila pengukuran dilakukan pada beberapa tempat yang jauh jaraknya satu dengan lainnya dan ingin diketahui kondisi radioaktivitas dalam waktu yang hampir bersamaan. Sistem Telemetri menggunakan gelombang radio sebagai media dapat mengatasi kesulitan di atas karena pengukuran radioaktivitas lingkungan dapat dilaksanakan tanpa mendatangi lokasi pengukuran. Sistem ini terdiri atas 2 bagian yaitu stasiun pengukur dan stasiun pengendali, yang pada sistem ini satu stasi· un pengendali dapat mengendalikan beberapa stasiun pengukur. Stasiun pengukur dilengkapi mikroprosesor Z 80, yang mengatur kegiatan pengukuran antara lain menghidupkan pompa, mengganti filter, menghidupkan alat cacah radiasi dan sebagainya. Stasiun pengendali mengendalikan seluruh kegiatan beberapa stasiun pengukuran, demikian pula penanganan data, baik berupa pengukuran, penyimpanan, pembuatan laporan dan lain-lain. Dengan memanfaatkan komputer IBM PC ini memungkinkan dibuat sistem jaringan komputer, khususnya sistem jaringan radiasi lingkungan dengan
Bandllng,
PPTN - BATAN
peralatan lainnya seperti sistem pengumpulan data klimatologi, area monitor dan lain-lain. TATA KERJA
Sistem pengukuran radioaktivitas lin!~kungan ini mempunyai 2 bagian utama yaitu stasiun pengukur dan stasiun pengendali SBperti terlihat pada GambaI' 1. CaraKerja
Operator yang menghendaki pengukuran radioaktivitas lingkungan dapat menghubungi salah satu pengukuran melalui komputer pada stasiun pengendali. Komputer akan menampilkan menu yang berisi antara lain stasiun yang dikehendaki, saat pengukuran yang dikehendaki dan lain-lain. Dengan mengeksekusi perintah pada menu tersebut maka secara otomatis kompute,r akan memerintahkan pesawat komunikasi untuk menyampaikan perintah tersebut ke stasiun pengukur berupa sinyal tone yang hanya diketahui oleh satu stasiun penerima 4]. Pesawat Komunikasi pada stasiun peng\.!kur menerima sinyal tone tersebut segera mengaktipk'in mikroprosesor untuk mengeluarkan runtunan perintah yaitu, menghidupkan pompa isap selama berapa menit, kemudian menghidupkan alat cacah radiasi, memulai pencacahan kemudian mengirim data pencacahan ke stasiun pengendali dan diakhiri dengan mengem-
T ~9:J 1
HTI
J
UTI
Q
Y
8 - 10 Oktobel'19Dl
Pel'isai
L;;J Ipo~~ P el'isa i
Gambar 1. Diagram blok sistem pengukuran radioaktivitas lingkungan
437
Bmzdung,
PlOceedings Seminar Reaktor Nlddir dalam Penelitimz Sains dan Telmologi Menuju Era 1~nggal La.ndas
8 - 10 Oktober
1991 PPTN - BAl'AN
balikan keadaan stasiun penerima pada kondisi menerima, dan mematikan seluruh sistem kecuali pesawat komunikasi, siap melakukan perintah berikutnya. Pada saat stasiun pengukuran mengirimkan data pencacahan, stasiun pengendali siap menerima hasH cacahan yang ditampilkan pada penampil dan data itu disimpan pada alat penyimpan yang berupa disket ataupun hard-
GM INVERTER
PEMBENTUK PULSA
MODULATOR FSK
dish. Perangkat Keras Pada Stasiun Pengendali
Stasiun pengendali berfungsi untuk mengembalikan stasiun pengukur agar melaksanakan operasi pengukuran tingkat radioaktivitas lingkungan: dan mengelola data pencacahan yang dikirim oleh stasiun pengukur. Diagram blok stasiun pengendali seperti pada GambaI' 2 di bawah.
I
SP II
ST2 STN ST4
I
ST 1 ST3
I I
II
MIC
GambaI' 3. Diagram blok stasiun pengukur Perangkat keras stasiun pengukur terdiri dari alat cacah radiasi dengan menggunakan detektor Geiger, pompa isap udara dengan filter. Mikroprosesor 2-80 akan mengendalikanjalannya operasi pengukuran apabila pesawat komunikasi pada stasiun menerima sinyal tone yang berasal dari stasiun pengendali. Untuk mengir~mkan data hasil cacahan dari alat cacah radiasi digunakan modulator FSK yang mengubah level ° menjadi frekuensi 1100 Hz, dlln level 1 menjadi frekuensi 2200 Hz, dengan kecepatan pengiriman data sebesar 400 BPS, cukup untuk pengiriman data radioaktivitas lingkungan. Perangkat LUllak
GambaI' 2. Diagram blok stasiun pengendali Sebagai pencacah pulsa yang berasal dari stasiun pengukur digunakan IC 8253 PIT. IC 8255 digunakan sebagai pengubah kondisi pesawat komunikasi pada posisi Transmit atau Receive.Demodulator FSK mengubah frekuensi 1100 Hz menjadi sinyal level ° dan frekuensi 2200 Hz menjadi sinyal level 1 dengan kecepatan pengiriman data sebesar 400 BPS (Bit Per Second). Dekoder alamat menggunakan IC 741s138 dan 7420 yang menempati lokasi memori dari 3EO H sampai 3E6 H. Perangkat Keras Stasiun Pengukur
Perangkat keras stasiun pengukur bel'fungsi melakukan pengukuran radioaktivitas lingkungan dan mengirimkan hasil cacahan ke stasiun pengendali dengan menggunakan media gelombang radio. Diagram blok stasiun pengukur terlihat pada GambaI' 3.
.
Perangka t lunak yang ada di stasiun pengukur menggunakan bahasa assembler pada mikroprosesor 2-80, sedangkan pada stasiun pengendali menggunakan bahasa Turbo Pascal vel' 5.0. DiagTam aliI' perangkat lunak kedua stasiun seperti pada GambaI' 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Linieritas Sistem
Pengujian ini dilakukan dengan memberikan pulsa masukan dari PulseI' yang dapat diatur frekuensinya dan frekuensi tersebut diamati dengan menggunakan frekuensi meter Trio tipe FC 756. Pada stasiun pengendali hasil cacahan tersebut diamati. Dengan menggunakan regTesi linier didapatkan persamaan linieritas sistem adalah : Y = 0,9878x + 0,0772
(1 )
Grafik linieritas diperlihatkan oleh GambaI' 5
438
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir datum Penelitian Sains dan Tekrwlogi Menuju Era TInggal Landas
Bandung,
8 - 10
Oktober 1991 PPTN - BA1'AN
(a) (b)
(
START) TAMPILKAN JUMLAH CACAH KE LAYARDAN BERI SKALA WARNA
1
1 SIMPAN HASIL CACAH KE DISK
FORl TON STASIUN PENGUKUR YANG DIHUBUNGI
LAMA PENGISAPAN UDARA OLEH POMPAISAP
1
T
LAMA MENGIRIMKAN DATA/TRANSMIT
ALAMAT STASIUN KE N YANG DIHUBUNGI
1 HIDUPKAN POMPA SELAMA WAKTU PENGISAPAN UDARA
ISI COUNTER 0 HSB & LSB = 255
COUNTER 0
I I
1
)-
' RADIO TRANSMIT HIDUPKAN HV
HITUNG ENDPULSAMASUK RADIO OFF I I I MATIKAN POMPA
1
(
I
1
_1
Gambar 4. Diagram alir perangkat lunak stasiun pengendali (a), dan stasiun pengukur (b). Tabell. Pengujian pengukuran cacah latar se· lama 10 detik ••
31):)
98 5 76
>
5 7698 Stasiun CacahlIO detik pengendali
7
Stasiun pengukur
~ lOD
••
to
1! ,.
0..
100
O. o
5a
100 150 200 250 300 350 400 450 500 Pulsa yang dikirlm I Transmit (Hz)
Gambar 5. Grafik linearitas sistem.
439
67
Bandung,
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sains dan Tekrwlagi Menuju Era Tinggal Landas
Pengujian
untuk pencacahan
[atar
Pengujian
menggunakan
Oktober 1991 PPTN - BA1'AN
Tabel 3. Data pengamatan kecepatan trans-
Pencacahan lataI' dilakukan masingmasing setiap 10 detik, hasilnya seperti terlihat pada Tabel1. 175 200 225 350 325 250 300 125 400 450 500 375 150 275 25 100 75 50 0 dengan 425
8 - 10
mlSl. 325 327 351 350 375 376 402 400 401 426 425 427 428 454 456 505 506 504 301 124 125 150 151 175 174 200 226 224 225 251 250 249 276 275 274 327 301 124 456 508 351 376 402 151 175 226 251 277 100 2 98 99 100 4 3 6 0 25 49 50 74 599 428 0 25 49 75 99 Stasiun penerima (Hz)/Pengukuran No. 326 300 199 201 75 Stasiun 1
pengukur (Hz)
sumber Cs-137
Pengujian dengan menggunakan sumber Cr::i-137dilakukan dengan meletakkan sumber Cr::i-137 pada jarak 20 cm dari detektor, selama 60 detik. Hasilnya disesuaikan pada Tabel 2. Tabel2. Pengukuran sumber Cs-137 padajarak 20 em selama 60 detik 180 153 144 174 161 140 151 167 147 152 Stasiun pengendali Cacah/60 detik Stasiun pengukur
Pt'ngujian kecepatan transmisi data
Pengujian kecepatan transmisi data dilakukan seperti pada pengujian linieritas sistem, ya.itu dengan membeikan pulsa masukan dan dicatat frekuensinya. Hasil pengujian terdapat padaTabel 3. Dari Tabel 3 di atas tampak bahwa untuk frekuensi <400 Hz mempunyai deviasi lebih kecil 0,83% tetapi untuk frekuensi <400 Hz deviar::inyalebih besar dari 1%. KESIMPULAN
Dari hasil konstruksi dan pengujian sistem pengukuran radioaktivitas lingkungan dengan menggunakan sistem Telemetri ini dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: - Sistem ini mampu melaksanakan operasi pengukuran secara jarak jauh dan operator cukup memerintahkan operasi dari kompu-
'tel' yang ada di stasiun pengendali yang diperlengkapi dengan menu yang sesuai dengan keinginan operator. - f::istem ini mampu pula menangani data cacahan sehingga dari informasi yang telah ada dapat dipelajari perilaku lingkungan di sekitar fasilitas Nuklir. - Kecepatan transmisi data 400 BPS cukup untuk pengukuran radioaktivitas lingkungan. UCAPANTERIMAKASIH,
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada : 1. II'. Koerniawan Prijambodo, Alumnus Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik Industri ITS. 2. Jumari, Alumnus Pendidikan Ahli Teknik Nuklir - BATANyang telah membantu dalam pembuatan alat dan pengambilan data.
DAFTAR PUSTAKA
1. Moe, H. J., Lasuk, SR. et aI., Radiation Safety Technician Training Course, Argone National Laboratory, Argone, Illinois. 2. Wisnu Arya Wardhana, Pengantar Teknik Radioaktivitas Lingkungan, Dep. Pendidikan dan Kebudayaan, Jurusan Teknik Nuklir, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (1984). 3. IAEA, Proceedings of a Symposium, Assesment of Airbone Radioactivity, Viena (1967). 4. Anonym, ICOM Model 02-ATTechnical Manual, Icom Co, Japan. 5. Joe Campbell, C Programmer's Guide to Serial Communications, Howard W. Sams & Company, USA (1988). 6. James, W. Coffron, Z-80 Application, Sybex Inc, USA.
440
Baudllng,
Proceedings Seminar Reahtor Nllhlir dulam Penelitiuu Sains dQJ~Tehnologi Menlljll Era 1Ynggal Lamias
8 - 10 Ohtober
19:11 PP1'N - BATAN
DISKUSI
Budiono: 1. Bagaimana cara sistem untuk membedakan tone setiap Penerima HT? 2. Bagaimana setelah protokolnya komunisasi serta bagaimana cara menangani apabila ada kesalahan data? 3. Apakah termasuk sistem sinkron atau asinkron? 4. Mengapa kalaujaraknya hanya 1 km saja menggunakan pemancar RF? Apa tidakcukup kabel? 5. Apakah sudah difikirkan untuk pengiriman data secara otomatis bila ada data radiasi yang cukup tinggi?
Setiadi: 1. Pesawat komunikasi ICOM 02 AT tersedia fasilitas tone. Setiap stasiun pengukur mempunyai tone sendiri sendiri. Stasiun pengendali tone bisa diubah melalui I/O 8253. 2. Protokol belum dibuat. Data yang dikirim tidak melebihi kapasitas modem, dibuat suatu pulseI' untuk mencek/kalibrasi sistem Telemetri. 3. Asinkron 4. Jarak yang diamati akan dikembangkan lebih jauh (tidak 1 km) dengan menggunakan stasiun Replater. 5. Belum, berhubung stasiun pengukur dalam kondisi mati pada saat tidak dipakai.
Roocyta H: Kelebihan dari cara Telemetri untuk pengukuran radioaktivitas lingkungan yang disebut dalam presentasi ini memungkinkan pengukuran secara jarak jauh tanpa mendatangi lokasi. Bagaimana kelebihan/kekurangan metode ini dibandingkan metode lama (yang biasa dipakai di BATAN)bila ditinjau dari aspek-aspek biaya operasi alat dan tenaga kerja, harga peralatan da n ketepatan hasil pengukuran?
Setyadi: - Kelebihannya, biaya operasionallebih murah dan frekuensi pengukuran lebih sering danjuga informasi lebih akurat. - Dilihat dari tenaga kerja yang dipakai lebih sedikit (lebih ditekankan pada QC dan maintenance) - Dilihat dari ketepatan hasil karena unsur manusia/operator terlatih tidak/kurang berperanan dalam pengambilan data, maka ketepatan hasil pengukuran dalam pengambilan data bergantung pada keandalan alat. - Dilihat dari harga alat, biaya investasi lebih besar karena pada sistem yang lama, 1 alat bisa melayani/dipergunakan untuk beberapa stasiun pengamat (bersifat mobil) - Kekurangannya, keandalan alat perlu ditingkatkan, karena pos- pos pengamatan berada pada suatu lokasi (bukan berada di lab) dengan kondisi tegangan jala-jala (PLN) temperatur yang baik.
Munir: 1. Bagaimana sistem untuk mengatasi gangguan frekuensi yang dikirim dari stasiun pengukur ke stasiun pengendali?
Setyadi: Pada prototip ini menggunakan frekuensi UHF di daerah frekuensi radio amatir, bila kelak alat ini dipakai, akan digunakan frekuensi kondisi pada band UHF sehingga mempunyai band width yang lebih lebar, dan gangguan terhadap frekuensi kondisi yang hanya dipakai untuk suatu keperluan tertentu.
441
Bandu/tg,
P/'()c:eedil~gsSemi/to./' Reuktur Nllldir dalum jJe/telitia/t Sa ins da/t 'l'eluwlogi Menl/jll Era Til~ggall.uJUjas
8 - 10 Oktobe,.1991 PPTN - BATAN
L<\MPIRAN SPESIFIKASI: Pesawat komunikasi:
M ikroprosesor :
Merk : ICOM Model: 02 AT Power Output: 3 Watt JEmis modulasi : Frekuensi Tersedia fasilitas tone.
Mikroprosesor : 2-80 Input/Output: PIO 8543 Bahasa: Assembler Modulasi (FM)
Nile/ear Counting System:
Detektor : Geiger Muller (GM) rype : Side window, Merk Vectoreen Tegangan Tinggi : DIN 400 GM Inverter: Transistor 2 tingkat Pembentuk pulsa : Gerbang TTL
Komputer :
Komputer IBM PC-XT Compatibel Alamat interface 03EOh - 03E7h Input/Output: 8255 Pencacah : 8253 Perangkat lunak : Turbo Pascal Vel'. 5.0 Modulator/Demudulator:
Tipe: Frequency Shift Keying (FSK) Boudrate : 400 BPS.
442
