.0:
Hisalahf!ertemuanllmia# PenelitiandattpengembangarlAjiifkasitS1cJtop /JailRfI}jf.fSYjitJo 1
MENINGKATKAN AKURASI PROBABILITAS PANCARAN:SINAR GAMMA ENERGI 165,9 KEV'UNTt1K 139BAJjEN(;AN PERALATAN KOINSlliEN 41tp-y i
Nada Marnada* daD Gatot Wurdiyanto** * PuslitbangTeknologiIsotopdan Radiasi,BATAN, Jakarta ** PuslitbangKeselamatanRadiasidan BiomedicalNuklir, BATAN, Jakarta
ABSTRAK MENINGKATKAN AKURASI PROBABILITAS PANCARAN SINAR GAMMA ENERGI 165,9 KEV UNTUK 13'BA DENGAN PERALATAN KOINSmEN 4xp-y. Radioisotopdengan waktu paruh relatif pendekseringdimanfaatkan\Ultukbeberapakegiatanseperti tracer dan aktivasi neutron. Untuk memenuhikebutuhanpadaradioisotop13~ayangjuga memiliki waktuparuh pendek(T 112 = 82,9 menit), data nuklir berupa probabilitas pancaran sinar gamma yang diperlukan \Ultuk menentukanaktivitas perlu ditentukan. Hasil yang akurat diperolehmelalui pengukuranmengg\Ulakanperalatankoinsiden 4xp-y yaitu peralatan yang dapat mengukur aktivitas radioisotopyang merniliki waktu paruh pendek dengan nilai ketidakpastianyang relatif kecil.. Pengukuranprobab$~:pancaran sinar gamma energi 165,9keY yang dipancarkanoleh 13~a menggWlakanperalatanterseD~(m~nghasilkanprobabilitas sebesar22,99 (7) %. Dibandingkan denganprobabilitassebesar23,76 (25) oJo'yang dihasilkanGehrke,hasil pengukuransekarang merniliki nilai ketidakpastianyangjauh lebih kecil atau,dengankatalain, probabilitaspancaransinargamma yangjauh lebih akurat. Kata kunci: 13~a, 165,9ke V, sinargamma,probabilitaspanc8ran,intensitasrelatif, intensitassinar beta
ABSTRACT IMPROVEMENT OF THE ACCURACY OF GAMMA RAY EMISSION PROBABILITY WITH ENERGY OF 165.9 keV FOR 13'Ba BY USING A 4x/3-r COINCillENCE APPARATUS. Radioisotopeswilli relatively shorthalve-lives are frequentlyllSedfor some applicationssuchas tracerand neutronactivation.To fulfill fue need for 13~aradioisotopefuat also has shorthalf-life (T 1/2= 82.9 mill), its nuclear data of gammaray emissionprobabilityfuatnecessaryfor determinationof activity is importantto be determined.The accurateresultis obtainedby using a 4x/3-ycoincidenceapparatus,iIIl apparatusfuat has an ability to measurefue activity of radioisotope willi short half-life attributed willi small lfficertainty. The measurementof emissionprobability for 165.9keY gammaray ofl3~a by using fue apparatushasresultedin fue value of22.99 (7) %. Comparingto fuatreportedby Gehrkeusing similar mefuod willi fue result of23.76 (25) %, fue presentresult has much smaller lfficertainty,or, in oilier word, fue presentgammaray emission probability is muchmore accurate. Key words: 13~a, 165.9keY, gamma-ray,emissionprobability,relative intensity,beta-rayintensity
PENDAHULUAN Probabilitas pancaran sinar gamma, didefinisikan sebagaijumlah kuantum sinar gamma yang dipancarkanper 100 kali peluruhan,merupakan parameter yang penting dalam beberapa bidang penelitian produk radiasinuklir daDaplikasiradioisotop seperti monitoring isotop, tracer, analisis aktivasi neutron, kedokterannuklir, dan menentukanpancaran panasyang dihasilkandalamprosespembelahannuklir. Untuk mendapatkan basil atau jumlah yang akurat diperlukan nilai probabilitas pancaran sinar gamma seakurat mungkin. Sebagai contoh, dalam suatu pembelahan nuklir 235Udihasilkan nuklida dengan nomor massa 139 sebanyak 6,6%. Salah satu radioisotop yang dihasilkan dalam rantai peluruhan adalah 13~a. Jumlah panaSyang dihasilkan akibat pancaran nuklida bernomor massa 139 dalam pembelahannuklir 235Udapat ditentukanjika jumlah nuklida yang dipancarkandapatditentukan.Salah satu cara untuk menentukanjrnnlah nuklida adalahdengan menggunakaIl parameter probabilitas pancaran sinar
gamma. Karena itu jika data probabilitas pancaran dapatditentukansecaraakuratmakajumlah panasyang dipancarkanjugadapatditentukanden~ akurat. 13~a adalah radioisotoppemancarbeta-ganuna yaRg meluruh menjadi13~a denganwaktu pamh 82,9 memt. Karena waktu paruhnya yang relatif pendek 13~a dapatdigunakanuntuk berbagai kegiatan seperti tracer dan aktivasineutron.Di antarasinarbetayangdi pancarkandalamtransisinya,dua transisi terkuatadalah untuk transisi ke keadaanstabil (ground state) dan ke keadaan tereksitasi tingkat 165,9 keY. Burrows(l) melaporkanbahwa transisi untuk ke masing-masing keadaanter:;ebutadalah 70 % dan 24 % yang berarti transisi ke tingkat-tingkat energi lainnya hanya memiliki persentasedenganjumlah 6 %. Sinar ganuna yang dipancarkandari tingkat energi 165,9keY adalah hanya sinar gamma dengan energi 165,9 keY. Oleh karena itu probabiltaspancaransinar ganuna tersebut jauh lebih besar dari sinar gamma lain yang dipancarkanoleh nuklida 13~a. Karena itulah untuk niendapatkan fluktuasi statistik yang kecil dalam pengukuranini yang ditentukansecaralangsunghanya
149
Risa/ahPertemuanIImiahPenelitiandan Pengembangan ApIikasi/sotopdanRadiaSl; 200 t
probabilitas pancaran Siltar gatnlna energi 165,9keY. Untuk memberikatldatapelurullatlnuklir lainnya dalatn ~ngukuran ini juga ditentukan intensitas sinar beta 3~a ( beta-ray branching ratio) menggwlakandata probabilitas pancaran dan intensitas relatif sinar ganuna. BAHAN DAN METODE Percobaan dilakukan di lnstitut Reaktor Penelitian Universitas Kyoto (Kyoto University ResearchReactor Institute), Jepang.Radioisotop13~a dibuat dengan cara mengiradiasi 138Basebanyak0,5 mgram yang telah dimasukkanke dalam kapsulkhusus untuk iradiasi dengan fluks termal neutron sebesar 2,75xlO13cm-2s-1di reaktor selama 10 menit. Setelah iradiasi larutan HCl dimasukkanke dalam kapsulyang mengandungradioisotop13~a untuk membuatsumber cair. Denganmenggunakanpipet sumberdiletakkandi atasfilm VYNS (kopolimerdaTivinyl acetatedan vinyl chloride) yang direntangkanpada cincin metaldengan diameter luar dan dalam lnasing-maising39 dan 15 mm. Kemudian, sumberdilapisi denganfiltn yang satna sebelumdikeringkandi bawahlampuinfra-merah. Sumber yang diletakkan di atas film VYNS tersebut diperlukan untuk pengukuranmenggunakan peralatan koinsiden 47t~-y(2). Selain memiliki keunggulan dapat menentukanaktivitas yang akurat karena dilengkapi dengall sistem pengukU1"an dua dimensi, peralatan ini dapat mengukUfdengaIl cepat suatu radioisotop yang meluruh denganwaktu paruh pendek karena detektor beta memiliki bagian penempatansumberripe sliding. Dalam percobaanini ditentukan pula intensitas relatif sinar galnma yang berfungsi untuk menurunkan probabilitas pancaran sinar~ energi-energilain dan intensitassinarbeta 13~a. Karena itu dilakukan pengukuran spektrwn dengan spektrometer yang menggunakan detektor HPGe tipe koaksial dengan efisiensi relatif 30 %. Sumber untuk spektrometer dibuat dengan cara meneteskansumber cair di atas film mylar dengan kuantitas yang lebih besar dari sumber untuk pen~ dengan peralatan koinsiden 47t~-y. Pembuatan sumber dengan kuantitas besar dimaksudkan untuk memperolehintensitas spektnun sinargamma13~a yangkuat. Pen~ meng~ peralatankoinsiden 47t~-ydilakukan tiga kali untuk setiap sumbersampel, yaitu dua kali pen~ laju disintegrasidan satukali pen~ intensitas absolut. Pengukuran laju disintegrasi dilakukan dua kali untuk melninimalkan kehilangan cacahankarena "waktu mati" (dead time loss) dan untuk mendapatkanfluktuasi statistik yang kecil. Pada pengllkuran meng~ spektrometer, satu sumber diukur berulang-ulang untuk meminimalkan kehilangan cacal1an karena "waktu mati". Setiap kali pengukurandilakukan dalam waktu yang sarna. Spektmm-spektmmyang diperoleh dari pen~ satu sumberdijumlah untuk mendapatkan intensitasspektmmsinargammayangkuat.
150
Detektor sinar gamma yang digunakan dalam peralataIl koinsiden 4n(1-y adalal1 detektor HPGe tipe koaksial dengan efisiensi relatif 25 %. Efisiensi deteksi detektor-detektor yang digunakan dalam pemlatan di atas dikalibrasi menggunakan enam sumber standar yang biasa dipakai yaitu 46SC,56CO,57CO,6OCO,133Ba, daD 152Eudengan jumlal1 total puncak ganuna yang digunakan sebanyak 24 buah. Pengukuran sumbersumber standar dengan peralatan koinsiden 4n(1y dilakukan sarna seperti pengukuran sumber sampel. Sedangkanpengukuran dengan spektrometer cukup satu kali tapi dalam waktu yang panjang karena sumbersumber standar memiliki waktu paroh yang panjang. Probabilitas pancaran sinar gamma untuk sumbersumber standar tersebut diadopsi dari 1AE4-Technical Documentation(3).
BASIL DAN PEMBABASAN Salah satu contoh spektrum energi sinar ganuna 13~a yang diperoleh dari basil pengukuran diperlibatkan pacta Gambar I. Terlihat jelas pada spektnun bahwa puncak sinar gamma dengan energi 165,9 keY jauh lebih tinggi dibandingkan dengan rlUlcak-plUlcak sinar gamma lain yang dipancarkan 3~a. Intensitas relatif plUlCak sinar gamma yang ditWljukkan pada gmnbar dengan energi 1420,5 keY hanya sekitar satu per seratus dari intensitas relatif plUlCak sinar gamma dengan energi 165,9 keY. MeskiplUl demikian, selain probabilitas pancaran sinar ganuna energi 165,9 keY, probabilitas pancaran sinar ganuna energi 1420,5 keY juga diberikan dalarn tabel basil lUltuk membandingkan dengan data yang diberikan dalam literntur. Data intensitas relatif sinar galnma 1420,5 keY digunakan lUltuk menentukan probabilitas pancarannya. Hasil pengukuran probabilitas pancaran sinar ganuna 13~a ditlUljukkan pada Tabel I. Untuk menguji basil pengukuran, data probabilitas pancaran sinar ganuna yang dilaporkan dalam literatur juga diperlihatkan ~ada label. Dari pengukuran lima smnber sampel 1 ~a diperoleh lima data yang seragam dalam lingkuP satu simpangan standar (one standard deviation) dengan nilai ketidakpastian kurang dari 1%. Nilai rata-rnta probabiJitas pancaran sinar gamma kelima data tersebut adalah sebesar 22,97 (7) % untuk energi 165,9 keY. Dibandingkan dengan probabilitas pancaran sinar ganuna yang dilaporkan Gehrke(4) dan Burrows(I), probabilitas pancaran sinar gamma energi 165,9 keY basil pengukurnn sekarang memplUlyai nilai absolut sekitar 3 % lebih kecil. Sedangkan ketidakpastian (uncertainty) yang diperoleh jauh lebih kecil dibandingkan dengan yang dilaporkan baik oleh Gehrke mauplUl oleh Burrows. Burrows menggunakan data intensitas relatif dan faktor normalisasi untuk menghitung probabilitas pancaran sinar gamma. Karena kedua parameter tersebut mempunyai nilai ketidakpastian yang besar, maka basil perhitungannya memberikan ketidakpastian yang besar pada probabilitas pancaran sinar gamina yang ditentukan. Faktor normalisasinya sendiri
Risalah Peltemuan Ilmiah Penefltian dan Pengembangan /-fJlikasi IsOIOpdan Radia~ 200 i
ditunmkan menggunakan probabilitas pancaran sinar gamma yang dilaporkan oleh Gehrke lU1tuk energi 1420,5 keY. Peralatan yang digunakan Gellfke serupa dengan peralatan yang digunakan dalam pengukuran ini, yaitu peralatan koinsiden 4nf3-y. Akan tetapi dalmn penentuan laju disintegrasi digunakan lembaran Dikel sebagai absorber lU1tuk mendapatkan efisiensi deteksi sinar beta yang berbeda-beda. Akibatnya, laju disintegrasi absolut yang ditentukan memplU1yai ketidakpastian yang besar karena variasi efisiensi sinar beta yang diperoleh terlalu sedikit dan aktivitas yang diukur semakin kecil pada nilai-nilai efisiensi sinar beta yang terakhir. Karena laju disintegrasi digunakan dalam penentuan probabilitas pancaran sinar gmnma maka hasilnya juga memplU1yai nilai ketidakpastian yang relatif besar. Untuk probabilitas pancaran sinar gamma energi 1420,5 keY, baik yang ditentukan dalam pengukuran lnauplU1 yang dilaporkan oleh Gehrke nilainya dihitlillg menggunakan data relatif intensitas dan probabilitas pmIcaran Sillar galruna energi 165,9 ke V. Karena itu pada Tabel 1 tidak dicantulnkan data llasil pengukuran sinar gamma energi 1420,5 keY. Probabilitas pancaran sinar ganuna dalam pengukuran memplU1yai nilai kepastian yang lebih baik karena nilai ketidakpastian probabilitas pancaran sinar gmnma energi 165,9 keY jaulilebih kecil. Data probabilitas pancaran kedua energi yang ditlilljukkan pada Tabel 1 dan data intensitas relatif sinar gamma energi lain yang diperoleh ~1fi basil pengukuran dengan spektrometer digunakan lU1tuk menunlllkan intensitas sinar beta 139Ba.Data intensitas relatif dikonversi terlebih dahulu menjadi probabilitas pancaran sinar gamma. Sebagian intensitas sinar beta basil perhitlillgan yang memplU1yai nilai relatif besar ditlilljukkan pada Tabel 2. Data yang diperoleh daTi literatur juga ditlilljukkan pada label tersebut lU1tuk perbandingan. Tabel 2 menlU1jukkan bahwa dibandingkan dengan data yang dilaporkan dalam literatur, intensitas sinar beta basil pengukuran memiliki nilai yang lebih akurat baik lU1tuk transisi yang langslU1g ke keadaan stabil (energi sinar beta: 2310,0 keV) atauplU1transisi ke keadaan tereksitasi. Hal ini disebabkan probabilitas pancaran sinar gamma yang dihasilkan dalam pengukuran memiliki nilai ketidakpastian yang jaull lebih kecil. Dalam paper Gehrke hanya menentukan intensitas sinar beta lU1tuk energi 2144,1 keY karena intensitas lU1tukenergi lain terlalu kecil. Ringkasan basil pengukuran, yaitu probabilitas pancaran sinar gamlna lU1tuk semua energi datI intensitas sinar beta untuk ke semua tingkat energi diberikan dalam Gambar 2 berupa skenta peluruhan 13~a menjadi 13~a seteiall memancarkan sinar beta dan gamma. Tingkat energi daD skema pelurullan diadopsi dari Table of Isotopes[5]. Pada gambar ini Ey(keV) adalah energi sinar gmnma dalmn keY, Py(%) adalall probabilitas pancaran sinar gamma dalam %, Ef3(keV) adalah energi maksimal sinar beta dalmn ke V dan Pf3(%) adalah intensitas sinar beta dalmn %. SedangkaIl Pe adalah probabilitas pancaran lU1tukelektron konversi dalam %.
KESIMPULAN Pengukuranprobabilitaspancaransinar gamma energi 156,9keY untuk 13~a menggunakanperalatan koinsiden47tp-ymenghasilkanprobabilitasdengannilai 22,97(7) % yangjauh lebih akuratdari yang dilaporkan dalmnliteratur. Peningkatandalam akurasiprobabilitas sinar gamma ditunjukkan dengan nilai ketidakpastian yang hanya sebesar 0,3 %. Sedangkan nilai ketidakpastianprobabilitaspancaransinargammayang dilaporkanBurrows dan Gehrkernasing-masingadalah lebih daTi 14 % dan lebih dari I %. Nilai absolut probabilitas pancaran sinar gamma basil pengukuran adalahsekitar3 % lebih kecil dari yang dihasilkanoleh Gehrke. Peningkatanakurasiprobabilitas pancaransinar gammajuga memberikanpeningkatanakurasiintensitas sinar beta baik untuk transisi ke keadaan tereksitasi lnaupunke keadaanstabil. Sebagaicontoh, intensitas sinar beta untuk transisi langsung ke keadaan stabil (ditunjukkan dengan energi sinar beta 2310,0 keY dalam Tabel 2) ymlg dihasilkan dalam pengukuran adalah 70,95 (7) % sedangkannilai yang dilaporkan olehBurrowsadalal169,98(31) %. Dengan dernikian dalam pengukuran kali ini telah diperoleh peningkatan akurasi dua parameter pelurullanyaitu probabilitaspancaransinargammadan intensitassinarbetauntuknuklida 13~a.
U CAPAN TERIMA KASm Penulismengucapkanterima kasih kepadaProf. H. Miyahara, pembimbing penulis di Universitas Nagoya,Jepang,yang telah memberikan kesempatan untuk melakukanpercobaandengan sampel13~a dan menggunakanperalatankoinsidennya. Ucapan terima kasihjuga penulis sampaikankepadapeneliti di Institut Reaktor Penelitian Universitas Kyoto yaitu Dr. S. Yamada dan Dr. A. Taniguchi yang memberikan bantuan selama melakukan percobaan di fasilitas penelitiantersebut. DAFTAR PUSTAKA Burrows, T. W.: Nucl. Data Sheets,57, 337 (1989).
2. Miyahara, H., Matumoto, H., Wurdiyanto, G., Yanagida,K., Takenaka,Y., Yoshida, A. and Mon, C.: Nucl. Instr. Meth., A353, 229 (1994). 3. IAEA-TECDOC-619: X-ray and Gamma-ray Standards for Detector Calibaration, IAEA, Vienna,1991. 4. Gehrke,R. J. Int. J. Appl. Radiat. Isot., 31, 37 (1980). 5. Firestone.R. B. and Shirley,V. S.: Table of Isotopes, 8thedition,J. Wiley, New York, 1996.
151
Risalah Peltemuan
Ilmiah Penel,1ian dan Pengembangan
J;J/lKasi Isolop
dan RadiaSl; 2{)() 1
Tabell. Probabilitaspancaransinargmruna(%) energi165,9dan 1420,5keY untuk 13~a. Energi
ganuna (keY)
a 23,06
165,9
J~)-
b 22,95 (15)
Probabilitaspan~sinar Basil pengukuran c d ee 23,12 22,91 22,93 (15) (15) (IS)
1420,5
~amma(%) Rata-rata
Burrows(l)
22,99 (7) 0,259
23,7
23,76
0,261 (37)
0,261
~
Tabel 2. Intensitas sinar beta (%) 13~a WIttik beberapaenergi lntensitas sinar beta (%)
Energi sinarbeta (key>
~~~ 2310,0
Basil pengukuran 0,0175(10) 0,292 (2) 28,70 (7) 70,95{IL__-
Burrows( 1) 0,0175 (20) 0,287 (7) 29,68 (31)
~~_e(4) ~I I
_29,65(32)
69,98 (31)
";
= ~
~ ~
~
u
Tinggi pulsa (nomor kanal)
Gambar
152
Gehrke(4)
Contohspektnunenergisinargamma13~ayang diperolehdari basilpengukuran.
~
Risalah Peltemuan Ilmiah Penelilian dan Pt'ngembangan Apfl~asi ISOlopdan RadiJsi, 200 1
153
