METODA PENENTUAN DAYA SERAP PERISAI RADIASI UNTUK GONAD DARI KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA

SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176

METODA PENENTUAN DAYA SERAP PERISAI RADIASI UNTUK GONAD DARI KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA Kristiyanti, Tri Harjanto, Abdul Jalil Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir – BATAN Kawasan Puspiptek Gd 71 lt 2 Serpong -15310.email : [email protected]

ABSTRAK METODA PENENTUAN DAYA SERAP PERISAI RADIASI UNTUK GONAD DARI KOMPOSIT LATEKS CAIR TIMBAL OKSIDA. Telah dilakukan penentuan Daya Serap (DS) perisai radiasi gonad terhadap radiasi sinar-X energi 100 keV. Bahan perisai terbuat dari komposit lateks cair timbal oksida komposisi 200 pphr, tebal 2mm yang diproses dengan teknologi ultrasonik dan suhu super kritis. Pengujian DS dilakukan menggunakan detektor Geiger Muller (GM) dan sumber isotop gamma ( ) Iodium-125 I-125) dan Barium-133 (Ba-133) dengan energi masing-masing 25 keV dan 356 keV. Karena energi untuk penggunaan dan pengujian berbeda, maka dalam perhitungan hasil pengukuran perlu dikonversi ke energi sesuai dengan penggunaan sinar-X. Konversi dilakukan dengan menggunakan prinsip ekuivalensi DS pelat timbal (Pb) yaitu dengan perhitungan secara teoritis DS timbal terhadap radiasi sinar-X pada energi 100 keV untuk tebal 0,10 mm, 0,25 mm, 0,35 mm dan 0,50 mm sesuai dengan standar proteksi radiasi. Hasil pengujian DS menunjukkan bahwa untuk perisai radiasi komposit latek cair timbal oksida mempunyai DS ekuivalen dengan pelat Pb tebal 0,35 mm dan mempunyai DS sebesar 89%. Dari hasil uji dapat disimpulkan bahwa metode penentuan daya serap ini layak digunakan. Kata kunci : Metode penentuan, Daya Serap, komposit, perisai radiasi gonad.

ABSTRACT A Determination method of shielding for gonad using latex composite liquid lead oxide. It has been determined an absorption factor of radiation shielding for gonad against 100keV of X-ray radiation The material of the shielding is made of latex composite liquid lead oxide with composition 200pphr and 2mm thick which are processed using ultrasonic technology and supercritical temperature. Absorption test have been performed using Geiger Muller (GM) detecttor on the source of isotopic gamma ()Iodium-125 (I-125) and Barium-133 (ba-133) with suspect energy 25keV and 356keV. Because the energy for testing and its utilizing is different, the calculation using the measurement results need to be converted into energy according to the X-ray in use. Conversation is done using the participle of equivalence absorption tested of lead plate (Pb) which is theritic and calculation of absorption factor of lead against xray radiation the thickness of 0,10mm, 0,25mm, 0,35mm, and 0,5mm in accordance with radiation protect standards. The test result of the abserption factor. Show that theradiation shield of latex composite liquid lead oxide has absorption factor equivalence to 0,35mm thick Pb plate and having absorption of 89%. From the test results can be conclused that the methode is fit to be use. Key words: Determination Methode, Absorption , composites, gonadal radiation shield.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

382

Kristiyanti dkk

SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 1. PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan teknologi nuklir di berbagai bidang, khususnya di bidang kedokteran, perisai radiasi merupakan peralatan yang sangan penting. Penggunaan perisai radiasi merupakan salah satu cara untuk melindungi seseorang terhadap penerimaan dosis yang berlebihan. Prinsip perisai radiasi ialah mengurangi fluks radiasi dibalik perisai. Pengurangan ini dapat terjadi karena terjadinya interaksi antara radiasi dengan bahan perisai. Perisai radiasi yang terbuat dari komposit dengan komposisi karet cair timbal oksida akan lebih nyaman digunakan bila digunakan, karena sifat fisik yang lentur ringan tetapi masih memenuhi kriteria dari proteksi radiasi. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas maka perlu ditentukan tebal komposit yang akan digunakan. Telah dibuat komposit dengan komposisi 300phr dari lateks cair timbal oksida menggunakan teknologi ultrasonik dan super kritis dan tebal 2 mm[1]. Komposit tersebut akan digunakan sebagai perisai radiasi gonad pada pemeriksaan abdomen yang menggunakan sinar-X dengan energi 100 keV. Pengujian Daya Serap (DS) komposit terhadap radiasi menggunakan pengukur radiasi yaitu detektor Geiger Muller (GM) dengan sumber radiasi gamma () Iodium-125 (I-125) energi 25 keV, Barium-133 (Ba-133) energi 356 keV. Karena pengujian dan penggunaan komposit mempunyai energi yang berbeda, maka dalam perhitungan DS perlu dikonversi dengan pelat Pb untuk tebal 0,10 mm, 0,25 mm, 0,35 mm dan 0,50 mm sebagai acuan sesuai dengan standar proteksi radiasi [2]. 2. TEORI Secara garis besar, penggunaan alat ukur radiasi dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu untuk kegiatan proteksi radiasi dan untuk kegiatan aplikasi/penelitian radiasi nuklir itu sendiri. Alat ukur radiasi yang digunakan untuk kegiatan proteksi radiasi harus menunjukkan nilai intensitas atau dosis radiasi yang mengenai alat tersebut, sehingga seorang pekerja radiasi dapat langsung mengambil tindakan tertentu setelah membaca alat ukur yang digunakannya. Sedangkan alat yang digunakan di bidang aplikasi radiasi dan penelitian biasanya ditekankan untuk dapat menampilkan nilai kuantitas radiasi atau spektrum energi yang memasukinya. Aplikasi teknik nuklir yang dapat dimanfaatkan dengan menggunakan sistem pengukur radiasi ini seperti NDT (Non Destructive Test) teknik perunut, pengukur ketebalan, densitas, identifikasi material dan sebagainya. Setiap alat ukur radiasi baik yang digunakan untuk mengukur kuantitas, energi, intensitas maupun dosis radiasi selalu terdiri atas

Kristiyanti dkk

383

dua bagian utama yaitu detektor dan peralatan penunjang. Detektor merupakan suatu bahan yang peka terhadap radiasi, yang bila dikenai radiasi akan menghasilkan suatu tanggapan (respon) tertentu yang lebih mudah diamati. Sedangkan peralatan penunjang biasanya merupakan peralatan elektronik, yang berfungsi untuk mengubah tanggapan detektor tersebut menjadi suatu informasi yang dapat diamati oleh panca indera manusia. Sistem pencacah radiasi terdiri atas detektor dan peralatan penunjang. Kuantitas radiasi merupakan jumlah radiasi yang memasuki detektor, jumlah ini hanya sebagian kecil dari jumlah radiasi yang dipancarkan oleh sumber ke segala arah. Nilai kuantitas dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu aktifitas sumber, jenis dan energi radiasi, serta jarak dan jenis penahan diantara sumber dan detektor. Energi radiasi merupakan kekuatan dari setiap radiasi yang dipancarkan oleh sumber. Tingkat energi radiasi bergantung pada jenis nuklidanya. Jenis nuklida yang berbeda akan memancarkan radiasi dengan energi yang berbeda[3]. Detektor yang digunakan dalam pengujian ini adalah detektor Geiger Muller (GM). Detektor GM ini termasuk kelompok detektor nuklir dengan isian gas, yang prinsip kerjanya memanfaatkan media gas isian sebagai penghasil pulsa yang dapat diukur. Sumber radiasi yang digunakan adalah pemancar sinar gamma (I-125 dan Br-133). Radiasi  merupakan jenis radiasi yang mempunyai daya tembus sangat besar dan tidak dapat dihentikan sepenuhnya. Setiap pancaran radiasi  yang mengenai suatu bahan akan berinteraksi dengan bahan tersebut sehingga sebagian dari intensitasnya akan terserap dan sebagian lagi diteruskan. Perbandingan intensitas pancaran yang datang dan intensitas yang masih diteruskan tergantung pada tebal bahan, jenis bahan dan energi radiasi . Persamaan berikut ini menunjukkan hubungan tersebut [1] ..............................(1) Dengan : Io = intensitas paparan radiasi sebelum melewati perisai, cps. I = intensitas paparan radiasi sesudah melewati perisai, cps. µ=koefisien serapan linier bahan pada tertentu (mm-1). X=tebal bahan (mm). Intensitas radiasi yang terserap atau daya serap (DS) x 100 % .............................(2) )x100% ................(3) Dengan : DS = Daya Serap µ = koefisien serap linier bahan pada energi tertentu cm-1 X=tebal bahan, cm.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Dalam perhitungan DS dibutuhkan daftar koefisien serapan masa bahan terhadap radiasi . untuk energi 100 keV seperti disajikan dalam Tabel 1. Karena sifat radiasi  ini sama dengan radiasi sinar-X, maka tabel ini dapat dipergunakan pula untuk radiasi sinar-X. Penyerapan bahan pelindung (perisai) tergantung pada koefisien serapan linier µ, masa jenis ρ bahan. Komposit yang merupakan lateks cair atau karet alam mempunyai rumus kimia C8 H16 dan

0,25mm, 0,35mm, 0,5mm 3. Isotop I-125 dan Br-133 Peralatan yang digunakan 1. Satu unit pencacah radiasi beserta detektor GM 2. Meter untuk mengukur jarak antara detektor dan perisai radiasi Pelaksanaan pengujian dilakukan seperti pada Gambar 1.

timbal pembuatan komposit sebagai bahan perisai radiasi yaitu H, O, C dan Pb. Koefisien serapan masa senyawa bisa dihitung dengan persamaan (1) : (µ/ρ) senyawa = ( N A/A) x ∑ Wi (µ/ρ).....................(4) Dengan : NA A Wi ρ

= bilangan A vogadro 6,024 x 1024 = berat molekul senyawa (ama) = fraksi berat unsur dalam senyawa (%) = masa jenis senyawa (gr/cm3)

µ

= koefisien serapan linier (cm-1)

1 2 3 Gambar 1. Tata letak pengujian Keterangan : 1. Sumber Radiasi 2. Perisai radiasi 3. Detektor.

Komposisi komposit dinyatakan dalam satuan pphr yang merupakan perbandingan antara berat timbal oksida pada setiap 100gr lateks kering/padat. Untuk menentukan daya serap (DS) setiap komposit, maka massa jenis (ρ) koefisien serapan masa µ/ ρ perli dihitung. Persamaan untuk menghitung volume komposit digunakan persamaan (2)

V= G ρ

dengan : V = Volume (Cm3) G = berat (gr) ρ

= masa jenis senyawa (gr/cm3)

Komposit sebagai bahan perisai mempunyai unsur yang dominan yaitu H, O, C dan Pb. Tabel 1. Koefisien serapan massa µ/ρ dan massa jenis ρ unsur pembentuk komposit untuk energi 100 keV[4] Nama Unsur µ/ρ cm2/gram ρ gram/cm3 H 0,294 0,00008988 O 0,152 0,001429 C 0,149 2,25 Pb 5,62 11,34

3. TATA KERJA Bahan yang digunakan dalam pengukuran 1. Komposit digunakan untuk perisai radiasi 2. Pelat timbal dengan ketebalan 0,1mm,

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

384

Untuk pengujian dengan sumber I-125 Alat yang digunakan : detektor GM Tegangan : 370 keV Sumber radiasi : I-125 Jarak detektor ke sumber : 15 cm Waktu cacah : 10 detik. Untuk pengujian dengan sumber radiasi Ba-133 : Alat yang digunakan : Detektor GM Tegangan : 400 keV Sumber radiasi : Ba-133 Jarak detektor ke sumber : 20 cm Waktu cacah : 30 detik. Perhitungan pengukuran daya serap dan hasil uji menggunakan sumber radiasi I-125 Contoh perhitungan daya serap untuk komposit 1. Diukur cacah latar terbaca BG = 21 2. Dipasang sumber radiasi pada posisinya kemudian diukur cacahnya (Io), terbaca = 77 3. Dipasang sumber radiasi dan perisai, diukur cacahnya (I) = 51 4. Perhitungan DS menggunakan Persamaan 2 harga Io dan I dikurangi BG DS = 56 – 30 x 100% = 87% 30 Begitu seterusnya perhitungan DS untuk pelat Pb dan juga pengukuran DS dengan sumber radiasi Ba133 Menghitung DS komposit dengan komposisi tebal 2mm untuk energi 100keV[5]

Kristiyanti dkk

SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Karet alam mempunyai rumus kimia C8H16 dengan

Tabel 3. Hasil uji DS komposit dengan menggunakan detektor GM dan sumber radiasi Ba133. No Jenis sampel Cacah Daya Serap % 1. Io 111 2. Komposit 43 61 3. Pb 0,10 mm 60 46 4. Pb 0,25 mm 49 56 5. Pb 0,35 mm 43 61 6. Pb 0,50 mm 31 72

ρ = 0,95 gr/cm3 Timbal oksida mempunyai rumus kimia Pb3O4 dengan ρ = 0,95 gr/cm3 Berat komposit = H.ka + G.Pb3O4 = 100 + 200 = 300gr Volume komposit = Vol ka + vol Pb 3O4 = 100/0,95 + 200/9,3 = 105,26 +21,5 = 126,76 Dengan menggunakan rumus (2) di dapat harga massa jenis komposit ρ komposit = 300/126,76 = 2,37 gr/cm3

perhitungan koefisien kimia (µ) pada energi 100keV berat Atom C=12, H=1, Pb=207, O=16 Berat molekul C8H16 = 8(12) +16(1)=122 Berat molekul Pb3O4 = 3(207) + 4(16) = 685 (µ/ρ) C8H16 = (96/122 x 0,149) + (16/122x0,294) = 0,155cm-1 -1 (µ/ρ) C8H16 = 0,155 x 0,95 = 0,147cm (µ/ρ) Pb3O4 = (621/685 x 5,62)+(64/685 x 0,152) = 5,1 cm2/gram Dengan menggunakan rumus (1) di dapat hanya : (µ/ρ) komposisi = 0,155 + 5,1 = 5,255 cm2/gram µ komposit = (µ/ρ) komposit x (ρ) komposit = 5,255 x 2,37

DS komposit = (1-e(-12,45)(0,2)) x 100% = 91,7% Menghitung DS pelat Pb dengan energi 100keV untuk tebal pelat Pb 0,1mm (0,01cm) Jika (µ/ρ) Pb=5,62 cm2/gram dan massa jenis (ρ)=11,34 maka koefisien serapan linier (µ) =(5,62)(11,34)cm-1 =63,75cm-1

Perhitungan secara teoritis DS untuk pelat dengan tebal 0,1mm (0,001cm) dengan energi 100keV DS = (1 – e- µt) = (1 – e-(63,73)(0,01) )x 100% = 47% Begitu seterusnya DS pelat Pb bisa dihitung untuk tebal lainnya. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil eksperimen didapat hasil uji DS komposit untuk sumber radiasi I-125 seperti disajikan pada Tabel 2 dan untuk sumber radiasi Ba-133 pada Tabel 3. Tabel 2. Hasil uji DS komposit dengan menggunakan detektor GM dan sumber radiasi I125. No Jenis sampel cacah Daya Serap % 1. Io 56 2. Komposit 30 87 3. Pb 0,10 mm 42 62 4. Pb 0,25 mm 32 81 5. Pb 0,35 mm 30 87 6. Pb 0,50 mm 29 90

Kristiyanti

385

Dari hasil perhitungan teoritis DS dengan energi 100 keV didapat hasil seperti disajikan pada Tabel 3. Tabel 3. Perhitungan teoritis DS timbal terhadap radiasi sinar-X pada energi 100 keV. No Jenis sampel Daya Serap % 1. Komposit 91 2. Pb 0,10 mm 47 3. Pb 0,15 mm 61 4. Pb 0,20 mm 72 5. Pb 0,25 mm 79 6. Pb 0,30 mm 85 7. Pb 0,35 mm 89 8. Pb 0,40 mm 92 9. Pb 0,45 mm 94 10. Pb 0,50 mm 95 11. Pb 0,55 mm 96 12. Pb 0,60 mm 97 13. Pb 0,65 mm 98 14. Pb 0,70 mm 99 15. Pb 0,75 mm 99

Pengujian dengan menggunakan sumber radiasi I125 komposit mempunyai DS 87% yaitu ekivalen dengan pelat Pb tebal 0,35mm, sedangkan pengujian dengan menggunakan sumber Ba-133 komposit mempunyai DS 61% yaitu ekivalen dengan pelat Pb tebal 0,35mm. Perhitungan teoritis DS komposit terhadap radiasi sinar-X pada energi 100keV sebesar 91%sedangkan DS untuk pelat Pb 0,35mm sebesar 89% Perbedaan metoda penentuan DS antara pengukuran dan perhitungan yang hanya 2% tersebut disebabkan karena pengukuran komposisi kurang tepat karena pencampuran komposit merupakan campuran cairan dan padatan.

5. KESIMPULAN Metoda penentuan DS perisai radiasi gonod dari komposit lateks cair timbal oksida bisa dilakukan menggunakan detektor GM dengan sumber isotop I125 dan Ba-133. Dari hasil eksperimen didapat bahwa metoda penentuan DS ini layak dugunakan.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 6. DAFTAR PUSTAKA 1.

2.

3.

4.

5.

SRI MULYONO ATMOJO, “Rekayasa Celemek Perisai Radiasi Nuklir Berbasis Komposit Lateks Cair Timbal Oksida menggunakan Teknologi Ultrasonik dan Suhu Super Kritis”, Dokumen Teknis, 2009. Standar Nasional Indonesia (SNI) 06 – 6041, Lembaran Vulkanisat Karet Timbal untuk Perisai Sinar-X, Baadan Standarisasi Nasional, Jakarta, 1999. HENDRIYANTO HADITJAHYONO, “Sistem Pengukuran Radiasi”, PUSDIKLAT-BATAN, 1992. R.G.JAEGER. “Engineering Compendium on Radiation Shielding “ Vol 1, Shielding Fundamentals and Methods, New York, 1968. KRISTIYANTI dkk., “Perekayasaan Perisai Radiasi Tyroid menggunakan komposit lateks cair Timbal oksida, dengan teknologi Ultrasonik dan suhu super kritis.” Prosiding PPI-PDIPTN, PTAPB-BATAN, Yogyakarta, 2010.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

386

Kristiyanti dkk