Pujadi, dkk.
ISSN 0216 - 3128
5
METODE STANDARDISASI SUMBER 60Co BENTUK TITIK DAN VOLUME MENGGUNAKAN METODE ABSOLUT PUNCAK JUMLAH Pujadi, Hermawan Chandra P3KRBiN – BATAN
ABSTRAK METODE STANDARDISASI SUMBER 60Co BENTUK TITIK DAN VOLUME MENGGUNAKAN METODE ABSOLUT PUNCAK JUMLAH. Telah dilakukan penentuan laju cacah sumber 60 Co bentuk titik pada plastik mylar dan bentuk cairan volume pada vial plastik dengan metode absolute puncak jumlah. Pengukuran sumber titik dilakukan dengan variasi jarak sumber ke detektor dari 0 sampai 100 mm , sedangkan sumber volume bervariasi (10 – 100) ml dan dilakukan pada jarak sumber ke detektor 0 mm. Untuk sumber titik padatan pencacahan pada jarak sumber ke detektor 0-50 mm, memberikan hasil yang baik dengan perbedaan berkisar antara 1,59 – 4,80 % terhadap nilai sebenarnya. Pengukuran pada sumber cairan dengan volume 10 – 30 ml memberikan hasil dengan perbedaan berkisar antara 1,07 – 7,73%. Untuk keperluan pencacahan sumber cair dengan volume yang relatif besar dapat dilakukan jalan membagi sumber menjadi beberapa bagian”n” volume yang relatif lebih kecil. Dengan metode ini perbedaan hasil pengukuran dapat diturunkan sampai 0,57% terhadap nilai sebenarnya.
ABSTRACT STANDARDIZATION METHOD OF 60Co POINT SOURCE AND VOLUME SOURCES BY THE SUMPEAK ABSOLUT METHOD. Determination of disintegration rates of 60Co point source on mylar plastic and volume solution sources on vial plastic have been carried out by using the sumpeak absolute method. The measurement of point source was carried out with variation of the distance of source to detector from 0 to 100 mm , while measurement of volume source close to detector and variation of the volume solution are 10 – 100 ml. The counting for point source on distance of 0-50mm was in good result with discrepancies of 1,59 to 4,80 % comparing with real value. The measurement of the solution sources 10 – 30 ml gave the result with discrepancies of 1,07 – 7,73%. The counting of solution sources can be devided into “n” small compartement of equal volume. With this method discrepancies of measurement can be increasing into 0,57 % comparing with real value.
PENDAHULUAN
P
erkembangan metode pengukuran aktivitas standar sumber radionuklida berkembang sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan. Pengukuran aktivitas sumber radionuklida menggunakan sistem spektrometri gamma dengan detektor NaI(Tl) atau HPGe, pada umumnya dilakukan dengan metode relatif, yaitu dengan membandingkan secara langsung hasil cacah luasan spektrum puncak energi tertentu dari cuplikan dengan cacah luasan spektrum energi yang bersesuaian dari sumber standar, atau dengan jalan mengkalibrasi terlebih dahulu sistem tersebut dengan sumber standar, sehingga akan diketahui efisiensi pencacahan dan efisiensi yang didapat ini digunakan sebagai acuan untuk menghitung aktivitas. Beberapa pakar metrologi radionuklida
sejak tahun 1963, telah memulai mengembangkan metode pengukuran aktivitas radionuklida secara absolut menggunakan sistem spektrometri gamma dengan detektor NaI(Tl). Metode pengukuran aktivitas secara absolut dengan teknik koinsiden dan puncak jumlah ini diterapkan pada sumber radionuklida pemancar gamma yang mempunyai pancaran foton dua atau lebih. [1,2] Pada metode pengukuran ini tidak dipergunakan sumber standar sebagai acuannya. Penentuan aktivitas dengan metode absolut ini didasarkan pada perumusan matematis dan pengukuran lang-sung luasan spektrum sinar gamma dan spektrum puncak jumlah yang terjadi, sehingga sering disebut sebagai ” metode absolut puncak jumlah”. Pada makalah ini akan dibahas tentang percobaan pengukuran terhadap 60Co menggunakan sistem spektrometri gamma detektor NaI(Tl) memakai
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
6
ISSN 0216 - 3128
metode absolut puncak jumlah, dengan variasi jarak sumber ke detektor pada sumber bentuk titik padatan dan variasi volume pada sumber bentuk cair.
TEORI Radionuklida 60Co merupakan radionuklida yang meluruh melalui pancaran zarah beta dan kemudian disusul pancaran dua sinar gamma dengan energi 1173 dan 1332 keV. Menurut BRINKMAN (1963) dan TAKAO KAWAANO dan HIROSHI EBIHARA (1989) pancaran kedua sinar gamma tersebut dalam keadaan serentak, koinsiden, sehingga untuk menentukan aktivitasnya dapat dilakukan dengan menggunakan metode absolut puncak jumlah [1,2]. Persamaan metode absolut puncak jumlah yang di turunkan oleh Brinkman adalah sebagai berikut[1,2,3]: N = T + A1 . A2 / A12 dengan N : A1 : A2 : A12 : T :
(1)
: Aktivitas / Laju cacah Luas spektrum puncak energi gamma 1 Luas puncak spektrum energi gamma 2 Luas puncak jumlah Luas total dibawah seluruh spektrum.
Dengan menggunakan persamaan (1), harga laju cacah (N) 60Co dapat langsung ditentukan dari
Pujadi, dkk.
hasil pengukuran tanpa menggunakan sumber standar sebagai pembanding, sehingga pengukuran ini dapat dikatakan sebagai metode absolut. Pada pencacahan 60Co menggunakan detektor NaI(Tl) spektrum puncak energi gamma 1173 keV (A1) dan 1332 keV (A2) dalam keadaan “overlap” ,berimpit, karena detektor NaI(Tl) mempunyai resolusi yang relatif rendah, selain itu apabila pencacahan dilakukan pada jaraksumber ke detektor cukup dekat, maka kedua puncak tersebut menghasilkan puncak jumlah. Dengan kondisi kedua puncak energi gamma A1 dan A2 seperti ini, maka pada waktu membatasi luasan spektrum masing-masing puncak energi gamma perlu pengalaman. Gambar 1 60 menyajikan spektrum Co yang dicacah menggunakan detektor NaI(Tl), dan daerah pengukuran masing-masing energi gamma. Pada Gambar 1 terlihat puncak A1 dan A2 yang berimpit, pada waktu mengukur cacah masing-masing puncak, biasanya batas kanan puncak A1 yaitu salur-2 (Ch2) dengan batas kiri A 2 yaitu salur-3 ( Ch3) hanya berbeda 1-2 saluran saja. Sedangkan pada penentuan batas kiri untuk luasan total ( T ) perlu dilakukan dengan cara ektrapolasi untuk menghindari sumbangan dari cacahan “compton” dan hamburan lainnya [3]. Pada penelitian ini sumber 60Co yang dipergunakan sumber bentuk titik padatan dan bentuk volume cairan, kedua sumber ini mempunyai aktivitas yang sama. Posisi sumber titik dan volume terhadap detektor pada penelitian ini di sajikan pada Gambar 2.
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
7
ISSN 0216 - 3128
Pujadi, dkk.
Gambar 1. Spektrum sumber 60Co menggunakan detektor NAI(Tl).
Gambar 2. Posisi sumber 60Co terhadap detektor NaI(Tl).
Sumber titik padatan dengan aktivitas “N”, setelah selesai dicacah dilarutkan kembali menggunakan pelarut HCl 0,1 N, untuk percobaan bentuk volume, sehingga sumber padatan dan cairan mempunyai aktivitas yang sama. Hal ini dimaksudkan agar dapat dibandingkan hasil pencacahan antara sumber padatan dan sumber cairan. Pencacahan terhadap sumber dalam bentuk volume cairan dilakukan dengan variasi volume dari 10 ml sampai 100 ml dengan aktivitas tetap, beda volume masing-masing adalah 10 ml. Dengan perbedaan volume ini dapat dipastikan akan menghasilkan cacah yang berbeda karena adanya perbedaan efek geometri. Semakin besar volume sumber kesalahan pengukuran akan semakin besar. Untuk mengurangi kesalahan cacahan akibat efek geometri, sumber yang mempunyai volume cukup besar ( 100 ml ), akan dicoba dibagi menjadi “n“ (“n” = 10 bagian ) bagian, dengan volume yang sama, masing-masing 10 ml. Secara teori jumlah aktivitas dari ke sepuluh bagian tetap sama yaitu “N”, sedang setiap bagian “n” mempunyai aktivitas sebesar “N”/”n”. Diharapkan dengan volume yang relatif lebih kecil diharapkan dapat mengurangi efek geometri pada hasil cacah. Dari pencacahan setiap bagian sumber “n” dengan persamaan (1) dapat dihitung nilai aktivitasnya yaitu sebesar : N”n” = T”n”+ (A1) ”n”.(A2) ”n” / (A12) ”n”
(2)
Apabila hasil cacah dari kesepuluh bagian sumber “n” dijumlahkan maka yang akan diperoleh persamaan sebagai berikut : Nt = nT + (nA1) (nA2 ) / nA12. (3) dengan : Nt : Aktivitas total (gabungan masing-masing bagian) nT
:
Jumlah cacah luas total dibawah seluruh spektrum dari sepuluh bagian ”n”.
(nA1)(nA2)/nA12
:
Jumlah cacah luas total dibawah seluruh spektrum A1dikalikan jumlah luas total dibawah seluruh spektrum A2 dibagi dengan jumlah luas puncak jumlah A12 dari sepuluh bagian ”n”.
Dengan cara memperkecil volume menjadi sepuluh bagian ini diharapkan akan memperkecil kesalahan akibat efek geometri, sehingga hasil akhir yang didapat akan lebih baik.
TATA KERJA
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
8
ISSN 0216 - 3128
Bahan dan Peralatan 1. Sumber radionuklida 60Co bentuk titik padat yang telah diketahui aktivitasnya. 60 2. Sumber radionuklida Co bentuk volume cairan (dibuat dari sumber titik No. 1 yang dilarutkan menggunakan HCl).
3. Sistem spektrometer gamma dengan detektor NaI(Tl) 4. Larutan HCl 0,1 n 5. Vial plastik volume 175 ml 6. Timbangan semi mikro Metler H4R
Pembuatan Sumber
60
Co
Sumber 60Co Titik, Padat Sumber radionuklida 60Co yang digunakan dalam bentuk cairan dengan aktivitas standar 987,43 Bq/mgram. Untuk membuat sumber 60Co dalam bentuk titik padatan maka dari sumber cairan diambil sebagian dengan “baby botol “, dengan penimbangan diketahui berat radionuklida dan “baby botol“, kemudian sebagian kecil diteteskan diatas penyangga sumber “MYLAR“, sisa ditimbang lagi, sehingga dapat diketahui berat tetesan yang berada di penyangga sumber “MYLAR”. Pada percobaan ini didapatkan sumber 60 Co dengan berat 11,71 mg, sehingga aktivitas sumber adalah 11562,81 Bq. Kemudian sumber yang masih dalam keadaan basah dikeringkan didalam oven pada suhu 40o C, setelah kering
Pujadi, dkk.
bagian atas ditutup lagi dengan “MYLAR “ yang sama, dan siap untuk dicacah. Pencacahan dilakukan dengan menggunakan detektor NaI(Tl) selama 7200 detik dengan ulangan 10 kali. Sumber 60Co Volume, Cair Pembuatan sumber bentuk volume cair, dibuat pada wadah vial plastik volume 175 ml. Sumber titik padatan yang telah selesai dicacah, dimasukkan ke dalam vial plastik dan dilarutkan dengan menggunakan pelarut HCl 0,1 n, kemudian ditambah pelarutnya hingga volume mencapai 10 ml, maka siap dicacah. Setelah selesai pencacahan terhadap sumber 10 ml tersebut, kedalam vial ditambahkan 10 ml lagi larutan HCL 0,1 N, sehingga volume menjadi 20 ml, cacah kembali dan seterus-nya dengan perlakuan sama, hingga volume men-capai 100 ml. Setelah selesai sampai pencacahan terhadap sumber volume 100 ml, sumber tersebut dibagi 10 bagian dengan volume masing-masing 10 ml pada vial, kemudian dicacah secara bergantian.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pencacahan terhadap sumber titik 60Co dengan variasi jarak sumber ke detektor 0 – 100 mm, dengan perbedaan jarak masing-masing pencacahan adalah 10 mm, disajikan pada Tabel 1 dan Gambar 3. Laju cacah yang diperoleh dihitung dengan metode absolut puncak jumlah menggunakan persamaan (1).
Tabel 1. Hasil pencacahan sumber 60Co bentuk titik (11562,81 Bq), variasi jarak sumber ke detektor dengan metode absolut puncak jumlah. Jarak sumber detektor (mm)
Cps. Puncak 1173 keV
Cps Puncak 1332 keV
Cps puncak jumlah
Cps total
Laju cacah (dps/ Bq )
Perbedaan dengan standar (%)
0
755.84
683.93
96.75
6150.25
11493.40
2.16
10
577.88
526.09
52.93
5685.57
11429.02
1.59
20
387.56
346.40
24.44
5293.61
10486.97
4.12
30
353.76
354.23
20.23
4805.98
10999.05
2.23
40
298.87
293.15
12.85
4146.70
10764.31
2.18
50
242.88
240.25
8.85
4136.64
10410.43
4.80
60
201.46
202.20
5.81
2501.31
9512.37
15.45
70
169.55
170.98
4.44
1639.76
8175.55
27.33
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
9
ISSN 0216 - 3128
Pujadi, dkk.
80
148.54
147.87
3.66
1437.27
7441.33
33.86
90
128.42
125.79
2.42
1250.87
7928.60
29.52
100
113.62
113.53
2.32
1124.31
6678.52
40.64
100000
Laju cacah ( Bq )
10000
1000
100
10
1 0
2
4
6
8
10
12
Jarak sumber ke detektor ( mm)
Gambar 3. Efek jarak sumber ke detektor terhadap laju cacah.
Terlihat hasil perhitungan laju cacah pada Tabel 1, pada kondisi jarak sumber ke detektor 0 sampai dengan 50 mm, hasilnya relatif cukup baik, dengan perbedaan berkisar antara 1,59 – 4.80 % terhadap nilai aktivitas 60Co yang sebenarnya 11562,81 Bq. Sedangkan hasil perhitungan laju cacah pada kondisi jarak sumber ke detektor lebih besar 50 mm, menunjukkan perbedaan diatas 10%, hal ini mungkin disebabkan karena nilai cacah pada puncak jumlah (A12) terlalu kecil, sehingga nilai cacah total juga kecil. Dengan semakin kecilnya nilai cacah total ini maka sangat berpengaruh pada hasil perhitungan laju cacah sumber. Jika dibandingkan nilai cacah puncak jumlah pada kondisi pengukuran dengan jarak 0 mm dengan 60 – 100 mm perbandingan mencapai 1 : 40. Pada jarak 60 mm keatas puncak jumlah yang terjadi semakin kecil, dan penurunannya tidak linier dibanding puncak A1 dan A2. Dengan hasil diatas dapat
dikatakan bahwa jarak sumber ke detektor sangat berpengaruh terhadap pencacahan sumber titik 60Co dengan metode puncak jumlah. Hasil pencacahan terhadap sumber 60Co bentuk volume dengan berbagai variasi volume, yaitu 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 dan 100 ml, dengan wadah vial plastik 150 ml, disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 4. Tabel 2. Hasil pencacahan sumber 60Co bentuk cair dengan metode absolut puncak jumlah, variasi volume, jarak sumber ke detektor 0 mm. Aktivitas sumber 11562,81 Bq. Volume (ml)
Hasil cacah (Bq)
Perbedaan dengan Standar ( % )
10
11439.33
1,07
20
10889.02
5,83
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
10
ISSN 0216 - 3128
30
10669.24
7,73
40
10289.62
11,01
50
9704.26
16,07
60
9677.231
16,31
70
9532.13
17,56
80
9167.96
20,71
90
8816.90
23,75
100
8623.45
25,89
Pujadi, dkk.
terjadi semakin kecil, sehingga cacah total juga kecil yang mengakibatkan laju cacah sumber kecil. Pada sumber dengan volume 10 ml dibandingkan volume 100 ml, mempunyai perbedaan sampai 24,82%. Pada sumber dengan volume 10 -30 ml, mempunyai perbedaan antara 1,07 – 7,73 % terhadap aktivitas sebenarnya, dengan perbedaan dibawah 10% dapat dikatakan masih baik..
Terlihat pada Tabel 2. pencacahan sumber dengan aktivitas sama tetapi mempunyai volume berbeda, memberikan hasil yang berbeda. Hal ini akibat efek geometri sumber, semakin besar volume sumber ada bagian sumber yang mempunyai jarak dengan detektor sehingga cacah puncak yang
Menurut SOUTHERLAND et.al. (1967) dengan perbedaan geometri ini sangat mempengaruhi hasil cacah karena dimensi kristal juga ikut berubah seiring dengan perubahan volume. Pada Tabel 3. menyajikan hasil cacah 10 buah sumber volume masing-masing 10 ml, sumber ini berasal dari sumber volume 100 ml aktivitas 11562,81 Bq. Dari hasil cacah ini dihitung dengan persamaan (3), didapatkan nilai aktivitas .11396,75 Bq dari kesepuluh sumber tersebut . Perbedaan terhadap nilai sebenarnya 0,57 %, hasil ini relatif lebih baik dibandingkan dengan hasil yang lain.
16000
Laju cacah ( dps)
12000
8000
4000
0 0
50
100
150
Volume sumber (ml)
Gambar 4. Efek volume sumber terhadap laju cacah.
Tabel 3. Hasil cacah 10 buah sumber 60Co bentuk cair, volume masing-masing 10 ml.
No.
Cps. Puncak 1173 keV (A1)
Cps Puncak 1332 keV (A2)
Cps puncak jumlah (A12)
Cps total
(A1 x A2) A12
1 2
33.12 34.25
30.12 29.05
0.95 0.962
61.52 60.25
1036.725 1085.905
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
Hasil persamaan (3) ( Bq) 11496.75 Bq
3 4 5 6 7 8 9 10
11
ISSN 0216 - 3128
Pujadi, dkk.
34.02 34.55 34.68 34.17 33.89 33.98 34.25 33.15
29.54 29.48 29.84 29.97 28.96 30.12 29.41 32.05
0.956 0.894 0.846 0.963 0.895 0.912 0.924 0.924
Sehingga untuk mendapatkan hasil cacah 60 yang optimum pada sumber Co bentuk cair, menggunakan metode absolut puncak jumlah, perlu diperhitungkan besarnya volume. Apabila volume terlalu besar dapat dibagi menjadi beberapa bagian, perhitungan menggunakan persamaan (3).
61.58 60.23 60.89 61.08 60.78 60.84 60.91 61.02
1027.319 1067.581 1143.587 1205.24 1054.707 1099.509 1131.151 1055.131
Perbedaan dengan aktivitas sebenarnya : 0,57 %
609.1 10887.65 Penulis menguapkan terima kasih kepada rekan-rekan di sub bidang standardisasi yang telah memberikan fasilitas dan banyak membantu dalam percobaan ini.
DAFTAR PUSTAKA KESIMPULAN DAN SARAN Metode pencacahan secara absolut puncak jumlah menggunakan sitem spektrometer gamma detektor NaI(Tl) dapat dilakukan terhadap sumber radionuklida 60Co. Untuk sumber titik padatan agar didapatkan hasil yang baik pencacahan dilakukan pada jarak sumber ke detektor 0-50 mm, kesalahan pengukuran berkisar antara 1,59 – 4,80 %. Sumber cairan dengan volume 10 – 30 ml kesalahan peng-ukuran berkisar antara 1,07 – 7,73 %. Untuk keper-luan pencacahan sumber cair dengan volume yang relatif besar disarankan dilakukan dengan memper-kecil volume, dengan jalan membagi sumber men-jadi beberapa bagian volume. Dengan metode ini kesalahan pengukuran dapat diturunkan sampai 0,57%.
UCAPAN TERIMA KASIH
1. NCRP, 58, 1985, A Hand Book of Radioactivity Measurement Procedures, National Council on Radiation Protection and Measurement, Maryland. 2. G.A.BRINKMAN , A H.W. ATEN, Absolute Standardization with NaI(Tl) Crystal–I , Int Journal of App.Rad. Isot, 1963 Vol 14, pp153158. 3. G.A.BRINKMAN, A H.W. ATEN, Absolute Standardization with NaI(Tl) Crystal –II, Int Journal of App.Rad. Isot, 1963 Vol 14, pp433437. 4. HARROCKS D.L and KLEIN PR.(1975), Nucl Instrm Methods 124, 585. 5. SOUTHERLAND LG AND BUCHANAN JD, Int Journal Appl Radiat Isot 18, 786. 6. KAWANO T and EBIHARA H (1990), Int Journal Apl Isot 41,163 – 167.
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Puslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta, 12 Juli 2005
