Ke Daftar Isi P8I'tBmuan dan Prosontasilimlah -prosldiIJJ •
PENENTUAN
Funuslonal Toknls Non panoUn, 18 Dosomb8l' 2006
ISSN :1410 - 6381
RESPON DETEKTOR NE MK 7 NRM TEIUIADAP SUMBER NET RON 252 Cf Nurman Rajagukguk PTKMR - BAT AN
AJBSTRAK Penentuan Respon Detektor NE MK 7 NRM Terhadap Sumber Netron 252Cf. Makalah ini menguraikan pengukuran respon detektor berbentuk bola dengan diameter 8 inchi terhadap jarak ke sumber netron cepat 252Cf yang dilakukan di dalam ruang kalibrasi berukuran panjang 11 m x lebar 5,4 m x tinggi 3,5 m dan di ruang tanpa atap berukuran panjang 30 m x lebar 15 m. Detektor dan sumber radiasi diletakkan pada ketinggian 120 cm dari lantai. Pada eksperimen di ruang kalibrasi jarak detektor ke sumber radiasi bervariasi mulai dari 50 cm sid 200 cm scdangkan di ruang tanpa atap mulai dari 50 em sid 120 cm. Koreksi terhadap hamburan netron dilakukan menggunakan tcknik semi empiris. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa respon detektor terhadap netron yang terhambur dari dinding ruang kalibrasi pada jarak 100 cm adalah 16 % sedangkan di ruang tanpa atap adalah 7 %. Hasil pcncntuan respon detektor terhadap 252Cf di kedua ruang terse but cukup baik dengan perbedaan lebih kecil daripada 2 %. Dari hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa jarak kalibrasi untuk detektor ini harus dibatasi antara 50 cm sid 140 cm.
ABSTRACT The Determination of The Response of NK 7 NRM detector for a 252Cf neutron source. Measurement of the response of a 8 in. spherical rem-meter with distance from a 252Cffission neutron source has been carried out in a calibration room built of concrete, dimensions about 11m x 5.4 m x 3.5 m high and in the room without roof, dimension about 30 m x 15 m. Instrument and source were placed on a stand so that the distances between them and the floor were about 120 cm. The distance between the source and the instrument was measured from the geometric center of the detector to the center of the source. Measurement in the calibration room has been conducted with the distances between the source and the detector vary betwecn 50 cm up to 200 cm but in the room without roof the distances has been limited until 120 cm. Correction for neutron scattering has been done using a semi-empirical technique as a function of source to detector distance. The result obtained showed that the response of the dctcctor to neutron reflected from the walls of the calibration room at the distance of 100 cm was 16 % and in another room was 7 %. The result obtained showed that the response of the detector in both room were in a good agreement within 2 %. In summary the calibration distance for this detector should be limited in the range from 50 cm to 140 cm.
208
Pl'osldq
PertBmlJan dan Prosontasillmiah
ISSN :14W - 5381
FunOslWla/ Toknls NWI PwmUtI, 18 Dosumber 2006
iii---
•
PENDAHULUAN Pada prinsipnya mcnempatkannya
sebuah alat ukur radiasi tingkat proteksi dikalibrasi dengan cara
pada suatu titik di medan radiasi acuan yang besaran medan radiasi yang
diukurnya telah diketahui. Respon alat ukur radiasi terse but dinyatakan sebagai bacaan alat ukur terse but clibagi dengan besaran meclan radiasi(1). Kebalikan dari respon ini diketahui sebagai faktor kalibrasi. Oalam kalibrasi alat ukur radiasi netron untuktingkat
proteksi,
besaran medan radiasi yang cliperlukan adalah dosis ekivalen. Besaran ini diturunkan dari laju pancaran netron yang hanya berasal dari dari sumber tersebut. Karena meclan radiasi acuan diperoleh dari laju panearan netron yang hanya berasal dari sumber racliasi, maka faktor kalibrasi dad sebuah alat ukur radiasi harus
bersifat unik,
artinya faktor kalibrasi alat terse but hanya sebagai fungsi dari tipe detektor dan spektrum energi sumber radiasi bukan bergantung pada faktor- faktor seperti jarak detektor ke sumber radiasi atau ukuran ruang yang digunakan untuk kalibrasi .. Untuk mendapatkan
!aju pancaran yang hanya berasal dari sum bel' netron tersebut
sangatlah sulit karena adanya netron yang terhambur dari dinding ruang kalibrasi, penyangga sUl11berdan detektor, udara dan benda-benda lainnya yang berada di dalam ruang kalibrasi. Oalal11 prakteknya biasanya dilakukan koreksi yang eukup signifikan terhadap
efek dari
hamburan netron ini agar diperoleh respon alat ukur terse but yang yang hanya berasal dari sUl11berradiasi. Ruang laboratorium It
kalibrasi PTKMR-BA TAN terbuat dari beton berukuran panjang
m x lebaI' 5,4 m lebaI' x tinggi 3,5 m . Dibandingkan dengan fasilitas kalibrasi di beberapa
negara, ruang ini relatif keeil dan dipastikan akan menimbulkan hamburan netron yang eukup besar(2).
Dengan
demikian,
mengabaikan
faktor hamburan
netron
akan menyebabkan
kalibrasi alat ukur radiasi untl1k netron cepat akan mendapatkan kesalahan yang signifikan. U ntuk menghindari
kesalahan
tersebut maka hamburan netron di ruang tersebut harus
diperhitungkan untuk setiap detektor yang dikalibrasi. Salah satu cara untuk memperoleh menghitung
efek
mempertimbangkan
netron
yang
faktor koreksi hamburan
terhambur
menggunakan
program
adalah dengan komputer
dengan
sumber radiasi, detektor dan konfigurasi ruangan. Dengan demikian perlu
209
-
prosldiIJJ Port&muan
dilakukan
~an ProsentasJ
perhitungan
ISSH :1410 - 6381
IImlah Funoslonal Toknls Non PeneDtl, 19 Oosombor 2006
untuk
setiap
sumber,
detektor
dan konfigurasi
ruangan
yang
berbeda.(3) Cara yang lain adalah menggunakan teknik "shadow cone" (kerucut terpancung). Cara Inl adalah dengan menempatkan
kerucut terpancung di antara sumber radiasi dan detektor
yang desainnya sedemikian rupa sehingga secara geometris dapat
menghalangi fluen yang
langsung berasal dari sumber netron untuk sampai ke detektor. Untuk menggunakan teknik ini maka diperlukan beberapa "shadow cone", karena ukurannya harus sesuai dengan konfigurasi sumber-detektor( 4) Cara terakhir adalah dengan menggunakan teknik semi empirik yaitu dengan cara mengukur
respon total yang diterima
oleh detektor.
Dengan menggunakan
kombinasi
pengukuran dan perhitungan maka akan diperoleh respon detektor yang berasallangsung
dari
sumber netron (5). Makalah ini menguraikan pengukuran hamburan untuk memperoleh respon detektor alat ukur radiasi nctron NE MK 7-NRM terhadap sumber netron 252Cfyang dilakukan di ruang kalibrasi PTKMR-BATAN.
Untuk meyakinkan betapa besarnya pengaruh ukuran ruangan
pada hamburan radiasi, maka dilakukan juga pengukuran di ruang tanpa atap dengan ukuran sekitar 30 m x 15 m .. Dengan pengukuran di dua ruang yang jauh berbeda luasnya ini akan diperoleh perbedaan respon dari detektor tersebut. Diharapkan dengan pengukuran ini akan diperoleh prosedur kalibrasi alat ukur radiasi netron yang memadai.
TEORI Metoda ini berdasarkan asumsi bahwa fraksi bacaan instrumen yang disebabkan oleh netron terhambur dapat dikurangi
dari deviasi bacaan menggunakan hukum kebalikan jarak
kuadrat. Berbagai kontribusi dikarakterisasikan
oleh suatu komponen independen dari jarak
detektor ke sumber radiasi yang disebabkan oleh hamburan oleh dinding dan suatu komponen yang berkurang secara linier
dengan jarak yang disebabkan oleh hamburan oleh udara.
Bacaan instrumen, M7(r), sebagai fungsi jarak, yang disebabkan oleh medan radiasi total (netron langsung dan netron terhambur) berhubllngan dengan respon fluen persamaan berikut (6).
210
RrjJ
menggllnakan
ProsldIJJ,J partumuan
dan Prosontasillmlah
FWluslcnal 'okllls
~SN :1410 - 6381
Non PonoUtl.19 Dos8m!J8r 2006
MLW
Rq; ( 1 + S 1'2) .........•...
rpxF,(r)x(1
(1)
+Ar)
dengan S adalah fraksi kontribusi r:p
hamburan
oleh ruang pada unitjarak
kalibrasi
adalah laju fluen di udara bebas
Dengan menggambarkan
ruas kiri sebagai fungsi
Perpotongan
dengan sumbu Y akan mendapatkan
rnemberikan
fraksi komponen
Total hamburan
1'2
akan mend~patkan
suatu
garis lurus.
respon RrjJ dan slope dari garis akan
oleh udara diberikan sebagai (1
+A
1'). Untuk sumber 252Cfbesarnya
adalah 0,012 m-I (5).
pada persamaan ([J
1. dinyatakan ===
sebagai :
(2)
!1n I'
2
dengan Bn
===
B x F{Jf!J
(3)
41t dengan B adalah laju pancaran
sumber radiasi netron
F, (B) adalah faktor koreksi anisotropi U ntuk mendapatkan
konstanta
bacaan detektor setelah dikoreksi K
===
Me
sumber radiasi
karakteristik
e52Cf
===
sumber ke detektor
semua efek hamburan digunakan
.,.2
1,012) yang merupakan
persamaan
berikut :
(4)
Jika respons fluen di udara bebas adalah Rq;
===
lvfL
.........................................•....................................... (5)
Maka dengan menggunabn K
===
pcrsamaan
2 dan 5 akan diperoleh
R q). Bn
(6)
211
-
Prosl~
PortBnwan dan Prosunt~slilmlah
ISSN :1410 - 6381
FW1uslonaiTuknls Nun Punulltl.18 Dosumbur 2006
Dengan demikian respon dosis ekivalen adalah RH
= Rrh
(7)
Hrft
dengan Hrft adalah faktor konversi fluen-dosis ekivalen. Untuk 252Cf,H¢ adalah 3,4 10-10 Sv.cm2. (5) Co"
PERALA T AN DAN T AT A KERJA Perala tan a. Sumber Radiasi Netron 252Cf Sumber radiasi netron yang digunakan pada pengukuran ini adalah 40 Jlg 252Cfdengan waktu paruh (9,661 ± 0,029) x 102 hari. Sumber radiasi ini dikalibrasi pada tg1.l1 Juli 2005 di laboratorium National
Physical Laboratory,
Inggris
menggunakan
teknik " Manganese
Sulphate Bath "(7).Hasil kalibrasi menunjukkan bahwa laju emisinya adalah (9,498 ± 0,096) x 107 S-1 untuk tingkat kepercayaan 95 % (8).
b. Alat Ukur Radiasi Nctron NE MK 7 NRM Alat cacah ini dapat digunakan untuk mengukur laju dosis ekivalen dengan rentang 0,1 mrern/jam sid 1 rem/jam untuk energi antara termal (0,025 eV) dan 7 MeV (9). Radiasi netron dideteksi menggunakan pencacah proposional berbentuk bola denga diameter 8 inehi. Sebagai alat bantu digunakan "scaler" Tennelee TC 534
Tata Kcrja Sumber radiasi netron 252Cfdiletakkan pada ketinggian 120 em dari lantai di tengah ruangan kalibrasi
yang berukuran J.I,7 m x 5,4 m x 3,5 m. Detektor NE MK 7 NRM
diletakkan pada ketinggian yang sama dengan sumber radiasi dengan jarak
ke sumber 252Cf
bervariasi mulai dari 50 em sid 200 em dengan rentang jarak 10 em. Peneaeahan dilakukan untuk waktu 100 detik. Pada pengukuran di ruang tanpa atap berukuran 30 m x 15 m, jarak detektor ke sumber radiasi yang digunakan adalah 50 em sid
120 em.
yang digunakan pada pengukuran dapat dilihat pad a Gambar 1 di bawah ini.
212
Susunan peralatan
-
PI'osldlrvJ pertemuan
dan Presentasl
IIm/ah Funaslonal Teknls Non PeneOtl. 19 Oesember
2006
ISSN :14W - 6381
Gambar 1. Susunan peralatan pada pengukuran respon detektor NE MK 7 NRM di ruang tanpa atap berukuran 30 m x 15 m. Detektor dan sumber radiasi 252Cf diletakkan pada ketinggian yang sarna yaitu 120 em dari lantai dengan jarak yang bervariasi mulai dari 50 em sid 120 em. BASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengukuran total respon detektor MK 7 NRM , terhadap sumber radiasi 252Cf mulai dari jarak deteetor ke sumber radiasi 40 em sid 200 em mula-mula dikoreksi dengan hal11buran udara Mr (r )(1 + A.r ) dan selanjutnya dikalikan dengan kuadrat jarak sumber radiasi ke detektor, r. Harga perkalian ini digambarkan sebagai fungsi r2 yang hasilnya dapat dilihat pada Gambar 2. Dengan l11enggunakan regresi linier maka pada jarak tertentu dari sUl11berke detektor akan diperoleh persamaan yang l11endekati garis lurus :
dengan Mo adalah respon detektor yang hanya berasal dari sumber radiasi netron pada jarak r, sedangkan slope
S l11erupakan kontribusi
netron terhambur oleh ruang kalibrasi.
213
Prosldq
Purtumuan dan Pl'8Sontasilirniah FunoslonalToknls Non PonoOtl.18Dosombur2006
ISSN :14W - 6381
iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii
350
300
250
::E 150
100
50
o 0.25 0.36 0.49 0.64 0.81
1.21 1.44 1.69 1.96 2.25 2.56 2.89 3.24 3.61
4
r2 [m2J
Gambar 2. Respon detektor M dikalikan dengan kuadrat jarak detektor ke sumber radiasi r sebagai fungsi kuadrat jarak untuk sumber 252Cf di ruang kalibrasi yang berukuran panjang 11 m x lebar 5,4 m x tinggi 3,5 m dan ruang tanpa atap berukuran 30 m x 15 m. Dari Gambar 2. dapat dilihat bahwa pada jarak detektor ke sumber radiasi mulai dari 50
em sid 130 em nilai M.r2 sebagai fungsi
persamaan garis lurus
M.r2 = 225,37 ( 1
+ 0,16
Persamaan garis garis terse but menunjukkan terhambur di ruang kalibrasi
r2
eenderung mendekati linier mengikuti
r2
)
dengan koefisien korelasi
bahwa pada 'jarak
r = 0,997.
1 m kontribusi netron
ada1ah adalah 16 % sedangkan perpotongan
pada r = 0
memberikan respon pada jarak 1 m yang berasal dari sumber netron itu sendiri adalah 225,37 eps. Dari gambar yang sarna dapat di1ihat juga bahwa pada pengukuran di ruang tanpa atap mendapatkan daerah yang mendekati persamaan garis lurus mulai dari jarak detektor ke sumber radiasi 60 em sampai dengan 120 em dengan persamaan garis lurus : M.r2 = 219,46 ( 1
+ 0,08
r2
)
dengan koef. korelasi 0,99. Dari persamaan ini diperoleh hamburan netron pad a
214
-
prosldInu PortBmuan
dan Prosontaslllndah
FWlDSloilaJ Toknls Non PonoUU, 10 Dosombar 2006
ISSN :1410 - 6381
jarak 1 m adalah 8 % sedangkan respon yang berasal dari sumber netron itu sendiri adalah 219,46 eps. Dari pengukuran di dua ruangan terse but di atas menunjukkan bahwa pada ruang yang berukuran eukup besar dan tanpa atap hamburan netron masih eukup besar. besar hamburan ini berasal dari lantai yang hanya berjarak
Kemungkinan
120 em dari sumber netron
sedangkan dari dinding tidak memberikan kontribusi yang besar karena jaraknya
sekitar 700
em.
Sebagai perbandingan, pengukuran menggunakan metoda yang sarna pernah dilakukan di ruang kalibrasi NRL yang berukuran panjang
7,1 m,
4,6 m lebar dan
tinggi 3,5 m
terhadap sumber radiasi netron 252Cf. Pengukuran dilakukan dengan rem meter dengan detektor berbentuk bola berdiameter 9 inch mendapatkan persamaan garis lurus M.r2 = 1070 ( I + 0,20 r2
),
sedangkan menggunakan
" Bonner Sphere" berdiameter
3 inch mendapatkan
pcrsamaan garis lurus M.r2 = 386 ( I + 1,24 r2 ) (3). Hasil ini walaupun tidak bisa dibandingkan sceara kuantitatif karena perbedaan detektor, konfigurasi dan ukuran ruang dan lain lain namun dapat dijadikan gambaran bahwa hamburan netron di ruang kalibrasi yang kecil eukup besar. Dari Gambar 2. dapat dilihat bahwa padajarak mulai dari 150 em sampai dengan 200 em kurva mengalami penurunan yang drastis. Meskipun rentang pada jarak ini bukan menjadi perhatian
untuk
kepentingan
kalibrasi,
namun
perlu
diteliti
penyebabnya
karena
keeenderungan ini sangat berbeda dengan beberapa hasil pengukuran yang dilakukan orang (3). Salah satu eara adalah dengan melakukan pengukuran yang sarna namun pada arah yang berlawanan. Karena pada pengukuran ini hamburan dari belakang detektor disebabkan oleh dua hal yaitu dinding beton dan pintu yang terbuat dari Pb. Dari Gambar 2. diperoleh bahwa respon detektor yang hanya berasal dari sumber radiasi netron adalah 225,37 eps. Jika laju dosis ekivalen sumber netron tersebut pada jarak 100 em dihitung menggunakan persamaan 2, 3 dan 4 akan diperoleh laju ekivalen sebesar 84,4 mrem/jam. Dengan demikian respon detektor yang diperoleh dari pengukuran di ruang kalibrasi tersebut adalah 225,37eps/84,4 mrem/jam = 2,67 eps/mrem/jam sedangkan respon detektor yang diperoleh di ruang tanpa atap
setelah dikoreksi peluruhan adalah 219,46
eps/83,68 mrem/jam = 2,62 eps/mrem/jam*. Ketidakpastian pengukuran ini ditaksir sebesar ±
215
JlrosldIrJJ fortomuan IIan Prosontaslllmlah Funuslonal Toknls Non PBnoUU,18Dosombor 2006 ISSN :14W - 6381 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiOiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiOiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii
] 0 %. Dengan menunjukkan
demikian
terdapat
bahwa walaupun
bisa menentukan
perbedaan
yang tidak signifikan
ka!ibrasi dilakukan
faktor koreksi
hamburan
sebesar
1,7 %. Hal ini
di ruang yang jauh berbeda ukurannya
netron dari ruang pengukuran
asal
akan mendapatkan
hasil yang relatif sama.
* Ketidakpastian
pengukuran ini ditaksir sebesar ± 10%.
KESIMPULAN Dari hasil dan pembahasan 1. Metoda
teknik
terse but di atas dapat disimpulkan
semi empirik
bahwa :
ini cukup sesuai untuk digunakan
dalam
kalibrasi
alat
ukur radiasi netron. 2.
Jarak detektor
ke sumber
yang rr.endekati
radiasi antara 50 em sid 140 em mendapatkan
linier sehingga
dapat digunakan
sebagai jarak kalibrasi
persamaan
untuk detektor
terse but.
DAFT AR PUST AKA
I.
SCHRAUBE,
H,CHARTIER,
SCHW ARTZ,
R.B, Calibration
Characteristics Radiation 2.
RIMPLER, Neutron Publishing,
3.
4.
of Neutron
Protection
Fields,
Procedure
Response
Protection
Used
1.B
The Radiation for
of Neutron
Dosimetry
H.J, HUNT,
Radiation
Publishing,
Survey
and
Response Protection,
1988
Meters
for Several
Nuclear
Technologi
T, Measurement
of Neutron
Vol.
44,
1992
EISENHAUER,
C.M, SCHWARTZ,
Reflected
from
The
Pergamon
Press Ltd, 1982
TNTERNA TTONAL
INTERNATIONAL Reference
Device
Vol. 23, Nuclear Technology
Equivalent
Radiation
DELAFIED,
for Determining
Measuring
Dosimetry
A, Dose
Neutron Measuring 5.
1.L, COSACK,M,
Radiation
Surfaces
ATOMIC
R.B, JOHNSON,
of a Calibration
ENERGY
Room,
AGENCY,
Health
Guidelines
Physics
Vol.
42,
on Calibration
of
Devices, IAEA, Vienna, 1988 ORGANIZATION for
Calibrating
for Neutron
216
STANDARDIZATION Measuring
Device
, for
Neutron Radiation
iIlrosl~
PartBrnuan
dan Prosontaslllrnlah
Protection
Purposes
ISSN :1410 - 6381
Fungslonal Toknls Non PonoIIU,19 Dosombor 2008
and for determining
Their Response as a Function of Neutron
Energy, ISO 8529, ISO, 1986 6. INTERNA TIONAL Reference
Radiation
Protection
Purposes
ORGANIZATION
for
for Calibrating
Neutron
and for determining
STANDARDIZA TION Measuring
Device
,
Neutron
for Radiation
Their Response as a Function of Neutron
Energy, ISO 10647, ISO, 1996(E) 7. Axton
Ej, Cross
P, Robertson
JC, Calibration
or'the
NPL
Standard
Ra-Be
Photoneutron Source by an Improved Manganese Sulphate Bath Technique, J Nuc/. Energy 19, 1965 8. Certificate of Calibration of a Californium Neutron Source Serial Number NS0738, National Physical Laboratory, 2005 9. Manual Neutron Monitor NK 7 NRM, Nuclear Enterprice Limited, 1980
217
Ke Daftar Isi
