SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA V
“Kontribusi Kimia dan Pendidikan Kimia dalam Pembangunan Bangsa yang Berkarakter” Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA FKIP UNS Surakarta, 6 April 2013
MAKALAH PENDAMPING
PENDIDIKAN KIMIA (Kode : E-03)
ISBN : 979363167-8
PERANAN ILMU KIMIA PADA BIDANG PROTEKSI RADIASI Eka Djatnika Nugraha1*, Dewi Kartikasari2, Mukhlis Akhadi3, Dyah Dwi Kusumawati4 1
Badan Tenaga Nuklir Nasional, Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi, Jakarta , Indonesia 2,3,4 Badan Tenaga Nuklir Nasional, Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi, Jakarta , Indonesia *Keperluan koresondensi, Telepon :081320308260/021-7513906 EXT 317 / Email:
[email protected],
[email protected] ABSTRAK
Proteksi radiasi mutlak diperlukan pada pemanfaatan teknologi nuklir yang semakin luas dalam kehidupan modern sekarang ini, seperti pada bidang kedokteran, farmasi, industri pangan, industri pengolahan dan berbagai industri lainnya, Prinsip dari proteksi radiasi (ALARA) harus terpenuhi sehingga para pekerja radiasi dapat bekerja dengan aman. Pada bidang proteksi radiasi banyak prinsip kimia dan bahan kimia yang biasa digunakan antara lain adalah dosimeter kimia(larutan frike, ferro-cupri sulfat, ceri-cero sulfat) dan dosimeter termoluminesensi(CaSO4:Dy, LiF).Dalam makalah ini dibahas peranan ilmu kimia pada bidang proteksi sebagai detektor radiasi standar dan sebagai dosimeter pemonitoran dosis perorangan. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada dosimeter kimia (frike, Ferro-cupri sulfat, ceri-cero sulfat) fenomena reaksi redoks dari larutan yang telah diradiasi dapat dikonversi menjadi dosis dan pada pembuatan dosimeter termoluminesensi (CaSO4:Dy,LiF) proses kimia menjadi hal yang sangat penting, karena proses sintering, dopping, coating dan kesempurnaan proses kristalisasi merupakan hal yang menentukan baik tidaknya TLD dalam merespon radiasi. Kata kunci : dosimeter kimia, sintering, ALARA radiasi dapat merasa aman. Proteksi radiasi
PENDAHULUAN Penggunaan
radiasi
telah
mutlak
diperlukan
teknologi
terakhir, hal ini ditandai dengan banyak
proteksi radiasi yaituAs Low As Reasonably
penggunaan teknologi nuklir di bidang medik
Achieveable (ALARA) dapat terpenuhi [9]. Bidang
radiologi dan radioterapi, bidang
sehingga
pemanfaatan
berkembang dalam beberapa puluh tahun
untuk
nuklir
pada
Proteksi
dari
radiasi
berkaitan
perlu
diberikan
industri untuk sterilisasi, pengawetan bahan
dengan
pangan serta aplikasi lainnya[1]. Dalam
kepada seseorang atau sekelompok orang
pemanfaatan
terhadap kemungkinan diperolehnya akibat
terkendali
radiasi ini dilakukan secara
sehingga
para
pekerja
dan
proteksi
prinsip
yang
negatif dari radiasi pengion.
konsumen yang memakai produk hasil
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
403
ISBN = 979363167-8 Peranan ilmu kimia dalam bidang
digunakan
harus
bebas
dari
pengotor-
proteksi radiasi sangat besar karena bahan
pengotor organik, dankontaminan tembaga.
kimia seperti larutan frike, ferro-cupri sulfat
Terjadinya kontak antara larutan pemantau
dan cerri-cerro sulfat banyak digunakan
frike dengan bahan-bahan organik maupun
sebagai dosimeter standar. Ketiga dosimeter
logam
ini bekerja berdasarkan proses kimia, yaitu
gangguan terhadap hasil bacaan perubahan
fenomena oksidasi-reduksi. Oleh sebab itu
rapat
dikenal
kandungan pengotor tersebut dalam jumlah
Sedangkan biasanya
sebagai
dosimeter
bahan
CaSO4:Dy
digunakan
sebagai
kimia.
dapat
optis
menyebabkan
pada
timbulnya
pemantau,
meskipun
LiF
yang sangat kecil. Oleh sebab itu, selama
dosimeter
proses irradiasi harus digunakan wadah
dan
pemonitoran dosis perorangan,
atau tempat dari bahan gelas borosilikat
DOSIMETER KIMIA
yang secara kimia tahan terhadap larutan asam pekat. Wadah dari bahan polietilin
a. Larutan Frike Larutan frike merupakan salah satu
juga dapat digunakan tetapi harus bersih.
jenis pengukur dosis serap yang dipakai
Proses
sebagai
oksidasi ion Fe
dosimeter
standar
karena
irradiasi 2+
dapat
menghasilkan
menjadi Fe
3+.
Oksidasi ini
absorbsinya yang tinggi dan mempunyai
akan menyebabkan terjadinya perubahan
hubungan yang linier terhadap dosis serap.
rapat optik pada larutan dosimeter sehingga
Dosimeter
dapat
frike
dibuat
dengan
cara
dimanfaatkan
untuk
pengukuran
(ferro
radiasi. Jumlah ion ferri yang terbentuk
(natrium
sebanding dengan besar perubahan rapat
klorida) dalam H2SO4 (asam sulfat).Larutan
optik dan dapat diukur secara teliti dengan
diencerkan hingga menjadi satu liter dengan
metode
H2SO4 pada suhu 25°C. Larutan asam sulfat
dilakukan
0,8 N dibuat dengan cara melarutkan 22,5
spektrofotometer
mL asam sulfat pekat dalam air destilat
dilengkapi dengan pengatur suhu pada
sehingga membentuk satu liter larutan. [1]
panjang gelombang serapan maksimal ion
melarutkan ammonium
Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O sulfat)
dan
NaCl
ferri
spektrofotometri.
Pengukuran
dengan
pada
varian
305
peralatan uv-visible
nanometer
(λ
yang
=
305
nanometer, nm)[1]. b.
Dosimeter ferro-cupri sulfat Dosimeter ferro-cupri sulfat dibuat
dengan
cara
Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O
melarutkan (ferro
ammonium
sulfat) dan CuSO4.5H2O (cupri sulfat) dalam H2SO4.
Larutan
selanjutnya
diencerkan
Gambar 1. Prinsip reaksi redoks dari larutan frike Reagen yang digunakan untuk
hingga volumenya menjadi satu liter dengan
pembuatan larutan pemantau frike harus
pemantau ferro-cupri sulfat jugadidasarkan
merupakan reagen murni. Air destilat yang
pada prinsip oksidasi ion ferro menjadi ferri
menambahkan aqua tridest. Proses kerja
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
404
ISBN = 979363167-8 karena
radiasi
pengion.
Pemantau
ini
dibuat
denganmenggunakan
reagen
serupa dengan pemantau frike, namun
Ce(SO4).24H2O, H2SO4 dan H2O2 30% yang
kepekaannya
dilarutkan
berkurang
dengan
dalam
pelarut
aqua
trides.
penambahan cupri sulfat pada larutan,
Dosimeter ceri-cero telah ditetapkan oleh
sehingga
ICRUsebagai
dapat
dimanfaatkan
untuk
dosimeter
acuan
karena
pengukuran radiasi dengan dosis yang lebih
cukup stabil sebelum dan sesudah irradiasi
tinggi.
serta memiliki ketelitian yang sangat baik
Jangkauan
kemampuan
pengukurannya dapat mencapai 20 kali
(±1%).
lebih
dengan
disinari dengan gamma dosis tinggi, maka
kemampuan dosimeter frike. Perubahan
akan terjadi proses reduksi ion ceri (Ce )
rapat optis pada larutan FeSO4 +CuSO4
menjadi ion cero (Ce ). Karena itu, sistim
karena oksidasi oleh radiasi pengion diukur
pemantau ini dikenaldengan nama ceri-cero
menggunakan
yang
sulfat. Semakin besar dosis radiasi, semakin
Pengukuran
banyak pula ion ceri yang tereduksi menjadi
tinggi
dilengkapi
dibandingkan
spektrofotometer
pengatur
suhu.
Apabila
larutan
ceri-cero
sulfat 4+
3+
kadar ion ferri melalui spektrofotometri ini
cero.
dilakukan pada panjang gelombang 305 nm.
perbedaan jumlah ion cero pada larutan
Seperti halnya pemantau frike, tanggapan
yang diiradiasi dengan larutan yang tidak
yang dihasilkan oleh pemantau ferro-cupri
diiradiasi. Perubahan kerapatan optik pada
sulfat ini juga linier terhadap dosis radiasi
dosimeter ceri-cero yang telah diiradiasi
yang diterima. Oleh sebab itu, perhitungan
diukur menggunakan spektrofotometer uv-
dosis radiasi dapat dilakukan menggunakan
visible pada panjang gelombang 320 nm.
faktor konversi yang menunjukkanhubungan
Pengukuran kadar ion cero dapat pula
antara dosis radiasi dan tanggapan[1].
dilakukan melalui pengukuranbeda potensial
c.
Dosimeter jenis Ceri-cero
elektrokimia antara larutan pemantau yang
Dosimeter jenis ceri-cero juga dapat
disinari dan tidak disinari radiasi. Jumlah ion
dipakai sebagai dosimeter standar dalam
cero yang terbentuk cukup linier dengan
dosimetri gamma dosis tinggi. Dosimeter
dosis radiasi yang diterima dosimeter [1].
cericero sulfat merupakan sistem pemantau
DOSIMETER TERMOLUMINISENSE
radiasi dosis tinggi yang sudah sejak lama
Oleh
sebab
Dosimeter
itu
akan
terdapat
Termoluminisense
dikenal, namun sistim ini memiliki beberapa
CaSO4:Dy
kelemahan, seperti harus digunakan bahan-
dosimeter perorangan. Bahan kimia tersebut
bahan kimiadengan tingkat kemurnian yang
dapat menyimpan/merekam dosis radiasi
sangat tinggi serta semua peralatan yang
yang diberikan padanya [2]. Kemudian, TLD
dipergunakan
bersih
akan memancarkan cahaya (foton) jika
untuk mendapatkan sistim pemantau yang
dipanaskan pada suhu tertentu. Prinsip
baik.
untuk
kerjanya seperti efek fotolistrik, ketika TLD
mengukur dosis tinggi dengan jangkauan
mendapatkan dosis radiasi dengan energi
10–1000
digunakan
tertentu, maka elektron-elektron akan dalam
dalam proses radiasi. Larutan ceri sulfat
kristal LiF atau CaSO4:Dy akan naik ke level
harus
Dosimeter
benar-benar
ceri-cero
kGy sudah
sulfat
umum
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
dan
LiF
digunakan
sebagai
405
ISBN = 979363167-8 energi yang lebih tinggi [3]. Kebanyakan
dicampurkan dengan Disposium
elektron tersebut akan kembali ke level
(Dy2O3) sebagai doppper. [6][7]
Oksida
energi awalnya (keadaan dasar), namun ada beberapa elektron yang terjebak dalam impuritas. Apabila TLD dipanaskan, maka elektron
yang
terjebak
tersebut
akan
terangkat ke level energi yang lebih tinggi yang dari sana elektron-elektron tersebut akan kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan cahaya (foton)[4]. Banyaknya cahaya (foton)
yang dipancarkan akan
proporsional dengan energi yang terserap
a
Gambar 3. Perbandingan TLD CaSO4;Dy terbuat dari serbuk kristal sempurna dan tidak sempurna a. TLD terbuat dari serbuk Kristal tidak sempurna ; b terbuat dari serbuk kristal sempurna
dari pemberian dosis radiasi. Selanjutnya, banyaknya cahaya (foton) tersebut akan dibaca oleh TLD reader [5].
b
TLD terbentuk dari kristal yang murni, sehingga proses kristalisasi menjadi sangat penting
agar
menyimpan
bahan
energi
[8].
tersebut
dapat
Kesempurnaan
proses sintering akan berpengaruh terhadap respon TLD terhadap radiasi sehingga jika proses sintering dan dopping tidak berjalan dengan a
baik
maka
respon
TLD
akan
menurun dantidak dapat digunakan sebagai
b
Gambar 2. Gambar serbuk Kristal CaSO4 a. serbuk Kristal CaSO4 tidak sempurna ; b. serbuk Kristal CaSO4 sempurna Pada pembuatan TLD(CaSO4:Dy,
TLD. Selain itu, kesempurnaan kristal juga berpengaruh terhadap kekompakan dari TLD.Apabilapembentukan
kristal
TLD
tersebut tidak sempurna maka TLD akan
LiF) proses kimia menjadi hal yang sangat
rapuh, walaupun sudah dilapisi
penting, karena proses sintering, dopping,
bahan perekat seperti Teflon atau PTFE.
coating
dan
kesempurnaan
proses
kristalisasi. Proses sintering dimulai pada pemanasan
Kristal
CaSO4.2H2O
dengan
Gambar kesempurnaan kristal TLD terlihat pada Gambar 2 dan Gambar 4.
yang
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
406
ISBN = 979363167-8
A
B
Gambar 4. Gambar struktur Kristal TLD dengan menggunakan XRD pada perbesaran 100 nm a. Gambar Struktur Kristal LiF ; b. Gambar struktur Kristal CaSO 4 : Dy [3] KESIMPULAN
[2] Adtani, M.M., et.al.,1981. Reliability of
Peranan ilmu kimia pada bidang
TLD
System
for
routine
personel
proteksi radiasi dalam sangat besar. Hal ini
monitoring.
Radiation
ditunjukkan dengan digunakannya prisip-
Dosimetry,
Vol.
prinsip kimia pada dosimeter kimia sebagai
Technology publishing pp.43-46
dosimeter standard
yaitu prinsip reaksi
thermoluminesece,
larutan
thermoluminescence
oksidasi dari Fe
2+
sulfat
terjadi
menjadi Fe
3+
reaksi
3+
personal dosimetry
EN, Luxembourg (1995) pp. 47-69
pada larutan ceri cero sulfat terjadi proses reduksi ion ceri (Ce ) menjadi ion cero
Nuclear
(ed:m.oberhofer).report EUR 16 277
sedangkan
4+
2(1)
[3] Delgado, A. 1995. Basic concepts of
reduksi oksidasi pada larutan frike dan ferro-cupri
Protection
[4]
Carillo,
R.E.
et.al.,
1987.
Lithium
(Ce ). dan pada pembuatan dosimeter
Fluoride respone to mixed thermal
termoluminesensi (CaSO4:Dy,LiF)
neutron and gamma field, Radiation
atau
TLD proses kimia menjadi hal yang sangat
protection
penting, karena proses sintering, dopping,
technology publishing vol 19(1)
coating
dan
kristalisasi
kesempurnaan merupakan
proses
hal
yang
dosimetry,
nuclear
[5] Furetta. C. TL Material and their properties,
1995.
Personal
menentukan bagus tidaknya TLD dalam
Thermoluminescence dosimetry (ed: m
merespon radiasi.
Oberhofer). Report EUR 16 277 EN. Luxembourg
DAFTAR RUJUKAN [1]
Thamrin,
M.T.,
[6] A R Lakshmanan, M T Jose, V Akhadi,
M.
dan
Ponnusamy and P R Vivek kumar.,
Kusumawati, D.D., 2004, Pengukuran
2002.
Dosis
Dosimeter
Phosphor – Dependence on Grain
Kimia, Buletin ALARA, Vol. 5 No. 2&3
Agglomeration, Sintering Temperature,
Serap
dengan
Luminescence
in
CaSO4:Dy
Sieving and Washing. J.Phys.D:Appl. Phys. 35
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
407
ISBN = 979363167-8
[7[ Y. Wang, N. Can, P. Townsend. 2005. Influence
of
Li
dopants
on
thermoluminescence
spectra
of
CaSO4: with Dy or Tm. Luminescence in
Rare-Earth
Doped
CaSO4
Phosphors.Rad. Meas [8]
Salah,
N,
2010.
Nanocrystalline
materials for the dosimetry of heavy charged particles: A review, radiation physic and chemistry journal [9] Akhadi, M., 2005, Mengoptimalkan Penggunaan Dosimeter Perorangan di Medan
Radiasi
Campuran,
Buletin
ALARA, Vol. 7 No. 1&2
TANYA JAWAB PARALEL
:E
NAMA PEMAKALAH
: Eka Djantika N.
NAMA PENANYA
: Kartika
PERTANYAAN
:
Menurut anda metode mana yang lebih bagus dalam pembuatan TLD? Dalam presentasi anda tadi disebutkan 2 metode pembuatan kering dan basah.
JAWABAN
:
Kedua-duanya baik, yang terpenting adalah kesemprnaan dari bentuk Kristal. Selama ini yang biasa digunakan adalah jalur basah atau dengan cara destilasi.
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
408
