PERHITUNGAN RADIOAKTIVITAS SESIUM-137 PADA PEMBUATAN IODIUM-125

Rohadi Awaludin

ISSN 0216 - 3128

189

PERHITUNGAN RADIOAKTIVITAS SESIUM-137 PADA PEMBUATAN IODIUM-125 Rohadi Awaludin Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka (PRR) – BATAN Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Banten

ABSTRAK PERHITUNGAN RADIOAKTIVITAS SESIUM-137 PADA PEMBUATAN IODIUM-125. Pada pembuatan iodium-125, radioisotop sesium-137 (Cs-137) dapat terbentuk dari peluruhan Xe-137 yang berasal dari isotop xenon-136 di dalam sasaran gas xenon. Sesium-137 yang terbentuk perlu dihitung untuk mengetahui potensi radioisotop ini mengotori iodium-125 yang dihasilkan. Pada kegiatan ini dilakukan perhitungan sesium-137 yang terbentuk di kamar iradiasi dan di dalam botol peluruhan. Pada perhitungan ini digunakan gas xenon alam (xenon-136 sebesar 8,9%) dan xenon diperkaya (xenon-136 sebesar 1,5%) sebanyak 0,0223 mol. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa iradiasi selama 24 jam menghasilkan sesium137 sebesar 591 dan 99,7 Bq dari xenon alam dan dari xenon diperkaya di dalam kamar iradiasi. Sedang di dalam botol peluruhan dihasilkan sesium-137 dengan radioaktivitas 2,25 dan 0,38 Bq dari sasaran xenon alam dan dari xenon diperkaya. Kata kunci: sesium-137, iodium-125, xenon-137

ABSTRACT CALCULATION OF CAESIUM-137 RADIOACTIVITY IN IODINE-125 PRODUCTION. In the iodine-125 production, caesium-137 can be formed as the daughter of Xe-137 coming from xenon-136 isotope in the xenon gas target. It is necessary to calculate the radioactivity of caesium-137 to predict the possibility of the radioisotope to contaminate the iodine-125. The calculation of caesium-137 radioactivity in the irradiation chamber and in the decay pot were carried out. Natural xenon gas (xenon-136 8.9%) and enriched xenon (xenon-136 1.5%) as much as 0.0223 mol were used in the calculation. The calculation results showed that irradiation for 24 hours produced caesium-137 with radioactivity of 591 and 99.7 Bq for natural xenon and enriched xenon in the irradiation chamber. In the decay pot, the radioactivity of resulting caesium-137 was 2.25 and 0.38 Bq from natural and enriched xenon respectively. Keywords: caesium-137, iodine-125, xenon-137

PENDAHULUAN

I

odium-125 (I-125) merupakan radionuklida pemancar gamma murni berenergi rendah setinggi 35,5 keV. Radionuklida ini meluruh melalui peluruhan electron capture (EC) menjadi isotop stabil telerium-125 (Te-125) dengan waktu paruh 59,4 hari[1]. Iodium-125 telah dikembangkan pemanfaatannya secara luas untuk berbagai tujuan. Di bidang kesehatan, I-125 telah dikembangkan untuk terapi, diagnosis dan perunut radioaktif. Untuk tujuan terapi, I-125 telah digunakan dalam terapi radiasi dengan memanfaatkan auger electron dan efek foto listrik. Iodium-125 dalam bentuk sumber tertutup berupa implant seed telah terbukti efektif untuk menangani kanker prostat[2,3]. Implant seed menggunakan I-125 telah dikembangkan pula untuk penanganan kanker payudara[4] dan penanganan kanker otak[5]. Untuk tujuan diagnosis, I-125 telah dikembangkan untuk diagnosis kanker pankreas[6], merunut kinetika immune gamma globulin (IgG)[7] dan radioimmunoassay[8,9]. Di bidang energi,

radionuklida ini dapat dimanfaatkan sebagai perunut radioaktif pada pengembangan lapangan minyak dan panas bumi [10]. Iodium-125 telah berhasil dibuat menggunakan fasilitas iradiasi di Reaktor G.A. Siwabessy[11]. Salah satu tantangannya adalah menjaga kualitas kemurnian radionuklida. Pada uji pembuatan ke-1 sampai dengan ke-6 tidak ditemukan adanya pengotor radionuklida. Namun, pada uji pembuatan ke-7 mulai ditemukan adanya iodium-126 karena akumulasi radioisotop pengotor tersebut di kamar iradiasi [12,13]. Pengotor lain yang mungkin terbentuk adalah sesium-137 (Cs137) dari sasaran xenon-136 (Xe-136)[1,14]. Radioisotop ini memiliki waktuk paruh yang sangat panjang yaitu 30 tahun dan memancarkan radiasi gamma dengan energi relatif tinggi sebesar 662 keV. Oleh sebab itu, keberadaan radioisotop ini di dalam iodium-125 akan sangat mengganggu pada penggunaan radioisotop tersebut. Radioisotop Cs-137 terbentuk hasil peluruhan xenon-137 di kamar iradiasi dan di botol peluruhan. Keberadaan radioisotop ini di kamar

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2011 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 19 Juli 2011

ISSN 0216 - 3128

190

iradiasi tidak dapat diukur secara langsung. Oleh sebab itu, perlu dilakukan perhitungan radioaktivitas sesium-137 yang terbentuk di kamar iradiasi. Hasil ini diperlukan untuk memprediksi kemungkinan adanya pengotor sesium-137 di dalam iodium-125. Selain itu, secara teoritis, sesium-137 juga terbentuk di botol peluruhan. Selama ini dibotol peluruhan tidak terdeteksi adanya sesium-137. Oleh sebab itu diperlukan perhitungan teoritis untuk memastikan bahwa sesium-137 terbentuk dalam jumlah yang sangat kecil. Tujuan dari kegiatan ini adalah mendapatkan radioaktivitas sesium-137 yang terbentuk di kamar iradiasi dan di botol peluruhan sehingga dapat digunakan dalam menyusun langkah langkah antisipasi untuk mencegah adanya pengotor sesium-137 di dalam iodium-125 yang dihasilkan.

TATA KERJA Untuk memperjelas tahapan perhitungan, skema fasilitas pembuatan iodium-125 ditunjukkan pada Gambar 1. Pada pembuatan iodium-125, target gas xenon diiradiasi di dalam kamar iradiasi selama 24 jam. Seluruh isotop dalam target gas xenon termasuk xenon-136 teriradiasi selama waktu tersebut. Selanjutnya gas xenon teriradiasi dipindahkan ke botol peluruhan. Pada pemindahan ini seluruh gas xenon radioaktif yang terbentuk terbawa dari kamar iradiasi ke botol peluruhan, termasuk xenon-137. Setelah gas xenon teriradiasi diluruhkan selama sekitar 7 hari, gas xenon dipindahkan ke botol penyimpanan dan iodium-125 yang terbentuk dilarutkan. Radioisotop yang terbentuk dari gas xenon teriradiasi termasuk Cs-137 tercampur di dalam iodium-125 yang terbentuk di dalam botol peluruhan.

Rohadi Awaludin

Pada perhitungan ini dilakukan perhitungan dua tahap. Tahap pertama adalah perhitungan radioaktivitas Xe-137 yang terbentuk dari isotop Xe136. Pada perhitungan ini digunakan persamaan iradiasi netron sebagai berikut. (1) Dimana, AXe-137 : Radioaktivitas Xe-137 (Bq) NXe-136 : Jumlah atom Xe-136 f : fluks neutron (n.s-1.cm-2)  : tampang lintang reaksi inti pembentukan Xe-137 dari Xe-136 (barn)  : Konstanta peluruhan xenon-137 ti : lama waktu iradiasi (s) Tahap kedua adalah perhitungan pembentukan sesium-137 dari xenon-137. Pada perhitungan sesium-137 di kamar iradiasi, sesium137 terbentuk dari xenon-137 dengan kondisi xenon-137 terus terbentuk dari iradiasi neutron yang terus terjadi. Pada perhitungan ini digunakan asumsi bahwa xenon-137 segera mencapai radioaktivitas jenuh karena waktu paruh yang sangat pendek yaitu 3,8 menit. Pada kondisi ini, laju pembentukan Cs137 sama dengan laju pembentukan Xe-137, sehingga radioaktivitas Cs-137 dapat dihitung dengan memasukkan konstanta peluruhan dari Cs137 pada persamaan 1 menggantikan konstanta peluruhan Xe-137. Pada perhitungan radioaktivitas Cs-137 di dalam botol peluruhan, Cs-137 terbentuk dibotol peluruhan dari xenon-137 yang terbawa botol peluruhan. Jadi, Cs-137 terbentuk dari peluruhan Xe-137 setelah iradiasi dihentikan. Pada perhitungan ini digunakan persamaan radioaktivitas radioisotop anak hasil peluruhan sebagai berikut: )(2)

Gambar. 1. Skema fasilitas pembuatan iodium-125 Radioisotop Cs-137 di dalam proses pembuatan iodium-125 terbentuk melalui reaksi inti sebagai berikut.

Gambar 2. Reaksi inti pembentukan Cs-137 dari Xe-136

Pada persamaan tersebut: ACs-137 : Radioaktivitas Cs-137 (Bq) AXe-137 : Radioaktivitas Xe-137 (Bq) 1 : Konstanta peluruhan Xe-137 (s-1) 2 : Konstanta peluruhan Cs-137 (s-1) td : waktu peluruhan (s) Pada perhitungan ini digunakan sasaran gas xenon sebesar 0,0223 sesuai dengan dokumen laporan analisis keselamatan fasilitas pembuatan iodium-125 di posisi S1 reaktor G.A. Siwabessy. Pada perhitungan ini digunakan xenon diperkaya dan xenon alam. Xenon diperkaya yang digunakan memiliki kandungan Xe-124 sebesar 82,4%, sedang kandungan Xe-136 sebesar 1,5%. Xenon alam mengandung Xe-124 sebesar 0,1% dan Xe-136 sebesar 8,9% [1]. Pada perhitungan radioaktivitas, waktu lama iradiasi digunakan 24 jam sesuai dengan prosedur pembuatan iodium-125. Fluks neutron di


Rohadi Awaludin

ISSN 0216 - 3128

191

kamar iradiasi sebesar 3x1013 n.s-1.cm-2. Tampang lintang reaksi inti pembentukan Xe-137 dari Xe-136 sebesar 0,26 barn. Waktu paruh Xe-137 dan Cs-137 masing masing sebesar 3,8 menit dan 30 tahun [1].

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan radioaktivitas xenon-137 di dalam kamar iradiasi ditunjukkan pada Gambar 3. Dari gambar tersebut diketahui bahwa radioaktivitas xenon-137 segera mencapai radioaktivitas jenuh dalam waktu singkat, tidak menunjukkan kenaikan lagi seiring dengan waktu. Xenon alam menghasilkan xenon-137 dengan radioaktivitas jenuh sebesar 9,34 MBq. Sedang dari xenon diperkaya (Xe-136 1,5%) dihasilkan xenon-137 dengan radioaktivitas jenuh sebesar 1,58 MBq. Xenon-137 memiliki waktu paruh yang pendek yaitu 3,8 menit. Tingkat kejenuhan radioaktivitas Xenon-137 seiring dengan waktu ditunjukkan pada gambar 4. Dari gambar tersebut diketahui bahwa dalam waktu 10 menit, tingkat kejenuhan radioaktivitas Xe-137 mencapai 83,9 %. Setelah 20 menit, tingkat kejenuhan mencapai 97,4 %. Dari hasil ini diketahui bahwa setelah 20 menit, radioaktivitas xenon-137 hampir tidak mengalami kenaikan. Waktu 20 menit ini sangat singkat dibandingkan dengan lama waktu iradiasi selama 24 jam. Oleh sebab itu, dalam perhitungan radioaktivitas sesium-137 digunakan asumsi bahwa xenon-137 segera mencapai jenuh setelah iradiasi dimulai. Hasil perhitungan radioaktivitas Cs-137 di dalam kamar iradiasi dalam proses iradiasi selama 24 jam ditunjukkan pada gambar 5. Dari gambar 5 diketahui bahwa radioaktivitas Cs-137 meningkat mendekati linier seiring dengan waktu. Setelah 24 jam iradiasi, dari xenon alam dan xenon diperkaya dihasilkan Cs-137 masing masing dengan radioaktivitas sebesar 591,0 dan 99,7 Bq. Laju peluruhan Cs-137 hampir tidak berpengaruh pada laju pembentukan Cs-137 pada iradiasi dalam waktu singkat karena waktu paruhnya yang sangat panjang yaitu 30 tahun.

Gambar 3. Radioaktivitas Xe-137 di dalam kamar iradiasi. Target diperkaya mengandung Xe-136 sebesar 1,5%.

Gambar 4. Tingkat kejenuhan radioaktivitas Xe137 di dalam kamar iradiasi

Gambar 5 Radioaktivitas Cs-137 selama proses iradiasi gas xenon

Gambar 6. Radioaktivitas Cs-137 yang terbentuk pada botol peluruhan. Di dalam kamar iradiasi, setiap kali iradiasi gas xenon diperkaya dihasilkan Cs-137 sebesar 99,7 Bq. Sesium-137 ini terus terakumulasi di dalam kamar iradiasi. Radioisotop ini memiliki waktu paruh yang sangat panjang yaitu 30 tahun, sehingga radioaktivitas tidak turun secara signifikan dalam waktu singkat. Target diperkaya ini telah digunakan sebanyak 13 kali, jadi dapat diduga di dalam kamar iradiasi terakumulasi Cs-137 sebanyak 1296 Bq. Seandainya radionulida ini terbawa ke dalam botol peluruhan dan mengotori iodium-125 yang dihasilkan, nilai radioaktivitasnya masih sangat kecil dibandingkan dengan radioaktivitas iodium125. Besaran radioaktivitas Cs-137 di dalam kamar


ISSN 0216 - 3128

192

iradiasi ini perlu diperhatikan pada saat perbaikan fasilitas, khususnya ketika berhubungan dengan kamar iradiasi. Hal ini dikarenakan keberadaan Cs137 di dalam reaktor nuklir sering dijadikan indikasi terjadinya lepasan hasil fisi dari elemen bakar. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa radioaktivitas Cs-137 sangat kecil sehingga tidak berpengaruh pada penentuan kondisi optimum pembuatan iodium-125. Kondisi optimum pada pembuatan iodium-125 lebih ditentukan oleh radioaktivitas Xe-125 yang memiliki radioaktivitas ratusan Ci sehingga berpengaruh pada sisi keselamatan radiasi. Sebelumnya pernah dilaporkan bahwa lama iradiasi yang optimum untuk pembuatan iodium-125 selama 24 jam [11]. Hasil perhitungan Cs-137 menunjukkan bahwa radioaktivitas Cs-137 yang sangat kecil tidak akan berpengaruh pada keandalan pembuatan iodium125. Keandalan pembuatan I-125 lebih dipengaruhi oleh pembentukan I-126 yang telah dilaporkan sebelumnya [11]. Di dalam botol peluruhan dihasilkan Cs137 dengan radioaktivitas 0,38 Bq dari peluruhan Xe-137 yang terbawa ke dalam botol peluruhan. Radioaktivitas ini sangat kecil untuk dapat dideteksi. Nilai ini jauh sangat kecil dibandingkan dengan radioaktivitas iodium-125 yang dihasilkan sekitar 8 Ci (2,96 x 1011 Bq). Oleh sebab itu, puncak energi gamma dari Cs-137 pada energi 662 keV tidak ditemukan di dalam pengukuran pengotor radionuklida di dalam iodium-125.

KESIMPULAN Pada proses pembuatan iodium-125 dengan dengan target 0,0223 mol dengan fluks neutron 3x1013 n.s-1.cm-2, di dalam kamar iradiasi dihasilkan xenon-137 dengan radioaktivitas jenuh sebesar 9,34 MBq dari xenon alam dan 1,58 MBq dari xenon diperkaya. Setelah iradiasi selama 24 jam, dari xenon alam dan xenon diperkaya dihasilkan Cs-137 dengan radioaktivitas masing masing sebesar 591,0 dan 99,7 Bq. Di dalam botol peluruhan, dari xenon diperkaya dihasilkan sesium-137 sebesar 0,38 Bq. Nilai ini jauh sangat kecil dibandingkan dengan iodium-125 yang dihasilkan yang memiliki radioaktivitas sekitar 2,96 x 1011 Bq dan belum memberikan dampak yang signifikan pada pemakaian produk iodium-125 yang diperoleh.

DAFTAR PUSTAKA 1. 2.

SAITOH, N., Handbook of Radioisotope, Maruzen, Tokyo (1996). HEYSEK, R.V., Modern brachytherapy for treatment of prostate cancer, Cancer Control, 14(3), (2007) 238-243

Rohadi Awaludin

3.

HENRY, A.M., GOULD, K., BOWNES, P., SMITH, J., CAREY, B., BOTTOMLEY, D., ASH, D., Outcomes following iodine-125 monotherapy for localized prostate cancer: the results of leeds 10-year single-center brachytherapy experience, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 76(1), (2010) 50-56. 4. RIET, Y.E., MAASKANT, A.J., CREEMERS, G.J., VAN WARMERDAM, L.J., JANSEN, F.H., VAN DE VELDE, C.J., RUTTEN, H.J., NIEUWENHUIJZEN, G.A., Identification of residual breast tumour localization after neoadjuvant chemotherapy using a radioactive 125 Iodine seed, Eur. J. Surg. Oncol., 36(2), (2010) 164-169. 5. DAGNEW, E., KANSKI, J., MCDERMOTT, M.W., SNEED, P.K., MCPHERSON, C., BRENEMAN, J.C., WARNICK, R.E., Management of newly diagnosed single brain metastasis using resection and permanent iodine-125 seeds without initial whole-brain radiotherapy: a two institution experience, Neuro. Surg. Focus. 22(3), (2007) 15. 6. FOSS, C.A., FOX, J.J., FELDMANN, G., MAITRA, A., IACOBUZIO-DONOHUE, C., KERN, S.E., HRUBAN, R., POMPER, M.G., Radiolabeled anti-claudin 4 and anti-prostate stem cell antigen: initial imaging in experimental models of pancreatic cancer, Mol. Imaging, 6(2), (2007) 131-139. 7. GARG, A., BALTHASAR, J.P., Physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) model to predict IgG tissue kinetics in wild-type and FcRn-knockout mice, J Pharmacokinet. Pharmacodyn., 34(5), (2007) 687-709. 8. INOUE, T., HAYAKAWA, K., SHIOTARI, H., TAKADA, E. AND TORIKOSHI, M., Economic scale of Utilization of Radiation (III): Medicine, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol 39, (2002) 1114 – 1119. 9. WIDAYATI, P., ARIYANTO, A., YUNITA, F., SUTARI, Optimasi rancangan assay kit IRMA CA-125, Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka, Vol 9, (2006) 1-12. 10. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Radiotracer Applications in Industry - A Guidebook, IAEA, Viena 2004. 11. AWALUDIN, R., LUBIS, H., PUJIANTO, A., SUPARMAN, I., SARWONO, D.A., ABIDIN, SRIYONO, Radioaktivitas Iodium-125 pada Uji Produksi Menggunakan Target Xenon-124 Diperkaya, Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol. IX No 1, (2009) 1-10. 12. AWALUDIN, R., TAHYAN, Y., ABIDIN, SRIYONO, SARWONO, D.A., Evaluasi Kemurnian Radionuklida pada Uji Produksi Iodium-125 Menggunakan Target Xenon


Rohadi Awaludin

ISSN 0216 - 3128

Diperkaya, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, (2008). 13. AWALUDIN, R., Radioaktivitas Iodium-126 Sebagai Radionuklida Pengotor di Kamar Iradiasi pada Produksi Iodium-125, Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol X No 2, (2009). 14. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Manual for reactor produced radioisotope, IAEA, Viena (2003).

193

TANYA JAWAB Adang HB - PRR  Apakah Cs-137 dipengaruhi oleh target Xenon? Rohadi Awaludin  Ya, terbentuknya Cs-137 dipengaruhi oleh komponen isotop dari target Xenon, yaitu kandungan Xe-136


PERHITUNGAN RADIOAKTIVITAS SESIUM-137 PADA PEMBUATAN IODIUM-125

Recommend Documents