SINTESIS PERISAI NEUTRON BERBASIS UHMWPE
FURI ALIFIARI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Perisai Neutron Berbasis UHMWPE adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Oktober 2016 Furi Alifiari NIM G74120064
ABSTRAK FURI ALIFIARI. Sintesis Perisai Neutron Berbasis UHMWPE. Dibimbing oleh MUHAMMAD NUR INDRO dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Telah dilakukan sintetis Ultra High Molecule Weight Poly-Ethylene sebagai perisai radiasi neutron thermal. Eksperimen dilakukan dengan meletakkan sumber radiasi neutron di depan perisai dengan variasi tebal serbuk UHMWPE 0.22 cm, 0.34 cm, 0.50 cm, 0.85 cm, 0.96 cm, dan 1.1 cm; tebal padatan UHMWPE 0.70 cm, 1.03 cm, 1.49 cm, 1.83 cm, 2.25 cm, dan 4.52 cm; serta tebal campuran antara UHMWPE dengan resin 0.50 cm, 1.01 cm, 1.19 cm, 1.40 cm, 1.58 cm, dan 1.70 cm.. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai koefisien atenuasi memiliki karakteristik fungsi eksponensial terhadap tebal perisai (x, cm) yaitu untuk serbuk UHMWPE 0.555, padatan UHMWPE 0.189, serta campuran UHMWPE dengan resin sebesar 0.422. Nilai koefisien atenuasi terbesar terdapat pada bahan serbuk UHMPWE, kemudian campuran UHMWPE dengan resin, dan padatan UHMWPE. Kata kunci: koefisien atenuasi, neutron, perisai radiasi, resin, UHMWPE.
ABSTRACT FURI ALIFIARI. Shielding Neutron Syntesis Based on UHMWPE. Supervised by MUHAMMAD NUR INDRO and SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Thermal of Neutron Shielding Based on the Ultra High Molecule Weight Poly-Ethylene for radiation shielding of thermal has been done. The experiment was performed by placing neutron source in front of shielding with varying thickness: for 0.22 cm, 0.34 cm, 0.50 cm, 0.85 cm, 0.96 cm, and 1.1 cm; for solid UHMWPE 0.70 cm, 1.03 cm, 1.49 cm, 1.83 cm, 2.25 cm, and 4.52 cm; while for UHMWPE mixed with resin 0.50 cm, 1.01 cm, 1.19 cm, 1.40 cm, 1.58 cm, and 1.70 cm. Experiment result indicated that the attenuation coefficient decays exponentially as the thickness grows, such as for UHMWPE’s powder 0.555, solids UHMWPE 0.189, and UHMWPE mixed with resins 0.422. The greatest attenuation coefficient value is UHMWPE’s powder, continued with UHMWPE mixed resin, and solids UHMWPE as the smallest attenuation coefficient value. Keywords: attenuation coefficient, neutron, radiation shielding, resin, UHMWPE.
SINTESIS PERISAI NEUTRON BERBASIS UHMWPE
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT dan shalawat serta salam semoga tetap tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Berkat rahmat dan hidayah Allah SWT, saya dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul Sintesis Perisai Neutron Berbasis UHMWPE (Ultra High Molecule Weight Poly-Ehtylene) sebagai salah satu syarat penelitian untuk kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Dalam penyusunannya, penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua dan segenap keluarga besar penulis (Makki Furqon dan Sutarti) yang telah memberikan dukungan. Terutama kepada Bapak M.Nur Indro, M.Sc dan Sulistoso Giat Sukaryo, M.T selaku pembimbing skripsi yang selalu memberikan motivasi serta menyempatkan waktunya untuk berdiskusi mengenai penyusunan usulan penelitian ini. Tak ada gading yang tak retak, maka tak luput makalah ini dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik membangun dan saran agar skripsi ini dapat lebih baik lagi.
Bogor, Oktober 2016 Furi Alifiari
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Manfaat Penelitian
2
Hipotesis
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
2
Interaksi Neutron dengan Materi
3
Reaksi Fisi Nuklir
3
Ultra High Molecule Weight Poly-Ethylene
4
Radiografi Neutron
4
Koefisien Atenuasi
5
METODE
6
Waktu dan Tempat
6
Bahan
6
Alat
6
Prosedur
6
HASIL DAN PEMBAHASAN Massa Jenis
8 9
Intensitas
10
Paparan Radiasi
12
SIMPULAN DAN SARAN
13
Simpulan
13
Saran
13
DAFTAR PUSTAKA
14
LAMPIRAN
15
RIWAYAT HIDUP
18
DAFTAR TABEL 1 2 3 4
Karakteristik sampel campuran UHMWPE dengan resin Sampel serbuk padatan UHMWPE (S) Sampel padatan UHMWPE (P) Sampel campuran UHMWPE dengan resin (R)
7 9 9 9
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6
Prinsip kerja pembangkit tenaga listrisk uap dan pembangkit listrik tenaga nuklir Reaksi fisi pada unsur uranium yang ditembak dengan partikel neutron Grafik hubungan antara intensitas terhadap ketebalan Hubungan antara ketebalan terhadap intensitas sampel serbuk padatan UHMWPE Hubungan antara intensitas terhadap ketebalan sampel padatan UHMWPE Hubungan antara intensitas terhadap ketebalan campuran UHMWPE dengan resin
2 4 5 10 11 11
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6
Hasil pengukuran dan pengujian sampel serbuk padatan UHMWPE Hasil pengukuran dan pengujian sampel padatan UHMWPE Hasil pengukuran dan pengujian sampel campuran UHMWPE dengan resin Denah dan tabel paparan radiasi di beberapa titik Nilai paparan radiasi Diagram alir penelitian
15 15 16 16 16 17
PENDAHULUAN Latar Belakang Kebutuhan energi dan masalah lingkungan di abad 21 mengharuskan adanya sistem pembangkit daya baru dengan efisiensi yang lebih besar dan lebih bersahabat dengan lingkungan. Sehingga perlu dilakukan usaha- usaha untuk mengurangi ketergantungan pada sumber energi minyak bumi melalui diversifikasi sumber energi termasuk pengembangan energi alternatif yang memenuhi persyaratan energi masa depan yang murah, dan ramah lingkungan. Salah satu alternatif sumber energi baru yang potensial dan layak dikembangkan adalah energi nuklir. Energi nuklir dapat menghasilkan energi yang sangat besar dengan harga listrik yang sangat murah. Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) menimbulkan kontroversi akibat adanya pancaran polusi radioaktif bersifat jangka panjang yang berbahaya bagi lingkungan. Dampak negatif teknologi nuklir berasal dari radiasi yang dipancarkan oleh energi nuklir berupa zat-zat emisi radioaktif memungkinkan berakibat pencemaran udara sebagai akibat beroperasinya salah satu pembangkit listrik tersebut. Jenis-jenis zat pencemar radioaktif berupa radiasi-α, radiasi-β, radiasi gamma dan neutron serta potensinya dapat menimbulkan pencemaran tergantung pada teknologi yang digunakan.1 Dibutuhkan perisai yang baik untuk menahan paparan radiasi selama Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir beroperasi. Sebagai reaktor penelitian, diantara utilisasinya seperti penelitian ilmu bahan dan neutron radiografi adalah pemanfaatan berkas neutron melalui tabung berkas neutron. Apabila tabung berkas neutron akan digunakan untuk keperluan tersebut, maka tabung berkas tersebut dibuka dan air sebagai isi tabung diganti dengan udara agar neutron dapat keluar dari teras melalui tabung berkas semaksimal mungkin. Sebagai konsekuensi bila isi tabung berkas diganti dengan udara, maka paparan radiasi di depan tabung berkas akan sangat tinggi sehingga akan membahayakan pekerja terhadap radiasi yang keluar. Untuk mengatasi hal tersebut maka didesain perisai tambahan agar paparan radiasi di Balai Eksperimen tetap di bawah batas keselamatan radiasi.2 Polietilena adalah perisai yang sangat baik untuk menahan paparan radiasi neutron karena memiliki kandungan hidrogen cukup tinggi. Neutron cepat diperlambat melalui tumbukan inelastik secara berulang dengan hidrogen. Pertimbangan pemilihan bahan Ultra High Molecule Weight Poly-Ethylene didasarkan atas berbagai aspek antara lain kualitas, biaya, ramah lingkungan, da n kemudahan untuk memperolehnya. Ultra High Molecule Weight Poly-Ethylene adalah salah satu bahan polimer yang memiliki kandungan hidro gen tinggi sehingga dapat digunakan sebagai bahan perisai neutron. Pencampuran bahan polietilena dengan resin merupakan salah satu metode untuk meningkatkan kemampuan menyerap radiasi neutron. 3
2 Perumusan Masalah Saat pembuatan sampel perisai neutron, nilai koefisien atenuasi akan berpengaruh pada kemampuan bahan menyerap paparan radiasi, sehingga perlu dilakukan penelitian mengenai berapa nilai koefisien atenuasi bahan pada pembuatan perisai neutron dengan metode film yaitu meletakkan sampel yang ditembakkan di dalam radiografi neutron. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mensintesis bahan polimer UHMWPE sebagai bahan dasar pembuatan perisai neutron 2. Memanfaatkan UHMWPE yang lebih ekonomis, ringan, dan ramah lingkungan sebagai bahan perisai neutron. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan menghasilkan perisai neutron berbasis UHMWPE yang dapat dijadikan sebagai solusi meningkatkan keselamatan instalasi nuklir dan meminimalisir adanya kegagalan atau kebocoran yang teridentifikasi selama operasi nuklir berlangsung menggunakan bahan yang jauh lebih ekonomis, ringan, dan ramah lingkungan. Hipotesis Penggunaan bahan UHMWPE sebagai perisai neutron dapat menyerap paparan radiasi neutron.
TINJAUAN PUSTAKA Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal dimana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir
Gambar 1 Prinsip kerja pembangkit tenaga listrisk uap dan pembangkit listrik tenaga nuklir4
3 pembangkit listrik.Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir pada dasarnya hampir sama, panas yang dihasilkan digunakan untuk membangkitkan uap dan kemudian uap disalurkan ke turbin untuk membangkitkan listrik. Perbedaan terlihat pada mesin pembangkit uap, PLTU berupa ketel uap sedangkan PLTN berupa reaktor nuklir. Pada reaktor nuklir PLTN, reaksi fisi berantai dipertahankan kontinuitasnya dalam bahan bakar sehingga bahan bakar menjadi panas. Panas tersebut kemudian ditransfer ke pendingin reaktor yang kemudian secara langsung atau tak langsung digunakan untuk membangkitkan uap. Pembangkitan uap langsung dilakukan dengan membuat pendingin reaktor (air pendingin primer) mendidih dan menghasilkan uap. Pada pembangkitan uap tak langsung, pendingin reaktor yang menerima panas dari bahan bakar disalurkan melalui pipa ke perangkat pemba ngkit uap. Pendingin primer ini kemudian memberikan panas (menembus media dinding pipa) ke pendingin sekunder (air sekunder) yang berada di luar pipa perangkat pembangkit uap dan kemudian panas tesebut mendidihkan pendingin sekunder dan membangkitkan uap.4 Interaksi Neutron dengan Materi Neutron adalah partikel penyusun inti (nukleon) yang tak bermuatan dan memiliki massa yang hampir sama dengan massa proton. Oleh karena partikel tersebut tidak bermuatan maka dalam gerakannya tidak terpengaruh oleh gaya coulomb orbital maupun gaya coulomb inti, dan dapat dikatakan bahwa neutron hanya terinteraksi dengan inti atom dari bahan yang dilaluinya. Pada energi yang sama, tampang lintang neutron pada materi jauh lebih kecil dibandingkan dengan partikel-partikel bermuatan. Pada umumnya tampang lintang neutron berbanding terbalik dengan energinya, sehingga neutron mempunyai daya tembus lebih besar dibanding dengan partikel bermuatan. 5 Interaksi neutron dengan bahan selain tergantung pada energi neutron juga tergantung pada jenis bahan. Ada beberapa mekanisme yang terjadi apabila neutron melewati suatu bahan diantaranya adalah hamburan lenting, hamburan tak lenting, reaksi tangkapan dan reaksi fisi. Dalam hal menahan radiasi neutron, proses yang diperlukan adalah: proses perlambatan neutron cepat dengan hamburan-hamburan tak lenting menggunakan elemen-elemen berat, proses perlambatan lebih lanjut dengan menggunakan elemen-elemen ringan dan proses serapan neutron.5 Adanya interaksi- interaksi tersebut akan menyebabkan pengurangan intensitas neutron, sehingga apabila memungkinkan maka perisai terhadap radiasi neutron yang baik adalah perisai yang merupakan kombinasi antara bahan dengan atom-atom ringan (seperti hidrogen) dengan elemen-elemen berat. Disamping itu perlu diperhatikan untuk menggunakan bahan-bahan perisai radiasi dengan tampang lintang neutron yang besar karena semakin besar harga tampang lintang maka semakin banyak neutron yang diserap oleh bahan tersebut. 5 Reaksi Fisi Nuklir Reaksi nuklir dibagi menjadi dua, reaksi fusi (penggabungan) dan reaksi fisi (pembelahan). Reaksi fisi adalah peristiwa pembelahan inti atom akibat ditembak oleh suatu partikel (seperti neutron). Neutron- neutron ini akan
4 menumbuk inti Uranium lain yang ada dalam bahan sehingga dihasilkan dua inti baru, dua atau tiga neutron baru dan sejumlah energi panas. Inti- inti tersebut terbentuk bersifat tidak stabil (radioaktif) dan menimbulkan reaksi berantai. Intiinti tersebut untuk menjadi stabil meluruh dengan memancarkan sinar-sinar maupun partikel. Jenis sinar radiasi yang mungkin muncul ialah sinar alpha (α), beta (β), dan gamma (γ).6 Contoh reaksi fisi nuklir ialah sebagai berikut
U 0 n1
235 92
*
92
U 236 38 Sr 94 54 Xe14 2 0 n1 200 MeV
(1)
Gambar 2 Reaksi fisi pada unsur uranium yang ditembak dengan partikel neutron7 Reaksi ini akan terus- menerus terjadi sampai tidak ada lagi bahan Uranium yang tersisa. Eksperimen mengenai reaksi berantai pertama kali dilakukan di Chicago pada tahun 1942 oleh seorang fisikawan Italia Enrico Fermi. 7 Ultra High Molecule Weight Poly-Ethylene UHMWPE adalah rekayasa termoplastik dengan berat molekul lebih dari 3.1 AMU (Atomic Mass Units). Berat molekul tinggi meningkatkan sejumlah properti fisik yang penting, diantaranya adalah ketahanan abrasi yang beredar, kekuatan pada dampak tinggi dan rendahnya fiksi koefisien. Selain itu, polimer tersebut memiliki ketahanan kimia yang baik, dielektrik yang unggul, memiliki sifat isolator dan tidak menyerap ketika kondisi lembab. 8 Radiografi Neutron Teknik radiografi adalah suatu metode untuk menguji bahan secara tak merusak (Non Desctructive Test). Teknik radiografi neutron adalah teknik radiografi yang menggunakan neutron sebagai probenya. Berbeda dengan sinar XRay, neutron berinteraksi dengan awan elektron. Interaksi neturon tidak bergantung pada kerapatan inti atom sehingga bahan dengan nomor atom tinggi seperti logam pada umumnya dengan mudah ditembus oleh neutron. Interaksi neutron dengan bahan ditentukan oleh tampang lintang makroskopik dari inti atom yang hubungannya tidak berbanding lurus dengan nomor atom. Neutron mempunyai tampang melintang yang besar terhadap bahan-bahan seperti gadolinium dan disporsium. Hal ini menyebabkan neutron sensitif terhadap obyek
5 yang terbuat dari bahan-bahan berbasis hidrogen seperti plastik, karet dan bahan polimer pada umumnya.9 Peralatan radiografi terdiri dari komponen utama yaitu kolimator, penutup berkas (shutter), meja sampel, dan film/kamera. Prinsip kerja radiografi neutron menggunakan prinsip atenuasi. Neutron yang datang benda uji akan diatenuasi oleh bahan-bahan yang mendukungnya dimana sebagian akan diserap dan sebagian lagi akan ditranmisikan. Besarnya neutron yang diserap tergantung pada kemampuan bahan dalam mengatenuasi neutron yang biasanya dinyatakan dengan koefisien atenuasi.10 Koefisien Atenuasi Pengurangan energi neutron pada saat melewati bahan perisai terjadi karena adanya proses hamburan elastik, tak elastik, dan serapan neutron lambat (thermal). Hamburan elastik diperlukan untuk menurunkan energi neutron ke daerah termal. Pada proses ini neutron akan menyerahkan energinya apabila bertumbukan dengan bahan dengan nomor atom yang rendah, seperti air dan parafin. Jadi dalam hal menahan radiasi neutron proses yang diperlukan adalah: 1. Proses perlambatan neutron cepat dengan hamburan- hamburan tak elastik menggunakan elemen-elemen berat 2. Proses perlambatan lebih lanjut dengan menggunakan elemen-elemen ringan. 3. Proses serapan neutron.11 Koefisien atenuasi radiasi neutron merupakan suatu konstanta pembanding yang menghubungkan antara besarnya nilai intensitas sumber radioaktif yang terserap dengan ketebalan suatu bahan penyerap. Bahan penyerap berupa polimer diletakkan di antara sumber radiasi neutron dan detektor, maka nilai intesitas yang terbaca alat akan berkurang karena sebagian intensitas terserap oleh bahan. Dapat dikatakan bahwa nilai intensitas radiasi menurun secara eksponensial terhadap ketebalan.12 Io
0
a
x (cm)
Gambar 3 Grafik hubungan antara intensitas terhadap ketebalan
6 Koefisien atenuasi dinyatakan dengan µ. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
dI dx I
(2)
dimana: I = Intensitas berkas neutron µ = Koefisien atenuasi x = Ketebalan perisai (cm) Integrasi memberikan: I ( x) I o e x
(3)
dimana: Io = Intensitas berkas neutron yang datang I = Intensitas berkas neutron yang diteruskan
METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan di Reaktor Nuklir RSG-GAS Badan Tenaga Nuklir Nasional Kawasan PUSPIPTEK Serpong Gedung 30-31, Setu, Tangerang Selatan. Penelitian ini dimulai dari bulan November 2015 hingga Juli 2016. Bahan Serbuk UHMWPE, padatan UHMWPE, resin. Alat Cetakan, dice¸ furnace, reaktor nuklir RSG-GAS, Radiografi Neutron, film, densitometer, viewer, cetakan, dan peralatan berupa alat tulis (buku tulis, pena, pensil, dan sebagainya). Prosedur Persiapan Beberapa tahapan persiapan yang dilakukan dalam penelitian ini, diantaranya; 1. Menyiapkan padatan UHMWPE dan serbuk padatan UHMWPE 2. Resin dan katalis berbentuk cairan 3. Cetakan terbuat dari akrilik berukuran 5x5 cm sebanyak 6 buah 4. Ubin berlapiskan double tape untuk alas cetakan sampel kedua.
7 Pembuatan Sampel Sampel terdiri dari 3 jenis yaitu S, P, dan R. Masing- masing jenis sampel dibuat sebanyak 6 buah dengan variasi ketebalan. Sampel 1 (S) Serbuk UHMWPE dimasukkan ke dalam dice, kemudian di press bertekanan 12.000-15.000 psi1 hingga berbentuk padat. Kemudian dimasukkan ke dalam furnace bersuhu 180 o C – 200 o C selama 1.5 – 2 jam. Setelah 2 jam, keluarkan dice dengan hati- hati menggunakan sarung tangan anti panas. Dice dipindahkan dan diamkan beberapa saat di bawah air mengalir (kecepatan aliran air sangat rendah) hingga suhu dice menurun, jangan biarkan air maupun udara masuk melalui sela-sela dice. Dice dikeringkan menggunakan lap kemudian dibuka perlahan untuk mendapatkan sampel padat. Sampel dibuat sebanyak 6 buah dengan variasi nilai tebal. Sampel 2 (P) Batang silinder UHMWPE dipotong berbentuk balok sebanyak 6 buah dengan nilai tebal yang bervariasi. Tabel 1 Karakteristik sampel campuran UHMWPE dengan resin Sampel R-1 R-2 R-3 R-4 R-5 R-6
Massa Bahan (gram) Resin UHMWPE 11.01 0 17.94 4 21.48 4 25.57 4 29.99 4 32.14 4
Bentuk
Padat
Sampel 3 (R) Sampel pertama (R – 1) dibuat hanya mengandung resin. Sampel selanjutnya dibuat menggunakan serbuk padatan UHMWPE sebesar 4 gram dicampurkan dengan resin. Sampel ditetesi katalis sebanyak 4-7 tetes, kemudian diaduk hingga tercampur rata. Sampel dituang ke dalam cetakan dan dibiarkan hingga mengering. Sampel dibuat sebanyak 6 buah dengan variasi massa resin. Pengukuran Sampel siap uji masing- masing diukur panjang, volume, massa, diameter, jari-jari, ketebalan, dan massa jenis. Nilai massa jenis diperoleh de ngan menggunakan persamaan
1
1 psi = 6894.76 Pa
m v
(4)
8 Keterangan:
𝜌 = massa jenis (g cm-3 ) m = massa sampel (g) v = volume (cm3 )
Pengujian Film disiapkan di dalam ruang gelap, film dimasukkan ke dalam plat pemeriksaan. Sampel ditempatkan di atas film dan ditempel dengan double tape. Sampel dimasukkan ke dalam ruang radiografi dan ditempatkan posisi tegak lurus dengan tabung neutron. Sampel diuji dengan melakukan penembakan hamburan neutron dalam ruang radiografi secara automatic processing. Pengolahan film direkam secara automatic processing. Plat berisi film dibuka di dalam ruang gelap dan dimasukkan ke dalam kantong hitam. Film dimasukkan ke dalam lemari pendingin. Pencucian Film Prosedur pencucian film setelah sampel selesai dalam tahap pengujian, ialah sebagai berikut: 1. Film dibuka di dalam ruang gelap 2. Film dijepit dan dimasukkan ke dalam wadah cairan developer dingin selama tiga menit, kemudian dicuci dalam air mengalir selama 30 detik 3. Film dimasukkan ke dalam wadah berisi cairan fixer dingin dan dicuci selama 2 menit, kemudian dicuci dalam air mengalir selama 30 detik 4. Film dimasukkan ke dalam cairan berisi sabun pembersih selama 30 detik, kemudian dicuci kembali dalam air mengalir dan didiamkan hingga mengering. Penentuan Nilai Koefisien Atenuasi Film diuji menggunakan densitometer untuk mengetahui nilai intensitas awal dan intensitas akhir di beberapa titik sampel. Kemudian ditentukan nila i koefisien atenuasi dengan menggunakan persamaan:
I ln 0 I x Keterangan:
(5)
µ = Koefisien atenuasi I0 = Intensitas awal I = Intensitas akhir x = ketebalan (cm)
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan sampel perisai neutron berbasis UHMWPE memperoleh hasil yang variatif. Hasil pembuatan sampel terdri dari 6 buah sampel serbuk padatan
9 UHMWPE, 6 buah padatan UHMWPE, dan 6 buah campuran serbuk UHMWPE dengan resin. Pengujian karateristik sampel ia lah nilai intensitas dan nilai koefisien atenuasi dari variasi ketebalan. Massa Jenis Hasil pengukuran dan perhitungan massa jenis tiap sampel ditunjukkan pada tabel 3.1 hingga tabel 3.3. Tabel 2 Sampel serbuk padatan UHMWPE (S) Sampel 𝜌 (g cm-3 ) S–1 0.82 S–2 0.76 S–3 0.75 S–4 0.72 S–5 0.70 S–6 0.68 Rata – rata 0.74 Tabel 3 Sampel padatan UHMWPE (P) 𝜌 (g cm-3 ) Sampel P-1 0.81 P–2 0.81 P–3 0.81 P–4 0.82 P–5 0.81 P–6 0.81 Rata-rata 0.81 Tabel 4 Sampel campuran UHMWPE dengan resin (R) Sampel 𝜌 (g cm-3 ) R–1 1.03 R–2 1.03 R–3 1.01 R–4 1.00 R–5 1.01 R–6 1.00 Rata-rata 1.02 Besar nilai koefisien atenuasi bergantung pada ketebalan dan massa jenis bahan yang akan dijadikan perisai neutron. Berdasarkan tabel, nilai rataan massa jenis terbesar adalah campuran antara serbuk UHMWPE dengan resin sebesar 1.02 g cm-3 , kemudian sampel padatan UHMWPE sebesar 0.81 g cm-3 , dan serbuk padatan UHMWPE sebesar 0.74 g cm-3 . Berdasarkan hasil pengukuran dan perbandingan, nilai massa jenis bahan UHMWPE masih di bawah nilai literatur yaitu 0.94 g cm-3 . Tabel 3.1 memperlihatkan secara umum nilai massa jenis tidak berbeda jauh dengan nilai koefisien atenuasi. Hal tersebut menyatakan bahwa
10 hampir seluruh radiasi berhasil diserap oleh perisai. Berdasarkan data, sampel pertama dengan nilai massa jenis 0.83 g cm-3 dengan nilai koefisien atenuasi sebesar 0.86. Hal tersebut dikarenakan adanya udara yang terjebak di dalam sampel sehingga mempengaruhi nilai ketebalan dan massa jenis bahan. Walaupun nilai massa jenis relatif kecil, bahan memiliki daya serap radiasi neutron tertinggi. Tabel 3.2 terlihat bahwa nilai massa jenis padatan UHMWPE mengalami penurunan dengan bertambahnya nilai ketebalan. Penurunan nilai massa jenis terjadi pada sampel P – 3 dan P – 6 dengan ketebalan 1.49 cm dan 4.52 cm. Berdasarkan data pengujian, padatan UHMWPE buatan pabrik menyerap radiasi neutron terkecil dengan koefisien atenuasi sebesar 0.189. Berdasarkan Tabel 3.2, terlihat sampel berbahan campuran UHMWPE dengan resin memiliki nilai massa jenis rataan terbesar senilai 1.015 g cm-3 . Sementara itu, nilai massa jenis resin murni (R – 1) sangat mendekati nilai literatur yaitu 1.1 g cm-3 . Serupa dengan sampel sebelumnya, campuran antara UHMWPE dengan resin mengalami penurunan dengan bertambahnya nilai ketebalan. Nilai massa jenis terkecil diperoleh pada sampel R – 5 dengan ketebalan 1.58 cm. Hal tersebut disebabkan akibat terjebaknya udara dalam sampel ketika pengadukan dan mempengaruhi nilai massa jenis. Campuran UHMWPE dengan resin memiliki nilai rataan massa jenis terbesar dan dapat digunakan sebagai perisai neutron karena mudah dibentuk pada lokasi sumber radiasi. Intensitas Penahanan radiasi bertujuan untuk mengurangi intensitas radiasi dengan memanfaatkan interaksi radiasi dengan materi. Besar nilai intensitas bergantung pada ketebalan suatu materi. Dengan intensitas sumber neutron awal (I0 ) yang tidak konstan, maka grafik Intensitas (I) terhadap ketebalan perisai (x) dinyatakan sebagai kemampuan bahan berfungsi sebagai perisai radiasi neutron. Nilai intesitas masing- masing sampel dan nilai koefisien atenuasi terlihat pada Gambar 4 – Gambar 6. 4.5 4
Intensitas (µSv)
3.5 3
2.5 2
Expon. (Literatur) Expon. (Serbuk UHMWPE)
y = 3.6117e-0.042x
1.5 1
y = 3.5299e-0.555x
0.5 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Ketebalan (cm)
Gambar 4 Hubungan antara ketebalan terhadap intensitas sampel serbuk padatan UHMWPE
11 4.5 4
Intensitas (µSv)
3.5 3
Expon. (Literatur)
2.5 2
y = 3.6117e-0.042x
Expon. (Padatan UHMWPE)
1.5
1
y = 2.2756e-0.189x
0.5
0 0
5
10
15
20
25
30
35
Ketebalan (cm)
Gambar 5 Hubungan antara intensitas terhadap ketebalan sampel padatan UHMWPE 4 3.5
Intensitas (µSv)
3
2.5
Expon. (Literatur) 2 Expon. (Campuran UHMWPE dengan Resin)
y = 3.6117e-0.042x
1.5 1 0.5
y = 3.3029e-0.422x
0 0
5
10
15
20
25
30
35
Ketebalan (cm)
Gambar 6 Hubungan antara intensitas terhadap ketebalan campuran UHMWPE dengan resin Berdasarkan grafik tersebut diketahui bahwa semakin tebal perisai maka intensitas yang ditransmisikan semakin kecil. Dari ketiga bahan perisai tersebut, nilai koefisien atenuasi terbesar adalah serbuk padatan UHMWPE sebesar 0.555, kedua adalah campuran UHMWPE dengan resin sebesar 0.422, dan nilai koefisien atenuasi terkecil ialah padatan UHMWPE sebesar 0.189. Nilai koefisien atenuasi literatur yaitu 0.042. Berdasarkan hasil pengukuran dan perbandingan dengan literatur, seluruh sampel dapat digunakan untuk perisai neutron dengan faktor koefisien atenuasi yang lebih besar dibanding nilai koefisien atenuasi literatur. Gambar 4 memperlihatkan hubungan antara intensitas terhadap ketebalan sampel, dimana secara umum terlihat bahwa nilai koefisien atenuasi menurun secara eksponensial seiring bertambahnya nilai ketebalan. Perlakuan serbuk
12 padatan UHMWPE dengan dipanasi di dalam furnace memungkinkan terjebaknya udara di dalam sampel. Kenaikan nilai atenuasi terlihat pada sampel S – 2 dengan nilai 0.8827 dan mengalami penurunan pada sampel-sampel selanjutnya. Hal tersebut disebabkan ditemukan adanya rongga udara dalam sampel yang terjebak sehingga mempengaruhi kualitas serap radiasi. Gambar 5 menunjukkan hubungan antara intensitas terhadap ketebalan padatan UHMWPE, dimana sampel tersebut memperoleh nilai koefisien atenuasi terkecil senilai 0.189. Nilai tersebut masih cukup besar dibanding dengan nilai koefisien atenuasi literatur sebesar 0.042. Kenaikan nilai koefisien atenuasi terlihat pada sampel kedua dengan senilai 0.806 . Perlakuan sampel dengan memotong bahan dinilai tidak cukup efektif untuk dibentuk (dicetak) dan disesuaikan dengan lokasi sumber neutron. Walaupun relatif memiliki nilai koefisien pelemahan terkecil, bahan padatan UHMWPE mampu dijadikan bahan perisai neutron. Gambar 6 menunjukkan hubungan antara intensitas terhadap ketebalan campuran UHMWPE dengan resin, dimana campuran bahan tersebut memperoleh nilai koefisien atenuasi sebesar 0.422. Sampel tersebut memiliki nilai yang jauh lebih besar dibanding literatur. Sampel pertama dimana tidak ada penambahan massa serbuk padatan UHMWPE memperoleh nilai intensitas transmisi 2.64 dengan koefisien atenuasi senilai 0.6035. Resin yang memiliki kandungan hidrogen cukup tinggi dinilai dapat meningkatkan kemampuan menyerap radiasi neutron thermal dengan mencampurkan bahan tersebut dengan polietilen. Keuntungan lainnya resin dapat dibentuk dengan mudah sesuai dengan lokasi sumber radiasi. Namun dalam pengerjaan, pengadukan serbuk padatan UHMWPE dengan resin dapat menimbulkan resiko adanya udara yang terjebak di dalam sampel. Paparan Radiasi International Atomic Energy Agency menyatakan bahwa zat radioaktif adalah setiap zat yang memancarkan radiasi pengion dengan aktivitas jenis lebih besar dari 70 kilo Becquerel per kilogram atau 2 nCi g-1 . Angka 70 kBq kg-1 atau 2 nCi g-1 tersebut merupakan patokan dasar untuk suatu zat dapat disebut zat radioaktif pada umumnya. Besarnya dosis radiasi yang diterima oleh pekerja radiasi tidak boleh melebihi 50 milisievert per tahun, sedangkan besarnya dosis radiasi yang diterima oleh masyarakat pada umumnya tidak boleh lebih dari 5 milisievert per tahun.13 Berdasarkan perhitungan dari nilai rata-rata paparan radiasi neutron dalam waktu pengambilan data selama satu kali dalam sebulan (Lampiran 2) dapat diprediksi nilai jumlah rata-rata paparan radiasi yang diterima pekerja apabila berada di dalam reaktor selama 8 jam dalam kurun waktu 6 b ulan berkisar 3172 µSv atau setara dengan 3172 x 10 -3 mSv. Hasil perolehan tersebut menyatakan nilai paparan radiasi neutron dengan menggunakan parafin sebagai perisai masih berada di bawah batas keselamatan radiasi. Berdasarkan perolehan grafik pada Gambar 4 terlihat nilai koefisien atenuasi dari serbuk padatan UHMWPE lebih besar dibanding parafin. Hal tersebut membuktikan penggunaan serbuk padatan UHMPWE sebagai perisai neutron dinilai jauh lebih baik dan mampu menyerap radiasi neutron lebih banyak dibanding parafin. Hal tersebut memungkinkan
13 bahwa penggunaan UHMWPE sebagai perisai neutron akan memperoleh nilai paparan radiasi yang lebih kecil dan pekerja dapat berada di dalam reaktor melebihi 8 jam.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan atas hasil analisis yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa serbuk padatan UHMWPE, padatan UHMWPE, dan campuran antara UHMWPE memiliki nilai koefisien atenuasi masing- masing 0.555, 0.189, dan 0.422. Sampel terbaik untuk digunakan sebagai bahan perisai neutron ialah serbuk padatan UHMWPE dengan nilai koefisien atenuasi tertinggi. Walaupun bahan campuran antara UHMWPE dengan resin memiliki nilai koefisien atenuasi relatif kecil, namun lebih mudah dibentuk untuk dibuat perisai disesuaikan dengan lokasi sumber radiasi. Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai padatan UHMWPE karena hasil menunjukkan adanya kemampuan bahan untuk menyerap radiasi neutron.
14
DAFTAR PUSTAKA Domanus J. 1992. Practical neutron radiography. London (UK): Commission of the European Communities Radiography Working Gro up, Kluwer Academic Publishers. Hamzah A, Kuntoro I. 2015. Desain konseptual perisai radiasi reaktor RRI – 50. 17(2): 107-108. Kidd, Stephen W. 2009. Nuclear fuel resources. New York (NY): CRC Press. Kusnoputranto H. 1996. Energi nuklir dan dampaknya terhadap lingkungan dan kesehatan masyarakat. Di dalam: Kunto Wiharto. Prosiding Presentasi Ilmiah Keselamatan Radiasi [Internet]. 1996 Jul 21-22; Jakarta (ID) hlm 1. Tersedia pada: http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/31/065/310 65367.pdf Lewis E. 2008. Fundamental of nuclear reactor physics. AP. 4(3): 6-7. Liu, X.J, X. Cheng. 2010. Coupled thermal- hydraulics and neutron-physics analysis with mixed spectrum core. Journal of Progress in Nuclear Energy. 52(2): 640-647. Muhammad L. 2008. Radiasi elektromagnetik. Jakarta (ID): Universitas Esa Unggul Pr. Nuraini E, Darsono, Elisabeth. 2000. Perancangan Shielding Detektor Gamma pada Metoda Analisis Gamma Serentak. Di dalam: Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah P3TM-BATAN. 2000 Jul 25-26; Yogyakarta (ID) hlm 77. Pengenalan PLTN. 2015. Badan Tenaga Atom Nasional. 1(1):2-4. Parmanto. 2007. Pemanfaatan thorium sebagai bahan bakar nuklir dengan water generator pada kendaraan dalam upaya mengurangi tingkat pemanasan global akibat penggunaan bahan bakar fosil [skripsi]. Pontianak (ID): Universitas Tanjungpura. Rebbeca W. 2003. Fabricating & machining UHMW-PE. Plastic distributor & fabricator. Fullerton (USA): Poly Hi Solidur Inc. Sardjono, W,Y. Analisis karakteristik faktor atenuasi grafit, p arafin, dan boral untuk bahan perisai radiasi neutron termal. Badan Tenaga Atom Nasional. 1(2) 2006: 97-101. Sutiarso, Setiawan, Suyatno. Radiografi Neutron: Teknik Komplementer dari Radiografi Sinar-X untuk Uji Tak Rusak Produksi Industri. Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) – BATAN. 1(1) 2008: 31-33.
15
LAMPIRAN Lampiran 1 Hasil pengukuran dan pengujian sampel serbuk padatan UHMWPE Sam pel
Massa (gram)
Tebal (cm)
Diameter (cm)
Jari-Jari (cm)
Volume (cm3 )
𝜌 (gr cm-3 )
Io
I
µ
S-1
5.021
0.22
5.93
2.96
6.08
0.8246
3.88
3.20
0.863
S-2
7.079
0.34
5.91
2.95
9.33
0.758
3.88
2.87
0.882
S-3
10.11
0.50
5.83
2.91
13.50
0.749
3.88
2.62
0.779
S-4
16.71
0.85
5.87
2.93
23.13
0.722
3.88
2.23
0.652
S-5
18.32
0.96
5.85
2.92
25.94
0.706
3.88
2.00
0.683
S-6
20.79
1.10
5.93
2.96
30.39
0.684
3.88
1.96
0.618
Lampiran 2 Hasil pengukuran dan pengujian sampel padatan UHMWPE Sam pel
Massa (gram)
Panjang (cm)
Lebar (cm)
Tebal (cm)
Volume (cm3 )
𝜌 (gr cm-3 )
Io
I
µ
P-1
10.04
4.58
3.87
0.7
12.40
0.813
3.67
2.13
0.777
P–2
14.90
4.63
3.83
1.03
18.26
0.816
3.67
1.92
0.806
P–3
18.92
4.67
3.89
1.49
27.06
0.807
3.67
1.67
0.651
P–4
27.52
4.63
3.97
1.83
33.63
0.818
3.67
1.55
0.592
P–5
33.02
4.67
3.88
2.25
40.76
0.810
3.67
1.39
0.527
P–6
61.57
4.71
3.87
4.52
64.16
0.808
3.67
1.01
0.366
16 Lampiran 3 Hasil pengukuran dan pengujian sampel campuran UHMWPE dengan resin Sampel R–1 R–2 R–3 R–4 R–5 R–6
Massa (gram) 11.01 21.94 25.48 29.57 33.99 36.14
Panjang (cm) 4.67 4.68 4.68 4.66 4.68 4.67
Lebar (cm) 4.55 4.53 4.49 4.53 4.55 4.54
Tebal (cm) 0.50 1.01 1.19 1.40 1.58 1.70
Volume (cm3 ) 10.62 21.41 25.05 29.55 33.64 36.04
(gr cm-3 ) 1.036 1.024 1.019 1.087 1.013 1.002
Io 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57 3.57
I 2.64 2.10 2.16 1.76 1.79 1.53
Lampiran 4 Denah dan tabel paparan radiasi di beberapa titik
6
2 5 1
4 3
Lampiran 5 Nilai paparan radiasi Paparan Radiasi Neutron Titik Januari Februari Maret April Mei 1 3.53 2.77 3.69 3.69 3.97 2 4.85 5.93 5.97 7.62 8.10 3 6.15 5.54 5.84 6.67 7.10 4 3.03 2.95 3.20 3.76 3.81 5 1.84 2.02 2.22 1.55 2.57 6 2.10 1.35 2.50 2.26 2.48 bSumber:
Badan Tenaga Nuklir Nasional (2016).
(µSv/jam) b Juni Juli 1.07 1.02 0.78 0.72 0.59 0.67 0.85 0.87 0.71 0.69 0.55 0.52
Rata-Rata 2.82 4.85 4.65 2.63 1.65 1.68
µ 0.603 0.525 0.422 0.505 0.463 0.498
17 Lampiran 6 Diagram alir penelitian
MULAI
Studi Literatur
Persiapan Sampel
Pengujian
Pencucian Film
Penentuan Nilai Koefisien Atenuasi
SELESAI
18
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Bogor, 30 Maret 1994, anak tunggal dari pasangan Bapak Makki Furqon dan Ibu Sutarti. Penulis memulai jenjang pendidikannya di SDN Panaragan 1 Bogor tahun 2001-2006, kemudian dilanjutkan di SMP NEGERI 4 BOGOR tahun 2006-2009, dan kemudian dilanjutkan di SMA NEGERI 2 BOGOR pada tahun 2009-2012. Tahun 2012 penulis lulus SMA dan melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor melalui jalur SNMPTN Undangan dan diterima di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif di organisasi dan kepanitiaan, diantaranya anggota divisi Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa Himafi pada tahun 2013-2014, kepala divisi acara Masa Perkenalan Departemen Fisika tahun 2014, ketua pelaksana Open House Fisika pada tahun 2014, anggota divisi Liasion Officer kegiatan Pesta Sains Nasional tahun 2015. Selain itu, penulis juga aktif sebagai asisten praktikum Sosiologi Umum TPB tahun 2014-2015, dan sebagai asisten praktikum fisika TPB tahun 2014-2015.
