82 Pujadi, dkk/ Standardisasi Radionuklida Menggunakan Detektor Non Diskriminator 4πγ

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853-0823

Standardisasi Radionuklida Menggunakan Detektor Non Diskriminator 4πγ

Pujadi dan Gatot Wurdiyanto Pusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi – Badan Tenaga Nuklir Nasional Jalan Lebak Bulus Raya No.49, Jakarta Selatan 12070 Email: pujadi@batan.go.id Abstrak – Standardisasi radionuklida menggunakan detektor non diskriminator. Telah dilakukan standardisasi radionuklida 109Cd, 60Co,133Ba, 131 I dan 54Mn, menggunakan sistem detektor non diskriminator 4πγ. Sistem detektor non diskriminator 4πγ dengan isian gas argon, merupakan sistem alat ukur relatif. Kalibrasi efisiensi dilakukan menggunakan seri sumber standar, digunakan dua belas sumber standar 60Co , 57Co, 51Cr, 137Cs, 139Ce, 54Mn, 65Zn, 210Pb, 241Am, 109Cd, 166mHo dan 226Ra, bentuk cair volume 2 ml pada ampul gelas dengan jangkau energi 40 – 1252 keV, dengan ketidakpastian pengukuran kurang dari 0,5%. Cuplikan dibuat dalam bentuk cair volume 2 ml pada ampul standar PTKMR. Pengukuran dilakukan dengan mengukur besaran arus ionisasi yang terjadi pada ruang detektor, untuk masing-masing cuplikan sumber dan sumber standar acuannya. Arus ionisasi yang terjadi kumulatif akibat dari semua energi gamma masing-masing sumber. Hasil yang diperoleh relatif baik dibandingkan dengan hasil pengukuran dengan alat ukur lain dengan perbedaan antara 0,5 – 0,8 %. Kata kunci: Detektor non-diskriminator, standardisasi, sistem relatif, arus ionisasi Abstract – Standardization of radionuclides by non discriminator detector. Standardization of radionuclides 109Cd, 60Co,133Ba, 131 I and 54Mn have been carried out by using 4πγ non-discriminator detector system. The 4πγ non discriminator detector system with argon gas filling, is a relative measuring equipment system. The efficiency calibration in the energy range from 40 to 1252 keV, performed by series standard sources using twelve standard sources 60Co , 57Co, 51Cr, 137Cs, 139Ce, 54Mn, 65Zn, 210Pb, 241Am, 109Cd, 166mHo and 226Ra, in the form of liquid in glass ampoule, the uncertainty less than 0.5%. The sample was made in liquid form with 2 ml volume in standard ampoule PTKMR. Measurement were performed by measuring amount of ionization current that occured for each source and reference standard in the chamber of detector. Ionization current that occured are cumulative due to all the gamma energy of each source. The results are relatively good compare with the results other measuring equipment, gamma spectrometer, the difference showed between 0.5 to 0.8%. Key words: Non discriminator detector, standardization, relative system, ionization current

I. PENDAHULUAN Pengukuran radiasi, kalibrasi alat ukur radiasi dan standardisasi zat radioaktif harus dilakukan secara tepat dan akurat, agar radiasi pengion yang digunakan dapat terkontrol dan tidak merugikan pengguna maupun masyarakat pada umumnya. Oleh karena itu diperlukan metode pengukuran aktivitas untuk standar dan kalibrasi yang mempunyai kualitas sesuai dengan peruntukannya. Laboratorium standardisasi PTKMR – BATAN yang potensial menjadi NMI bidang radiasi pengion, mempunyai detektor non diskriminator 4πγ, isian gas argon, Centronic IG-11 yang dapat digunakan sebagai alat ukur standar secara relatif dan biasanya digunakan sebagai pengendalian mutu di laboratorium standardisasi. Sistem ini dicoba untuk standardisasi beberapa radionuklida diantaranya adalah 109Cd, 60Co,133Ba, 131 I dan 54Mn. Prinsip kerja sistem detektor non-diskriminator 4πγ ini adalah pengukuran arus atau muatan listrik yang terjadi akibat radiasi yang dipancarkan sumber radionuklida. Besarnya arus muatan listrik yang terjadi menurut H. SCHRADER, 1997 [1] sebanding dengan aktivitas zat radioaktif dan

energi gamma yang menyebabkannya. Pada pengukuran arus listrik yang ditimbulkan tersebut biasanya digunakan elektrometer. Arus yang terjadi akibat interaksi radiasi dengan materi gas dalam ruang detektor dan proses pengumpulan muatan, menurut FANO 1954 [2], dipengaruhi oleh proses variasi statistik. Oleh karena itu ketelitian dan keakuratan pengukuran aktivitas radionuklida menggunakan detektor non-diskriminator 4πγ menurut ANDERSEN 1967 [3], dan WEISE 1971 [4], bergantung pada efek sistematis yang terjadi pada waktu pengukuran. Pada dasarnya aktivitas ini proporsional dengan arus ionisasi (I), sehingga apabila diperoleh nilai arus yang diakibatkan oleh sumber radioaktif maka aktivitasnya dapat ditentukan. Masalah ketidakpastian pengukuran merupakan salah satu hal yang penting agar diperoleh sumber standar yang mempunyai ketertelusuran yang baik. Menurut GUIHO et al. 1974 [5], ketidakpastian pada pengukuran arus yang terjadi pada kamar pengionan berkisar antara 0,07 – 3 % pada pengukuran arus dengan orde antara 10-9 − 10-15A.

Pujadi, dkk/ Standardisasi Radionuklida Menggunakan Detektor Non Diskriminator 4πγ

83

 

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853-0823

Sistem detektor non-diskriminator 4πγ merupakan sistem pengukuran relatif sehingga perlu dilakukan kalibrasi. Kalibrasi efisiensi pada setiap energi gamma biasanya ditunjukkan denagn dalam bentuk kurva kalibrasi efisiensi. Kalibrasi sistem ini dilakukan dengan melakukan pengukuran arus yang ditimbulkan oleh seri sumber standar zat radioaktif dan sumber acuan 166m Ho atau 226Ra. Seri sumber standar yang digunakan dalam bentuk cair pada ampul gelas, digunakan 60Co , 57Co, 51Cr, 137Cs, 139Ce, 54Mn, 65Zn, 210Pb, 241Am, 109Cd, 166mHo dan 226Ra. Pengukuran dilakukan secara bergantian antara sumber standar tersebut dan sumber acuan. Setelah didapatkan kurva kalibrasi efisiensi sebagai fungsi energi gamma ini maka akan dicoba untuk membuat standardisasi beberapa sumber radionuklida diantaranya 109Cd, 60Co,133Ba, 131 I and 54Mn .

II. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN A. Pembuatan sumber

Sumber radionuklida 109Cd, 60Co,133Ba, 131 I dan 54Mn dalam bentuk cair pada wadah vial gelas diperoleh dari POLATOM Polandia dan BANTEK Serpong. Preparasi cuplikan sumber dilakukan secara gravimetri. Masing-masing sumber radioaktif diencerkan menggunakan larutan carier yang sesuai untuk mendapatkan perkiraan aktivitas yang sesuai dengan kemampuan alat ukur. Untuk 109Cd diencerkan 5,25 kali menggunakan larutan 1mg/L CdCl2 dalam HCL 0,1 N [6], 60Co diencerkan 10,5 kali menggunakan 1,05 mg/L CoCl2 dalam HCL 0,1N [6],133Ba diencerkan 6,75 kali menggunakan 0,75mg/L BaCl2 dalam HCL 0,1N , 131 I diencerkan 5,5 kali menggunakan campuran (50µg/L Na2SO3 + 50 µg/L Li(OH) + 50µg/L KI) dalam H2O [6],dan 54Mn diencerkan 10,5 kali menggunakan 0,75mg/L MnCl2 dalam HCL 0,1N [6]. Cuplikan dibuat dalam ampul gelas volume 5 ml standar PTKMR, masing-masing dengan berat 2 gram ± 5%. Kemudian ampul ditutup menggunakan pengelasan/blender, dicek kebocorannya dan sumber siap diukur. B. Kalibrasi efisiensi

Kalibrasi efisiensi dilakukan menggunakan sumber standar cair pada ampul 60Co , 57Co, 51Cr, 137Cs, 139Ce, 54Mn, 65Zn, 210Pb, 241Am, 109Cd, 166mHo dan 226Ra, sebagai sumber acuan Ho-166m dan Ra-226. Pengukuran dilakukan secara bergantian antara sumber standar tersebut dan sumber acuan.

Pengukuran diawali dengan tiga sumber standar yang mempunyai mono energi gamma yaitu Cr-51 , Mn-54 dan Co-60. Sumber Co-60 mempunyai energi gamma 1173,2 dan 1332,5 keV dengan intensitas berturut-turut 99,9% dan 100% [6,7], menurut beberapa pakar metrologi, pada pengukuran menggunakan detektor non diskriminator 4πγ, energi gamma tersebut dapat di rata-ratakan, seolah-olah menjadi mono energi, energi rata-rata dihitung menggunakan perumusan

2)..( 2211 γγγγ IEIEE ratarata

+=− (1)

Εrata-rata : Energi rata-rata Iγ1 : Intensitas pada energi gamma ke-1 Eγ1 : Energi gamma ke -1 ( keV ) Iγ2 : Intensitas pada energi gamma ke-2 Εγ2 : Energi gamma ke -2 ( keV ) Dengan menggunakan persamaan (1) diperoleh energi rata-rata Co-60 1252,3 keV. Dari data hasil pengukuran ketiga sumber standar tersebut kemudian di tentukan nilai efisiensi (ε) pada masing-masing energi menggunakan perumusan (2) berikut. Untuk Cr-51 pada energi 320,1 keV, Mn-54 pada energi 834,8 keV dan Co-60 pada energi 1252,3 keV[6,7].

Aa

a

f

A .Re

ε= (2)

dengan aA : Arus yang ditimbulkan oleh sumber A a Ref : Arus yang ditimbulkan oleh sumber acuan 166mHo atau 226Ra ε : Efisiensi pada energi sumber A A : Aktivitas standar pada saat pengukuran. Dari data tersebut dibuat kurva efiensi sebagai fungsi energi, sehingga didapat kurva baru, yang secara terus menerus dilakukan hal yang sama dengan pengukuran sumber standar yang lain, dipilih sumber yang mempunyai satu energi gamma berada diluar jangkau kurva sehingga akan diperoleh kurva pada jangkau energi 40 – 1252 keV. C. Pengukuran cuplikan sumber Pengukuran sumber dilakukan pada posisi yang sama dengan waktu melakukan kalibrasi efisiensi. Secara keseluruhan arus yang ditimbulkan oleh cuplikan sumber merupakan kontribusi dari semua energi gamma dari sumber tersebut, sehingga εtotal dapat dirumuskan sebagai

ii

itotal I )(.)( γεγε ∑= (3)

εtotal : Efisiensi total I(γ)i : Intensitas pada energi gamma ke-i ε(γ)i : Efisiensi pada energi gamma ke –i Dengan menggunakan kurva kalibrasi yang diperoleh maka akan dapat ditentukan harga efisiensi total dari radionuklida yang diukur. Dengan persamaan (2) akan diperoleh harga aktivitas dari sumber cuplikan. Kemudian hasil dibandingkan denngan hasil pengukuran alat ukur yang lain. Khusus untuk radionuklida 60Co energi gamma yang digunakan dapat menggunakan reratanya atau menggunakan kedua energi yang ada.

84 Pujadi, dkk/ Standardisasi Radionuklida Menggunakan Detektor Non Diskriminator 4πγ

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853-0823

III. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada Gambar 1 disajikan gambar kurva kalibrasi efisiensi detektor non diskriminator 4πγ pada jangkau energi 40 – 1252 keV, dengan ketidakpastian pengukuran kurang dari 0,5%. Kurva kalibrasi efisiensi ini digunakan untuk standardisasi 109Cd, 60Co,133Ba, 131 I dan 54Mn, dalam menentukan efisiensi dari energi masing-masing radionuklida yang diukur. Tabel 1 menyajikan hasil standardisasi radionuklida tersebut dan perbedaan nilai hasil pengukuran menggunakan spektrometer gamma. Terlihat pada Tabel 1 perbedaan nilai aktivitas pengukuran berkisar antara 0,5 – 0,8 %. Semua hasil pengukuran menggunakan detektor non diskriminator 4πγ, menunjukkan lebih besar dibandingkan dengan hasil pengukuran spektrometer gamma. Perbedaan pengukuran kedua metode dari beberapa radionuklida berkisar antara 0,15 – 3,97 %. Perbedaan terbesar pada radionuklida 131I sebesar 3,97%, hal ini kemungkinan karena energi radionuklida tersebut banyak pada daerah kritis, yaitu pada daerah sekitar 100 – 350 keV.

Gambar 1. Kurva kalibrasi efisiensi detektor non

diskriminator.

Tabel 1. Hasil pengukuran aktivitas. Radionuklida Aktivitas

(KBq/mg) Detektor non diskriminator

Aktivitas (KBq/mg)

Spektrometer gamma

Beda (%)

109Cd 45,71 ± 1,05 44,96 ± 1,27 1,64 131I 23,93 ± 0,55 22,98 ± 0,66 3,97

60Co 61,34 ± 1,45 61,25 ± 1,72 0,15 133Ba 29,28 ± 0,67 28,76 ± 0,82 1,78 54Mn 48,16 ± 1,11 47,96 ± 1,35 0,42

Untuk 60Co dan 54Mn perbedaannya relatif kecil, karena 60Co hanya mempunyai energi gamma dua buah, dan 54Mn hanya mempunyai satu buah energi gamma sehingga pada penentuan efisiensi menggunakan kurva kalibrasi kemungkinan kesalahan relatif kecil.

Tabel 2. Ketidakpastian gabungan untuk pengukuran menggunakan detektor non diskriminator 4πγ.

Komponen Ketidakpastian pengukuran

Keterangan

Statistik pencacahan 0,36 Tipe A Sumber standar 1,50 Tipe B Penimbangan 0,05 Tipe B Cacah latar 0,01 Tipe B Faktor kalibrasi 0,03 Tipe B Waktu paro peluruhan 0,10 Tipe B Impuritas 0,00 Tipe B Akurasi bacaan 1,00 Tipe B Respon detektor 1,00 Tipe B Kedapat-ulangan 1,00 Tipe B Ketidakpastian gabungan 2,32%

IV. KESIMPULAN Standardisasi radionuklida menggunakan detektor non diskriminator telah berhasil dilakukan di PTKMR – BATAN. Hasil pengukuran aktivitas cukup konsisten dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan spektrometer gamma, perbedaan berkisar antara 0,42 – 3,97%. Ketidakpastian gabungan pada pengukuran menggunakan detektor non diskriminator sebesar 2,32%, dengan kontribusi terbesar adalah pada ketidakpastian dari sumber standar.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapakan terima kasih kepada saudara Holnisar staf standardisasi PTKMR yang telah membantu dalam preparasi, dan Kemenristek yang telah menyediakan dana untuk pembelian sumber standar.

PUSTAKA

[1] H.SCHRADER,Activity Measurement with Ionization Ionization Chambers, Bureau International Des Poids Et Mesures, Sevres,1997.

[2] FANO U., Ionization yield of radiations. II. The fluctuations of the number of ions. Phys. Rev. 72, 26-29,1954.

[3] ANDRESEN E. G.,Statistical fluctuation,time lag of indication, least instrument reading). Kerntechnik 9, 163-165,1967.

[4] WEISS H. M.. 4πγ-ionization chamber measurements. Nucl. Instr. Meth. 112, 291-297, 1973.

[5] GUIHO J.-P., OSTROWSKY A.,SIMOEN J.-P., HILLION P., Low current measurement at Metrology laboratory of Atomic radiation . Rapport CEA-R-4637, Gif-sur-Yvette, CEA, 1974.

[6] National Council On Radiation Protection And Measurements, A Handbook of Radioactivity Measurements Procedures, NCRP Report No. 58, Nonember 1878.

Pujadi, dkk/ Standardisasi Radionuklida Menggunakan Detektor Non Diskriminator 4πγ

85

 

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng & DIY, Purworejo 14 April 2012 ISSN : 0853-0823

[7] TdeR, 2005 Laboratoire National Henri Becquerel LNE – LNHB / CEA, Table de Radionuclides, Recommended Data/table. Atomic and Nuclear Data. http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm. Juli 2011.

. TANYA JAWAB Pramudita Anggraita, BATAN : ? Kurva linear hasil pengukuran beberapa sumbu-sumbu vertikal menunjukkan apa ? ? Apakah tekanan gas 10 atm tidak mempengaruhi ampul tempat zat radioaktif ?

? Pipa pembatas tempat ampul dan detektor tidak mempengaruhi pengukuran efesiensi ?

Pujadi, BATAN: √ Sumbu vertikal menunjukan efisiensi sedangkan yang horisontal energi gamma. √ Tekanan 10 atm adalah tekanan gas yang ada didalam ruang atom chamber detector, sedangkan zat radioaktif yang diukur tempatnya di luar, sehingga tidak tidak mempengaruhi ampulnya. √ Tentu berpengaruh tergantung bahan dan ketebalan detektor yang digunakan menggunakan bahan besi sebagai dinding chamber, terlihat pada kurva energi gamma di bawah 40 keV tidak terdeteksi.