issn : 1978-9971 faktor koreksi atenuasi diri foton pada ...digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...
TRANSCRIPT
Prosiding Pertemuan dnn Presentasi Ilmiah Fungsional Pengembangan Teknologi Nuklir 1
Jakarta, 12 Desember 2007 ISSN : 1978-9971
FAKTOR KOREKSI ATENUASI DIRI FOTON PADA RENTANG ENERGIGAMMA 121 -1408 keY DALAM " CRUDE PALM OIL"
MENGGUNAKAN DETEKTOR HPGe
Hennawan Candra dan PujadiPusat Teknologi Keselamatan dan Metrologi Radiasi - BATAN
ABSTRAK
FAKTOR KOREKSI ATENUASI DIRI FOTON PADA RENTANG ENERGI GAMMA 121- 1408 keY DALAM " CRUDE PALM OIL" MENGGUNAKAN DETEKTOR HPGe. Telahdilakukan analisis atenuasi diri foton dalam "Crude Palm Oil" ("CPO" ) pada rentang energi 121 1408 keY. Cuplikan sumber Eu-152 disiapkan-daIamwadalniial-50 cc dengan media "CPO"berbagai jenis yang mempunyai variasi densitas antara 0,8856- 0,9028 grl cm3 dan dibuat padamedia air densitas 1,0 grl cm3 sebagai standar . Pencacahan dilakukan menggunakan sistemspektrometer gamma dengan detektor HPGe. Hasil menunjukkan bahwa atenuasi diri tergantungpada energi foton dan densitas "CPO". Faktor atenuasi diri foton dalam "CPO" pada rentangenergi 121 - 1408 keY densitas 0,8856 grl em3 adalah 0,9510-0,9546, densitas 0,8881 grl em3adalah 0,9520-0,9558, densitas 0,8895 grl em3 adalah 0,9526-0,9564, densitas 0,8975 grl em3adalah 0,9561-0,9598, densitas 0,9005 grl em3 adalah 0,9574-0,9612 dan densitas 0,9028 grl em3adalah 0,9583-0,9621.
Kata Kunci: Spektrometer Gamma Detektor HPGe, Faktor Koreksi Atenuasi Diri
ABSTRACT
SELF-ATTENUATION CORRECTION FACTOR OF PHOTON ON THE ENERGYRANGE FROM 121 TO 1408 keV, IN "CRUDE PALM OIL" USING HPGe DETECTOR.The analysis of self attenuation correction of photon in "Crude Palm Oil" ( "CPO" ) have beencarried out on the energy range trom 121 to 1408keY. The Eu-152 source was prepared in a 50ccvial with variety density of "CPO" trom 0.886 to 0.903 grl cm3 and on water with density of 1.0grl cm3 • The counting used gamma spectrometer system with HPGe detector. The result showedthat the self attenuation depends on the incident photon energy and density "CPO". Correctionfactor of selfattenuation on "CPO" in the energy range trom 121to 1408keY with density 0.8856grl em3 are 0.9510-0.9546, density 0.8881 grl em3 are 0.9520-0.9558, density 0.8895 grl em3 are0.9526-0.9564, density 0.8975 grl em3 are 0.9561-0.9598, density 0.9005 grl cm3 are 0.9574-
. 0.9612 and density 0.9028 grl em3 are 0.9583-0.9621
Key words: Gamma spectrometer with HPGe Detector, Self-attenuation correction factor
radioaktivitas pada contoh lingkungan
terutama pada komoditi ekspor bahan
makanan, dilakukan sebagai bagian dari
monitoring radiasi dan untuk memenuhi
persyaratan teknis bahan ekspor ke
mendapatkan hasil yang akurat, contoh
lingkungan dan standar yang digunakan
negara-negara tertentu. Pengukuran
aktivitas radionuklida yang terkandung
dalam contoh lingkungan, biasanya
dilakukan menggunakan sistem
I. PENDAHULUAN
Pengukuran cemaran
spektrometer gamma. Untuk
Pusat Tekno/ogi Keselamatan dan Metr%gi Radiasi - Badan Tenaga Nuklir Nasional 195
Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah Fungsiona/ Pengembangan Tekn%gi Nuk/ir /
Jakarta, /2 Desember 2007 ISSN : 1978-9971
untuk kalibrasi, biasanya diusahakan
mempunyai bentuk fisik dan geometri
yang sarna. Akan tetapi pada prakteknya
cukup sulit untuk mendapatkan sumber
standar yang sarna bentuk fisik dengan
contoh lingkungan. Oleh karena itu
dipergunakan sumber standar yang
bentuk fisik dan sifat-sifatnya mendekati
contoh. Contoh cuplikan lingkungan
biasanya dalam bentuk volume dengan
matrik padatan maupun canan yang
mempunyai densitas berbeda-beda,
sehingga akan terjOOiproses atenuasi din
foton yang berbeda-beda pula besarnya.
Selain densitas bahan, energi foton , sifat
serapan bahan dan dimensi bahan sangat
mempengaruhi besarnya atenuasi din.
Oleh karena itu pOOapengukuran contoh
lingkungan perlu diamati masalah
atenuasi din agar didapatkan hasil
pengukuran yang akurat. "Crude Palm
Oil " disingkat "CPO" merupakan salah
satu komoditi ekspor yang penting.
II. DASAR TEORI
Sistem spektrometri gamma biasanya
digunakan untuk pengukuran
radioaktivitas pemancar gamma sampel
sampel lingkungan. Sebelum dilakukan
pengukuran radioaktivitas biasanya
melalui proses kimia dahulu. Sampel
sampel lingkungan mempunyal
kandungan radioaktivitas yang kecil
Beberapa kasus ekspor dipersyaratkan
untuk diukur tingkat kandungan
radioaktivitasnya, khususnya Cesium
137, sesuai dengan persyaratan yang
diminta oleh beberapa negara pengimpor.
Pada makalah ini dibahas tentang
faktor koreksi atenuasi diri foton dalam
berbagai macam matrik "CPO" hasil
produksi dalam negeri yang mempunyai
berbagai macam jenis dan densitas~.
bervariasi yang berkisar antara 0,886
0,903 gram! cm3. Dengan densitas yang
berbeda-beda dan penggunaansumber
standar kalibrasi yang berbeda
dimensinya, maka perlu dilakukan
koreksi atenuasi din. pada rentang energi
gamma 121 - 1408 keY, menggunakan
sistem spektrometer gamma dengan
detektor HPGe. Sehingga dapat diperoleh
faktor koreksi atenuasi diri matrik CPO
pada masing-masing energi gamma
dengan variasi densitas.
sehingga perlu dilakukan proses
pencacahan dalam waktu yang lama dan .
dari segi geometri jarak antara detektor
dan sampel sedekat mungkin atau
menempel detektor. Proses penyediaan
sampel meliputi penentuan densitas
sarnpel, pembuatan bentuk geometri
sampel dan sumber standar harus atau
mendekati sama, komposisi matrik
cuplikan. Faktor densitas pada matrik
Pusaf Teknolog; Keselarnman don Metrologi Rndias; - Badon Tenaga Nukfir Nas;onal 196
Pro$iding Pertemuan dan Presentasi J/miah Fungsiona/ Pengembangan Tekn%gi Nuk/ir I
Jakarta. /2 Desember 2007 ISSN : 1978-9971
Koreksi atenuasi diri (Ca) menggunakan
dengan :
F (J!dp) sampel adalah faktor atenuasi
diri euplikan.
F (J!dp) standar adalah faktor atenuasi
diri sumber standar.
Menurut . Boskoya dan L. Miney ( 2000)
dan Pujadi (2005) bahwa pada
peneaeahan sumber radioaktif dengan
geometri tertentu dan ketebalan tetap
dengan rentang densitas antara 0,1
sampai 2 gr/em3 dan nilai (J!d) kecil atau
< 0,5 em3 / gr. F (J!dp) dapat dirumuskan
sebagai fungsi linier berikut :
sampel lingkungan sangat berpengaruh
pada hasil pengukuran dengan
spektrometer gamma karena
mengakibatkan efek atenuasi diri foton
khususnya pada energi gamma rendah.
Untuk mengurangi kesalahan dalam
peneaeahan euplikan maka perlu
dilakukan koreksi-koreksi pengukuran.
Salah satunya adalah koreksi atenuasi diri
dengan spektrometer gamma.
Menurut Debertin dan Helmer
(1988) yang dikutip oleh T. Boskoya dan
L. Miney ( 2000) dan Pujadi (2005), pada
sumber bentuk silinder apabila dicaeah
menggunakan spektrometer gamma pada
jarak tertentu, besar faktor atenuasi diri
dapat dirumuskan sebagai berikut :
persamaan:
Ca = F(pdp)sampelF (jiilp)s tan dar
......... (2)
F(jJdp) = [1-exp(-jJdp)]jJdp ••••••• (I) F(jJdp) = ap + P (3)
persamaan :
Ca = (acipi + fJcO(acs,ocs + fJcs) (4)
f3 = intersep.
Dari segi geometri matrik ~pel .maka
penentuan nilai efisiensi energi gamma
bergantung pada faktor atenuasi diri F
(J!dp). Nilai efisiensi tergantung pada
densitas jenis matrik sampel lingkungan.
Dengan menggabungkan kedua
persamaan di atas maka koreksi atenuasi
diri dapat dihitung menggunakan
dengan :
F = Faktor atenuasi diri
J! = koefisien atenuasi massa
d = ketebalan euplikan
p = densitas
Persamaan di atas digunakan pada
sumber radioaktif berbentuk silinder
dengan aktiyitas terdistribusi homogen
pada wadah.
Apabila bentuk komposisi dan
densitas sumber standar dan euplikan
berbeda, harga kalibrasi efisiensi setiap
puneak energi gamma harus dikoreksi.
dengan : a = slope.
Pusat Tekn%gi Kese/amatan dan Metr%gi Rodiasi - Badon Tenaga Nuklir Nasional 197
Prosiding Pertemuan don Presentasi IImiah Fungsional Pengembangan Teknologi Nuklir J
Jakarta, 12 Desemher 2007 ISSN: 1978-9971
1. Preparasi Sumber standar Eu-152deogan matrik CPO.
dengan
aci = konstanta slope pada kurva
densitas pi pada energi gamma.
pI = densitas matrik.
III. TAT A KERJA
Bahan dan Peralatan
1. Matrik CPO dengan densitas
0,8856, 0,8881, 0,8895, 0,8975,
0,9005 dan 0,9028 grl em3
2. Sumber standar radioaktifEu-152
3. Vial plastik 50 ee
4. Air sebagai standar
5. Sistem Peneacah spektrometer
gamma detektor High Purity.
Germanium
6. Sistem peneaeah kamar pengion
Merlin Gerin
7. Timbangan Mettler H54 R
densitas pi pada energi gamma.
= konstanta slope pada kurva
densitas standar pes pada
energi gamma.
densitas matrik.
konstanta intersep pada kurva
densitas standar pes pada
energi gamma.
Pada tahap penyiapan matrik CPO
"CRUDE PALM OIL" telah disiapkan 6
(enam) jenis CPO daJam vial plastik.
Masing-masing matrik CPO mempunyai
densitas yang bervariasi yaitu 0,8856,
0,8881, 0,8895, 0,8975, 0,9005 dan
0,9028 gram/em3• Telah disiapkan
sumber standar Eu-152 bentuk eair yang
mempunyai energi multi gamma dari
121keV-1408ke V. Sebelumr .. dipreparasi
sumber standar tersebut telah
distandarkan dengan sistem peneaeah
detektor kamar pengion Merlin Gerin
untuk diketahui aktivitasnya. Setelah
distandarkan sumber standar Eu- 152 eair
tersebut diteteskan pada vial-vial matrik
CPO dengan variasi berat. Nilai aktivitas
sumber standar Eu- 152 yang diteteskan
berdasarkan berat Eu-152 yang diteteskan
pada vial matrik CPO dengan cara
penimbangan. Kemudian dilakukan
pengocokan vial tersebut supaya
homogen.
2. Peogukurao Aktivitas.
Setelah tahap menyiapkan eampuran
matrik CPO dan Eu- 152 selanjutnya
dilakukan peneaeahan matrik-matrik
tersebut dengan sistem peneacah
spektrometer gamma detektor HPGe.
Pada tahap ini telah dibuat sumber
standar Eu- I52 eair yang digunakan
sebagai standar. Jarak pengukuran
konstanta intersep pada kurva=pei
aes
pes
pes
Pusat Teknologl Keselamatan don Metrologi Radiasi - Badon Tenaga Nuklir Nasional 198
Prosiding Pertemuan clan Presentasi J/miah Fungsiona/ Pengembangan Tekn%gi Nuklir J
Jakarta, 12 Desember 2007 rSSN: 1978-9971
standar antara detektor dan sarnpel adalah
5 em. Kondisi ini sarna dengan matrik.
Dari pengukuran ini dapat diperoleh nilai
effisiensi dari masing-masing energi
gamma pada variasi densitas, sehingga
dapat dibuat kurva efisiensi sebagai
fungsi densitas. Dari kurva ini dapat
diperoleh faktor koreksi atenuasi diri dari
masing-masing energi gamma dengan
variasi densitas.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil peneacahan CPO dengan
rentang energi dari 121 keV sampai 1408
keV menggunakan sumber standar Eu-
152 dengan variasi densitas
menggunakan spektrometer gamma
disajikan pada Gambar 1. Dari gambar
terse but dapat diketahui nilai efisiensi
masing-masing energi gamma mulai dari
121 keY, 244keV, 344keV, 41 IkeV,
778keV, 867keV, 964keV, 1112keV dan
1408ke V untuk masing-masing densitas
I, 0,9028, 0,9005, 0,8975, 0,8895, 0,8881
dan 0,8856 grl em3 menggunakan kurva
kalibrasi efisiensi spektrometer gamma.
Dari Gambar I dapat diketahui
bahwa pada energi 121 keY kurva tinier
berada paling atas. Sedangkan energi
gamma di atasnya seeara berurutan
berada di bawahnya. Hal ini dapat
dijelaskan bahwa pada kurva kalibrasi
efisiensi menggunakan spektrometri
gamma, pada energi gamma sampai
121keV akan diperoleh nilai efisiensL
yang besar, sedangkan pada energi di atas
121 keY akan diperoleh nilai efisiensi
yang kecil dengan kenaikan energi sinar
gamma. Hal ini dapat dije1askan karena
semakin tinggi energi gamma maka
semakin tinggi pula kemungkinan
lolosnya foton gamma, sehingga efisiensi
deteksi detektor akan ked!.
Pusat Tekn%gi Kese/amatan clan Metrologi Radiasi - Badon Tenaga Nuk/ir Nasiona/ 199
Prosiding Pertemuan don Presentasi J/miah Fungsional Pengembangan Teknologi Nuklir I
Jakarta, 12 Desember 2007
KURItA El'AS/BfSI VS DEIISIT AS CPO DENGAN
DETEKTOR HPGe MalGGUNAKAN &1·152
0,004600 r--------- m • • ----0,004000 ~ ••, .
ISSN: 1978-9971
0,003600
0,003000
~ 0,002500.!!co
~ 0,002000
0,001500
0,001000
0,000500
0,00000o 10,85 0,88
•
••
0,9 0,92 0,94 0,96 ' 0,98
• 121 keV
• 244 keV
344 keV
411 keV
x 778 keV
• 867 keV
" 964 keV
-1112keV
-- 1408 keV
1,02
Densitas (gram/eel
Gambar 1. Kurva Efisiensi fimgsi densitas matrik CPO detektor HPGe menggunakan Eu-152
menghitung faktor koreksi atenuasi diri
variasi densitas yang disajikan pada
Tabel2 di bawah.
Dari kurva regresi Iinier di atas dapat
diperoleh nilai slope dan intersep dari
masing-masing energi gamma. Nilai
slope dan intersep ini merupakan
parameter yang akan digunakan untuk
pada. -
masmg-masmg energJ gamma
TabeI 2. Parameter kurva effisiensi vs densitas.
Energi gamma Slope (m)Intersep (C)
1"21
-0.00720.0096
244
-0.00360.0052
344
-0.00270.0039
411
-0.00170.0026
778
-0.00110.0016
867
-0.00080.0013
964
-0.00080.0012
1112
-0.00080.0011
1408
-0.00060.0009
PUJat Teknologi Keselamatan dun Metrologi Radimi - Badon Tenaga Nuklir Nas/onal 200
Prosiding Per/emuan don Presentasi llmiah Fungsional Pengembangan Teknologi Nuklir /
Jakarta, /2 Desember 2007 ISSN: 1978-9971
Dengan menggunakan persamaan (4) di
atas maka dapat diperoleh faktor koreksi
atenuasi diri pada masing-masing energi
gamma pada variasi densitas matrik CPO
yang disajikan pada Tabel 3. Pada tabel
tersebut disajikan faktor atenuasi diri
pada matrik CPO dengan densitas dari
0,88 sampai 0,91. dengan energi gamma
121 keY, 244 keY, 344keV, 411 keY,
778 keY, 867 keY, 964 keY, 1112 keY
dan 1408 keY
Tabel 3. Koreksi atenuasi diri ( Ca)
Energi y Densitas (!!rl cm3)
fkeV)
0: 0,88560=0.88810=0.88950=0.8975p=O.9OO5p=O.9028
121
0.95100.95200.95260.95610.95740.9583244
0.95320.95420.95480.95810.95930.9602344
0.95320.95420.95480.95810.95930.9602411
0.95430.95580.95630.95950.96070.9616778
0.95440.95440.95500.95820.95950.9604 "867
0.95450.95740.95790.96100.96210.9624964
0.95420.95520.95580.95900.96020.96211112
0.95550.95410.95560.95890.96010.96301408
0.95560.95580.95640.95980.96120.9641
Terlihat bahwa pada matrik CPO
dengan densitas 0,88 sampai 0,91 seeara
perhitungan faktor koreksi atenuasi diri
pada energi gamma 121 keV berkisar
antara 0,951-0,959 grl em3, 244 keY
antara 0,953-0,961 grl em3, 344 keY
antara 0,953-0,961 grl em3 , 411 keY
antara 0,954-0,962 grl em3, 778 keY
antara 0,954-0,962 grl em3 , 867 keY
antara 0,954-0,962 grl em3 , 964 keY
antara 0,954-0,962 grl em3 , 1112 keY
antara 0,955-0,963 grl em3 , dan 1408
keY antara 0,955-0,964 grl em3 • Hal ini
berarti bahwa faktor atenuasi diri tersebut
dipengaruhi oleh energi sinar gamma dan
densitas matrik CPO dan sumber
radioaktif Eu-152.
Hubungan antara faktor koreksi
atenuasi diri dengan energi gamma dapat
dibuat kurva seperti pada Gambar 2. Pada
kurva terse but dapat dijelaskan bahwa
Faktor koreksi atenuasi diri tergantung
pada energi gamma pada variasi densitas.
Padadensitas rendah, dari energi gamma
rendah (121 keV) ke energi tinggi
diperoleh nilai faktor koreksi atenuasi diri
yang semakin besar. Begitu juga pada
densitas yang lebih tinggi, dari energi
gamma rendah ke energi tinggi diperoleh
nilai faktor koreksi atenuasi diri yang
semakin besar pula.
Pu.wl Teknofogi Kese/amalan don Metr%gi Radiasi - Badon Tenaga Nuklir NasiDnal 201
Prosidtng Per/ernuan don Presen/osi Jlmiah Fungsional Pengembangan Teknologi Nuklir 1
Jakar/a, 12 Desember 2007
0.9640
ISSN : 1978-9971
:E 0 9620"0 •i 0.9600=c! 0.9580<C
~ 0.9560I!!
~ 0.9540•..o~ 0.9520u..
0.9500
4 5 .6
Ln Energi Gamma
7
• 0.8856
• 0.8881
: 0.8895i
I
i 0.8975;
i ;( 0.9005Ir • 0.9028
8 i
Gambat 2. Kurva Atenuasi diri pada CPO terhadap In E gamma rentang 121-1408 keY.
v. KESIMPULAN
Pada pengukuran aktivitas
campuran sampel tertentu dan sumber
radioaktif dalam suatu matrik volume, hal
yang perlu diperhatikan adalah koreksi
atenuasi diri dan bentuk sumber standar
dengan bentuk matrik sampel yang akan
diukur. Densitas sangat berpengaruh pada
perhitungan koreksi atenuasi diri suatu
matrik sampel.
Pada pet1elitian ini telah diperoleh
nilai faktor koreksi atenuasi diri pada
matrik CPO dan sumber radioaktif Eu
152 yang mempunyai rentang energi
gamma dari 121 keY sampai 1408keV
dengan variasi densitas 0,88 sampai 0,91
gr/ em3 Pada energi gamma 121 keV
berkisar antara 0,951-0,959, 244 keY
antara 0,953-0,961, 344 keY antara
0,953-0,961,411 keY antara 0,954-0,962,
778 keY antara 0,954-0,962, 867 keY
antara 0,954-0,962 , 964 keY antara
0,954-0,962, 1112 keY antara 0,955
0,963, dan 1408 keY antara 0,955-0,964.
DAFT AR PUST AKA
1. NA TIONAL COUNCIL ONRADIATION PROTECTIONAND MEASUREMENTS, AHandbook of RadioactivityMeasurements Procedures, NCRPReport No. 58, November 1978.
2. ICRP Publication 38,Radionuelide Transformation
Energy & Intensity of Emissions,Vol. 11-13, Pergamon Press,Oxford.
3. K. DEBERTIN AND RG.
HELMER, Gamma and X-RaySpectrometry WithSemiconductor Detector, 1988
4. F.L. MELQUIADES, CRAPPOLONI, Self-absorptioncorrection for Gamma
Spectrometry of Powdered MilkSamples Using Marinelli Beaker,Applied Radiation and Isotopes
Pusa/ Teknalogi Keselamatan don Metrologi Radiosi - Badon Tenaga Nuklir Nasiona/ 202
Prosiding Pertemuan don Presentasi l/miah Fungsiona/ Pengembangan Tekn%gi Nuklir 1Jakarta, J 2 Desember 2007 ISSN: 1978-9971
55 (2001) 697 -700, ElsevierScience.
5. T. BOSHKOVA, L. MINEV,Correction for Self-Attenuation in
gamma ray spectrometry of bulksample, Applied Radiation andIsotope 54 (2001)
6. PUJADl, HERMAWANCANDRA, NAZAROH, KoreksiAtenuasi diri Cuplikan padaPencacahan MenggunakanSpektrometer Gamma, ProsidingPIKRL X, 2005.
Tanya Jawab :
Penanya : Wibowo(pKTN BAT AN)
Pertanyaan :
1. Apa tujuan penelitian Saudara?
2. Apakah dapat dibuat matrikmatrik selain dari bahan selainCPO?
Jawaban : Hermawan Candra(PTKMR BATAN)
I. Pada pengukuran aktivitas secarareJatif menggunakan spektrometergamma, salah satu kesalahanpengukuran adalah mengabaikanperbedaan geometri, berat jenisdan komposisi kimia bahanradioaktif antara sumber standar
dan sampel. Perbedaan dalamberat jenis bahan mengakibatkanperbedaan pula dalam serapan dirisinar gamma, mengingat beratjenis sampel lingkunganbermacam-macam. Salah satucara adalah dengan menggunakansumber standar untuk setiapmatrik sampel. Tujuan penelitian
ini adalah menentukan faktor
koreksi serapan diri berbagaiberat jenis suatu sampel CPOuotuk rentang energi 121-1408keV menggunakan sumberradioaktifEu-152.
2. Bisa dibuat matrik-matrik lain
seperti: air, gel, silika, tallah,pasir, busa, bubuk flexi glass,bubuk kaca dan bahan pengawet(sodium benzoat).
Pusat Tekn%gi Kese/amatan don Metr%gi lWdiasi - Badon Tenaga Nuklir Nasiona/ 203