mahmood, nooradilah abdullah, abdul kadir ishak
TRANSCRIPT
PEMBANGUNAN SEMULA MAKMAL PENTARIKHAN NUKLEAR DI AGENSI NUKLEAR
MALAYSIA
RE-DEVELOPMENT OF RADIOCARBON DATING LABORATORY IN MALAYSIAN NUCLEAR
AGENCY
Norfaizal Mohamed @ Muhammad, Nita Salina Abu Bakar, Esther Phillip, Zal U’yun Wan
Mahmood, Nooradilah Abdullah, Abdul Kadir Ishak, Salahuddin Muhammad, Khairul Nizam
Razali, Mohd Tarmizi Ishak dan Mohamad Noh Sawon Bahagian Teknologi Sisa dan Alam Sekitar,
Agensi Nuklear Malaysia, Bangi, 43000 KAJANG, MALAYSIA
Nasasni Nasrul
Bahagian Teknologi Industri,
Agensi Nuklear Malaysia, Bangi, 43000 KAJANG, MALAYSIA
Latip Baba dan Syed Nasaruddin Syed Idris
Bahagian Sokongan Teknikal,
Agensi Nuklear Malaysia, Bangi, 43000 KAJANG, MALAYSIA
Abstrak
Makmal Pentarikhan Nuklear yang dahulunya dikenali sebagai Makmal Radiokarbon telah wujud di
Agensi Nuklear Malaysia (Nuklear Malaysia) semenjak tahun 1983 lagi. Makmal ini dibangunkan
setelah Nuklear Malaysia menerima kemudahan Aliran Sintesis Benzena (Benzene Synthesis Line) dan
kelengkapannya daripada Australian Atomic Energy Commision (AAEC) melalui projek kerjasama
Hidrologi Isotop di antara IAEA, AAEC dan PUSPATI pada ketika itu. Penentuan umur sesuatu sampel
dapat dilakukan dengan menggunakan kemudahan ini melalui dua proses utama iaitu penghasilan
benzena yang mengandungi isotop C-14 dan penentuan keaktifan C-14 menggunakan Pembilang
Sintilasi Cecair. Memandangkan kewujudan Makmal Pentarikhan Nuklear amat penting dan strategik
kepada pembangunan sains dan teknologi negara, Pengurusan Atasan Nuklear Malaysia telah bersetuju
menyerahkan makmal ini dan kemudahannya kepada Bahagian Teknologi Sisa dan Alam Sekitar (BAS)
bermula Jun 2013 untuk dibangunkan semula. Kertas kerja ini akan membincangkan beberapa
kelemahan dan masalah yang perlu diatasi dan ditambahbaik bagi membolehkannya dapat digunapakai
dalam memberi perkhidmatan yang berkualiti.
Kata kunci: Pentarikhan nuklear; Radiokarbon; Aliran Sintesis Benzena; Pembilang Sintilasi Cecair
Abstract
Nuclear Dating Laboratory, formerly known as Radiocarbon Laboratory was established in Malaysian
Nuclear Agency (Nuclear Malaysia) since 1983. A benzene synthesis line for radiocarbon (carbon-14)
dating was installed in this laboratory by Australian Atomic Energy Commission (AAEC) under the
Hydrology Isotope Project, a collaboration project between IAEA, AAEC and PUSPATI (former name
for Nuclear Malaysia). Determining the age of samples could be performed using this facility
throughout two main processes, namely the production of benzene containing C-14 isotopes and activity
determination of C-14 using Liquid Scintillation Counter. Realizing the need and importance of Nuclear
Dating Laboratory for the nation’s science and technology development, the Top Management of
Nuclear Malaysia was agreed to hand over this laboratory and its facilities to Waste Technology and
Environmental Division (BAS) started in June 2013 for the redevelopment. Hence, this paper will
highlight the weaknesses and problems that need to be addressed and improved to enable it to be used
in providing a good service.
Keywords: Nuclear dating; Radiocarbon; Benzene synthesis line; Liquid Scintillation Counter
1. Pengenalan
1.1 Pentarikhan Radiokarbon (C-14)
Karbon-14 (C-14) adalah isotop radioaktif karbon dengan nukleus yang mengandungi 6 proton dan 8
neutron. Kehadirannya dalam bahan-bahan organik adalah asas kepada kaedah pentarikhan radiokarbon
yang dipelopori oleh Willard Libby et al. (1949) bagi menentumur sampel-sampel arkeologi, geologi
dan hidrogeologi. Karbon-14 telah ditemui pada 27 Februari 1940 oleh Martin Kamen dan Sam Ruben
di Makmal Sinaran Universiti California di Berkeley. Sebelum ini, kewujudannya telah dicadangkan
oleh Franz Kurie pada tahun 1934.
Terdapat tiga isotop semulajadi karbon di bumi iaitu 99% C-12 dan selebihnya (1%) adalah C-13 dan C-
14. Separuh hayat, t1/2 C-14 adalah 5,730 ± 40 tahun dan ianya akan mereput menjadi nitrogen-14 (N-
14) melalui pereputan beta. Karbon-14 wujud di lapisan atas atmosfera bumi dengan menangkap sinaran
kosmik yang menghasilkan neutron,seterusnya mengakibatkan pelepasan proton dan terhasilnya atom
C-14. Kemudian C-14 ini akan teroksida menjadi karbon dioksida beradioaktif (14CO2) dan terserak
sekata dalam atmosfera.
Tumbuh-tumbuhan mengasimilasikan C-14 semasa fotosintesis dan tumbuh-tumbuhan akan dimakan
oleh haiwan. Oleh itu, semua hidupan di darat akan mengekalkan kemasukan C-14 di dalam badan atau
pokok semasa hayat mereka. Karbon dioksida beradioaktif (14
CO2) mempunyai sifat yang sama seperti
karbon dioksida (CO2) iaitu larut di lautan dan akan diambil oleh plankton, batu karang, moluska dan
ikan menyebabkan kandungan C-14 sentiasa bertambah dalam hidupan tersebut.
Apabila tumbuh-tumbuhan atau haiwan ini tidak lagi hidup, kemasukan C-14 juga akan terhenti yang
menyebabkan tiada input baru yang memasuki dalam hidupan berkenaan. Dengan itu, masa kematian
boleh diketahui dengan menentukan baki kandungan C-14 yang masih ada dalam bahagian-bahagian
tertentu hidupan berkenaan yang tidak mereput seperti tulang, gigi, sisik, cengkerang, batang kayu dan
lain-lain. Karbon-14 mereput dengan kadar separuh hayat 5,730 tahun dan berdasarkan kepada andaian,
umur C-14 adalah bersamaan dengan kemalaran kepekatan C-14 (berkaitan dengan C-12) pada masa
lalu. Ini bermaksud bahawa kepekatan radiokarbon dalam sampel pada masa pemendapan (mati)
dianggap sama seperti di dalam sampel yang sebaya dengan yang diperolehi daripada persekitaran yang
sama.
1.2 Makmal Pentarikhan Nuklear
Makmal Pentarikhan Nuklear yang dahulunya dikenali sebagai Makmal Radiokarbon telah wujud di
Agensi Nuklear Malaysia (Nuklear Malaysia) semenjak tahun 1983 lagi. Makmal ini dibangunkan
setelah Nuklear Malaysia menerima kemudahan Aliran Sintesis Benzena (Benzene Synthesis Line) dan
kelengkapannya daripada Australian Atomic Energy Commision (AAEC) melalui projek kerjasama
Hidrologi Isotop di antara IAEA, AAEC dan PUSPATI pada ketika itu. Kegunaan utama kemudahan ini
ialah untuk menentumur air bawah tanah bagi projek Hidrologi Isotop di Malaysia. Penentuan umur
sesuatu sampel dapat dilakukan dengan menggunakan kemudahan ini melalui dua proses utama iaitu
penghasilan benzena yang mengandungi isotop C-14 dan penentuan keaktifan C-14 menggunakan
Pembilang Sintilasi Cecair. Sistem yang dibangunkan ini juga pernah diuji untuk sampel-sampel artifak
seperti kayu dan cengkerang. Setelah projek Hidrologi Isotop tamat, kemudahan sedia ada telah agak
terabai dan memerlukan peruntukan untuk dibaik pulih.
Memandangkan kewujudan Makmal Pentarikhan Nuklear amat penting dan strategik kepada
pembangunan sains dan teknologi negara, Pengurusan Atasan Nuklear Malaysia telah bersetuju
menyerahkan makmal ini dan kemudahannya kepada Bahagian Teknologi Industri (BTI) untuk
dibangunkan semula. Ekoran itu kemudahan ini telah dibangunkan semula dan ditambah baik oleh BTI
kerana kebanyakan peralatan yang sedia ada bagi kemudahan ini tidak lagi berfungsi dengan baik
setelah projek Hidrologi Isotop tamat. Dengan peruntukan yang terhad BTI telah berjaya
membangunkan semula Aliran Sintesis Benzena (ASB) dan beberapa percubaan (trial run) telah berjaya
dilakukan. Walau bagaimanapun ASB ini kerap mengalami kebocoran tekanan rendah (vacum line)
yang mengakibatkan benzena yang terhasil adalah rendah dan tidak mencukupi untuk analisis
menggunakan Pembilang Sintilasi Cecair.
Semenjak Jun 2013, kemudahan ini telah diserahkan ke Bahagian Teknologi Sisa dan Alam Sekitar
(BAS) untuk mengendalikannya. Semenjak mengambil alih makmal ini, kemudahan yang diserahkan
didapati tidak dapat beroperasi sepenuhnya dan mempunyai beberapa kelemahan dan masalah yang
perlu diatasi dan ditambahbaik bagi membolehkannya dapat digunapakai dalam memberi perkhidmatan
yang berkualiti.
2. Status Semasa
Makmal Pentarikhan Nuklear di Agensi Nuklear Malaysia hanya mempunyai satu kemudahan aliran
bagi proses sintesis benzena (Benzene Synthesis Line) dan lain-lain kelengkapan makmal serta
prasarananya yang telah dibangunkan pada tahun 1983. Kemudahan bagi aliran sintesis benzena terdiri
daripada 4 aliran iaitu:
i. Pra-rawatan sampel dan tindakbalas kimia
ii. Sintesis karbida
iii. Sintesis asitilena
iv. Sintesis benzena
dan Pembilang Sintilasi Cecair (LSC) yang telah sedia ada di Makmal Radiokimia dan Alam Sekitar
(RAS). Keadaan fizikal makmal dan kemudahan tersebut kelihatan kurang sesuai dengan keadaan
semasa (Rajah 1). Tambahan pula, kebanyakan komponen bagi aliran sintesis benzena tidak berfungsi
dengan baik yang menyebabkan keputusan analisis pentarikhan C-14 kurang tepat dan tidak boleh
digunapakai. Kesan kekurangan atau ketidakcekapan sistem ini serta ketidaksempurnaan kaedah
menyebabkan banyak masalah dan kekangan yang perlu diatasi atau diambil tindakan.
Rajah 1: Keadaan semasa di Makmal Pentarikhan Nuklear (19115)
3. Masalah dan Kekangan
Semasa Makmal Pentarikhan Nuklear diserahkan ke BAS pada Jun 2013, terdapat beberapa halangan
dan kekangan dalam menjalankan analisis pentarikhan C-14 menggunakan kemudahan yang sedia ada.
Antara masalah yang telah dikenalpasti adalah seperti yang disenaraikan di bawah:
• Kaedah pentarikhan C-14 menggunakan pembilang sintilasi cecair (LSC) belum
dibangunkan sepenuhnya.
• Ketidakcekapan kemudahan (benzene synthesis line) yang sedia ada terutamanya dalam
memperoleh jumlah recovery benzena. Ini adalah kerana kebocoran pada reaktor dan
ketidakstabilan sistem vakum yang tidak menentu berpunca daripada kerosakan komponen-
komponen tertentu yang tidak dapat dikesan.
• Tidak mempunyai prosedur operasi standard (SOP) dan arahan kerja (WI) bagi kaedah
pentarikhan C-14 yang lengkap didokumenkan. Ini termasuklah ketiadaan rekod data yang
lepas untuk kitaran lengkap proses pentarikhan C-14 untuk dijadikan rujukan dan panduan.
• Ketiadaan pakar untuk rujukan dan rundingan di Malaysia.
• Ketiadaan dana untuk pembangunan dan penambahbaikan Makmal Radiokarbon.
• Ruang makmal yang sempit dan susun atur beberapa peralatan makmal yang kurang sesuai
seperti penempatan tangki gas, penyimpanan bahan kimia dan lain-lain yang boleh
menyebabkan isu keselamatan.
Beberapa cadangan awal telah diusulkan bagi menambahbaik Makmal Pentarikhan Nuklear sedia ada
iaitu:
• Menubuhkan kumpulan kerja teknikal.
• Memohon peruntukan khas daripada pihak kerajaan bagi menampung kos pembaikan dan
menaiktaraf Makmal Pentarikhan Nuklear.
• Memohon sokongan perkhidmatan dalaman (seperti PDC, BKJ) untuk memperbaiki
keadaan fizikal semasa Makmal Pentarikhan Nuklear.
• Menyediakan peluang latihan dan lawatan saintifik ke makmal pentarikhan C-14 yang
terkemuka.
• Memohon bantuan teknikal serta bimbingan daripada IAEA.
• Meningkatkan kecekapan dan kebolehpercayaan sistem yang sedia ada melalui:
� Mengenalpasti dan membaikpulih komponen-komponen yang bermasalah.
� Menggantikan komponen-komponen yang tidak boleh dibaiki.
� Penyelenggaraan komponen-komponen penting secara berkala (pam vakum, tolok
tekanan dan lain-lain).
� Pengujian sistem secara berterusan.
• Menguji dan mengesahkan kaedah sedia ada bagi kitaran lengkap proses pentarikhan C-14
dengan menggunakan Bahan Rujukan Piawai (Standard Reference Materials).
• Menjalankan Penentusahan Kaedah (Method Validation) untuk analisis pentarikhan C-14.
• Menjalankan ujian perbandingan antara makmal dengan makmal pentarikhan C-14
bertauliah yang lain.
• Menyediakan SOP dan arahan kerja yang lengkap bagi kaedah penentuan umur C-14.
• Menjalinkan hubungan kerjasama dengan Makmal Pentarikhan C-14 terkemuka di luar
negara.
4. Tindakan Penambahbaikan
Terdapat beberapa tindakan penambahbaikan yang telah diambil untuk mengatasi masalah yang timbul
seperti yang tersenarai di atas. Antaranya satu kumpulan kerja teknikal telah ditubuhkan dan 3 pegawai
BAS ditugaskan untuk menjalani latihan dalaman bagi tempoh Mac sehingga Jun 2013. Semasa latihan
tersebut, beberapa kelemahan teknikal sistem telah dikenalpasti dan diperbetulkan. Walau
bagaimanapun, disebabkan oleh ketidakstabilan sistem yang sedia ada, terdapat beberapa kerosakan
yang berulang berlaku pada sistem tersebut.
Melalui latihan dalaman tersebut juga, satu draf SOP yang lengkap untuk keseluruhan proses bagi
penggunaan kemudahan aliran sintesis benzena juga telah berjaya disediakan. Selain itu, satu sebutharga
telah diperolehi dari Institute of Ecology and Earth Sciences, Kiev, Ukraine bagi aliran sintesis benzena
yang baru, namun perolehan tersebut tidak dapat diteruskan oleh kerana kekangan peruntukan
kewangan.
Kumpulan kerja teknikal yang ditubuhkan telah mengenalpasti sebuah makmal luar negara yang
mempunyai kemudahan yang sama seperti Makmal Pentarikhan Nuklear Agensi Nuklear Malaysia iaitu
di Bahagian Aplikasi Isotop, Institut Sains dan Teknologi Nuklear Pakistan (PINSTECH), Islamabad,
Pakistan. Seorang pakar, Dr. Abdul Ghaffar yang merupakan Saintis Kanan dari PINSTECH telah
dijemput untuk memberikan kursus asas berkaitan sintesis benzena dan pentarikhan C-14 kepada
pegawai Nuklear Malaysia pada 1-12 Disember 2014. Kursus selama 10 hari ini merupakan platfom
terbaik bagi melatih dan meningkatkan kompetensi serta kemahiran pegawai di dalam bidang teknik
pentarikhan C-14 melalui kaedah sintesis benzena di samping menilai dan membaik pulih kemudahan
sedia ada di Nuklear Malaysia.
Secara khususnya, latihan yang diberikan merangkumi aspek teori, aplikasi, pengujian dan
pembangunan kaedah sintesis benzena yang telah diguna pakai di Agensi Nuklear Malaysia. Ini adalah
selari dengan perancangan pembangunan Makmal Tentumur Nuklear, yang mana persediaan keperluan
di dalam aspek pengawalan dan jaminan kualiti serta kestabilan sistem aliran benzena perlu
diperkukuhkan. Semasa kursus tersebut juga kumpulan kerja teknikal bersama-sama dengan pakar dari
PINSTECH telah membuat beberapa tindakan pembetulan dan pengubahsuaian terhadap sistem aliran
sintesis benzena sedia ada. Antara tindakan pembetulan dan pengubahsuaian yang dibuat adalah seperti
berikut:
• Kesulitan-kesulitan asas yang terdapat pada sistem sebelum ini telah diselesaikan dan
diubahsuai untuk meningkatkan penghasilan dan kecekapan sistem penghasilan benzena
seperti pemasangan dua buah flask 5 L bagi pengumpulan gas karbon dioksida, perangkap
udara dan perangkap gas seperti dalam Rajah 2.
• Komponen-komponen sistem yang pecah/rosak/buruk telah diganti dengan yang baru.
• Terdapat sebahagian komponen sistem yang perlu ditambah/dipasang seperti pemasangan
dua buah flask 5 L bagi pengumpulan gas asetilena, perangkap asid dan sistem pengaktifan
pemangkin seperti dalam Rajah 3. Pemangkin telah diletakkan di dalam flask bersama
sistem pemanasan untuk memberikan lebih kawasan permukaan berbanding sebelum ini
yang diletakkan di dalam tiub panjang.
• Pembangunan sistem carbonization bagi alternatif kepada kaedah pembakaran
konvensional dengan pemasangan bubbler dan perangkap residu (Rajah 4).
• Penyimpanan logam litium yang disimpan dalam media gas argon untuk mengelakkan
kerosakan litium (Rajah 5).
Rajah 2: Sistem aliran penghasilan karbon dioksida
Dua buah flask berisipadu 5 L digantikan
untuk mengumpul dan menentukan jumlah
gas CO2 yang terhasil
Aliran pintasan yang akan
digunakan sebelum dan
selepas pembakaran
Rajah 3: Sistem pengaktifan pemangkin untuk sistesis benzena
Rajah 4: Sistem bagi kaedah carbonization
Aliran gas
masuk
Aliran gas
keluar
Pemangkin dalam flask
bersama sistem pemanasan Dua buah flask berisipadu 5
L digantikan untuk
mengumpul gas asitilena
Rajah 5: Kaedah penyimpanan logam litium yang betul
Melalui latihan asas tersebut juga beberapa cadangan susulan turut dibincangkan bersama pakar bagi
memastikan semua komponen sistem dapat diperbaiki bagi memastikan keseluruhan sistem dapat
beroperasi dengan baik. Antara tindakan susulan yang diambil adalah dengan bantuan daripada Loji dan
Pembangunan Prototaip (PDC), Agensi Nuklear Malaysia, reaktor karbida sedia ada yang berkapasiti 1
L telah diubahsuai bagi menampung keperluan 2 L air yang diperlukan untuk tindak balas hidrolisis
semasa sintesis benzena (Rajah 6).
Sebelum: Selepas:
Rajah 6: Rektor karbida
Pakar berkenaan juga mencadangkan agar sistem karbon bukan organik disambungkan ke aliran sintesis
benzena sedia ada bagi kegunaan projek-projek hidrologi air bawah tanah pada masa hadapan, namun
ianya masih belum dapat dilaksanakan disebabkan kekurangan peruntukan kewangan.
Pada tahun 2015, makmal ini telah menerima sejumlah peruntukan sebanyak RM 50,000 untuk baik
pulih makmal melalui peruntukan one-off Agensi Nuklear Malaysia. Dana ini digunakan untuk
memasang sistem perpaipan gas petroleum cecair (LPG) mengikut spesifikasi yang sepatutnya dan
membaik pulih beberapa keadaan fizikal makmal seperti menggantikan tingkap yang pecah,
pemasangan sistem pengudaraan yang lebih sempurna serta mengecat semula makmal.
5. Kesimpulan
Makmal Pentarikhan Nuklear merupakan satu aset strategik dan mempunyai potensi penggunaan yang
tinggi untuk penyelidikan dan perkhidmatan kepada pelanggan. Jika ianya berfungsi dengan baik,
makmal ini adalah satu-satunya seumpama ini di Malaysia dan akan menjadi rujukan untuk pentarikhan
artifak arkeologi, geologi quartenari, hidrologi dan kajian alam sekitar. Dengan adanya makmal ini juga,
penggunaan pembilang sintilasi cecair yang terdapat di Makmal RAS juga dapat dioptimumkan.
Melalui kursus asas berkaitan sintesis benzena dan pentarikhan C-14 yang diadakan pada tahun 2014,
beberapa kekurangan asas dalam sistem telah diperbetulkan dan sistem telah diubahsuai untuk
meningkatkan pengeluaran dan kecekapan. Kerjasama berterusan dengan PINSTECH untuk
membangunkan pengetahuan teknikal mengenai pentarikhan C-14 melalui kaedah sintesis benzena akan
membantu dalam pembangunan modal insan. Oleh itu, latihan terlebih dahulu diperlukan secara intensif
sama ada secara dalaman di Nuklear Malaysia atau di PINSTECH.
Bermula Jun 2013, BAS telah diberi tanggungjawab untuk menguruskan Makmal Pentarikhan Nuklear
di Agensi Nuklear Malaysia. Bagi menggalas tanggungjawab tersebut, persekitaran operasi yang
kondusif dari sudut peralatan, peruntukan dan tenaga kerja secukupnya amatlah diperlukan bagi
menjadikan hasrat ini suatu kenyataan. Dengan sokongan padu Pengurusan Atasan dan sumber
kewangan yang mencukupi, dijangkakan makmal ini dapat dipulihkan dan beroperasi sepenuhnya dalam
tahun 2016.
6. Rujukan
6.1 Arnold, J. R. and Libby, W. F. (1949). Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks
with Samples of Known Age. Science 110 (2869): 678–680.
6.2 Godwin, H. (1962). Half-life of radiocarbon. Nature 195 (4845): 984.
6.3 Kamen, Martin D. (1963). Early History of Carbon-14: Discovery of this supremely important
tracer was expected in the physical sense but not in the chemical sense. Science 140 (3567):
584–590.
6.4 Sumber dari http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-14 (diakses pada 1hb Oktober 2013).
6.5 Sumber dari http://en.wikipedia.org/wiki/Radiocarbon_dating (diakses pada 1hb Oktober
2013).
6.6 Sushil, K.G. and Henry, A.P. (1985). Radiocarbon Dating Prctices At ANU. Handbook
Radiocarbon Laboratory, Research School of Pacific Studies, ANU, Canberra.