II. TINJAUAN PUSTAKA - · PDF filePeluruhan sampel radioaktif terjadi secara statistik di alam...

BAB II – TINJAUAN PUSTAKA

II. TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Radiasi

Radiasi dapat didefinisikan sebagai energi yang diberikan dari sebuah inti

atom dalam bentuk partikel atau sinar. Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat

yang menunjukkan karakteristik dari suatu elemen. Pada pusat masing-masing atom

terdapat sebuah inti atom yang terdiri dari proton dan neutron. Proton adalah partikel

bermuatan positif, sedang neutron tidak bermuatan. Proton dan neutron terikat secara

kuat sebagai ikatan atom. Inti atom dikelilingi oleh partikel bermuatan negatif pada

suatu orbit, partikel ini disebut elektron. Struktur atom dapat dilihat pada Gambar II.1

Inti atom yang mengandung

proton (+) dan neutron

Elektron (-)

Gambar II.1 Struktur atom

Sumber: http://www.epa.gov/radiation/students/what.html (7 Juni 2007).

Dalam teori Rutherford-Bohr tentang struktur atom dinyatakan bahwa jika

dibandingkan antara atom dengan sistem tata surya kita, inti atom yang bermuatan

positif dapat dibandingkan dengan matahari dalam tata surya kita. Elektron bergerak

mengelilingi inti atom pada orbitnya sebagaimana bumi mengelilingi matahari. Gaya

tolak yang ada di antara partikel atom menyebabkan terdapat beberapa perubahan

jumlah, posisi, atau energi dari nukleon yang dapat mengganggu keseimbangan inti

atom. Jika hal ini terjadi, inti atom menjadi tidak stabil, sehingga untuk mencapai

UMI HABIBAH -15303033

II-1


kestabilannya, inti atom akan memancarkan partikel atau gelombang

elektromagnetik.

Terdapat beberapa tipe radiasi, beberapa memiliki energi yang lebih besar dari

pada yang lain. Misalnya: radiasi non ionisasi mempunyai cukup energi untuk

membuat atom tetap bergerak pada orbitnya, tetapi tidak cukup kuat untuk merubah

atom secara kimia. Radiasi yang mempunyai energi paling besar adalah radiasi

ionisasi yaitu sebuah semburan partikel (seperti photon) dengan energi yang

berkecukupan untuk menyebabkan ionisasi atom atau molekul. Radiasi ionisasi

memiliki empat tipe utama, antara lain radiasi alpha, beta, gamma dan sinar x.

II.1.1 Radiasi alpha

Radiasi alpha ( ) pertama kali dikenali oleh Rutherford dan Royds, yang

kemudian menyatakan bahwa radiasi tersebut terdiri dari inti helium yang

mengandung dua proton dan dua neutron. Radiasi alpha termasuk radiasi yang berat,

jarak tempuh partikel yang sangat pendek. Bentuk partikel alpha identik dengan inti

helium. Beberapa karakteristik radiasi alpha antara lain:

Pada umumnya, radiasi alpha tidak mampu mempenetrasi kulit manusia

Material pemancar alpha dapat berbahaya bagi manusia jika material tersebut

terinhalasi, tertelan atau terabsorb melalui luka.

Beberapa jenis peralatan telah dirancang untuk mengukur radiasi alpha. Latihan

khusus untuk menggunakan peralatan tersebut sangat penting supaya didapat

pengukuran yang akurat.

Jendela tipis Geiger-Mueller (GM) dapat mendeteksi keberadaan radiasi alpha.

Peralatan tidak dapat mendeteksi radisai alpha yang melalui lapisan tipis dari air,

debu, kertas atau material lain karena radiasi alpha tidak dapat melakukan

penetrasi.

Jarak tempuh radiasi alpha sangat pendek (beberapa inchi) di udara

Radiasi alpha tidak dapat menembus pakaian/ kain.

Contoh pemancar alpha antara lain : radium, radon, uranium dan thorium.


II-2


II.1.2 Radiasi Beta

Elektron inti mempunyai sifat sama dengan elektron atom, yang mempunyai

massa 1/1840 u dan membawa satu unit muatan negatif. Jenis lain dari radiasi beta

ditemukan oleh C.D. Anderson pada tahun 1932. Radiasi ini merupakan partikel yang

massanya sama dengan elektron tetapi mempunyai satu unit muatan positif dan

dikenal sebagai radiasi positron (+).

Radiasi beta berupa cahaya, jarak tempuh partikel pendek dan dihasilkan dari

semburan elektron. Beberapa karakter radiasi beta antara lain:

Jarak tempuh radiasi beta kurang lebih beberapa kaki di udara dan cukup mudah

terpenetrasi.

Radiasi beta dapat menembus kulit manusia sampai pada bagian lapisan germinal,

dimana sel kulit baru dihasilkan. Jika tingkat emisi beta yang tinggi

mengkontaminasi kulit dalam jangka waktu yang cukup lama, maka dapat

menyebabkan luka pada kulit.

Pancaran beta dapat dideteksi dengan sebuah peralatan survey dan jendela tipis

Geiger-Mueller (GM). Tetapi, terdapat beberapa pemancar beta yang

menghasilkan energi yang sangat rendah dan sedikit penetrasi sehingga tidak

terdeteksi oleh peralatan, misalnya: hydrogen-3 (tritium), carbon-14, dan sulfur-

35.

Emisi beta dapat menjadi berbahaya bila terdeposisi dalam tubuh.

Contoh pemancar beta : stronsium-90, carbon-14, tritium, dan sulfur-35.

II.1.3 Radiasi gamma dan sinar x

Seorang ahli fisika Perancis, Henri Becquerel menemukan sinar gamma pada

tahun 1896. Dia menemukan bahwa batuan uranium dapat mengeluarkan lapisan

fotografik melalui lapisan kertas hitam. Roentgen juga telah menemukan sinar x.

Becquerel menemukan bahwa uranium memancarkan beberapa cahaya tak tampak

seperti halnya sinar x. Becquerel menyebutnya ”metallic phosphorescence”. Dalam


II-3


kenyataannya, Becquerel menemukan radiasi yang dipancarkan oleh radium-226

yang merupakan bagian dari rantai peluruhan uranium.

Photon gamma memiliki sekitar 10.000 kali lipat besar energi photon-photon

dalam kisaran spektrum elektromagnetik yang dapat dilihat. Photon gamma murni

merupakan energi elektromagnetik dan tidak memiliki massa maupun muatan listrik.

Panjang gelombangnya sangat kecil, dan diukur dalam satuan nanometer (10-9

m).

Panjang gelombangnya berkisar antara 3/100 –

3/1000 nanometer.

Radiasi gamma dan sinar x merupakan radiasi elektromagnet yang memiliki

tingkat penetrasi tinggi. Beberapa karakter radiasi gamma dan sinar x, antara lain:

Sinar gamma atau sinar x dapat menempuh kisaran panjang (beberapa kaki di

udara dan beberapa inchi dalam jaringan tubuh manusia). Keduanya menembus

hampir semua material, sehingga disebut ”penetrating radiation”.

Radiasi gamma dan sinar x, merupakan radiasi elektromagnet yang mirip cahaya

tampak, gelombang radio dan cahaya ultraviolet. Beberapa radiasi elektromagnet

tersebut hanya berbeda pada jumlah energi yang dimiliki. Sinar x dan radiasi

gamma memiliki jumlah energi paling besar diantara beberapa radiasi

elektromagnet tersebut.

Material padat dibutuhkan untuk perisai dari radiasi gamma. Sementara kain/

pakaian sedikit menahan penetrasi radiasi gamma, tetapi dapat mencegah

kontaminasi pada kulit.

Radiasi gamma mudah dideteksi dengan survey meter yang dilengkapi dengan

detektor sodium iodida.

Radiasi gamma dan atau sinar x sering terpancar bersama emisi alpha dan beta

selama peluruhan radioaktif.

Contoh beberapa pemancar gamma : iodine-131, cesium-137, cobalt-60, radium-226,

dan technetium-99m.


II-4


Gambar II.2 Daya tembus alpha, beta, dan gamma pada material

Sumber: http://www.epa.gov/radiation/students/types.html (7 Juni 2007)

Tabel II.1. Sifat radiasi nuklir

Radiasi Massa (u) Muatan Interval di udara Interval dalam

jaringan

Alpha 4 +2 0,03 m 0,04 mm

Beta 1/1840 -1 (+1 positron) 3 m 5 mm

Radiasi sinar X

dan gamma

0 0 Sangat besar Seluruh tubuh

Neutron cepat 1 0 Sangat besar Seluruh tubuh

Neutron panas 1 0 Sangat besar 0,15 m

Sumber : Martin (2002)

II.2 Radioaktivitas

Tingkat terjadinya transformasi spontan untuk sejumlah materi radioaktif

disebut sebagai aktivitas. Satuan aktivitas menurut SI adalah becquerel (Bq) yang

didefinisikan sebagai satu pembelahan inti per detik (disintegration per second =

dps).

Peluruhan sampel radioaktif terjadi secara statistik di alam dan tidak mungkin

untuk meramalkan kapan suatu atom akan meluruh. Hasil perilaku yang acak dari

atom ini adalah bahwa hukum peluruhan radioaktif bersifat eksponensial di alam, dan

secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

t

0eNN . . . . (II. 1. )


II-5


Keterangan :

N = Jumlah inti atom pada waktu t

N0 = Jumlah awal inti atom

= Konstanta peluruhan radioaktif

Waktu paruh (half life atau T1/2) dari suatu unsur adalah waktu yang

diperlukan inti atom unsur untuk meluruh menjadi setengah dari jumlah awal. Secara

matematis, waktu paruh dapat dirumuskan sebagai berikut (Martin, 2002) :

0,693T1/2 . . . . ( II. 2. )

Keterangan :

T1/2 = Waktu paruh


Laju pembelahan atau aktivitas sampel sebanding dengan jumlah inti tidak

stabil, dan ini bervariasi secara eksponensial dengan waktu, menjadi (Martin, 2002) :

t

0eAA . . . . ( II. 3. )

Keterangan :

A = Aktivitas pada waktu t

A0 = Aktivitas awal


II. 2.1 Dosis Serapan

Dosis serapan adalah ukuran deposisi energi dalam setiap medium oleh setiap

jenis radiasi pengion. Satuan dari dosis serapan adalah rad, dan didefinisikan sebagai

deposisi energi sebesar 0,01 J/kg (Martin, 2002). Dalam sistem SI satuan dosis

serapan disebut dengan gray (Gy) yang didefinisikan sebagai deposisi energi sebesar

1 J/kg.


II-6


Pada umumnya dua materi yang berbeda akan mempunyai dosis serap yang

berbeda terhadap radiasi yang sama. Hal ini disebabkan setiap materi mempunyai

daya serap energi radiasi yang spesifik.

II. 2. 2. Dosis Ekuivalen

Besarnya dosis serapan merupakan konsep fisika yang sangat berguna, tetapi

dalam sistem biologi tidak dapat diterapkan karena dalam sistem biologi derajat

kerusakan yang sama tidak selalu disebabkan oleh dosis serapan yang sama dari jenis

radiasi yang berbeda.

Perbedaan efek radiobiologik ini harus diperhitungkan untuk memperoleh dosis

efektif biologik total. Untuk ini diperlukan pengalian dosis serapan dari setiap jenis

radiasi dengan faktor kualitas atau Q yang mencerminkan kemampuan setiap jenis

radiasi dalam menyebabkan kerusakan. Satuan dari dosis ekuivalen adalan sievert

(Sv). Persamaan dari dosis ekuivalen dari sumber eksternal adalah sebagai berikut:

NQDH …… (II. 4.)

Keterangan :

H = Dosis Ekuivalen (Sv)

D = Dosis Serapan (Gy)

Q = Faktor Kualitas

N = Faktor Modifikasi

N adalah faktor modifikasi yang harus diperhitungkan seperti laju dosis

serapan dan fraksinasi. Nilai Q untuk radiasi yang umum dapat dilihat pada Tabel

II.2.

Tabel II. 2. Nilai Q untuk beberapa jenis radiasi.

Jenis Radiasi Q

Sinar X, sinar , dan elektron 1

Neutron termal 5

Neutron cepat dan proton 20

Partikel 20

Sumber : Martin (2002)


II-7


II. 2.3. Laju Dosis

Gray dan Sievert merupakan suatu satuan yang menggambarkan jumlah radiasi

yang diterima selama periode waktu tertentu. Dalam mengawasi bahaya radiasi selalu

penting untuk diketahui laju dosis radiasi pada saat radiasi diterima. Laju dosis dari

sumber gamma dapat dihitung dengan persamaan berikut :

26r

MED . . . . .(II. 5.)

Keterangan:

D = Laju dosis (µSv/jam)

M = Aktivitas sumber (MBq)

E = Energi gamma per peluruhan (MeV)

r = Jarak sumber (m)

Dosis yang terakumulasi pada orang yang bekerja di suatu area radiasi dengan

laju dosis tertentu secara langsung berbanding lurus dengan jumlah waktu yang

dihabiskan di tempat tersebut. Hubungan antara dosis, laju dosis dan waktu adalah

sebagai berikut :

tDH . . . . . (II. 6.)

Keterangan:

D = Laju dosis (µSv/jam).

H = Dosis yang terakumulasi pada manusia (µSv).

t = Waktu pemaparan (jam)

II.2.4. Batas Masukan tahunan

Batas masukan tahunan atau ALI (Annual Limit of Intake) adalah jumlah

radionuklida (dalam Bq) yang akan memberikan bahaya pada organ yang terkena

radiasinya sebanding dengan yang dihasilkan dari irradiasi seluruh tubuh yaitu 50

mSv.


II-8


Tabel II.3 memperlihatkan nilai ALI untuk beberapa radionuklida penting,

untuk jalur masuk melalui pernafasan dan pencernaan. Perpindahan bahan dari paru-

paru atau dari lambung dipengaruhi oleh bentuk kimia. Oleh karena itu, ada beberapa

nilai ALI yang berbeda untuk suatu radionuklida tertentu.

Tabel II.3 Nilai ALI (Annual Limit of Intake) beberapa radionuklida

Radionuklida Senyawa ALI untuk inhalasi (Bq) ALI untuk pencernaan (Bq)

Na-22 Semua senyawa 2x107 1x107

I-131 Semua senyawa 2x106 (tiroid) 1x106 (tiroid)

Cs-137 Semua senyawa 6x106 4x106

PuO2 5x102 (tulang) -

Senyawa lain 2x102 (tulang) -

Oksida dan hidroksida - 2x106 (permukaan tulang)

Pu-239

Senyawa lain - 2x104 (permukaan tulang)

Sumber: Martin (2002)

Dalam mengawasi dan mengkaji dosis total yang diterima seseorang dalam

satu tahun, diperhitungkan baik dosis eksterna maupun interna. Sesuai dengan

publikasi ICRP no.26, kombinasi efek paparan eksterna dan interna yang diterima

secara bersamaan agar tidak melebihi batas dosis yang direkomendasikan untuk efek

stokastik.

II.3 Radiasi Interna

Radisi internal dapat didefinisikan sebagai masuknya radiasi ke dalam tubuh

sehingga memapari jaringan tubuh yang dilaluinya. Material radioaktif dapat berupa

padat, serbuk, debu, cairan, gas, uap atau larutan. Kontaminasi internal dapat

disebabkan oleh ketidakwaspadaan dalam penanganan material-material tersebut.

Terdapat tiga jalur masuknya material radioaktif masuk ke dalam tubuh, antara lain:

1. Inhalasi/pernapasan

2. Ingesti/Pencernaan


II-9


3. Absorpsi melalui kulit yang terluka.

Inhalasi merupakan rute paling umum radionuklida masuk ke dalam tubuh.

Influen dapat dikurangi dengan menggunakan respirator yang tepat. Apabila terjadi

kontaminasi di udara, bahan radioaktif dapat terhirup masuk ke paru-paru dan

sebagian akan masuk ke dalam aliran darah. Sebagian lainnya akan dikeluarkan dari

paru-paru dan ditelan sedang sisanya akan dikeluarkan melalui hidung. Masuknya

bahan radioaktif ke dalam aliran darah, atau dikeluarkan melalui hidung bergantung

pada beberapa faktor seperti bentuk kimia dan sifat bahan tersebut serta fisiologis dari

orang yang terkontaminasi. Demikian pula halnya dengan bahan radioaktif yang

masuk melalui saluran pencernaan, dapat tidaknya menembus dinding usus dan

masuk ke dalam cairan tubuh bergantung pada sifat kontaminan dan kondisi

fisiologis. Sementara, untuk absorbsi pada kulit yang terluka, radionuklida akan

terserap masuk ke cairan tubuh dan aliran darah sehingga tersebar ke seluruh jaringan

tubuh. Namun, hal ini bergantung pada sifat kimia dan fisika radionuklida tersebut

dan kondisi fisiologis orang yang terkontaminasi.

Perilaku nuklida radioaktif dalam tubuh bergantung pada bentuk kimia dan

fisika. Sebagai contoh, beberapa unsur tersebar merata ke seluruh tubuh sehingga

dapat meradiasi seluruh tubuh dengan laju dosis yang sama. Contoh dari unsur

tersebut adalah radiocesium. Kebanyakan unsur cenderung untuk terakumulasi pada

organ tertentu, sehingga akan menghasilkan laju dosis yang berbeda ke berbagai

organ dalam tubuh. Contoh unsur tersebut adalah plutonium yang terakumulasi pada

tulang dan paru-paru, dan iodium yang terakumulasi dalam kelenjar tiroid.

II.4 Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah perangkat dimana reaksi nuklir berantai dibuat, diatur

dan dijaga kesinambungannya pada laju yang tetap. Di dalam reaktor nuklir terjadi

reaksi nuklir dengan menggunakan bahan bakar uranium. Umumnya uranium yang

digunakan adalah uranium-235 ( ) yang merupakan isotop dari uranium-238 U235

92


II-10


( U ). Ada dua macam reaksi nuklir yaitu reaksi fisi (pembelahan inti) dan reaksi

fusi (penggabungan inti).

238

92

Pada reaksi fisi, inti atom akan pecah menjadi inti-inti yang lebih kecil. Secara

eksperimen hal ini dapat dijelaskan melalui penembakan unsur dengan partikel

neutron termik (partikel neutron yang bergerak sangat lambat). Saat partikel neutron

ini menembus inti uranium, maka inti menjadi tidak stabil dan akan kehilangan

bentuk asalnya. Inti akan membelah menjadi unsur-unsur yang lebih kecil dengan

melepaskan energi dalam bentuk panas, sekaligus melepas 2-3 neutron. Reaksi fisi

termasuk reaksi eksotermik yaitu bereaksi dengan melepas energi. Energi yang

dihasilkan dari reaksi fisi sangatlah luar biasa besar. Sebagai ilustrasi dalam 1 gram

terdapat 25,6x10

U235

U235

92

20 atom . Atom ini bereaksi dengan melepaskan energi

sebesar 200 MeV, sehingga 1 gram dapat melepas energi sebesar 51,2x 10

U235

U235 22

MeV atau sebesar 81,92x109 Joule. Energi ini biasanya dimanfaatkan sebagai

pembangkit listrik (PLTN), penggerak kapal selam atau kapal induk sehingga bisa

bertahan di lautan bertahun-tahun tanpa perlu suplai energi dari luar dan senjata

nuklir. Pada reaksi fisi, inti memancarkan radiasi-radiasi alfa, beta, dan gamma.

Berikut adalah reaksi fisi dalam reaktor nuklir:

U235

92 + n1

0 --> Produk fisi + (2,5) n1

0 + 200 MeV Energi

U238

92 + n1

0 --> U239

92

U239

92 ---> +Np239

93 ß-1

t1/2=23,5 menit.

Np239

93 ---> Np239

94 + ß-1

t =2,33 hari 1/2

Reaksi lain yang terjadi pada nuklir adalah reaksi fusi. Pada reaksi jenis, ini

inti-inti atom bergabung membentuk inti atom yang lebih besar. Reaksi ini biasanya

terjadi pada matahari atau bintang-bintang dan ledakan bom hidrogen. Reaksi fusi ini

digolongkan dalam reaksi endotermik (bereaksi dengan memerlukan energi). Unsur

yang sering digunakan dalam reaksi fusi nuklir adalah lithium dan hidrogen (terutama

lithium-6, deuterium, tritium). Reaksi fusi menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan


II-11


gamma yang sangat berbahaya bagi manusia. Gambar II.3 adalah contoh reaksi fusi

antara lithium-6 dan deuterium.

Gambar II.3 Reaksi fisi dalam reaktor nuklir

Sumber: www.nuc.umr.edu/nuclear_facts/design/desfig2.jpg (10 Juni 2007)

6Li + D --> 2 4He

Gambar II.4 Reaksi fusi antara lithium-6 dan deuterium (7 Juni 2007)

Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Reaksi_nuklir

II.4.1 Komponen Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau

dikenal dengan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama dari reaktor nuklir

yaitu: elemen bakar, perisai, moderator dan elemen kendali.


II-12


II.4.1.1 Sistem Kendali

Teras reaktor merupakan tempat dari bahan bakar, batang kendali dan

moderator. Bahan bakar terdapat dalam kelongsong bahan bakar untuk mencegah

lepasan hasil belah. Moderator berfungsi untuk memperlambat neutron cepat yang

dihasilkan pada reaksi fisi menjadi energi termal. Batang kendali dibuat dari bahan

yang mempunyai kemampuan tinggi menyerap neutron, misalnya boron dan

cadmium. Apabila batang kendali ditarik ke atas maka akan dicapai kondisi kritis.

Penarikan lebih tinggi lagi menyebabkan kondisi menjadi superkritis dan laju

pembelahan akan meningkat.

Gambar II.5. Elemen kendali

Sumber: http://www.infonuklir.com/Tips/atomos_reakt.htm (25 Juni 2007)

II. 4. 1. 2. Sistem Pendingin

Pembelahan menyebabkan lepasan energi dalam bahan bakar dan menyebabkan

meningkatnya suhu bahan bakar dan suhu bahan kelongsong. Panas dipindahkan ke

pendingin sehingga timbul uap yang secara langsung atau tidak langsung akan

menggerakkan turbin. Sistem pendingin dilengkapi pompa untuk mensirkulasi air

pendingin.


II-13


Gambar II.6. Sistem pendingin

Sumber: http://www.infonuklir.com/Tips/atomos_reakt.htm(25 Juni 2007)

II. 4. 1. 3. Perisai/Penahan

Tujuan pemakaian perisai adalah untuk mengurangi radiasi neutron dan

gamma dari teras rektor dan sistem pendingin sehingga operator dan pekerja tidak

memperoleh dosis paparan radiasi yang besar. Reaktor nuklir mempunyai sistem

pengamanan yang ketat dan berlapis-lapis, sehingga kemungkinan terjadi kecelakaan

maupun akibat yang ditimbulkan sangat kecil. Sebagai contoh, zat radioaktif yang

dihasilkan selama reaksi pembelahan inti uranium sebagian besar (> 99%) akan tetap

tersimpan di dalam matriks bahan bakar, yang berfungsi sebagai penghalang pertama,

selama beroperasi ataupun jika terjadi kecelakaan, kelongsong bahan bakar akan

berperan sebagai penghalang kedua untuk mencegah terlepasnya zat radioaktif

tersebut keluar kelongsong. Dalam hal zat radioaktif masih dapat keluar dari dalam

kelongsong, masih ada penghalang ketiga yaitu sstem pendingin. Lepas dari sistem

pendingin, masih ada penghalang keempat berupa bejana tekan dibuat dari baja

dengan tebal ± 20 cm. Penghalang kelima adalah perisai beton dengan tebal 1,5 - 2

meter. Bila zat radioaktif itu masih ada yang lolos dari perisai beton, masih ada

penghalang keenam, yaitu sistem pengungkung yang terdiri dari pelat baja setebal ± 7

cm dan beton setebal 1,5 - 2 meter yang kedap udara. Jadi selama operasi atau jika

terjadi kecelakaan, zat radioaktif benar-benar tersimpan dalam reaktor dan tidak

dilepaskan ke lingkungan. Kalaupun masih ada zat radioaktif yang terlepas jumlahnya


II-14


sudah sangat diperkecil sehingga dampaknya terhadap lingkungan tidak berarti.

Skematik dari suatu reaktor nuklir dapat dilihat pada Gambar II. 7.

Gambar II.7. Sistem perisai pada reaktor nuklir

Sumber: http://www.infonuklir.com/Tips/atomos_reakt.htm (25 Juni 2007).

II.4.2 Jenis-Jenis Reaktor

II.4.2.1 Reaktor nuklir berdasarkan fungsi

Reaktor nuklir berdasarkan fungsinya dapat dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu:

1.Reaktor Penelitian/Riset

Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan radiasi neutron

yang dihasilkan dari reaksi nuklir untuk keperluan berbagai penelitian dan produksi

radioisotop. Sedangkan panas yang dihasilkan dirancang sekecil mungkin, sehingga

dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor dilakukan dengan

sistem pendingin yang terdiri dari sistem pendingin primer dan sistem pendingin

sekunder. Panas yang berasal dari teras reaktor dibawa ke sistem pendingin primer

kemudian dilewatkan melalui alat penukar panas dan selanjutnya panas dibuang ke

lingkungan melalui sistem pendingin sekunder. Perlu diketahui bahwa pada alat

penukar panas sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder tidak terjadi

kontak langsung antara uap/air yang mengandung radiasi dengan air pendingin yang

dibuang ke lingkungan.


II-15


2.Reaktor Daya (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir/ PLTN).

Pada raktor daya yang dimanfaatkan adalah uap panas bersuhu dan bertekanan

tinggi yang dihasilkan oleh reaksi fisi untuk memutar turbin, sedangkan neutron yang

dihasilkan sebagian diserap dengan elemen kendali dan sebagian lagi diubah menjadi

neutron lambat untuk berlangsungnya reaksi berantai (Gambar II.8). Reaksi fisi

berantai hanya terjadi apabila neutron termal/lambat mampu menumbuk uranium-235

yang lainnya hingga terjadilah reaksi berantai secara terus menerus. Cara mengubah

neutron yang berkecepatan tinggi menjadi neutron berkecepatan rendah (neutron

lambat) adalah dengan menumbukkannya pada inti atom hidrogen dalam air. Jadi air

di dalam kolam reaktor ini berfungsi sebagai pemerlambat (moderator), sebagai

pendingin dan juga sebagai perisai radiasi. Beberapa bahan yang pada umumnya

dipergunakan sebagai bahan pendingin reaktor nuklir adalah air (H2O), air berat

(D2O) dan grafit (Gambar II.8).

II.4.2.2 Reaktor nuklir komersial

Terdapat beberapa jenis reaktor nuklir dalam skala komersial. Reaktor

tersebut dikategorikan menjadi 2 jenis, yaitu reaktor nuklir dengan proses reaksi fisi

yang diakibatkan oleh neutron thermal yang kemudian disebut dengan thermal

reactor, dan reaktor nuklir dengan proses fisi yang terjadi pada energi neutron yang

tinggi (fast neutron) disebut reaktor cepat (fast reactor).

Reaktor cepat tidak memerlukan moderator, sementara reaktor termal

membutuhkan moderator untuk mengurangi energi neutron cepat menjadi neutron

thermal. Tipe reaktor thermal yang ada banyak sekali, seperti reaktor berpendingin air

ringan (Light Water moderated Reactor atau LWR), reaktor berpendingin air berat

(Heavy Water moderated Reactor atau HWR), reaktor berpendingin gas (gas-cooled

reactor), dan reaktor temperatur tinggi berpendingin gas (High Temperature Gas-

Cooled reactor atau HTGR).

1.Light Water Reactor (LWR).


II-16


Reaktor tenaga nuklir komersial kebanyakan merupakan Light Water Reactor

(LWR) atau reaktor air ringan, yang menggunakan air sebagai pendingin dan

moderator. Pendingin berfungsi untuk memindahkan panas yang dihasilkan selama

reaksi fisi nuklir dari inti reaktor. Moderator berfungsi untuk mengurangi kecepatan

neutron yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir untuk memfasilitasi reaksi fisi

berikutnya dan menahan sebuah reaksi berantai.

Gambar II.8. Diagram alir reaktor daya

Sumber: http://www.infonuklir.com/Tips/atomos_reakt.htm (25 Juni 2007)

Keterangan gambar:

1. Reaktor

2. Bahan bakar

3. Batang kendali

4. Motor batang

kendali

5. Pompa sirkulasi

6. Uap air

7. Air penguapan

8. Turbin tekanan

tinggi

9. Turbin tekanan

rendah

10. Generator

11. Motor magnet

12. Kondensator

13. Air sungai

14. Pompa kondensasi

15. Pemanas awal

16. Pompa penguapan

17. Perisai beton

LWR memiliki dua tipe, yaitu Pressurized Water Reactor (PWR) atau reaktor

air tekan dan Boiling Water Reactor (BWR) atau reaktor air didih.

a. Pressurized Water Reactor (PWR)

Putaran air pertama mentransmisikan panas melalui dinding tabung ke sekitar air


II-17


dari sistem pendingin kedua untuk menghasilkan uap untuk memutar turbin.

Sebuah penekan (Pressurizer) menjaga tekanan dalam sistem pendingin pertama

untuk mencegah terjadinya temperatur air yang tinggi akibat dari pendidihan air.

Generator uap (Steam generator): air bertemperatur tinggi dari sistem pendingin

pertama mengalir melalui bagian sisi sebelah dalam dari tabung penukar panas

(heat exchanger tubes), mentransmisikan panas melalui dinding tabung ke sekitar

air dari sistem pendingin kedua untuk menghasilkan uap.

Gambar II.9. Mekanisme kerja Pressurized Water Reactor (PWR)

Sumber: http://www.fepc.or.jp/english/nuclear/generation/mechanism.html (28 Juni

2007)

b. Boiling Water Reactor (BWR)

Putaran air yang sama disiapkan sebagai sumber uap air untuk memutar turbin.

Reactor pressure vessel dibuat dari besi baja dan pemasangan bahan bakar di sisi

bagian dalam.

Control rod mengontrol power dari reaktor nuklir. Dengan menyisipkan control

rod, reaksi fisi yang berlebih dapat dicegah.


II-18


Reactor containment vessel, dibuat dari besi baja, untuk mengakomodasi sebuah

reactor pressure vessel.

Gambar II.10. Mekanisme kerja Boiling Water Reactor (BWR)

Sumber: http://www.fepc.or.jp/english/nuclear/generation/mechanism.html (28 Juni

2007)

2. Reaktor Air Berat atau HWR (Heavy Water Reactor)

Reaktor air berat merupakan jenis reaktor yang menggunakan D2O (air berat)

sebagai moderator sekaligus pendingin. Reaktor ini menggunakan bahan bakar

uranium alam sehingga harus digunakan air berat yang penampang lintang

serapannya terhadap neutron sangat kecil. PLTN dengan Reaktor Air berat yang

paling terkenal adalah CANDU (Canadian Deuterium Uranium) yang pertama kali

dikembangkan oleh Canada. Seperti halnya Reaktor Air tekan, reaktor CANDU juga

mempunyai sistem pendingin primer dan sekunder, pembangkit uap dan pengontrol

tekanan untuk mempertahankan tekanan tinggi pada sistim pendingin primer. D2O

dalam reaktor CANDU hanya dimanfaatkan sebagai sistem pendingin primer, sedang

sistem pendingin sekundernya menggunakan H2O.


II-19


Dalam pengoperasian reaktor CANDU, kemurnian D2O harus dijaga pada

tingkat 95-99,8 %. Air berat merupakan bahan yang harganya sangat mahal dan

secara fisik maupun kimia tidak dapat dibedakan secara langsung dengan H2O. Oleh

sebab itu, perlu adanya usaha penanggulangan kebocoran D2O baik dalam bentuk uap

maupun cairan. Aliran ventilasi dari ruangan dilakukan secara tertutup dan selalu

dipantau tingkat kebasahannya, sehingga kemungkinan adanya kebocoran D2O dapat

diketahui secara dini.

3. Reaktor Magnox atau MR (Magnox Reactor)

Reaktor Magnox menggunakan bahan bakar dalam bentuk logam uranium

atau paduannya yang dimasukkan ke dalam kelongsong paduan magnesium (Mg).

Reaktor ini dikembangkan dan banyak dioperasikan oleh Inggris. Termasuk dalam

reaktor jenis ini adalah reaktor penelitian pertama di dunia yang dibangun oleh tim

pimpinan Enrico Fermi di Chicago, Amerika Serikat. Reaktor Magnox menggunakan

CO2 sebagai pendingin, grafit sebagai moderator, dan uranium alam sebagai bahan

bakar. Panas hasil fisi diambil dengan mengalirkan gas CO2 melalui elemen bakar

menuju ke sistim pembangkit uap. Dari pertukaran panas ini akan dihasilkan uap air

yang selanjutnya dapat dipakai untuk memutar turbin.

Hasil dari usaha dalam penyempurnaan unjuk kerja Reaktor Magnox adalah

diperkenalkannya Reaktor Maju Berpendingin Gas atau AGR (Advanced Gas-cooled

Reactor). Dalam reaktor ini juga menggunakan CO2 sebagai pendingin, grafit sebagai

moderator, namun bahan bakarnya berupa uranium sedikit diperkaya yang dibungkus

dengan kelongsong dari baja tahan karat. Pengayaan bahan bakar ini dimaksudkan

untuk meningkatkan efisiensi termal dan fraksi bakar bahan bakarnya.

4. Reaktor Temperatur Tinggi atau HTR (High Temperature Reactor)

Reaktor Temperatur Tinggi adalah jenis reaktor yang menggunakan pendingin

gas helium (He) dan moderator grafit. Reaktor ini mampu menghasilkan panas hingga

750 ºC dengan efisiensi termalnya sekitar 40%. Panas yang dibangkitkan dalam teras

reaktor dipindahkan menggunakan pendingin He (sistem primer) ke pembangkit uap.

Dalam pembangkit uap ini panas akan diserap oleh sistem uap air umpan (sistem

sekunder) dan uap yang dihasilkannya dialirkan ke turbin. Dalam reaktor ini juga ada


II-20


sistem pemisah antara sistem pendingin primer yang radioaktif dan sistem pendingin

sekunder yang tidak radioaktif.

Elemen bahan bakar yang digunakan dalam Reaktor Temperatur Tinggi

berbentuk bola, tiap elemen mengandung 192 gram carbon; 0,96 gram 235

U dan 10,2

gram 232

Th yang dapat dibiakkan menjadi bahan bakar baru 235

U. Proses fisi dalam

teras reaktor mampu memanaskan gas He hingga mencapai suhu 750 ºC. Setelah

terjadi pertukaran panas dengan sistem sekunder, suhu gas He akan turun menjadi

250 ºC. Gas He selanjutnya dipompakan lagi ke teras reaktor untuk mengambil panas

fisi, demikian seterusnya. Dalam operasi normal, reaktor ini membutuhkan bahan

bakar bola berdiameter 60 mm sebanyak ± 675.000 butir yang diletakkan di dalam

teras reaktor. Rata-rata setiap butir bahan bakar tinggal di dalam teras selama enam

bulan pada operasi beban penuh.

II.4.3 Sumber Kontaminasi Radioaktif dari Reaktor Nuklir

II.4.3.1 Kebocoran Sistem Pendingin

Kontaminasi dapat terjadi karena adanya kebocoran pada sistem pendingin.

Pada sistem air bertekanan kebocoran dapat terjadi langsung ke atmosfir atau melalui

penukar panas ke sistem sekunder. Kontaminasi gas terutama 88

Kr, 138

Xe, dan 41

Ar

akan terbawa oleh uap ke turbin dan kemudian ke atmosfer. Produk fisi gas 88

Kr dan

138Xe meluruh menjadi turunannya yang berbentuk partikulat

88Rb dan

137Cs (Martin,

2002).

II.4.3.2 Kolam Penyimpanan Bahan Bakar

Bahan bakar yang sudah tidak dapat dipakai lagi biasanya akan dikeluarkan

dari reaktor dan akan dibiarkan untuk meluruh selama beberapa bulan dalam tempat

penyimpanan bahan bakar atau kolam ”pendingin” (cooling pond) yang berlokasi di


II-21



II-22

dekat reaktor. Kolam ini mempunyai potensi bahaya, yaitu kekritisan dan kecelakaan

hilangnya perisai (loss of shielding) ( Martin, 2002).

Kolam selalu mengandung bahan fisil yang bersifat kritis yaitu dapat

mengawali terjadinya suatu reaksi fisi. Secara umum, apabila di dalam kolam terdapat

bahan bakar yang hanya mengandung uranium alam, kondisi kritis tidak mungkin

terjadi walaupun dalam keadaan terburuk. Akan tetapi apabila dalam bahan bakar

terkandung uranium yang diperkaya atau bahan fisil lainnya, misalnya plutonium,

kondisi kritis dapat terjadi. Bahaya dapat dikendalikan dengan menyimpan bahan

bakar dengan konfigurasi yang aman, yaitu dengan memberi ruang antara elemen

bahan bakar ( Martin, 2002).

Dalam satu kolam penyimpanan bisa mengandung radioaktivitas sebesar

ribuan TBq produk fisi dan satu elemen bahan bakar dapat mengandung

radioaktivitas sebesar ratusan TBq. Elemen tersebut apabila tidak diberi perisai akan

memberikan dosis radiasi gamma sebesar 1 Sv/jam (100 rem/jam) pada jarak 3m.

Kehilangan perisai ini terjadi apabila kolam tempat penyimpanan tidak berisi air atau

pada saat mengangkat bahan bakar ke dekat permukaan air kolam. Kosongnya air

kolam dapat terjadi apabila terjadi kecelakaan yang menyebabkan air kolam keluar,

misalnya kerusakan struktur kolam (Martin, 2002).

II.5 Radiocesium

Pada tahun 1860, Gustav Kirchoff dan Robert Bunsen menemukan cesium

nonradioaktif dalam mineral perairan di Jerman. Cesium adalah logam perak keabuan

dan mudah ditempa yang ditemukan di alam sebagai cesium-133. Cesium adalah

logam terberat dari semua logam alkali.

SSaaaatt iinnii,, cceessiiuumm tteerruuttaammaa ddiihhaassiillkkaann ddaarrii ppoolllluucciittee mmiinneerraall ((CCssAAllSSii22OO66))..

CCeessiiuumm mmuurrnnii ssuulliitt ddiippeerroolleehh kkaarreennaa bbiijjii cceessiiuumm sseerriinnggkkaallii tteerrkkoonnttaammiinnaassii ddeennggaann

rruubbiiddiiuumm,, sseebbuuaahh uunnssuurr yyaanngg sseeccaarraa kkiimmiiaa mmiirriipp ddeennggaann cceessiiuumm.. UUnnttuukk mmeemmppeerroolleehh

cceessiiuumm mmuurrnnii,, bbiijjii--bbiijjii cceessiiuumm ddaann rruubbiiddiiuumm ddiippeeccaahhkkaann ddaann ddiippaannaasskkaann ddeennggaann

mmeettaall nnaattrriiuumm ssaammppaaii 66550000CC,, mmeemmbbeennttuukk llooggaamm ccaammppuurraann yyaanngg bbiissaa ddiippiissaahhkkaann


mmeellaalluuii pprroosseess yyaanngg ddiikkeennaall sseebbaaggaaii ddeessttiillaassii ffrraakkssiioonnaall.. CCeessiiuumm mmeettaall tteerrllaalluu rreeaakkttiiff

uunnttuukk ddiittaannggaannii ddaann bbiiaassaannyyaa ddiijjuuaall ddaallaamm bbeennttuukk cceessiiuumm aazziiddee ((CCssNN33)).. CCeessiiuumm

ddiippeerroolleehh ddaarrii cceessiiuumm aazziiddee ddeennggaann ccaarraa mmeemmaannaasskkaannnnyyaa..

AAkkhhiirr--aakkhhiirr iinnii,, CCeessiiuumm113377 bbaannyyaakk ddiigguunnaakkaann ddaallaamm iinndduussttrrii,, aannttaarraa llaaiinn::

Mengukur kepadatan kelembapan, secara luas digunakan dalam industri konstruksi

Mengukur leveling, digunakan dalam industri untuk mendeteksi aliran cairan dalam

pipa dan tangki.

Mungukur ketipisan, untuk mengukur ketipisan dari lapisan logam, kertas, film dan

produk lainnya.

Peralatan untuk logging sumur minyak dalam industri pengeboran untuk

mengetahui karakteristik jenis batuan.

Terdapat 11 isotop radioaktif utama dari cesium. Tetapi, hanya 3 isotop yang

memiliki umur paruh panjang, sehingga perlu mendapat perhatian lebih dalam

penanganannya. Tiga isotop tersebut adalah cesium-134, cesium-135, dan cesium-

137. Masing-masing radiocesium tersebut meluruh dengan memancarkan partikel

beta, dan umur paruh berkisar antara 2 sampai 2 juta tahun. Umur paruh dari ketiga

radiocesium tersebut dapat dilihat pada Tabel II.4.

Tabel II.4 Isotop radiocesium dan umur paruh

Isotop Umur paruh

Aktivitas

Spesifik Model Energi radiasi (MeV)

(Ci/g) Peluruhan

Alpha

( )

Beta

( )

Gamma

( )

Cs-134 2,1 tahun 1300 , - 0.16 1.6

Cs-135 2,3 juta tahun 0.0012 - 0.067 -

Cs-137 30 tahun 88 , - 0.19 -

Sumber: ICRP (Agustus 2005)

Pada reaktor nuklir dengan bahan bakar uranium ( ) terjadi reaksi fisi

yang menghasilkan beberapa unsur radioaktif. adalah salah satu hasil dari reaksi

fisi ini. Berikut adalah reaksi fisi dari (Setiawati, 2003):

U235

92

Cs137

55

U235

92


II-23


n1

0 + U235

92 U236

92 +Ba140

56 Kr94

36

+ + + n1

0 Ba140

56 Ba141

56 Cs137

55 H3

1 n1

0

Selain Cs-137, Cs-134 juga ditemukan pada reaksi berantai tersebut, tetapi

keberadaan Cs-134 tidak sesignifikan Cs-137. Cs-137 adalah pemancar dan

dengan energi 0,662 MeV. Cs-137 digunakan sebagai sumber pada lembaga

penelitian dan industri (Haryanto, 2004). Energi yang utama dari Cs-134 adalah :

563,2 KeV dengan intensitas 8%





1364,8 KeV dengan intensitas 4%.

II.5.1 Sifat Fisik

Sifat-sifat fisik dari cesium antara lain berwarna putih keperakan, lunak, dan

segera meleleh pada suhu kamar, titik didih 685 C, titik leleh 529 C, berat jenis

pada suhu 17 C sebesar 1892 kg/m3, dan berat jenis cair pada suhu 40 C sebesar

1827 kg/m3

(Muharini, 1998).

II.5.2 Sifat kimia

Sifat kimia cesium mirip dengan kalium dan rubidium. Cesium lebih reaktif

daripada logam alkali yang lebih rendah. Cesium lebih reaktif terhadap oksigen dan

halogen, dan kurang reaktif terhadap N, C dan H. Garam cesium dengan anion

sederhana sangat mudah larut dan higroskopis tetapi garam cesium dengan anion

kompleks kurang larut dalam air (Muharini, 1998).


II-24


II.5.3 Radiotoksisitas Cesium

Cesium-134 dan cesium-137 memiliki sifat yang sama secara kimia apabila

masuk ke dalam tubuh. Keduanya dapat masuk ke dalam tubuh dengan melalui

makanan, air minum dan menghirup udara. Setelah masuk ke dalam tubuh, cesium

berperilaku sama seperti kalium dan terdistribusi merata ke seluruh tubuh. Pada

kebanyakan populasi, makanan atau minuman yang diserap usus adalah sumber

utama dari deposisi cesium secara internal. Cesium yang terabsorpsi akan masuk

dalam jaringan pembuluh darah melalaui penyerapan pada usus halus. Cesium

cenderung terakumulasi pada otot karena massa realatifnya yang besar. Seperti

kalium, cesium diekskresikan dari tubuh secara cepat. Pada dewasa, 10% cesium

diekskresikan dengan waktu paruh biologi dua hari dan sisanya tertinggal dalam

tubuh dengan waktu paruh biologi 110 hari. Penyisihan cesium dari tubuh sangat

cepat pada anak-anak dan remaja. Paparan radiasi dari radiocesium menghasilkan

peningkatan risiko kanker.

Cesium yang masuk ke dalam tubuh manusia melalui inhalasi dan pencernaan

akan diserap oleh jaringan darah. Jaringan darah kemudian mendistribusikan cesium

ke seluruh tubuh dengan persentase persebaran ditampilkan pada Gambar II.11.


II-25


2,5% 4%

0,002%

4,998

6,5%

19%

15%

1%

3%

5%

17%

2%

3%

19%5%

5%

Kulit

Urine(0,85)Keringat (0,02) Feces(0,13)

Keterangan:

: aliran cesium melalui plasma

: aliran cesium selain melalui plasma

Gambar II.11 Arah aliran cesium dan prosentase persebarannya dalam tubuh

manusia

Sumber: U.S Departement of Health and Human Services (2004).

II.6 Spektrometer Gamma

Interaksi antara dengan detektor akan menghasilkan signal pulsa. Tinggi

pulsa yang dihasilkan detektor bersesuaian dengan tenaga foton yang mengenai

detektor. Selanjutnya pulsa-pulsa tersebut diproses secara elektronik dalam


II-26


serangkaian paralatan yang membentuk perangkat spektrometer gamma. Blok

diagram spektrometer gamma dapat dilihat pada Gambar II.12

AMPHV

Nitrogen Cair

Printer

PC

MCA

Monitor Detektor HPGe

Pre Amplifier

Gambar II.12 Blok diagram spektrometer gamma

Sumber: Labolatorium cacah bidang keselamatan dan kesehatan, PTNBR-BATAN

II.6.1 Detektor HPGe

Detektor radiasi adalah suatu transduser atau alat yang bisa mengubah besaran

radiasi ke suatu besaran yang lain sehingga bisa dianalisis dan diketahui energinya.

Detektor HPGe (High Purity Germanium) merupakan salah satu jenis detektor

semikonduktor yang prinsip kerjanya sama dengan detektor isian gas, tetapi pada

detektor ini bahan gas diganti dengan zat padat yang bersifat semikonduktor (seperti

Si atau Ge).

Di dalam zat padat elektron menempati tingkat (pita) tenaga yang sudah

tertentu yaitu pita valensi dan pita konduksi dan daerah diantara keduanya disebut

daerah terlarang yang meliputi suatu kesenjangan energi dan besarnya tertentu.

Prinsip kerja detektor HPGe berdasar pada kemampuan elektron mengalami

ionisasi dan tereksitasi bila dikenai radiasi sehingga elektron dapat berpindah dari pita

valensi ke pita konduksi yang akan menghasilkan pulsa listrik. Pulsa listrik inilah

yang selanjutnya diolah dan diperkuat. Tinggi pulsa sebanding dengan tenaga foton

gamma yang berinteraksi dengan detektor. Detektor HPGe dari germanium

kemurnian tinggi (dengan konsentrasi ketidakmurnian ± 1010 atom/Cm atau kurang).

Resolusi terbaik dari detektor jenis ini pada rentang energi 3 KeV E 1 MeV.


II-27


Detektor HPGe didinginkan ketika digunakan dan dapat dioperasikan pada

suhu kamar tanpa merusak hasilnya. Efisiensi detektor ini sangat tinggi untuk energi

3 KeV sampai 100 KeV.

II.6.2 Pre Amplifier

Terletak antara penguat dan detektor. Fungsi alat tersebut antara lain untuk

amplifikasi awal terhadap pulsa keluaran detektor, melakukan pembentukan pulsa

pendahuluan, mencocokkan impedansi keluaran detektor dengan kabel signal masuk

ke penguat serta untuk mengadakan perubahan muatan menjadi tegangan pada pulsa

keluaran detektor.

a. Analisa tinggi pulsa

Pulsa yang dihasilkan detektor akan diperkuat dalam penguat awal dan

kemudian dalam penguat (amplifier). Selanjutnya, pulsa yang telah dibentuk dan

diperkuat itu dikirim menuju suatu alat yang dapat memilah-milahkan pulsa tersebut

menurut tingginya. Alat tersebut mempunyai banyak memori yang dinyatakan dalam

cacah salur (chanel) yang dimilikinya. Alat semacam ini disebut dengan penganalisis

saluran ganda (MCA).

Pulsa dengan tinggi tertentu akan dicatat cacahnya dalam salur dengan nomor

salur tertentu. Data numerik hasil pencacahan tersebut setiap saat diakumulasikan

dalam salur salur itu, sampai waktu pencacahan selesai. Sebagai hasilnya, secara

analog dapat dilihat spektrum gamma pada layar MCA atau melalui plotter. Data

numerik dapat juga dikeluarkan melalui printer, teletype, writer dan lai-lain.

b.Pembentukan pulsa

Pulsa keluaran dari sebuah detektor adalah pulsa yang mempunyai waktu

timbul (rise time) yang sangat singkat sekitar 10-6

detik dan akan turun dengan lebih

perlahan-lahan dalam waktu sekitar 10-4

.

Apabila aktivitas sinar gamma yang dideteksi cukup besar, maka akan terjadi

tumpang tindih pulsa yang satu dengan pulsa yang lain. Untuk mengatasi hal tersebut,


II-28


maka pulsa-pulsa tersebut dipendekkan dengan jalan mendeferensialkan pulsa

tersebut dengan suatu rangkaian pendefferensial RC dan rangkaian pengintregal.

II.6.3 Penguat

Pulsa keluaran dari penguat awal sudah berupa pulsa tegangan. Oleh karena

itu, penguat yang dipakai adalah jenis penguat peka tegangan yang biasa disebut juga

dengan penguat linier. Di sini pulsa diperkuat lagi sampai mencapai amplitudo yang

dapat dianalisis dengan penganalisis tinggi pulsa.

Selain untuk mempertinggi pulsa, penguat juga mempunyai fungsi lain yaitu

memberi bentuk pulsa. Biasanya penguat mempunyai dua macam keluaran yaitu

keluaran bipolar dan unipolar, pemilihannya bergantung pada jenis detektor yang

dipakai.

II.6.4 Penganalisis Pulsa dengan Acquspec

Acquspec merupakan MCA generasi ketiga yang dikemas dalam suatu board

yang dapat dipasang dalam komputer. Seluruh pengoperasian dan setting MCA

menggunakan keyboard komputer. Keuntungan yang didapat dengan menggunakan

komputer ini selain faktor ekonomis juga dalam penanganan data hasil pengukuran

dapat disimpan dalam disket maupun hardisk dan dapat diolah dengan komputer lain.

Prinsip kerja Acquspec sama dengan prinsip kerja MCA.

Pada Acquspec, seluruh pulsa yang terjadi dapat dianalisis. Bagian yang

terpenting dari Acquspec ini adalah sistem ADC (Analog to Digital Converter) yang

berfungsi sebagai pengubah amplitudo pulsa ke dalam nomor kanal. Jumlah pulsa

yang terjadi direkam tempat terjadinya dan diidentifikasikan sebagai jumlah cacah

pada kanal.

Pada prinsipnya, MCA ataupun Acquspec merupakan SCA (Single Channel

Analyzer) yang dipasang secara pararel dengan masing-masing lebar “window” yang

sama. Untuk mewujudkan SCA yang pararel tersebut digunakan ADC.


II-29


Seandainya V 1 adalah amplitudo masukan, di mana V 1 tersebut adalah

sinyal analog yang mempunyai batas bawah V min dan batas atas V max yang

merupakan jangkau dari ADC tersebut. Konversi tegangan masukan sebesar V max-

V min dibagi dalam N bagian yang sama yang disebut kanal, yang akan memisahkan

amplitudo masukan yang sesuai dan dapat dinyatakan dalam persamaan:

E = (V max-V min)/ N ..... (II.7)

keterangan :

E = Lebar window

N = kapasitas MCA = 2k

K = jumlah bit ADC.

II.7 Radiocesium di Lingkungan

Cesium 133 terdapat secara alami sebagai isotop stabil. Konsentrasi cesium

di kerak bumi ± 1,9 miligram perkilogram (mg/kg) dan konsentrasinya di air laut ±

0,5 mikrogram/kg. Cesium dapat terakumulasi dalam rantai makanan di perairan.

Cesium137 di lingkungan berasal dari berbagai sumber. Sumber terbesar

adalah jatuhan debu radioaktif dari uji coba senjata nuklir di atmosfir pada tahun

1950-an dan 1960-an yang menyebabkan cesium terdispersi dan terdeposisi di bumi.

Namun, cesium yang berasal dari uji coba senjata nuklir tersebut sekarang telah

mengalami peluruhan. Cesium yang berada di lapisan tanah akibat uji coba senjata

nuklir tersebut ditemukan ± 0,1 sampai 1 picocurie (pCi)/g, rata-rata kurang dari 0,4

pCi/g (atau 0,3 juta mg/kg tanah). Cesium juga ditemukan sebagai kontaminan pada

lokasi tertentu, misalnya reaktor nuklir dan fasilitas pada proses yang menggunakan

bahan bakar nuklir.

Limbah reaktor nuklir dan kecelakaan lepasan radioaktif seperti kecelakaan

Chernobyl di Ukraina melepaskan sejumlah Cs-137 ke lingkungan. Tetapi, limbah

pabrik pemrosesan kembali bahan bakar nuklir sedikit mengeluarkan emisi radioaktif

ke lingkungan.


II-30


Pada umumnya, cesium merupakan salah satu logam radioaktif yang sedikit

ditemukan di lingkungan. Cesium melekat cukup kuat pada tanah dan konsentrasinya

pada saat berikatan dengan partikel tanah berpasir diesetimasikan sampai 280 kali

lebih tinggi daripada konsentrasi air yang berada di antara pori-pori tanah. Rasio

konsentrasi cesium lebih tinggi (kira-kira 2000 sampai lebih dari 4000) di tanah

lempung. Oleh karena itu, cesium pada umumnya bukan kontaminan utama dalam

air tanah yang tercemar cesium.

II.8 Radiocesium di Perairan

Terdapat 2 klasifikasi perairan yaitu air laut dan air tawar. Air laut dapat

dibagi menjadi estuari, daerah pantai, dan laut terbuka. Untuk tujuan radiological

assesment, sistem air laut kurang signifikan dibandingkan dengan sistem air tawar

karena beberapa alasan. Pertama, air laut tidak dapat digunakan sebagai air minum,

sanitasi atau air irigasi. Kedua, banyak terjadi pengenceran unsur dan dispersi

daripada di air tawar. Hal ini disebabkan karena adanya aliran tidal pada daerah

estuari dan pencampuran antara air berkadar garam tinggi dan rendah. Ketiga,

konsentrasi garam yang tinggi cenderung mengurangi bioakumulasi zat radioaktif

dalam tubuh makhluk hidup yang terpapar (contoh: konsentrasi K dan Ca yang tinggi

mengurangi bioakumulasi Cs dan Sr). Selebihnya, beberapa radionuklida akan

berpindah ke lapisan sedimen yang memberikan kontribusi tidak signifikan pada

dosis manusia (IAEA, 1997).

Perairan tawar dapat dibagi menjadi sungai dan danau. Sebagai tambahan,

sedimen pada air tawar dapat menjadi deposit pada dataran aluvial dan dengan

adanya aliran irigasi memberikan kontribusi terjadinya kontaminasi radionuklida di

daratan yaitu melalui transfer radionuklida dari tanah ke tanaman yang dikonsumsi

manusia.

Danau yang terletak dekat pemukiman penduduk menjadi hal yang harus

diperhatikan karena radioaktivitas tidak mngalami pengenceran sepanjang waktu.

Pada kondisi tersebut, level radionuklida terutama Cs dapat dibioakumulasi oleh


II-31


predator melalui rantai makanan. Dalam hal ini nelayan dan keluarganya pada kondisi

resiko tinggi terpapar radiasi. Mekanisme pemaparan dosis radiologi di perairan tawar

dapat dilihat pada Gambar II.13.

Distribusi radionuklida Cs-134 di perairan air tawar pernah diteliti dengan

skala laboratorium. Dari penelitain tersebut diketahui bahwa Cs-134 tertinggi terdapat

pada sedimen (85%) dan sisanya pada tumbuhan air, ikan dan air. Hal ini karena

massa pasir sangat besar dibandingkan komponen lain seperti tumbuhan air dan

hewan air. Selain itu, radionuklida Cs-134 dapat terikat pada tanah/sedimen karena

tanah mengandung mineral tanah seperti mineral mika (muskovit (KAlSiO2O6) dan

leusit (KAl2(Si3AlO10)(OH)2)) (Setiawati, 2003). Oleh karena itu dapat dikatakan

bahwa 85% Cs-134 yang mengkontaminasi ekosistem perairan tawar akan

terdeposisi pada sedimen dan sisanya terakumulasi pada biota air tawar.

Minum Run off

Lepasan

Deposisi

Ganggan

Di luar

Fauna Manusia

Benthos

Plankto

Irigasi

Banjir

limbah

Sumber DosisProses

Kontaminasi

Media

kontaminasi

Data

perilakuModel

Paparan

Konsumen

& omnivora

Predato

Sungai/DanauKonsums

Efflua

Sedimen

Tanah & tanaman Pemukiman

Keterangan :

: Transfer radionuklida

: Radiasi external, ,

Gambar II. 13 Skematik mekanisme pemaparan dosis radiologi di perairan tawar

Sumber: IAEA (1997)


II-32


II.9 Ikan Lele

Lele merupakan jenis ikan air tawar yang banyak dikonsumsi dengan tubuh

memanjang dan kulit licin. Di Indonesia ada 6 (enam) jenis ikan lele yang dapat

dikembangkan, antara lain (Prihatman, 2000):

1. Clarias batrachus, dikenal sebagai ikan lele (Jawa), ikan kalang (Sumatera

Barat), ikan maut (Sumatera Utara), dan ikan pintet (Kalimantan Selatan).

2. Clarias teysmani, dikenal sebagai lele kembang (Jawa Barat), kalang putih

(Padang).

3. Clarias melanoderma, yang dikenal sebagai ikan duri (Sumatera Selatan), wais

(Jawa Tengah), wiru (Jawa Barat).

4. Clarias nieuhofi, yang dikenal sebagai ikan lindi (Jawa), limbat (Sumatera Barat),

kaleh (Kalimantan Selatan).

5. Clarias loiacanthus, yang dikenal sebagai ikan keli (Sumatera Barat), ikan

penang (Kalimantan Timur).

6. Clarias gariepinus, yang dikenal sebagai lele dumbo (lele domba), king catfish,

berasal dari Afrika.

Dalam bahasa Inggris ikan lele disebut juga catfish, siluroid, mudfish dan

walking catfish. Ikan lele tidak pernah ditemukan di air payau atau air asin.

Habitatnya di sungai dengan arus air yang perlahan, rawa, telaga, waduk, sawah yang

tergenang air. Ikan lele bersifat noktural, yaitu aktif bergerak mencari makanan pada

malam hari. Pada siang hari, ikan lele berdiam diri dan berlindung di tempat-tempat

gelap. Di alam ikan lele memijah pada musim penghujan.

II.9.1 Morfologi

Ikan lele memiliki sungut di dekat mulutnya. Ikan lele memiliki tubuh yang

licin, agak pipih memanjang, serta memiliki 4 pasang sungut di sekitar mulutnya

dengan panjang dapat mencapai ± 10 cm dan memiliki fungsi sebagai alat pendeteksi

kondisi lingkungan sekitarnya termasuk menemukan makanan. Oleh karena itu,


II-33


kumis-kumis tersebut tidaklah tersusun dari jaringan berupa rambut seperti kumis-

kumis pada hewan lainnya, melainkan tersusun dari jaringan syaraf yang saling

berhubungan untuk menghantarkan rangsangan yang diterima menuju ke otak.

Panjang ikan lele dapat mencapai 15-20 cm dan berat ± 100 gram untuk ikan lele

dewasa setelah berumur 130 hari. Pada ikan lele (Clarias batrachus) terdapat 3

variasi warna tubuh, antara lain: hitam agak kelabu (paling umum dijumpai), bulai

(putih) dan merah. Morfologi ikan lele ditampilkan pada Gambar II.14.

Gambar II.14 Morfologi ikan lele

Sumber : www.tve.org/.../uploaded/LungFishToLagos.jpg (25 juni 2007).

II.9.2 Klasifikasi

Klasifikasi ikan lele berdasar taksonomi yang dikemukakan oleh Weber de

Beaufort (1965) digolongkan sebagai berikut:

Kingdom : Animalia

Sub-kingdom : Metazoa

Phyllum : Chordata (Binatang bertulang belakang)

Sub-phyllum : Vertebrata

Kelas : Pisces (Bangsa ikan yang bernapas dengan insang)

Sub-kelas : Teleostei ( Ikan yang bertulang keras)

Ordo : Ostariophysi (Ikan yang di dalam rongga perutnya sebelah atas memiliki

tulang sebagai alat perlengkapan keseimbangan yang disebut tulang weber).


II-34


Sub-ordo : Siluroidea (Ikan yang bentuk tubuhnya memanjang berkulit licin/ tidak

bersisik)

Familia : Clariidae ( suatu kelompok ikan dari beberapa genus yang selain

mempunyai ciri-ciri tersebut juga mempunyai ciri yang lebih khusus yaitu : bentuk

kepala pipih dengan lempeng tulang keras sebagai batok kepala, bersungut (kumis) 4

pasang, sirip dada ada patil, mempunyai alat pernapasan tambahan yang terletak di

bagian depan rongga insang, yang memungkinkan ikan lele mengambil oksigen

langsung dari udara).

Genus : Clarias

Spesies : Clarias sp.

II.9.3. Kondisi Habitat

Syarat hidup yang utama berhubungan dengan lingkungan seperti kondisi

habitat/ lokasi, makanan, pemberian vaksin secara teratur dan pemeliharaan kolam.

Ikan lele tidak menuntut persyaratan hidup yang sulit, ikan ini tergolong omnivora

dan dapat hidup pada air tercemar bahan-bahan organik.

Persyaratan lokasi, antara lain (Prihatman, 2000):

1. Tanah yang baik untuk kolam pemeliharaan adalah jenis tanah liat/lempung, tidak

berporos, berlumpur dan subur. Lahan yang dapat digunakan untuk budidaya lele

dapat berupa: sawah, kecomberan, kolam pekarangan, kolam kebun, dan

blumbang.

2. Ikan lele hidup dengan baik di daerah dataran rendah sampai daerah yang

tingginya maksimal 700 m di atas permukaan laut.

3. Elevasi tanah dari permukaan sumber air dan kolam adalah 5%-10%.

4. Lokasi untuk pembuatan kolam harus berhubungan langsung atau dekat dengan

sumber air dan tidak dekat dengan jalan raya.

5. Lokasi untuk pembuatan kolam hendaknya di tempat yang teduh, tetapi tidak

berada di bawah pohon yang daunnya mudah rontok.


II-35


6. Ikan lele dapat hidup pada suhu 20oC, dengan suhu optimal antara 25

oC -28

oC.

Sedangkan untuk pertumbuhan larva diperlukan kisaran suhu antara 26oC - 30

oC

dan untuk pemijahan 24oC -28

oC.

7. Ikan lele dapat hidup dalam perairan agak tenang dan kedalamannya cukup,

sekalipun kondisi airnya jelek, keruh, kotor dan miskin zat O2.

8. Perairan tidak boleh tercemar oleh bahan kimia, limbah industri, merkuri, atau

mengandung kadar minyak atau bahan lainnya yang dapat mematikan ikan.

9. Perairan yang banyak mengandung zat-zat yang dibutuhkan ikan dan bahan

makanan alami. Perairan tersebut bukan perairan yang rawan banjir.

10. Permukaan perairan tidak boleh tertutup rapat oleh sampah atau daun-daunan

hidup, seperti enceng gondok.

11. Mempunyai pH 6,5–9, kesadahan (derajat butiran kasar) maksimal 100 mg/l dan

optimal 50 mg/l, turbidity (kekeruhan) bukan lumpur antara 30–60 cm, kebutuhan

O2 optimal pada range yang cukup lebar, dari 0,3 mg/l untuk yang dewasa sampai

jenuh untuk burayak, dan kandungan CO2 kurang dari 12,8 mg/liter, amonium

terikat 147,29mg/l -157,56 mg/liter.

Persyaratan untuk pemeliharaan ikan lele di keramba, antara lain:

a. Sungai atau saluran irigasi tidak curam, mudah dikunjungi/dikontrol.

b. Dekat dengan rumah pemeliharaannya.

c. Lebar sungai atau saluran irigasi antara 3-5 meter.

d. Sungai atau saluran irigasi tidak berbatu-batu, sehingga keramba mudah dipasang.

e. Kedalaman air 30-60 cm.

II.9.4 Makanan /Nutrisi

II.9.4.1 Makanan Alami Ikan Lele

Makanan alamiah ikan lele berupa zooplankton, larva, cacing-cacing, dan

serangga air. Sedangkan, makanan berupa fitoplankton adalah Gomphonema spp

(golongan Diatome), Anabaena spp (golongan Cyanophyta), Navicula spp (golongan


II-36


Diatome), Ankistrodesmus spp (golongan Chlorophyta). Ikan lele juga menyukai

makanan busuk yang berprotein dan kotoran yang berasal dari kakus.

II.9.4.2 Makanan Tambahan

1. Pemeliharaan di kecomberan dapat diberi makanan tambahan berupa sisa-sisa

makanan keluarga, daun kubis, tulang ikan, tulang ayam yang dihancurkan, usus

ayam, dan bangkai.

2. Campuran dedak dan ikan rucah (9:1) atau campuran bekatul, jagung, dan bekicot

(2:1:1).

II.9.4.2.1 Makanan Buatan (Pellet)

1. Komposisi bahan (% berat): tepung ikan=27, bungkil kacang kedele=20, tepung

terigu=10,5, bungkil kacang tanah=18, tepung kacang hijau=9, tepung darah=5,

dedak=9, vitamin=1, mineral=0,5.

2. Proses pembuatan

Bahan-bahan dihaluskan, dijadikan adonan seperti pasta, dicetak dan dikeringkan

sampai kadar airnya kurang dari 10%. Penambahan lemak dapat diberikan dalam

bentuk minyak yang dilumurkan pada pellet sebelum diberikan kepada lele.

Lumuran minyak juga dapat memperlambat pellet tenggelam.

3.Cara pemberian pakan:

a.Pellet mulai dikenalkan pada ikan lele saat umur 6 minggu dan diberikan pada ikan

lele 10-15 menit sebelum pemberian makanan yang berbentuk tepung.

b.Pada minggu ke-7 dan seterusnya sudah dapat langsung diberi makanan yang

berbentuk pellet.

c.Hindarkan pemberian pakan pada saat terik matahari, karena suhu tinggi dapat

mengurangi nafsu makan lele.


II-37


II.9.5 Pemberian Vaksin

Cara-cara vaksinasi sebelum benih ditebarkan:

a.Untuk mencegah penyakit karena bakteri, sebelum ditebarkan, lele yang berumur 2

minggu dimasukkan dulu ke dalam larutan formalin dengan dosis 200 mg/l selama

10-15 menit. Setelah divaksinasi lele tersebut akan kebal selama 6 bulan.

b.Pencegahan penyakit karena bakteri juga dapat dilakukan dengan menyuntik

dengan terramycin 1 cc untuk 1 kg induk.

c.Pencegahan penyakit karena jamur dapat dilakukan dengan merendam lele dalam

larutan Malachite Green Oxalate 2,5 mg/l –3 mg/l selama 30 menit.

II.9.6 Pemeliharaan Kolam

a.Kolam diberi perlakuan pengapuran dengan dosis 25-200 gram/m2 untuk

memberantas hama dan bibit penyakit.

b.Air dalam kolam/bak dibersihkan 1 bulan sekali dengan cara mengganti semua air

kotor tersebut dengan air bersih yang telah diendapkan 2 malam.

c. Kolam yang telah terjangkiti penyakit harus segera dikeringkan dan dilakukan

pengapuran dengan dosis 200 gram/m2 selama satu minggu. Tepung kapur (CaO)

ditebarkan merata di dasar kolam, kemudian dibiarkan kering lebih lanjut sampai

tanah dasar kolam retak-retak.

II. 10. Absorbsi dan Bioakumulasi Radionuklida Oleh Ikan Air Tawar

Radionuklida yang memasuki lingkungan perairan akan mengalami kenaikan

radioaktivitas. Melalui rantai makanan dalam ekosistem air tawar maka radionuklida

tersebut akan meningkatkan radioaktivitas biota. Biota memiliki kemampuan

mengakumulasi bahan-bahan kimia tertentu termasuk di dalamya adalah radionuklida

sehingga konsentrasi dalam biota jauh di atas konsentrasi media yang merupakan

jalur masuknya bahan kimia tersebut. Makin tinggi tingkat trofiknya makin tinggi


II-38


tingkat radioaktivitasnya, sesuai dengan prinsip pemekatan biologi. Jalur masuk

radionuklida tersebut dapat dilihat pada Gambar II.15.

Gambar II.15 Piramida makanan pada ekosistem perairan air tawar

Sumber: www.asfb.org.au (7 Juni 2007).

Pada Gambar II.15 dapat diamati bahwa tingkat trofik tertinggi dalam

ekosistem air tawar tersebut adalah predator. Hal ini berarti, akumulasi tertinggi

radionuklida yang terkontaminasi pada ekosistem air tawar terletak pada predator.

Jika predator tersebut dikonsumsi oleh manusia, maka radionuklida akan

terbiomagnifikasi dalam tubuh manusia dan menjadi sumber radiasi interna.

II. 11. Faktor Transfer

Faktor transfer mengekspresikan bioakumulasi atau faktor konsentrasi. Pada

umumnya faktor transfer menunjukkan konsentrasi unsur dalam suatu organisme

sebagai akibat adanya unsur tersebut dalam media hidupnya.

Faktor transfer bersifat sangat spesifik untuk setiap jenis unsur/radionuklida,

biota yang mengakumulasi, dan keadaan lingkungan seperti diperlihatkan Tabel II.5.


II-39


Tabel II.5 Beberapa potensi radionuklida kritis, nilai dosis tahunan yang diterima

pekerja, umur paruh dan nilai Faktor Transfer (TF) Isotop Peluruhan T1/2

(h- hari;

t- tahun)

ALI yang

diterima

pekerja (Bq)

Faktor transfer

yang disarankan

(TF, L/kg)

Biota yang

terkena dampak

(m = marine)

60Co , 5,3 t 4.0 x 106 2000 Anjing laut m

90Sr 30 t 7.1 x 105 60 Ikan air tawar 131I , 8 h 9.1 x 105 10000 Makroalga m

137Cs , 30 t 1.5 x 106 2000 Ikan air tawar 210Po 138 h 8.3 x 104 30000 Zooplankton 226Ra , 1600 t 7.4 x 104 2000 Phytoplankton m

239Pu , 24000 t 8.0 x 104 3000 Molusca m

Sumber : IAEA (1982).

II. 12. Model Perpindahan Radionuklida Air- Ikan

Mekanisme uptake merupakan absorpsi radionuklida ke dalam jaringan ikan

melalui adsorpsi radionuklida pada permukaan tubuh dan melalui ingestion. Untuk

mengkonsepkan sistem transfer digunakan model dual-compartment yang terdiri dari

kompartemen donor (radionuklida dalam air) dan kompartemen penerima (jaringan

ikan). Diagram skematis model dual compartment ditunjukkan dalam Gambar II.16.

Radionuklida yang ditambahkan dalam air

Ikan

Uptake Discharge

Gambar II.16. Diagram skematis dari model dual compartment (Man, 1999)

Konsentrasi radionuklida dalam ikan (Bq/kg) akan berubah mengikuti

Persamaan II.8 (Man, 1999).

)(][)(

0 tcCCCudt

tdCt ..... (II.8)


II-40


Keterangan:

C(t) = konsentrasi pada waktu t (Bq/g)

u = laju uptake (h-1

)

C0 = konsentrasi pada equilibrium (Bq/g)

c = laju discharge (h-1

)

Persamaan ini mengasumsikan bahwa peningkatan konsentrasi tergantung

kepada perbedaan konsentrasi. Lebih jauh diasumsikan bahwa konsentrasi pada

equilibrium, C0, tergantung pada konsentrasi dalam air yang ditunjukkan dalam

Persamaan II.9 (Man, 1999).

C0 = kw ..... (II.9)

Keterangan:

w = konsentrasi radionuklida di dalam air (Bq/l)

k = konstanta proportionality.

Apabila discharge dari ikan kembali ke air diabaikan, Persamaan II.8 dapat

disederhanakan menjadi Persamaan II.10 (Man, 1999).

C(t) = C0 (1-e-ut

) ..... (II.10)


II-41

II. TINJAUAN PUSTAKA - · PDF filePeluruhan sampel radioaktif terjadi secara statistik di alam...

Documents

Transcript of II. TINJAUAN PUSTAKA - · PDF filePeluruhan sampel radioaktif terjadi secara statistik di alam...