Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalwn Penelitian Sainsdon Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

KONSTRUKSI SISTEM PENGUKURAN RADIOAKTIVITASLINGKUNGAN DENGAN MENGGUNAKAN TELEMETRI

Setyadi Ws*, Riil Isaris*, J. Kamadi***Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta - Badan Tenaga Atom Nasional

**PPNR - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKKONSTRUKSI SISTEM PENGUKURAN RADIOAKTIVITAS LINGKUNGAN

DENGAN MENGGUNAKANTELEMETRI. Pengukuran tingkat radioaktivitas lingkungankhususnya tingkat radioaktivitas udara, selama ini dilakukandengan mengukur langsungdi lokasi pengukuran dengan membawa perala tan ukur radiasi. Pada kondisi normal dimanainterval pengukuran tidak terlalu sering cara ini mudah dalam pelaksanaannya. TeknologiTelemetri yang memungkinkan pengukuran secara jarak jauh tanpa mendatangi lokasimemungkinkan mengganti metode di atas. Sistem ini terdiri dari 2 bagian yaituj stasiunpengukur dan stasi un pengendali. Stasiun pengukur terdiri dari Nuclear Counting System.Pompa isap udara dengan filter dan perisai radiasi, pesawat komunikasi dan pengendali yangmenggunakan mikroprosesor Z-80. Stasiun pengendali berfungsi mengendalikan seluruhperalatan dengan komputer yang menggunakan bahasa Turbo Pascal vel' 5.0, terdiri darikomputer IBM PC-XT kompatibel beserta antarmuka dan pesawat komunikasi FM. Sistempengukuran dan pengendalian menggunakan metode 2 arah, yang memungkinkan penga­turan dilalukan dari stasi un pengendali. Kecepatan transimi data 400 Bit Per Second (BPS)cukup untuk pemantauan radioaktivitas lingkungan.

ABSTRACTTELEMETRI IN CONSTRUCTION OF ENVIRONMENT RADIOACTIVITY MEAS­

UREMENT SYSTEM. Environment radioactivity measurement, especially air sampling isnormally done by on the spot measurement using nuclear counting system. Telemetry systemmay be used to subtitute this method. The telemetry system consist of two parts: measurementstation which consist of air sampling unit and shielding, radio communication system andcontrol unit utilizing microprocessor Z-80. Control satation consist ofIBM PC-XT compatible& interface, Radio communication system controlled by software using Turbo Pascal vel'. 5.0.Bidirectional methode is used in the system in order to be able to make ajustment from cantrallstasion. Data transmition speed 400 Bit Per Second (BPS) is adequate for environmentalradioactivity monitoring.

f'ENDAHULUANDi dalam alam ini ada bermacam-macam

sumber radiasi, baik dari jenis radiasi alamiatau radiasi buatan. Sumber radiasi alami da­pat berupa sinal' kosmikatau radionuklidayangmasih ada dalam kerak bumi. Partikel sinal'kosmis mempunyai tenaga kira-kira lOll Mevdan dalam perjalanannya menuju bumi menga­lami proses interaksi dengan atmosfer bumi se­hingga menghasilkan radionuklida seperti 1H3,4Be7,11Na22dan 6C14.Yang berasal dari kerakbumi misalnya K140, deret ,U238, deret

2321] 19 9290Th ..

Sumber radiasi buatan dibuat dengan ber­macam cara, misalnya melalui proses reaksiantara neutron dengan unsur stabil di dalamreaktor nuklir atau dengan cara reaksi antara

nuklida yang bukan radioaktip dengan partikelyang dipercepat di dalam Akselerator.

Sumber radioaktip selain bermanfaat bagikesejahteraan manusiajuga dapat membahaya­kan manusia dan lingkungan. Untuk itu perludipantau besarnya radioaktivitas lingkunganterutama di daerah sekitar fasilitas nuklir. Sa­lah satu pengukuran yang penting untuk di­ketahui setiap saat adalah pengukuran radio­aktivitas udara.1,2]

Salah satu cara mengukur radioaktivitasudara ialah dengan menghisap udara selamawaktu tertentu, menggunakan pompa isap yangdiketahui debitnya dan dilengkapi dengan filter.Kemudian filter tersebut dicacah dengan meng­gunakan alat cacah radiasi. Dalam beberapa hal

436

Proceedings Seminar Reaktor Nllklir dalam Penelitian SuinsdQJ~Teknologi Menlljll Era Tinggal LQJ~das

peralatan ukur harus dibawa ke tempat dimanaradioaktivitas udaranya akan diukur.

Cara ini memberikan hasil cukup baik dandapat memberikan gambaran mengenai radio­aktivitas udara di suatu tempat, namun adabeberapa kendala yang ditemui, yaitu apabilapengukuran dilakukan pada beberapa tempatyang jauh jaraknya satu dengan lainnya daningin diketahui kondisi radioaktivitas dalamwaktu yang hampir bersamaan.

Sistem Telemetri menggunakan gelom­bang radio sebagai media dapat mengatasi ke­sulitan di atas karena pengukuran radioaktivi­tas lingkungan dapat dilaksanakan tanpa men­datangi lokasi pengukuran. Sistem ini terdiriatas 2 bagian yaitu stasiun pengukur dan sta­siun pengendali, yang pada sistem ini satu stasi·un pengendali dapat mengendalikan beberapastasiun pengukur. Stasiun pengukur dilengkapimikroprosesor Z 80, yang mengatur kegiatanpengukuran antara lain menghidupkan pompa,mengganti filter, menghidupkan alat cacah radi­asi dan sebagainya. Stasiun pengendali me­ngendalikan seluruh kegiatan beberapa stasiunpengukuran, demikian pula penanganan data,baik berupa pengukuran, penyimpanan, pem­buatan laporan dan lain-lain. Dengan meman­faatkan komputer IBM PC ini memungkinkandibuat sistem jaringan komputer, khususnyasistem jaringan radiasi lingkungan dengan

Bandllng, 8 - 10 Oktobel'19DlPPTN - BATAN

peralatan lainnya seperti sistem pengumpulandata klimatologi, area monitor dan lain-lain.

TATA KERJA

Sistem pengukuran radioaktivitas lin!~­kungan ini mempunyai 2 bagian utama yaitustasiun pengukur dan stasiun pengendali SB­perti terlihat pada GambaI' 1.

CaraKerja

Operator yang menghendaki pengukuranradioaktivitas lingkungan dapat menghubungisalah satu pengukuran melalui komputer padastasiun pengendali. Komputer akan menampil­kan menu yang berisi antara lain stasiun yangdikehendaki, saat pengukuran yang dikehen­daki dan lain-lain.

Dengan mengeksekusi perintah pada me­nu tersebut maka secara otomatis kompute,rakan memerintahkan pesawat komunikasi un­tuk menyampaikan perintah tersebut ke sta­siun pengukur berupa sinyal tone yang hanyadiketahui oleh satu stasiun penerima 4].

Pesawat Komunikasi pada stasiun peng\.!­kur menerima sinyal tone tersebut segera meng­aktipk'in mikroprosesor untuk mengeluarkanruntunan perintah yaitu, menghidupkan pompaisap selama berapa menit, kemudian menghi­dupkan alat cacah radiasi, memulai pencacahankemudian mengirim data pencacahan ke sta­siun pengendali dan diakhiri dengan mengem-

Pel'isai

HTI

L;;J Ipo~~TJ

1

Y Pel'isa i

UTI Q ~9:J

Gambar 1. Diagram blok sistem pengukuran radioaktivitas lingkungan

437

PlOceedings Seminar Reaktor Nlddir dalam Penelitimz Sainsdan Telmologi Menuju Era 1~nggal La.ndas

Bmzdung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BAl'AN

MIC

HASIL DAN PEMBAHASAN

Grafik linieritas diperlihatkan oleh GambaI' 5

MODULATORFSK

(1)Y = 0,9878x + 0,0772

Pengujian Linieritas SistemPengujian ini dilakukan dengan membe­

rikan pulsa masukan dari PulseI' yang dapatdiatur frekuensinya dan frekuensi tersebut di­amati dengan menggunakan frekuensi meterTrio tipe FC 756. Pada stasiun pengendali hasilcacahan tersebut diamati. Dengan mengguna­kan regTesi linier didapatkan persamaan lini­eritas sistem adalah :

GMINVERTER

PEMBENTUKPULSA

GambaI' 3. Diagram blok stasiun pengukur

Perangkat keras stasiun pengukur terdiridari alat cacah radiasi dengan menggunakandetektor Geiger, pompa isap udara dengan filter.Mikroprosesor 2-80 akan mengendalikanjalan­nya operasi pengukuran apabila pesawat komu­nikasi pada stasiun menerima sinyal tone yangberasal dari stasiun pengendali. Untuk mengi­r~mkan data hasil cacahan dari alat cacah ra­diasi digunakan modulator FSK yang mengu­bah level °menjadi frekuensi 1100Hz, dlln level1 menjadi frekuensi 2200 Hz, dengan kecepatanpengiriman data sebesar 400 BPS, cukup untukpengiriman data radioaktivitas lingkungan.

Perangkat LUllak .Perangka t lunak yang ada di stasiun peng­

ukur menggunakan bahasa assembler pada mi­kroprosesor 2-80, sedangkan pada stasiunpengendali menggunakan bahasa Turbo Pascalvel' 5.0. DiagTam aliI' perangkat lunak keduastasiun seperti pada GambaI' 4.

I ST 1 I

I ST2 I

SP I ST3 I

I ST4 II STN I

Perangkat Keras Pada Stasiun PengendaliStasiun pengendali berfungsi untuk me­

ngembalikan stasiun pengukur agar melaksa­nakan operasi pengukuran tingkat radioaktivi­tas lingkungan: dan mengelola data pencacahanyang dikirim oleh stasiun pengukur. Diagramblok stasiun pengendali seperti pada GambaI' 2di bawah.

balikan keadaan stasiun penerima pada kondisimenerima, dan mematikan seluruh sistemkecuali pesawat komunikasi, siap melakukanperintah berikutnya.

Pada saat stasiun pengukuran mengirim­kan data pencacahan, stasiun pengendali siapmenerima hasH cacahan yang ditampilkan padapenampil dan data itu disimpan pada alatpenyimpan yang berupa disket ataupun hard-dish.

GambaI' 2. Diagram blok stasiun pengendali

Sebagai pencacah pulsa yang berasal daristasiun pengukur digunakan IC 8253 PIT. IC8255 digunakan sebagai pengubah kondisi pesa­wat komunikasi pada posisi Transmit atauReceive.Demodulator FSK mengubah frekuensi1100 Hz menjadi sinyal level ° dan frekuensi2200 Hz menjadi sinyal level 1 dengan kece­patan pengiriman data sebesar 400BPS (BitPerSecond). Dekoder alamat menggunakan IC741s138dan 7420 yang menempati lokasi me­mori dari 3EOH sampai 3E6 H.

Perangkat Keras Stasiun PengukurPerangkat keras stasiun pengukur bel'­

fungsi melakukan pengukuran radioaktivitaslingkungan dan mengirimkan hasil cacahan kestasiun pengendali dengan menggunakan me­dia gelombang radio. Diagram blok stasiunpengukur terlihat pada GambaI' 3.

438

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir datum Penelitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era TInggal Landas

(a)(b)

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BA1'AN

( START)

1

FORl TONSTASIUN PENGUKUR YANG

DIHUBUNGI

ALAMAT STASIUN KE NYANG DIHUBUNGI

ISI COUNTER 0HSB & LSB = 255

T

TAMPILKAN JUMLAHCACAH KE LAYARDAN BERI

SKALA WARNA

1SIMPAN HASIL CACAH

KE DISK

1

LAMA PENGISAPANUDARA OLEHPOMPAISAP

LAMA MENGIRIMKANDATA/TRANSMIT

1HIDUPKAN POMPA

SELAMA WAKTUPENGISAPAN UDARA

HITUNG PULSAMASUK HIDUPKAN HV

SELAMA WAKTU OPERAS I

_1

1

I MATIKAN POMPABACASISI IS!

ICOUNTER 0 1

1

' RADIO TRANSMIT

CACAH =

I 1255 - (255-HSB) - (255-LSB) I

RADIO OFFI

I0 (END)-

Gambar 4. Diagram alir perangkat lunak stasiun pengendali (a), dan stasiun pengukur (b).

Tabell. Pengujian pengukuran cacah latar se·lama 10 detik

31):)••>

~ lOD••

to 1001!,.0.. O.

o 5a 100 150 200 250 300 350 400 450 500Pulsa yang dikirlm I Transmit (Hz)

Gambar 5. Grafik linearitas sistem.

CacahlIO detik

Stasiun pengukur

Stasiun pengendali

7

78

89

96

65

56

67

7

439

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwlagi Menuju Era Tinggal Landas

Pengujian untuk pencacahan [atarPencacahan lataI' dilakukan masing­

masing setiap 10 detik, hasilnya seperti terlihatpada Tabel1.

Pengujian dengan menggunakan sumber Cs-137Pengujian dengan menggunakan sumber

Cr::i-137dilakukan dengan meletakkan sumberCr::i-137pada jarak 20 cm dari detektor, selama60 detik. Hasilnya disesuaikan pada Tabel 2.

Tabel2. Pengukuran sumber Cs-137 padaja­rak 20 em selama 60 detik

Cacah/60 detik

Stasiun pengukur

Stasiun pengendali

167

167

151

151

140

140

161

161

174

174

152

152

148

147

144

144

153

153

180

180

Pt'ngujian kecepatan transmisi dataPengujian kecepatan transmisi data dila­

kukan seperti pada pengujian linieritas sistem,ya.itu dengan membeikan pulsa masukan dandicatat frekuensinya. Hasil pengujian terdapatpadaTabel 3.

Dari Tabel 3 di atas tampak bahwa untukfrekuensi <400 Hz mempunyai deviasi lebih ke­cil 0,83% tetapi untuk frekuensi <400 Hz devi­ar::inyalebih besar dari 1%.

KESIMPULAN

Dari hasil konstruksi dan pengujian sistempengukuran radioaktivitas lingkungan denganmenggunakan sistem Telemetri ini dapat disim­pulkan beberapa hal sebagai berikut:- Sistem ini mampu melaksanakan operasi

pengukuran secara jarak jauh dan operatorcukup memerintahkan operasi dari kompu-

DAFTAR PUSTAKA

Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BA1'AN

Tabel 3. Data pengamatan kecepatan trans­mlSl.

StasiunStasiun penerima (Hz)/Pengukuran No.

pengukur (Hz)1

23456

0

000000

25

252525252525

50

494949505050

75

757475747575

100

99999810010099125

124124124125125125

150

151150150151151151

175

175175174174175174

200201200200200199199

225

226226225225224225

250

251250250251250249

275

277276275275274274

300

301301300300301300

325

327327326325325325

350

351351350351350350

375

376376375375376375

400

402402400401401400

425

428428427425426426

450

456454454456454454

500

508505505504506505

'tel' yang ada di stasiun pengendali yang di­perlengkapi dengan menu yang sesuai de­ngan keinginan operator.

- f::istem ini mampu pula menangani datacacahan sehingga dari informasi yang telahada dapat dipelajari perilaku lingkungan disekitar fasilitas Nuklir.

- Kecepatan transmisi data 400 BPS cukup un­tuk pengukuran radioaktivitas lingkungan.

UCAPANTERIMAKASIH,

Pada kesempatan ini penulis menyampai­kan rasa terimakasih kepada :1. II'. Koerniawan Prijambodo, Alumnus Ju­

rusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik Indus­tri ITS.

2. Jumari, Alumnus Pendidikan Ahli TeknikNuklir - BATANyang telah membantu da­lam pembuatan alat dan pengambilan data.

1. Moe, H. J., Lasuk, SR. et aI., Radiation Safety Technician Training Course, Argone NationalLaboratory, Argone, Illinois.

2. Wisnu Arya Wardhana, Pengantar Teknik Radioaktivitas Lingkungan, Dep. Pendidikan danKebudayaan, Jurusan Teknik Nuklir, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (1984).

3. IAEA, Proceedings of a Symposium, Assesment of Airbone Radioactivity, Viena (1967).

4. Anonym, ICOM Model 02-ATTechnical Manual, Icom Co, Japan.

5. Joe Campbell, C Programmer's Guide to Serial Communications, Howard W. Sams & Com­pany, USA (1988).

6. James, W. Coffron, Z-80Application, Sybex Inc, USA.

440

Proceedings Seminar Reahtor Nllhlir dulam Penelitiuu SainsdQJ~Tehnologi Menlljll Era 1Ynggal Lamias

Baudllng, 8 - 10 Ohtober 19:11PP1'N - BATAN

DISKUSIBudiono:1. Bagaimana cara sistem untuk membedakan tone setiap Penerima HT?2. Bagaimana setelah protokolnya komunisasi serta bagaimana cara menangani apabila adakesalahan data?3. Apakah termasuk sistem sinkron atau asinkron?4. Mengapa kalaujaraknya hanya 1 km saja menggunakan pemancar RF?Apa tidakcukup kabel?5. Apakah sudah difikirkan untuk pengiriman data secara otomatis bila ada data radiasi yangcukup tinggi?Setiadi:1. Pesawat komunikasi ICOM 02 ATtersedia fasilitas tone. Setiap stasiun pengukur mempunyaitone sendiri sendiri. Stasiun pengendali tone bisa diubah melalui I/O 8253.2. Protokol belum dibuat. Data yang dikirim tidak melebihi kapasitas modem, dibuat suatu pulseI'untuk mencek/kalibrasi sistem Telemetri.3. Asinkron4. Jarak yang diamati akan dikembangkan lebih jauh (tidak 1 km) dengan menggunakan stasiunReplater.5. Belum, berhubung stasiun pengukur dalam kondisi mati pada saat tidak dipakai.

Roocyta H:Kelebihan dari cara Telemetri untuk pengukuran radioaktivitas lingkungan yang disebut dalampresentasi ini memungkinkan pengukuran secara jarak jauh tanpa mendatangi lokasi.Bagaimana kelebihan/kekurangan metode ini dibandingkan metode lama (yang biasa dipakai diBATAN)bila ditinjau dari aspek-aspek biaya operasi alat dan tenaga kerja, harga peralatan da nketepatan hasil pengukuran?Setyadi:- Kelebihannya, biaya operasionallebih murah dan frekuensi pengukuran lebih sering danjugainformasi lebih akurat.- Dilihat dari tenaga kerja yang dipakai lebih sedikit (lebih ditekankan pada QC dan main­tenance)- Dilihat dari ketepatan hasil karena unsur manusia/operator terlatih tidak/kurang berperanandalam pengambilan data, maka ketepatan hasil pengukuran dalam pengambilan data ber­gantung pada keandalan alat.- Dilihat dari harga alat, biaya investasi lebih besar karena pada sistem yang lama, 1 alat bisamelayani/dipergunakan untuk beberapa stasiun pengamat (bersifat mobil)- Kekurangannya, keandalan alat perlu ditingkatkan, karena pos- pos pengamatan berada padasuatu lokasi (bukan berada di lab) dengan kondisi tegangan jala-jala (PLN) temperatur yangbaik.

Munir:1. Bagaimana sistem untuk mengatasi gangguan frekuensi yang dikirim dari stasiun pengukurke stasiun pengendali?Setyadi:Pada prototip ini menggunakan frekuensi UHF di daerah frekuensi radio amatir, bila kelak alatini dipakai, akan digunakan frekuensi kondisi pada band UHF sehingga mempunyai band widthyang lebih lebar, dan gangguan terhadap frekuensi kondisi yang hanya dipakai untuk suatukeperluan tertentu.

441

P/'()c:eedil~gsSemi/to./' Reuktur Nllldir dalum jJe/telitia/t Sa insda/t 'l'eluwlogi Menl/jll Era Til~ggall.uJUjas

L<\MPIRAN

SPESIFIKASI:

Pesawat komunikasi:Merk : ICOMModel: 02 ATPower Output: 3 WattJEmis modulasi : Frekuensi Modulasi (FM)Tersedia fasilitas tone.

Nile/ear Counting System:Detektor : Geiger Muller (GM)rype : Side window, Merk VectoreenTegangan Tinggi : DIN 400GM Inverter: Transistor 2 tingkatPembentuk pulsa : Gerbang TTL

Bandu/tg, 8 - 10 Oktobe,.1991PPTN - BATAN

M ikroprosesor :Mikroprosesor : 2-80Input/Output: PIO 8543Bahasa: Assembler

Komputer :Komputer IBM PC-XT CompatibelAlamat interface 03EOh - 03E7hInput/Output: 8255Pencacah : 8253Perangkat lunak : Turbo Pascal Vel'. 5.0

Modulator/Demudulator:

Tipe: Frequency Shift Keying (FSK)Boudrate : 400 BPS.

442