SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKART A, 21-22 DES EMBER 2006ISSN 1978-0176

KONTAINER SUMBER RADIASI 137CS 70 mCi UNTUKPEMINDAI GAMMA

SRI MULYONO ATMOJO

Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATANKawasan PUSPIPTEK Gd. 71 Serpong,

Tangerang 15310, Banten, IndonesiaTelp. +62-21-7560896, Fax. +62-21-7560921

Abstrak

KONTAINER SUMBER RADIASI137Cs 70 mCi UNTUK PEMINDAI GAMMA. Suatu rancangankontainer sumber radiasi 137Cs 70 mCi untuk pemindai gamma (gamma scanning) telah dilakukan.Rancangan ini meliputi penentuan tebal dinding dan konstruksi kontainer. Hal ini dilakukan untukmemperoleh tebal dinding kontainer yang memenuhi kriteria keselamatan radiasi. Metode perancanganyang dilakukan adalah menghitung ekivalensi gram radium untuk aktivitas sumber radiasi 137Cs 70 mCi.Selanjutnya dengan membaca grafik ekivalensi gram radium terhadap tebal dinding kontainer untuk jaraktinjauan keselamatan tertentu, dapat diperoleh tebal dinding kontainer. Metode lain yang digunakan adalahmenghitung nilai konstanta pengurangan laju dosis pada titik tinjauan tersebut, dengan menggunakan grafikkonstanta laju pengurangan dosis tersebut versus tebal dinding, maka akan diperoleh tebal dindingkontainer. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa tebal dinding kontainer untuk sumber 137Cs 70 mCi yangmemenuhi kriteria keselamatan adalah sekitar 2,36 cm.

Kata kunci : kontainer pemindai gamma, sumber 137Cs

Abstract

THE CONTAINER DESIGN OF 137Cs70 mCi RADIATION SOURCE FOR GAMMA SCANNING. The

container design of137Cs 70 mCi radiation source for gamma scanning has been done. This design comprisesthe determination of container wall thickness and construction. Aim of this activity is to find the wallthickness in which accordance to safety criteria. Act of method planning is calculate the weight of radium(gram) equivalent to 137Cs 70 mCi radiation source activity. Furthermore, the container wall thickness canbefound by read the chart of gram radium equivalent versus wall thickness in the certain distance. The othermethod is calculate the value of dose reduction factors for certain point, by chart of protection factor from137Cs gamma source based on reduction factors versus wall thickness. Result of this determinstion shows thatthe wall thickness of the container for 137Cs 70 mCi gamma source in which accordance to safety criteria is2,36 cm.

Keywords: container 0.( gamma scanning, 137Cs source

PENDAHULUAN

Pemanfaatan teknik nuklir di bidangindustri cukup beraneka ragam, antara lainadalah untuk pemeriksaan keretakan barangyang diproduksi, hasil pengelasan, konstruksigedung, ketebalan kertas, kolom bejana dansebagainya. Semua kegiatan ini harnsmengikuti suatu pedoman yang digunakan,

yaitu harns memenuhi kriteria keselamatankerja radiasi. Paparan radiasi menurnt pedomantersebut ditinjau pada jarak 1 meter adalahsebesar 0,05 mR/jam. [1]

Pada kegiatan pemeriksaan kolom bejanayang menggunakan alat pemindai gamma(gamma scanning) sumber radiasi yangdigunakan dimasukkan ke dalam suatu

Sri Mulyono 225 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

kontainer. Ketentuan keselamatan radiasitersebut juga berlaku untuk kontainer sumberradiasi pemindai gamma ini. Oleh karena itu,semua proses pembuatan kontainer sumberradiasi hams didasarkan pada ketentuankeselamatan tersebut, mulai dari peraneanganhingga proses fabrikasi.

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIR

YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006ISSN 1978-0176

manusla dan lingkungan. Ketebalan ill!diraneang berdasar pada besar aktivitas danenergi sumber radiasi, serta jenis bahankontainer. Perhitungan seeara matematisdisampaikan dalam makalah ini.

TEOR!

Kontainer sumber radiasi 137Cs untukpemindai gamma mempunyai dua fungsi, yaitusebagai kontainer ketika sumber sedang tidakdigunakan. Fungsi yang kedua adalah sebagaikolimator ketika sumber sedang digunakanuntuk pemeriksaan. [2] Walaupun demikian,kedua keadaan fungsi ini hams mengaeukepada kriteria keselamatan radiasi danlingkungan. Dalam peraneangan dan pembuatankontainer ini jenis dan ketebalan bahan, sertajenis radiasi gamma akan menjadipertimbangan utama. Jenis bahan akan terkaitdengan koefisien serapan linier bahan terhadapjenis radiasi yang digunakan. Hal ini juga akanterkait dengan tebal bahan yang akanberpengaruh pada daya serap bahan terhadapradiasi tersebut. Oleh karena itu, jika bahankontainer berbentuk senyawa, maka hamsdihitung koefisien serapan linier senyawaberdasar pada koefisien serapan linier unsurpembentuk senyawa.

Karena disintegrasi sumber radiasigamma 137Cs mempunyai energi tunggalsebesar 0,662 MeV, maka hams dieari jugabesamya nilai konstanta gamma Ky yangnantinya akan digunakan dalam perhitungan. [3]Berdasar pada British Standards 4094: Part 1­1966, Data on Radiation Shielding fromIoninzing Radiation, diperoleh nilai konstantaKy untuk energi 0,662 MeV adalah sebesar 4Rljam mCi em, sedangkan untuk sumber radiasigamma dari 226Raadalah sebesar 8,4 Rljam mCiemJ4] Jadi perbandingan antara konstantagamma 226Ra dan 137Cs adalah 0,4. Untukmenentukan tebal dinding kontainer dapatdigunakan grafik ekivalensi aktivitas dalamgram radium versus jarak tinjauan sepertitertera pada GambaI' 2. Selanjutnya dihitungtebal paro menggunakan Persamaan 1.[5]

1/ 10 e'lJX

0,5 = e'lJX

GambaI'1.BaganSistemPemindaiGamma

1. Bejanayangdiperiksa2. Kontainerdengansumbergamma3. Detektornuk1ir4. Radiasigammasebagaisumbertitik5. Tray liquid

GambaI' 1 mernpakan bagan sistempemeriksaan suatu bejana eairan (liquid).Kontainer hams mampu mengarahkan sumberkepada detektor melalui dinding bejana, danmampu mengungkung radiasi sedemikiansehingga dapat membatasi paparan radiasi yangkelingkungan. Selain itu kontainer juga hamstahan terhadap benturan, karena pemakaian dilapangan memungkinkan terjadinya benturandengan sistem mekanik atau struktur bangunandi sekitar pemeriksaan.

Pada penelitian ini, diraneang suatukontainer sumber radiasi 137Cs 70 mCi untukperalatan pemindai gamma, yang digunakandalam proses pemeriksaan kolom bejana, ataupipa. Pemilihan besamya aktivitas inidisesuaikan dengan gamma scanning yang telahdibuat oleh IAEA, dimana dengan aktivitassebesar ini telah eukup untuk pemeriksaanbejana dengan diameter lebih dari 2 meter.[2]

Tebal kontainer hams memenuhi kriteriakeselamatan radiasi.sehingga pemanfaatanradiasi gamma 137Cs tidak berbahaya bagi

x

dengan :

0,693//1 (1)

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 226 Sri Mulyono

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

METODE PENELITIAN

Dengan menerapkan nilai k sebagaiordinat pada grafik reduksi radiasi gammaterhadap tebal dinding kontainer timbal untuksumber radiasi 137Cs pada Gambar 3, akandiperoleh besamya tebal dinding kontainer.Agar kriteria keselamatan radiasi dipenuhi, nilaitebal dinding yang diperoleh dengan grafik inihams ditambah dengan besamya nilai HVL. [6]

10 Intensitas radiasi sebelum melewatibahan

1 Setengah intensitas radiasi sesudahmelewati bahan

m : Koefisien serapan linier bahan, em-Ix : Tebal paro kontainer (HVL), em

Jika jarak suatu titik tinjauan ditetapkanR meter, maka dapat dihitung besar dosisradiasi gamma dari sumber 137Csmenggunakan Persamaan 2. [5]

dengan :M : Ekivalen gram radium kuantum gamma

I37CS

D : Laju dosis radiasiKy Konstanta radiasi gamma 226RaR : Jarak titik tinjauan, m

Jika Do adalah besamya laju dosis padatitik tinjauan, maka pengurangan nilai laju dosisD di setiap titik dapat dihitung denganPersamaan.(3)

k

Berdasar dari referensi yang digunakan,besamya nilai !-IIp timbal (Pb) untuk energi0,6MeV adalah 0,0792 em2/g, sedang untukenergi 0,8MeV adalah 0,0525 em2/g. Untukenergi 0,662MeV tidak tersedia data besamyanilai !-liP, maka perhitungan dilakukan denganregresi linier dan diperoleh besamya nilai !-IIpPbsebesar 0,1093 em2/g. Jadi besamya nilai ~ =0,1093 x 11,3 = 1,24 em-I. Nilai HVL timbal :untuk energi 0,662 MeV x = 0,693/1,24 = 0,56em.

Tebal dinding kontainer yang terbuat dariPb untuk sumber radiasi gamma dari 137Cs70mCi berdasar pada ekivalen gram radiumdihitung sebagai berikut :

Konstanta kesebandingan 226Radan 137Cs= 4 R/jam mCi em : 8,4 R/jam mCi em = 0,4

Jadi untuk aktivitas sumber radiasi 70

mCi pada jarak tinjauan satu meter ekivalendengan aktivitas sumber radiasi dari radiumsebesar : 70 x 0,4 m gram radium = 28 m gramRa. Dengan menggunakan grafik pada Gambar2 diperoleh tebal dinding kontainer timbal = 1em. Agar eukup aman dalam penggunaansumber, maka nilai tebal dinding tersebut hamsditambah dengan nilai HVL, sehingga tebaldinding kontainer = 1 em + 0,56 em = 1,56 em.

Perhitungan ketebalan yang didasarkanpada faktor reduksi laju dosis radiasi denganmenggunakan Persamaan 3. Besamya nilai lajudosis untuk aktivitas sumber sebesar 70 mCi

dan energi 0,662MeV pada jarak tinjauan satumeter, dengan asumsi lama penyinaran 6 jamadalah :

D (M x ky x t) I R2

(70 x 0,4 x 8,4 x6) 1104 = 0,168DIDo

0,168 I 00,5 = 3,36

Dengan menggunakan Gambar 3 pada k= 3,36 diperoleh tebal dinding sekitar 1,3 em.Jadi tebal dinding kontainer kurang lebih = 1,3em + 0,56 em = 1,86 em.

Kedua eara untuk menentukan ketebalan

dinding kontainer ini menghasilkan nilai yanghampir sarna yaitu sekitar 1,8 em. Ketebalan iniperlu diverifikasi lebih lanjut, agar ketikadilakukan pembuatan kontainer yangsebenamya, kontainer ini mampu mengungkungradiasi dengan baik, sehingga paparannya tidakberbahaya bagi manusia dan lingkungan.

(2)

(3)

D = (M x Ky x t) I R2

k = D I Do

Penentuan TebaI Dinding Kontainer

Pada penelitian ini, bahan dindingkontainer dibuat dari timbal. Alasan pemilihanbahan timbal adalah bahwa pada energi 0,662MeV, koefisien serapan massa untuk semuajenis bahan hampir sarna, sehingga koefisienserapan liniemya tergantung pada nilai massajenisnya. Timbal mempunyai massa jenis yangbesar, sehingga euklJp baik jika digunakansebagai bahan kontainer. Selain itu, bahantimbal murah dan mudah didapat serta mudahdipabrikasi

Untuk menghitung tebal dinding, hamsditentukan besamya nilai !-lip timbal untukradiasi gamma dengan energi 0,662MeV.

Sri Mulyono 227 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

KESIMPULAN

6. S.RUMY ANTSEV, 1967, Industrial Radiology,MIR Publisher, Moscow.

5. R.M. SINGRU, 1972, Introduction toExperimental Nuclear Physics, Wiley EasternPrivate Limited, New Delhi.

4. BRITISH STANDARDS 4094 PART 1-1966,1966, "Data on Shielding from IonizingRadiation", British Standards Institution,London.

LAS.Gamma

Library,

Berat timbal yang diperlukan = 85,56 x 11,3

gram = 933,24 gram ;;:0 1 kg. Hasil raneangankonstrnksi kontainer seperti pada Gambar 4Lampiran 3. Untuk keperluan pabrikasi, perludilihat skedul pipa SS yang ada, sehinggaketebalan yang diinginkan tereapai. Diametersilinder pipa SS diusahakan sarna, tetapi kalautidak ada yang sesuai ukuran diametemya,maka harns diambil skedul yang lebih tinggi.

3. A.J. DUIVENSTIJN ANDVENVERLOO, 1963, PracticalSpectroscopy, Philips TechnicalEindhoven, Netherlands.

DAFTAR PUSTAKA

1. BADAN PENGA WAS TENAGA NUKLIR,1999, "Ketentuan Keselamatan RadiografiIndustri, SK Ka. BAPETEN No 08IKaBapeten/V-99", Seri Peraturan KeselamatanNuklir, Badan Pengawas Tenaga NuklirRepublik Indonesia, Jakarta.

2. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGYAGENCY, 2002, "Radioisotope Applicationsfor Troubleshooting and OptimizingIndustrial Processes", Regional CooperativeAgreement, Printed by IAEAlRCA in India.

Dari hasil raneangan ini dapatdisimpulkan bahwa ketebalan dinding yangdiperoleh dengan dua eara perhitungan adalahsebesar 1,56 em dan 1,86 em. Untuk keperluanproteksi radiasi, maka tebal yang disarankanadalah sebesar 2,36 em. Ketebalan ini masihharns diverifikasi terlebih dahulu, sebelumkontainer ini dipabrikasi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil perhitungan tebal kontainer denganeara pertama dan kedua masing-masing sebesar1,56 em dan 1,86 em. Terlihat adanyaperbedaan hasil perhitungan sebesar 0,3 em.Perbedaan ini dipengarnhi oleh kejelian melihatgaris pada gambar grafik yang digunakan.Apabila pemegang sumber yang terbuat daristainless-steel (88) mempunyai diameter 1 em,maka tebal dinding kontainer sebaiknyaditambah 0,5 em, sehingga tebal total dindingkontainer: 1,86 em + 0,5 em = 2,36 em

Karena kontainer berbentuk silinder danterbagi menjadi dua bagian yaitu bagian atasdan bawah, maka volume timbal yangdiperlukan = 2 x 1t 2,362 x 2,36 = 85,56 em3.

Konstruksi Kontainer

Kontainer berfungsi sebagai alat untukmenyimpan sumber, bentuk kontainer adalahsilinder, paparan kesegala arah diharapkansarna. Konstruksi kontainer ini harns memenuhikriteria keselamatan radiasi seperti telahdijelaskan di atas. Selain itu juga harnsmemenuhi beberapa sifat mekanik, antara lainkuat dan tahan benturan serta tidak mudahkorosi karena kondisi lingkungan. Bahan yangmemenuhi kriteria ini adalah pipa stainless­steel (88), namun ukurannya harns disesuaikandengan diameter silinder timbal. Apabilaukuran standar SS tidak ada yang sesuai, makadiameter silinder timbal harns menyesuaikandengan ukuran standar SS, dengan mengambilukuran diameter yang lebih besar, sehinggakriteria keselamatan radiasi akan tetapterpenuhi. Tebal pipa SS minimum 5 mm, agarbila diperlukan ulir pada dinding pipa dandilakukan penghalusan permukaan, ketebalanpipa masih memadai. Karena kontainer initerdiri atas dua bagian pokok, yaitu bagian atasdan bagian bawah. Karena bagian atas akantertarik ke atas bila sistem beroperasi, makasilinder timbal bagian atas dieor pada pada pipaSS dengan ukuran yang sedikit lebih keeilsehingga memudahkan gerak silinder kontainerbagian atas. Jarak pemisahan antara kontainerbagian atas dan bawah ini dibuat maksimum 2em, sehingga sumber yang dipanearkan dapatdianggap sebagai sumber titik. Kontainerbagian bawah adalah bagian yang tetap artinyabagian ini diikat tetap pada alas kontainer.

228Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN Sri Mulyono

TANYAJAWAB

desain mekanis untukagar sumber dapat keluar ?

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Pertanyaan :

1. Bagaimanamengangkat(Suroso)

2. Mengapa dipilih desain kontainer untuk 70/!Ci ?(Suryo rancono)

LAMPIRAN 1.

II ./Pft', 1'4il.um tf.irdtn e

JII'$'1.'s·/.HP~. ltJ

4'1J.,2'1I.S·

la8s

4

J21.5

I34 UIJIUuJJ<VWI.IUU

Gambar 2. Grafik Ekiva!ensi Aktivitas Dalam GramRadium Dengan Jarak Tinjauan dan Teba! Dinding

Dinding Kontainer Atau Shielding

Jawaban :

1. Pakai geling yang digerakan dengan motor.2. Untuk keselamatan radiasi adalah untuk

aman yang dipersyaratkan (IAEA) 70­lOOIlCi untuk bejana yang besardiametemya 5 meter.

LAMPIRAN 2.

Gambar 3. Grafik Reduksi Radiasi Gamma VersusTeba! Dinding Kontainer Untuk Sumber 137Cs

Sri Mulyono 229 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

LAMPlRAN 3.

i

I ""wld.ng tomb.1

1 ~t.",.•••,t••1

Gambar 4. Gambar Konstruksi Kontainer 137Cs 70 mCi

1. Lubang pengikat gantungan2. Baut pengikat kontainer dengan casing3. Pengangkat shielding4. Baut pengikat shielding dengan kontainer5. Pengikat kontainer dengan cxasing6. Tutup casing7. Casing container8. Shielding timbal bagian atas9. Wadah sumber radioaktif10. Shielding timbale bagian bawah11. Label kontainer

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 230 Sri Mulyono