TUGAS FISIKA RADIASI NAMA : RANI HUMAIRA NIM/BP PRODI RINGKASAN : 17505/2010 : FISIKA

MATERI A. PENGGUNAAN TEKNIK NUKLIR DALAM BIDANG HIDROLOGI Radioisotop untuk hidrologi

Salah satu aplikasi penggunaan radioisotop adalah sebagai perunut dalam studi hidrologi. Teknik perunut merupakan salah satu teknik yang digunakan untuk mendapatkan informasi perilaku suatu sistem dengan cara menandai sistem dengan bahan tertentu, seperti misalnya radioisotop. Dengan menggunakan perunut

radioisotop, berbagai masalah dalam bidang hidrologi akan dapat dipecahkan dengan cara langsung yang jauh lebih cepat dari cara konvensional. Dalam bidang hidrologi, teknik perunutan dilakukan dengan cara memantau radiasi yang dipancarkan oleh perunut radioisotop, atau yang lebih dikenal sebagai radiotracer. Dalam studi hidrologi, radiotracer yang digunakan dilepaskan langsung ke lingkungan. Untuk dapat digunakan sebagai tracer, radioisotop harus memenuhi persyaratan : 1. Tidak berbahaya bagi manusia dan makhluk hidup di sekelilingnya 2. Jumlah radioisotop yang dilepaskan ke lingkungan harus benar-benar diperhitungkan sehingga tidak terjadi pelepasan zat radioaktif yang berlebihan ke lingkungan. 3. Radioisotop yang digunakan harus larut dalam air 4. Radioisotop tidak akan diserap oleh tanah, tanaman maupun organisme hidup lainnya Tidak dapat dipungkiri, sudah banyak manfaat yang diperoleh karena menggunakan radiotracer sebagai perunut dalam huidrologi. Selain itu radiotracer juga dapat dipakai sebagai pendukung metode non-nuklir lainnya yang telah ada. Meski tidak semua persoalan hidrologi dapat diselesaikan dengan teknik nuklir ini, namun penggunaan radiotracer seringkali merupakan satu-satunya metode yang dapat menyelesaikan persoalan. Berikut adalah contoh pengaplikasian radioisotop dalam bidang hidrologi. Pengukuran Debit Air Sungai

Metode dasar dalam pengukuran debit air sungai adalah pengenceran radiotracer. Radiotracer dalam jumlah tertentu yang tidak membahayakan lingkungan dilepas dibagian hulu sungai dan kemudian diukur konsentrasinya di bagian hilir. Besarnya perubahan kadar perunut karena pengenceran oleh aliran (debit) air sungai dapat diketahui dengan cara mencacah langsung intensitas radiasi dalam air sungai tersebut. Penggunaan radiotracer untuk mengukur debit air sungai terbukti lebih sederhana dibandingkan metode pengukuan menggunakan current meter, selain itu pengukuran juga dapat dilakukan lebih cepat dan dapat dilakukan pada saat banjir sekalipun. Pengukuran debit air sungai antara 300-600 m3 per detik hanya membutuhkan waktu kurang lebih satu jam, hal ini membuktikan bahwa penggunaan radiotracer jauh lebih efektif, efisien dan ekonomis. Semakin turbulen arus air sungai, semakin cepat dan baik hasil pengukurannya. Penentuan Arah Gerak Air Tanah Data gerakan air tanah pada suatu wilayah merupakan data yang sangat penting untuk berbagai keperluan, antara lain dalam kaitannya dengan pembangunan suatu bendungan, penentuan tempat penyimpanan limbah berbahaya dan sebagainya. Pergerakan air tanah selalu sesuai dengan kondisi geologinya. Sehingga untuk

mengetahui pergerakan air tanah ini salah satu metode yang dapat digunakan adalah metode sumur banyak. Pada metode ini radiotracer diinjeksikan ke dalam sumur yang berada di tengah-tengah, dengan demikian radiotracer tersebut akan larut dan kemudian bercampur dengan air tanah. Radiotracer yang terlarut selanjutnya akan terbawa ke manapun air tanah mengalir. Dengan mencacah intensitas radiasi pada air tanah di sumur-sumur lain yang ada di sekelilingnya, maka arah gerakan air tanah di tempat tersebut dapat dengan mudah ditentukan, yakni dengan cara mengetahui ada atau tidaknya radiotracer yang terlarut dalam air. Dalam hal ini, radiotracer hanya akan ditemukan pada air tanah di sumur-sumur tertentu saja, ini artinya arah aliran air tanah akan menuju sumur yang air tanahnya mengandung radiotracer yang sebelumnya diinjeksikan. Selain mengetahui gerakan air tanah, teknik perunut ini juga dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran air tanah dan permeabilitasnya. Pengukuran Kadar Air Tanah Banyak alat-alat konvensional yang dirancang khusus untuk mengukur kadar air, namun jarang ada alat yang dapat melakukan pengukuran dengan teliti dan cepat, dapat dilakukan di tempat, tidak merusak dan alatnya dapat dibawa-bawa (portable). Salah satu metode yang dapat memenuhi berbagai kriteria tersebut adalah dengan menggunakan neutron. Penggunaan neutron telah banyak dimanfaatkan oleh para ahli di bidang teknik sipil, agronomi dan hidrologi untuk pengukuran kadar air dalam tanah serta kepadatan tanah, aspal dan beton. Data-data hasil pengukuran tersebut kemudian akan digunakan untuk merancang pondasi bangunan, jalan raya, pembuatan tanggul dan lain sebagainya. Sedang dalam bidang industri dan laboratorium, neutron dapat digunakan untuk pengukuran berbagai hasil akhir dan penelitian.

Teknik pengukuran kadar air tanah dengan teknik hamburan neutron (sumber : BATAN) Karena sederhana, alat pengukur kadar air dengan neutron ini diminati oleh berbagai pihak. Di dalam alat ini terdapat suatu sumber neutron cepat. Proses kerja alat ini adalah dengan memanfaatkan hasil tumbukan antara neutron cepat dengan atom hidrogen yang terdapat di dalam molekul air. Peristiwa tumbukan ini akan menghasilkan neutron-neutron termik. Jumlah neutron termik yang terbentuk akan ditangkap oleh pemantau neutron. Dimana hasil cacahan neutron yang terbaca akan sebanding dengan jumlah air yang terkandung di dalam bahan. Penentuan Gerakan Sedimen Proses pendangkalan pelabuhan merupakan proses alamiah yang tidak dapat dicegah. Jika pelabuhan dangkal, kapal-kapal besar tidak akan dapat merapat ke dermaga, sehingga proses bongkar muat barang dapat terganggu. Sedangkan proses pengerukan endapan memerlukan biaya yang sangat besar. Oleh sebab itu, pendangkalan pada suatu pelabuhan dan alur pelayaran merupakan masalah yang sangat serius karena menyangkut kelangsungan pelayanan perhubungan laut. Salah satu cara yang dapat ditempuh untuk memperkecil kecepatan

pendangkalan pelabuhan maupun alur pelayaran oleh sedimen adalah dengan mengetahui perilaku sedimen, yaitu menentukan dari mana asal dan kemana arah gerakan sedimen tersebut. Data mengenai arah pergerakan sedimen dapat digunakan untuk perencanaan penentuan posisi dan arah alur pelayaran serta menentukan tempat

untuk pembuangan endapan hasil pengerukan agar tidak kembali ke tempat semula. Semua usaha ini akan dapat mengurangi laju pendangkalan sehingga frekwensi pengerukan bisa dikurangi dan biaya untuk pengerukan bisa dihemat. Teknik pelaksanaan penentuan arah gerakan sedimen dilakukan dengan menandai sedimen yang diambil di pelabuhan dengan radioisotop seperti51Cr, 198Au

dan 46Sc atau membuat endapan tiruan yang bersifat radioaktif seperti pelapisan lumpur dengan zat radioaktif atau pasir tiruan yang diaktifkan (pasir ini dibuat dari gelas yang mengandung radioisotop192Ir

dan

46Sc).

Sedimen radioaktif tersebut selanjutnya

dilepaskan ke dasar laut di daerah yang diselidiki. Endapan radioaktif ini nantinya akan mengikuti gerak endapan asli. Metode ini dapat digunakan untuk mempelajari arah, kecepatan dan penyebaran lumpur ataupun pasir yang berperan dalam proses pendangkalan pelabuhan. Pengamatan tersebut dapat dilakukan menggunakan pemantau radiasi dari permukaan laut atau di atas kapal. Selain itu, studi ini juga dapat dipakai untuk mengetahui efisiensi transpot sedimen dan erosi.

Mempelajari arah gerak sedimen dengan perunut radioisotop (sumber : IAEA)

Penentuan Kebocoran Bendungan

Teknik perunut radioisotop juga dapat digunakan untuk menentukan letak kebocoran atau rembesan suatu bendungan atau dam. Teknik penentuan dilakukan dengan cara melepaskan radioisotop pada tempat tertentu di ireservoir (air dam) yang dicurigai sebagai lokasi kebocoran/rembesan. Radioisotop akan larut dan bercampur dengan ait sehingga apabila terjadi kebocoran pada bendungan, air yang telah bercampur dengan radioisotop akan masuk dan bergerak mengikuti arah perembesan. Dengan melakukan pengukuran tingkat radioaktivitas air yang keluar melalui mata air maupun sumur-sumur pengamatan di daerah rembesan, maka adanya rembesan beserta arahnya dapat diketahui. Penentuan laju Erosi

Peristiwa erosi dapat disebabkan baik oleh angin maupun air. Namun sebagian besar kasus erosi tanah umumnya disebabkan oleh air hujan. Dengan menandai tanah yang dipelajari dengan radioisotop, maka laju erosi tanah oleh air hujan dapat dipelajari dengan teliti. Setelah terkena air hujan, aktivitas radioisotop dalam tanah akan berkurang. Dengan cara membandingkan aktivitas radioisotop dalam tanah antara sebelum dan setelah terkena air hujan, maka laju erosi tanah dapat diketahui. Deteksi Kebocoran dan Sumbatan Pipa Bawah Tanah Mencari kebocoran dan sumbatan pipa di bawah tanah merupakan pekerjaan besar dan tidak sederhana. Dengan teknik perunut radioisotop, pekerjaan yang membutuhkan tenaga besar tersebut ternyata dapat disederhanakan. Pemeriksaan kebocoran pipa di bawah tanah dengan perunut radioisotop dapat dilakukan langsung dari permukaan tanah di atas pipa, tanpa perlu dilakukan penggalian. Metode pemeriksaan yang dilakukan adalah dengan menginjeksikan perunut radioisotop ke dalam aliran. Pergerakan radioisotop tersebut di dalam pipa dapat diikuti dari atas tanah menggunakan pemantau radiasi. Tempat yang memberikan hasil cacahan radiasi yang tinggi mengindikasikan telah terjadi kebocoran di tempat tersebut. Untuk menenukan letak sumbatan dalam pipa, sebuah polipig berisi radioisotop dimasukkan ke dalam pipa. Arah pergerakan polipig tersebut dapat diikuti dengan pemantau radiasi dari luar pipa. Polipig akan berhenti di tempat terjadinya sumbatan.

(Edited by HW)B. PENGGUNAAN TEKNIK NUKLIR DALAM BIDANG KEDOKTERAN NUKLIR DI BIDANG KEDOKTERAN DAN KESEHATAN Abad 20 ditandai dengan perkembangan yang menakjubkan di bidang ilmu dan teknologi, termasuk disiplin ilmu dan teknologi kedokteran serta kesehatan. Terobosan penting dalam bidang ilmu dan teknologi ini memberikan sumbangan yang sangat berharga dalam diagnosis dan terapi berbagai penyakit termasuk penyakit penyakit yang menjadi lebih penting secara epidemilogis sebagai konsekuensi logis dari

pembangunan di segala bidang yang telah meningkatkan kondisi sosial ekonomi masyarakat. Penggunaan isotop radioaktif dalam kedokteran telah dimulai pada tahun 1901 oleh Henri DANLOS yang menggunakan radium untuk pengobatan penyakit tuberculosis pada kulit. Namun yang dianggap Bapak Ilmu Kedokteran Nuklir adalah George C. De HEVESSY, dialah yang meletakan dasra prinsip perunut dengan menggunakan zat radioaktif. Waktu itu dia menggunakan rasioisotop alam Pb212.. Dengan ditemukannya radioisotop buatan maka radioisotop alam tidak lagi digunakan.

Radioisotop buatan yang banyak dipakai pada masa awal perkembangan kedokteran nuklir adalah I131. Akan tetapi pemakaiannya kini telah terdesak oleh Tc 99m selain karena sifatnya yang ideal dari segi proteksi dan pembentukan citra juga dapat diperoleh dengan mudah serta relatif murah harganya. Namun demikian I131 masih sangat diperlukan untuk diagnostik dan terapi, khususnya kanker kelenjar tiroid. Perkembangan ilmu kedokteran nuklir yang sangat pesat tersebut dimungkinkan berkat dukungan dari perkembangan teknologi instrumentasi untuk pembuatan citra terutama dengan digunakannya komputer untuk pengolahan data sehingga system instrumentasi yang dahulu hanya menggunakan detektor radiasi biasa dengan system elektronik yang

sederhana, kini telah berkembang menjadi peralatan canggih kamera gamma dan kamera positron yang dapat menampilkan citra alat tubuh, baik dua dimensi maupun tiga dimensi serta statik maupun dinamik. Dewasa ini, aplikasi tenaga nuklir dalam bidang kesehatan telah memberikan sumbangan yang sangat berharga dalam menegakkan diagnosis maupun terapi berbagai jenis penyakit. Berbagai disiplin ilmu kedokteran seperti ilmu penyakit dalam, ilmu penyakit syaraf, ilmu penyakit jantung, dan sebagainya telah mengambil manfaat dari teknik nuklir ini. KEDOKTERAN NUKLIR Ilmu kedokteran nulkir adalah cabang ilmu kedokteran yang menggunakan sumber radiasi terbuka berasal dari disintegrasi inti radionuklida buatan, untuk mempelajari perubahan fisiologi, anatomi dan biokimia, sehingga dapat digunakan untuk tujan diagnostik, terapi dan penelitian kedokteran. Pada kedokteran nuklir, radioisitop dapat dimasukkan ke dalam tubuh pasien (study in-vivo) maupun hanya direaksikan saja dengan bahan biologis antara lain darah, cairan lambung, urine dan sebagainya, yang diambil dari tubuh pasien yang lebih dikenal sebagai study in-vitro (dalam gelas percobaan). Pada study in-vivo, setelah radioisotop dapat dimasukkan ke dalam tubuh pasien melalui mulut atau suntikan atau dihirup lewat hidung dan sebagainya maka informasi yang dapat diperoleh dari pasien dapat berupa :

1 Citra atau gambar dari organ atau bagian tubuh pasien yang dapt diperoleh dengan bantuan peralatan yang disebut kamera gamma ataupun kamera positron (teknik imaging). 2 Kurva-kurva kinetika radioisotop dalam organ atau bagian tubuh tertentu dan angkaangka yang menggambarkan akumulasi radioisotop dalam organ atau bagian tubuh tertentu disamping citra atau gambar yang diperoleh dengan kamera positron. 3 Radioaktivitas yang terdapat dalam contoh bahan biologis (darah, urine,dsb) yang diambil dari tubuh pasien, dicacah dengan instrumen yang dirangkaikan pada detector radiasi (teknik non-imaging). Data yang diperoleh baik dengan teknik imaging maupun non-imaging memberikan informasi mengenai fungsi organ yang diperiksa. Pencitraan (imaging) pada kedokteran nuklir dalam beberap hasl berbeda dengan pencitran dalam radiologi. (tabel 1) TABEL 1 : Perbandingan Pencitraan pada Kedokteran Nuklir dengan Pencitraan pada Radiologi

Pada studi in-vitro, dari tubuh pasien diambil sejumlah tertentu bahan biologis misalnya 1 ml darah. Cuplikan bahan biologis tersebut kemudian direaksikan dengan suatu zat yang telah ditandai dengan radioisotop. Pemeriksaannya dilakukan dengan bantuan detektor radiasi gamma yang dirangkai dengan suatu sisteminstrumentasi. Studi semacam ini biasanya dilakukan untuk mengetahui kandungan hormon hormon tertentu dalam darah pasien seperti insulin, tiroksin dan lain-lain. Pemeriksaan kedokteran nuklir banyak membantu dalam menunjang diagnosis berbagai penyakit seperti penyakt jantung koroner, penyakit kelenjar gondok, gangguan

fungsi ginjal, menentukan tahapan penyakit kanker dengan mendeteksi penyebarannya pada tulang, mendeteksi pendarahan pada saluran pencernaan makanan dan menentukan lokasinya, serta masih banyak lagi yang dapat diperoleh dari diagnosis dengan penerapan teknologi nuklir yang pada saat ini sangat berkembang pesat. Di samping membantu penetapan diagnosis, kedokteran nuklir juga berperanan dalam terapi penyakit penyakit tertentu, misalnya kanker kelenjar gondok, hiperfungsi kelenjar gondok yang membandel terhadap pemberian obat obatan non radiasi, keganasan sel darah merah, inflamasi (peradangan) sendi yang sulit dikendalikan dengan menggunakan terapi obat-obatan biasa. Bila untuk keperluan diagnosis, radioisotope diberikan dalam dosis yang sangat kecil, maka dalm terapi radioisotop sengaja diberikan dalam dosis yang besar terutama dalam pengobatan terhadap jaringan kanker dengan tujuan untuk melenyapkan sel-sel yang menyusun jaringan kanker itu.

Di Indonesia, kedokteran nuklir diperkenalkan pada akhir 1960-an, yaitu setelah reaktor atom Indonesia yang pertama kali mulai dioperasikan di Bandung. Beberapa tenaga ahli Indonesia dibantu oleh tenaga ahli dari luar negeri merintis pendirian suatu

unit kedokteran nuklir di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknik Nuklir di Bandung. Unit ini merupakan cikal bakal Unit Kedokteran Nuklir RSU Hasan Sadikin, Fakultas Kedokteran Universitas Padjajaran. Menyusul kemudian unit-unit berikutnya di Jakarta (RSCM, RS Pusat Pertamina, RS Gatot Subroto) dan di Surabaya (RS Soetomo). Pada tahun1980-an didirikan unit-unit kedokteran nuklir berikutnya di RS Sardjito (Yogyakarta), RS Kariadi (Semarang), RS jantung Harapan Kita (Jakarta) dan RS Fatmawati (Jakarta). Dewasa ini di Indonesia terdapat 15 rumah sakit yang melakukan pelayanan kedokteran nuklir dengan menggunakan kamera gamma, disamping masih terdapat 2 buah rumah sakit lagi yang hanya mengoperasikan alat penatah ginjal yang lebih dikenal dengan nama Renograf. PEMANFAATAN TEKNIK NUKLIR DI LUAR KEDOKTERAN NUKLIR Di luar kedokteran nuklir, teknik nuklir masih banyak memberikan sumbangan yang besar bagi kedokteran serta kesehatan, yaitu misalnya : 1. TEKNIK PENGAKTIVAN NEUTRON Teknik nuklir ini dapat digunakan untuk menentukan kandungan mineral tubuh terutama untuk unsur-unsur yang terdapat dalam tubuh dengan jumlah yang sangat kecil (Co, Cr, F, Fe, Mn, Se, Si, V, Zn, dsb) sehingga sulit ditentukan dengan metoda konvensional. Kelebihan teknik ini terletak pada siftanya yang tidak merusak dan kepekaannya yang sangat tinggi. Disini contoh bahan biologic yang akan diperiksa ditembaki dengan neutron 2. PENENTUAN KERAPATAN TULANG DENGAN BONE DENSITOMETER Pengukuran kerapatan tulang dilakukan dengan cara menyinari tulang dengan radiasi gamma atau sinar-X. Berdasarkan banyaknya radiasi gamma atau sinar-X yang diserap oleh tulang yang diperiksa maka dapat ditentukan konsentrasi mineral kalsium dalam tulang. Perhitungan dilakukan oleh komputer yang dipasang pada alat kekeroposan tulang (osteoporosis) yang sering menyerang wanita pada usia menupause (mati haid) sehingga menyebabkan tulang mudah patah. 3. THREE DIMENSIONAL CONFORMAL RADIOTHERAPY (3D-CRT) Terapi dengan menggunakan sumber radiasi tertutup atau pesawat pembangkit radiasi telah lama dikenal untuk pengobatan penyakit kanker. Perkembangan teknik elektronika maju dan peralatan komputer canggih dalam dua dekade ini telah membawa perkembangan pesat dalam teknologi radioterapi. Dengan menggunakan pesawat pemercepat partikel generasi terakhir telah dimungkinkan untuk melakukan radioterapi kanker dengan presisi dan tingkat keselamatan yang tinggi yang akan dikenai radiasi, memformulasikan serta memberikan paparan radiasi dengan dosis yang tepat pada target.

Nuklir untuk kesehatan Aplikasi teknik nuklir dalam bidang kesehatan telah memberikan sumbangan yang sangat berharga dalam menegakkan diagnosis maupun terapi berbagai jenis penyakit. Selain itu, teknik nuklir berperan pula dalam kajian dan penelitian untuk lebih memahami proses anatomi, fisiologi, patofisiologi, dan metabolik dari kelainan mulai dari tingkat selluler sampai dengan molekuler yang terjadi pada berbagai organ tubuh manusia. Berbagai disiplin ilmu kedokteran seperti ilmu penyakit dalam, ilmu penyakit syaraf, ilmu penyakit jantung, anak, onkologi, urologi dan lainnya telah memanfaatkan teknik nuklir ini. Selama ini kita hanya mengenal radiasi yang dimanfaatkan di bidang radiologi, prinsip dasar radiasi di sini merupakan proses ionisasi sehingga dikenal sebagai radiasi pengion, menggunakan sumber radiasi tertutup, dan hasil yang terlihat lebih banyak memberikan informasi mengenai anatomi, dengan peralatan seperti; Sinar X, CT scan baik dalam bentuk 64, 128 maupun 256 slices, USG (non radiasi namun hasil dalam bentuk anatomi) dan lainnya. Pada saat ini teknik nuklir juga banyak dimanfaatkan dalam bidang kesehatan antara lain untuk pengaweta; bank jaringan seperti placenta untuk luka bakar, bone graft untuk menutupi bekas tindakan operasi pada tumor di tulang termasuk juga untuk menambal rahang di bagian gigi dan mulut, untuk sterilisasi peralatan instrumentasi kedokteran termasuk juga kondom dan bahanbahan obat serta makanan. Bila kita melihat perkembangan ke ilmuan khususnya di bidang kedokteran yang memanfaatkan radiasi pada saat ini sudah keilmuan dengan memanfaatkan sumber radiasi dibagi atas 3 bagian besar spesialistik antara lain; 1. Radiodiagnostik; kegiatan penunjang diagnostik menggunakan perangkat radiasi sinar pengion (sinar x), untuk melihat fungsi tubuh secara anatomi. Ahli dalam bidang ini dikenal sebagai radiolog (Sp.Rad).

2. Radioterapi; kegiatan terapi radiasi eksternal dengan sumber radiasi tertutup, menggunakan teknik penyinaran secara fraksinasi. dalam bentuk brakiterapi

maupun

teleterapi.

Ahli

dalam

bidang

ini

dikenal

sebagai

radioonkolog(Sp.Rad.Onk). 3. Kedokteran nuklir; kegiatan penunjang diagnostik secara in- vivo, in- vitro dan terapi radiasi interna menggunakan sumber radiasi terbuka. Ahli dalam bidang ini dikenal sebagai spesialis kedokteran nuklir(Sp.KN).