BAB 8 PROTEKSI RADIASI
Semua zat radioaktif dan radiasi mengandung bahaya luar dan dalam. Yang dimaksud dengan radiasi disini adalah radiasi pengion seperti sinar x, sinar gamma dan partikel bermuatan. Bahaya luar diakibatkan oleh pemaparan luar ( external exposure) sedang bahaya dalam diakibatkan oleh pemaparan dari dalam (internal exposure). Ada Ada 3 prinsi prinsipp yang yang dapat dapat diguna digunakan kan untuk untuk menag menagaa atau atau menga menga!as !asi"m i"meng engont ontrol rol pemaparan terhadap bahaya radiasi # ($) menghilangkan bahaya, dalam hal ini elas tidak dapat menggunakan atau bekera dengan radiasi, (%) menga!asi bahaya, dalam hal ini memerlukan pengetrapan disain yang tepat untuk daerah kera dan penggunaan peralatan yang baik untuk mengurangi bahaya, dan (3) menga!asi pekera"orang, dalam hal ini memerlukan pengukuran se&ara berkala untuk mengontrol radiasi yang diterima orang dan sekelilingnya. 8.1 Interaksi Radiasi Radiasi dengan dengan Materi 8.1.1 Radiasi Partikel Partikel Bermuatan Bermuatan
'ehilangan energi radiasi partikel bermuatan dalam suatu media adalah sebagai hasil interaksi interaksi elektroma elektromagneti gnetikk partikel partikel bermuatan bermuatan dengan atom dan molekul molekul media. media. Sifat dan mekanisme kehilangan energi tergantung dari muatan, ke&epatan partikel dan sifat media. 'e&epatan hilangnya hilangnya energi yang biasa disebut disebut stoping po!er, d"dx , adalah −
dE dx
=
+π k % e + z % nZ m* v %
ln
%m* v % I ave
(.$)
k adalah adalah konstanta konstanta gaya gaya -oulomb, -oulomb, ze muatan muatan partikel partikel berat, berat, m * massa massa ele&tron, ele&tron, ke&epata ke&epatann partikel berat, dan n/ umlah ele&tron ele&tron persatuan persatuan olume dalam bahan. bahan. Se&ara Se&ara eksperimen, kehilangan energi ditentukan oleh umlah pasangan ion yang dibentuk sepanang lintasan partikel dalam bahan. 0ika ratarata diperlukan energi sebesar ! untuk menghasilkan sepasang ion (inti positif dan ele&tron), sedangkan umlah pasangan ion yang terbentuk per satuan panang adalah i , maka −
8.1.2 Radiasi x dan amma
dE dx
= wi
(.%)
1onisasi yang teradi karena interaksi radiasi x atau gamma (2) dengan materi akan lebih banyak daripada yang ditimbulkan oleh partikel bermuatan, karena ele&tron yang yang dikeluarkan dari atom masih mempunyai energi yang &ukup besar untuk mengionisasi atom yang lain. eristi!a utama yang teradi adalah # efek fotolistrik, hamburan -ompton dan produksi pasangan. (1) E!ek "#t#listrik
Bila foton mengenai ele&tron dalam suatu orbit dalam atom, sebagian energi foton (4 *) digunakan untuk mengeluarkan elektron dari atom dan sisanya diba!a oleh elektron sebagai energi kinetiknya. Seluruh energi foton dipakai dalam proses tersebut # 5 4* 6 '
(.3)
eristi!a efek fotolistrik ini teradi pada energi yang rendah ( $ 7e) dan / yang besar. 8ntuk radiasi energi rendah foton berinteraksi dengan elektron orbit luar dan bila energi radiasi lebih besar, ele&tron dari orbit dalam yang akan dikeluarkan. Bila elektron dikeluarkan dari orbit yang lebih dalam, kekosongan yang teradi akan diisi oleh salah satu elektron dari orbit luar dan teradilah peman&aran sinar x. 'adangkadang sinar x ini akan mengenai dan mengeluarkan elektron dari orbit luar dengan energi yang sama dengan energi sinar x dikurangi dengan energi ikat elektron. lektron sema&am ini disebut elektron Auger. roses ini teradi dalam materi dengan nomor atom berat. 9alam unsur radioaktif yang meman&arkan sinar gamma akan teradi fotolistrik di dalam yang disebut internal conversion, dimana 2 yang keluar akan membebaskan elektron dari orbit yang lebih dalam. (2) $am%uran &#m't#n
8ntuk energi foton atau gamma yang terletak antara :** ke dan : 7e peristi!a interaksi yang dominan teradi dalam unsur ringan dan sedang adalah hamburan -ompton.Selain elektron dibebaskan dari atom, foton dihamburkan dengan sudut ; dengan panang gelombang yang berlainan. erbedaan panang gelombang <= < memenuhi persamaan λ >−λ =
h m* c
($ − &os θ )
(.+)
9ari hukum kekekalan energi berlaku hf 5 hf? 6 ' . nergi foton yang dihamburkan (hf=) besarnya
hf > =
m* c % m* c % hf
+ $ − &os θ
(.:)
nergi elektron yang dikeluarkan adalah E k
=
( hf ) % ($ − &os θ ) m* c %
+ hf ($ − &osθ )
(.@)
ubungan antara sudut ; dan adalah
&ot g ϕ = −$ +
θ tan m* c % % hf
(.C)
(3) Pr#duksi Pasangan
Doton, bila berinteraksi dengan medan listrik sekeliling partikel bermuatan, dapat hilang dan diganti dengan pembentukan pasangan ele&tronpositron. eristi!a ini banyak teradi di daerah dekat inti atom. nergi terke&il agar teradi peristi!a produksi pasangan ialah sama dengan % m*&% 5 $,*% 7e. Bila energi kinetik elektron dan positron masingmasing E dan E6
8.2 Radiasi (eutr#n
7enurut tingkat energi, neutron dapat diklasifikasi sebagai berikut # ($) neutron lambat (nF*,*%: e), (%) neutron termik (*,*%: e FnF*,: e), (3) neutron epitermik (*,: eFnF$* ke), (+) neutron &epat ($* keFnF$* 7e), (:) neutron relatiitik (nG$* 7e). Heutron termik akan ditangkap oleh inti atom materi yang dilalui, hingga akan teradi inti yang tidak stabil yang akan meman&arkan sinar gamma atau partikel lain. ada umumnya teradi reaksi inti (n,2),(n,p),(n,I). 9alam uranium dan plutonium akan teradi reaksi fisi. 1onisasi yang teradi sebagai hasil dari interaksi neutron termik dengan materi adalah proses sekunder. 1onisasi dilakukan oleh sinar gamma yang keluar atau partikel bermuatan lain yang dihasilkan dari reaksi inti yang teradi. eristi!a interaksi yang teradi untuk neutron termik dan neutron &epat kebanyakan berupa hamburan elastis dan inelastis, karena neutron tidak bermuatan. 8.) Pem%entukan Radikal
0umlah ion yang teradi akibat interaksi radiasi dengan materi adalah umlah ionion primer yang teradi langsung pada interaksi ditambah dengan umlah ionion sekunder yang teradi seperti halnya dalam interaksi sinar x atau 2 dengan materi. lektron yang dibebaskan dari ikatannya mempunyai energi kinetik yang &ukup untuk mengionisasi atomatom materi yang lain. 1onion yang teradi dalam materi sistem biologi akan membentuk molekul molekul baru atau membentuk radikal bebas yang akan merusak fungsi sel biologi. 'arena sel biologi pada umumnya sebagian besar terdiri dari molekulmolekul air maka akan teradi reaksi ionisasi air dan pembentukan radikal bebas (JK) dari air dan bahan organik. Ladikal ini mengadakan reaksi molekuler hingga terbentuk %J% peroksida lain yang merupakan ra&un untuk tubuh manusia. 8.* Atenuasi
Bila umlah ionisasi yang dibentuk (1) sebelum dan sesudah melalui suatu lapisan materi diukur, maka akan terlihat bah!a pengurangan umlah ionisasi persatuan panang dI dx
= − µ I
(.)
9imana M adalah koefisien atenuasi linier. ersamaan di atas menghasilkan I = I * e − µ x
(.N)
ada umumnya digunakan pengertian koefisien Obsorbs massa, dimana M dalam persamaan di atas diganti dengan M"P, dimana P adalah kerapatan penyerap. Eebal lapisan materi dimana intensitas yang keluar menadi setengah dari intensitas yang datang disebut QR (alf Qalue Rayer) atau lapisan harga paro. Besarnya QR (x ) dapat ditentukan se&ara $ %
I *
= I * e − µ x *,@N3 x $ = $ %
%
µ
(.$*)
8.+ Beasaran dan Satuan Radi#l#gi
1-L8 (1nternational -ommission on Ladiologi&al 8nits and 7easurements) menentukan besaranbesaran radiologi beserta satuannya yang banyak digunakan dalam bidang proteksi radiasi.
8.+.1 Pema'aran ,ex'#sure-
emaparan (T) adalah perbandingan umlah muatan listrik semua ion dari satu tanda yang ditimbulkan dalam udara (U V), bila semua elektron yang dikeluarkan oleh foton dalam elemen olume udara dengan massa U m, seluruhnya berhenti dalam udara ∆Q X = ∆m (.$$) Satuan # Loentgen (L) # $ L 5 %,: x $*+ -"kg 8.+.2 Kee'atan Pema'aran ,ex'#sure rate-
'e&epatan pemaparan (L) ialah besar pemaparan per satuan !aktu. ∆ X ER = ∆t Satuannya L 5 L"am
(.$%)
8.+.) D#sis sera' ,a%s#r%ed d#se-
9osis serap (9) ialah perbandingan energi yang diberikan oleh radiasi pengion kepada materi (U 9) dalam elemen olume yang mempunyai massa U m. D
=
∆ E D ∆m
(.$3)
Satuannya # rad # $ rad 5 $** erg"g 5 $* % 0"kg 8.+.* /inear Energ0 Trans!er ,/ET-
Rinear nergy Eransfer partikel bermuatan dalam materi ialah perbandingan energi ratarata yang diberikan setempat pada materi oleh partikel bermuatan dengan energi tertentu (d) yang melalui arak dl E! =
Satuan # RE #erg"&m
dE dl
(.$+)
8.+.+ D#sis ekialen ,DE-
Seumlah energi serap yang sama dari berbagai ma&am radiasi akan menimbulkan efek yang berbeda. 'arenanya untuk pengukuran digunakan terminology Lelatie Biologi&al ffe&tieness (LB) yang didefinisikn sebagai
serap sinar x (%:* kQ) yang menimbulkan efek biologi tertentu LB 5 9osis 9osis enis radiasi yang menimbulkan efek biologi yang sama fek biologi suatu ma&am radiasi adinya tergantung pada dosis serap dan LB. Satuan radiologi yang baru didefiniikan ialah Loentgen Wuialent 7an (L7), sebagai dosis serap radiasi yang se&ara biologi ekialen dengan dosis serap satu rad radiasi sinar x. 9 (rem) 5 9 (rad) x LB (.$:) Daktor LB biasanya digunakan dalam bidang radiobiology, sedang dalam bidang proteksi radiasi digunakan fa&torfaktor modifikasi, ialah Vuality Da&tor (VD) yang tergantung pada RE, dan Daktor 9istribusi (9D), fa&tor efek biologi distribusi zat radioaktif yang non uniform di dalam tubuh 9 5 9 x VD x 9D
(.$@)
Satuan 9 dalam rem , 9 dalam rad. 8.+. $u%ungan antara R#entgen dan Rad
7enurut Bragg Xray, energy radiasi diterima materi sebesar µ # . " ρ nergi yang diterima 5
(.$C)
µ ρ 5 koefisien absorbs massa 4 5 energy pembentukan satu pasang ion 0 5 umlah pasang ion per gram massa Bila diambil harga 4 di udara 5 3+ e"pasang ion, maka didapat 9 di udara 5 *.CC rad 9 5 dosis serap 5 pemaparan dalam satuan Loentgen
8. D#sis Maksimum 3ang Di'erkenankan
7anusia mendapatkan pemaparan radiasi se&ara kontinyu dari sumber radiasi alamiah dan sinar kosmis. 9osis ratarata yang diterima dari radiasi alamiah ini diperkirakan $** milirem per tahun, meskipun pada beberapa tempat radiasi alamiahnya ( $ackground
radiation) ada yang $*3* kali lebih besar.
emaparan radiasi yang besar dapat menimbulkan berbagai kerusakan dalam tubuh manusia seperti skin er%thema& catarract& rambut gugur dan tumbuh tumor. 1-L (1nternational -ommission on Ladiologi&al rote&tion) mendefinisikan 7aximum ermissible 9ose (79) , yaitu dosis maksimum yang diperkenankan untuk perseorangan sebagai dosis radiasi akumulasi selama angka !aktu yang lama tidak mungkin memberikan kerusakan somatik maupun genetik. ada tahun $N@: 1-L memberikan rekomendasi pada limit dosis radiasi yang boleh diterima oleh dua kategori orang, yaitu a. ekera radiasi, b. 8mum Eabel $. 79 untuk ekera radiasi dan 8mum Jrgan atau 0aringan Xonad, sumsum tulang merah, seluruh tubuh 'ulit, tulang,dan thyroid Eangan, lengan, kaki, betis Jrgan lain Eiroid anak sampai umur $@ tahun
ekera Ladiasi
8mum
: Lem"tahun *,: Lem"tahun 3* Lem"tahun 3 Lem"tahun C: Lem"tahun C,: Lem"tahun $: Lem"tahun $,: Lem"tahun $,: Lem"tahun
seperti dapat dilihat pada Eabel $. 8.4 Prinsi'5Prinsi' Pr#sedur Pr#teksi Radiasi
rinsip menghilangkan bahaya radiasi tidak mungkin dilakukan, karena berarti menghilangkan sumber radiasi. 'arena itu filosofi setiap program penga!asan atau prosedur proteksi radiasi ialah mengurangi pemaparan luar maupun dalam serendah mungkin. 9alam prakteknya dosis radiasi yang diterima harus lebih rendah dari 79. Ada tiga faktor yang menentukan pemaparan radiasi total yang diterima orang. a.
Daktor 4aktu 7akin lama seseorang berada dalam medan radiasi, makin besar pemaparan dan dosis serap yang diterima. ubungan antara pemaparan dan !aktu, bila ke&epatan pemaparan adalah V L"am dan berada dalam medan radiasi itu selama t am, maka pemaparan yang diterima adalah sebesar V x t Loentgen (.$)
Daktor !aktu ini memegang peranan dalam hal teradi ke&elakaan atau keadaan darurat di mana pekeraan harus dilaksanakan dalam medan radiasi yang kuat. b.
Daktor 0arak Bila ukuran sumber radiasi dibandingkn dengan arak adalah ke&il hingga sumber radiasi dapat dianggap sebagai titik sumber, maka pemaparan akan berbanding terbalik dengan kuadrat arak terhadap sumber. S
L A
A
L B
B
7isalkan S adalah energi radiasi total yang dipan&arkan se&ara isotropik, maka intensitas radiasi di titik A dengan arak L A ialah I '
=
I )
=
( +π R '
%
(.$N)
(.%*)
9an di titik B dengan arak L B ialah ( +π R )
%
7aka I ' I )
=
R )
%
R '
%
(.%$)
Atau I ' # I )
ukum ini disebut inverse s*uare law+ c.
=
$ R '
%
#
$ R )
%
(.%%)
Daktor elindung Bila harus bekera pada arak yang dekat dengan sumber radiasi dan dalam !aktu yang lama, pelindung atau shielding dapat mereduksi pemaparan sehingga serendah mungkin. 'eefektifan pelindung ditentukan oleh interaksi radiasi dengan atomatom pelindung di
mana interaksi ini tergantung pada ma&am radiasi, energi radiasi dan nomor atom materi pelindung. (1) elindung untuk radiasi alfa sangat efisien karena stoping po!er besar atau ionisasi spesifik radiasi alfa besar. Ladiasi alfa dapat diserap oleh kertas yang tebalnya F $"@+ in&i dan uga oleh lapisan aluminium. (2) 9alam menggunakan pelindung untuk radiasi beta, radiasi beta lebih auh menembus materi dibandingkan radiasi alfa. 8ntuk memberhentikan radiasi beta pada umumnya digunakan materi dengan / rendah, kemudian disambung dengan materi yang mempunyai / besar untuk mereduksi radiasi $remstrahlung+ (3) 7ateri pelindung yang digunakan dalam radiasi elektromagnetik (sinar x dan gamma) ialah bahanbahan yang mempunyai rapat massa yang tinggi, misalnya b, 8, Au, De, -r dan Hi. Eebal pelindung dapat ditentukan dengan rumus atenuasi dan QR. enggunaan adukan beton efektif karena mengandung / yang tinggi, hanya hamburan menadi lebih banyak. (4) ersoalan pelindung untuk radiasi neutron timbul karena produksi radiasi gamma akibat penyerapan neutron. Bahan yang efektif untuk atenuasi neutron pada umumnya tidak baik sebagai pelindung gamma. 8nsurunsur dengan nomor massa rendah ialah pelindung dan moderator neutron yang ideal, misalnya hidrogen dalam bentuk air, plastik atau parafin, berilium, karbon dalam bentuk grafik. Beton merupakan bahan yang baik uga karena mengandung air. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan pelindung radiasi neutron diantaranya ialah apakah materi akan menurunkan energi neutron se&ara efektif dan mempunyai penampang lintang termik yang besar dan yang terakhir apakah uga efektif dalam atenuasi radiasi gamma yang ditimbulkannya. Daktor pelindung sangat memegang peranan dalam pengangkutan zat radioaktif dan sumber radiasi lain.
PERTA(3AA( DA( SOA/5SOA/ 1.
Eentukanlah besaranbesaran radiologi beserta satuannya yang banyak digunakan dalam bidang proteksi radiasi.
2.
'oefisien absorbsi linier dari sinar gamma berenergi $ 7e dalam timbal adalah C m $ . -arilah tebal timbal yang diperlukan untuk mereduksi radiasi menadi setengahnya berkas sinar gamma.
3.
'oefisien absorbsi linier dari sinar x berenergi :* ke dalam udara pada permukaan laut adalah : x $*3 m$. 9engan berapa banyak intensitas berkas sinar x seperti itu tereduksi ika melalui (a) udara *,: m, (b) melalui udara : m.
4.
'oefisien absorbsi massa dari sinar x *,: dalam timbal dan dalam besi berturutan adalah :3 dan $+ &m %"g. Berapa tebal perisai besi supaya menimbulkan perlindungan yang sama dari sinar x seperti timbal yang tebalnya $ &m. 'erapatan besi g"&m 3 dan timbal $$ g"m3.
5.
'oefisien absorbsi massa tembaga untuk sinar x * ke adalah :3 &m %"g dan kerapatan tembaga ,N g"m 3. (a) -arilah intensitas relatif berkas sinar x setelah berkas itu menembus selaput tembaga setebal $ mm. (b) Berapa tebal tembaga yang diperlukan untuk mereduksi intensita berkas menadi setengahnya.
