ACARA : Half Value Layer
Disusun oleh : Nama
: Janice Nathania
NIM
: 011200312
Prodi
: TEKNOKIMIA NUKLIR
Semester
: IV
Kelompok
:2
Teman Kerja
: 1. Anwar Jundiy 2. Zulhajji lubis
Tanggal Praktikum
: 21 Maret 2014
Asisten
: Ir. Giyatmi
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2014
HALF VALUE LAYER A. TUJUAN 1. Mahasiswa dapat memahami definisi tebal paro (HVT) perisai radiasi 2. Mahasiswa mampu menentukan tebal paro (HVT) perisai radiasi. B. DASAR TEORI Radiasi Gamma merupakan jenis radiasi yang mempunyai daya tembus sangat besar dan tidak dapat dihentikan sepenuhnya. Setiap pancaran radiasi Gamma yang mengenai suatu bahan akan berinteraksi dengan bahan tersebut sehingga sebagian dari intensitasnya akan terserap dan sebagian lagi diteruskan. Perbandingan intensitas pancaran yang datang dan intensitas yang masih diteruskan, tergantung pada tebal bahan, Jenis bahan dan energi radiasi gamma. Secara matematis hubungan tersebut dinyatakan dengan
I
I 0 e
x
dengan I 0 I
x
= = = =
Intensitas paparan radiasi yang datang (mR/jam) Intensitas paparan radiasi yang diteruskan (mR/jam) -1 Koefisien serap linier bahan pada energi tertentu (mm ) Tebal bahan (mm)
Tebal paro (HVT) merupakan tebal bahan yang dapat menyerap sebagian intensitas paparan radiasi yang datang sehingga intensitas paparan radiasi yang diteruskan tinggal setengah intensitas mula-mula.
-µHVT
=e
=
-µHVT
= e
ln = -µ.HVT
HVT = HVT =
Nilai HVT dapat ditentukan secara matematis, dapat ditentukan secara eksperimen dengan melakukan beberapa pengukuran dan menggambarkan kurva peluruhan intensitas paparan radiasi. Nilai HVT sangat bermanfaat untuk keperluan praktis di lapangan, yaitu untuk menentukan tebal suatu bahan yang diperlukan sebagai penahan radiasi. 1. Penahanan radiasi alpha Karena radiasi alpha memiliki jangkauan pancaran yang pendek, maka radiasi alpha dapat ditahan menggunakan materi yang sangat tipis. Misalnya Polonium-212 yang merupakan pemancar radiasi alpha berenergi tertinggi (10,55 MeV). Di dalam suatu materi, jarak tembus radiasi alpha tidak lebih dari 11,6 cm, dan karena jarak tembus di dalam air menjadi 1/500 dari jarak tembus di udara, maka pada penahanan pemancar alpha yang berenergi kurang lebih 10 MeV, semuanya dapat diserap oleh air setebal 0,2 mm atau cukup menggunakan selembar kertas tebal. 2. Penahanan radiasi beta. Meskipun tidak sependek alpha, jangkauan radiasi beta juga pendek dan dapat ditahan dengan bahan yang relatif tipis. Misalnya, radiasi beta berenergi 1 MeV dapat ditahan dengan aluminium setebal 3,5 mm. Apabila radiasi beta yang berenergi tinggi mengalami penurunan, akan dipancarkan sinar-X dengan atenuasi radiasi sepanjang jangkauan pancarannya. Terhadap sinar X tersebut juga harus dilakukan penahanan. Semakin besar nomor atom suatu materi, semakin mudah terjadi atenuasi, sehingga untuk penahanan radiasi beta dapat digunakan lembar plastik dengan tebal 1,0-1,5 mm. Penahanan radiasi positron sama seperti pada radiasi beta, namun yang terpenting dalam penahanan radiasi ini tidak terbentuk radiasi gamma yang merupakan penggabungan antara radiasi positron dengan elektron. 3. Penahanan radiasi gamma (Sinar-X). A. Hukum kuadrat terbalik. Apabila radiasi gamma dari sumber radiasi terpancar ke segala arah, intensitas radiasi gamma di suatu titik akan menjadi lemah karena berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari sumber radiasi. Hal ini disebut hukum kuadrat terbalik. Oleh karena intensitas radiasi gamma menjadi lemah berbanding terbalik dengan kuadrat
jaraknya dari sumber radiasi, maka jarak dari sumber radiasi merupakan faktor utama dalam melakukan penahanan. Untuk radiasi gamma yang mempunyai aktivitas 1 Currie, persentase paparan radiasinya pada titik yang berjarak 1 m disingkat rhm (Rontgen per jam pada jarak 1 m), yang disebut juga konstanta gamma. Konstanta gamma dari beberapa sumber radiasi ditunjukkan pada Tabel 1. B. Penyerapan radiasi gamma oleh bahan penahan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, jika radiasi gamma dengan intensitas tertentu menembus bahan penahan, maka intensitas radiasinya akan berkurang secara eksponensial sebanding dengan tebal bahan penahan. Koefisien pengurangan intensitas radiasi gamma yang berenergi antara 1-3 MeV tidak berubah karena tebal bahan, sehingga dapat dianggap bahwa kemampuan penahanan hanya berkaitan dengan rapat jenis materi. C. Koreksi hamburan. Hukum eksponensial yang menunjukkan pengurangan intensitas radiasi apabila melalui suatu materi, berlaku ketika berkas radiasi sejajar melewati celah bahan penahan, seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Sampai saat ini dianggap bahwa radiasi gamma dalam materi akan lepas dari berkas radiasi sejajar setelah bertumbukan dan selanjutnya akan terhambur. Walaupun radiasi tidak dalam bentuk berkas radiasi sejajar, dalam bahan penahan yang tipis jumlah hamburan radiasi gamma sangat sedikit, maka hukum eksponensial masih bisa digunakan. Sebaliknya, radiasi yang terhambur dalam materi akan menjadi banyak bila bahan penahan semakin tebal. Maka, intensitas yang dihasilkan akan lebih rendah daripada intensitas radiasi yang dihitung dengan hukum eksponensial. Pengaruh radiasi yang telah terhambur dikoreksi menggunakan koefisien build up. Koefisien build up bergantung pada energi radiasi, tebal materi yang dilewati dan geometri sumber
radiasi. Tentu saja koefisien build up tersebut merupakan nilai yang lebih besar dari 1, dan cenderung bertambah bila bahan penahannya semakin tebal. Karena materi bernomor atom besar memiliki koefisien penyerapan massa yang besar terhadap radiasi gamma dan rapat jenisnya pada umumnya tinggi, maka materi seperti ini dapat menahan radiasi gamma secara efisien. Dengan mempertimbangkan sifat dan penggunaannya yang mudah, materi yang digunakan sebagai bahan penahan gamma misalnya timbal, besi, beton kongkrit. Selanjutnya, penahanan sinar-X hampir sama seperti gamma, tetapi karena berenergi rendah, maka bahan penahan yang digunakan cukup tipis saja.
4. Penahanan sinar-X Apabila partikel beta berkecepatan tinggi melaju menembus materi, maka intensitas sinar-X yang diperoleh dari pemancaran akan menjadi besar dan sebanding dengan nomor atom target. Semakin tinggi energi sinar-X, maka semakin besar penyebarannya ke arah depan. Energi sinarX sebanding dengan arah penyebarannya. Pada zat radioaktif tertentu sinar-X dapat terbentuk di dalam zat itu sendiri. Sehingga pada zat radioaktif tersebut diperlukan penahan untuk sinar-X
terutama pada jenis zat radioaktif pemancar radiasi beta berenergi tinggi yang juga disertai dengan pemancaran radiasi gamma. Dari hal tersebut, dapat diketahui bahwa untuk bahan penahan zat radioaktif yang dapat memancarkan radiasi beta berenergi tinggi, sebaiknya digunakan timbal yang memiliki lapisan materi bernomor atom kecil di bagian dalamnya misalnya plastik atau aluminium 5. Penahanan radiasi neutron Sama seperti radiasi gamma, neutron berkurang energinya secara eksponensial sebanding dengan tebal bahan penahan, oleh karena itu dapat dipakai koefisien build up. Tampang lintang reaksi neutron bergantung pada jenis bahan penahannya. Pada reaksi penangkapan neutron berenergi rendah, biasanya diperlukan tampang lintang yang luas. Kadmium dan boron memiliki tampang lintang yang luas, sehingga dengan bahan yang tipis dari unsur tersebut neutron berenergi rendah dapat ditahan. Dalam penahanan neutron berkecepatan tinggi, digunakan cara penangkapan setelah kecepatan neutron berkurang karena hamburan elastis. Untuk mengurangi kecepatan neutron secara efisien, digunakan unsur ringan misalnya hidrogen dalam parafin atau air sebagai bahan pengurang kecepatan (moderator). Perlu dipertimbangkan juga penahanan radiasi sekunder seperti radiasi gamma yang dipancarkan saat terjadi reaksi penangkapan neutron berenergi rendah karena telah berkurang kecepatannya. 6. Labirin Radiasi gamma yang terhambur bergantung pada jarak terhadap permukaan dinding penghambur, bahan dinding dan lain-lain, sehingga intensitas pancaran radiasinya menjadi jauh lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa labirin sangat berpengaruh terhadap penahanan gamma. Contoh labirin ditunjukkan pada Gambar 2. Efek penahanan labirin pada radiasi neutron tidak sebesar radiasi gamma. http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/06/08-01-02-06.html C. ALAT DAN BAHAN Alat : 1. Surveimeter 2. Sistem Pencacah GM (Geiger-Muller) 3. Pinset Bahan : 1. Sumber radiasi gamma dengan kolimatornya
D. LANGKAH KERJA 1. Detektor dan system pencacah GM dihidupkan dan dicari daerah kerja GM. 2. Cacah background dilakukan sebanyak 5 kali . 3. Sumber radiasi diletakkan pada jarak 3 cm dari surveimeter / Sistem Pencacah GM dan diukur paparan radiasinya . 4.
Lempengan penahan radiasi A disisipkan antara sumber radiasi dengan surveimeter/ Sistem Pencacah GM dan diukur paparan radiasinya sebanyak 3 kali.
5. Langkah 3 diulangi untuk lempengan penahan radiasi B sampai K .
E. DATA PENGAMATAN
Sumber radiasi
: Eu -152
Aktivitas
: 9,494 µCi = 351,3 kBq
Tanggal Pembuatan : 1 Juli 2006
Penentuan daerah kerja GM No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Tegangan 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860
Tegangan kerja = =
Cacahan 0 4097 15666 16819 18095 18710 19605 19928 20761 20907
+ V1 =
+ 700 = 740 volt
Cacah background : t = 30 s
1. 29 2. 23 3. 27 4. 25 5. 26 Cacahan sumber tanpa perisai : t = 30 s No. 1. 2. 3. Rata2
Kode A
Geiger Muller 16275 16230 16228 541,478
Bahan Aluminium Foil
Surveymeter 2800 2805 2810 2805
Ketebalan 0,7 mm
mg/cm2 4,5
GM 15456 15446 15553
Surveymeter 2770 2750 2750
B
Rata2 Aluminium Foil
1 mm
6,5
C
Rata2 Poly
4 mm
9,6
D
Rata2 Poly
8 mm
19,2
E
Rata2 Plastic
0,030 mm
59,1
F
Rata2 Plastic
0,040 mm
102
G
Rata2 Aluminium
0,020 mm
141
H
Rata2 Aluminium
0,025 mm
170
I
Rata2 Aluminium
0,032 mm
216
J
Rata2 Aluminium
0,040 mm
258
K
Rata2 Aluminium
0,050 mm
328
L
Rata2 Aluminium
0,063 mm
425
M
Rata2 Aluminium
0,080 mm
522
N
Rata2 Aluminium
0,090 mm
645
516,167 14850 15184 15116 501,67 15031 14883 15354 502,98 13705 13708 13651 456,267 8988 8956 8924 298,53 7350 7418 7407 246,39 6266 6291 6184 208,23 5494 5436 5413 181,589 4552 4406 4503 149,567 3638 3687 3629 121,71 2977 3022 2962 99,5 2805 2685 2790 92 2599 2539 2629 86,3 2596 2655
91,87 2750 2730 2750 91,43 2720 2750 2700 90,76 2650 2625 2600 87.5 2495 2480 2450 82,5 2410 2420 2400 80 2380 2390 2350 79 2320 2325 2290 77 2290 2290 2300 76 2250 2250 2250 75 2200 2100 2000 70 1960 1975 1950 65 1900 1850 1900 62 1900 1950
O
Rata2 Aluminium
0,1 mm
655
P
Rata2 Aluminium
0,125 mm
840
Q
Rata2 Lead
0,032 mm
1120
R
Rata2 Lead
0,064 mm
2066
S
Rata2 Lead
0,125 mm
3448
T
Rata2 Lead
0,250 mm
7367
Rata2
F. PERHITUNGAN Rumus utama :
-µHVT
=e
=
-µHVT
=e
ln = -µ.HVT
HVT = HVT =
1. Detektor Geiger Muller a. Bahan aluminium foil :
2530 86,45 2438 2563 2512 84,1 2505 2464 2480 82,77 2130 2072 1976 68,64 1912 1798 1857 61,856 1651 1607 1623 54,23 1315 1249 1224 42,089
1900 63 1850 1750 1600 57 1700 1500 1450 51 1400 1350 1300 45 1300 1250 1200 41 1050 1100 1075 35 900 950 1000 31
y = 551.64e-0.095x
518 516 ) s p c ( n a h a c a C
514 512 510 508 506 504 502 500 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Tebal Aluminium Foil (mm)
Kurva Cacahan vs Tebal Al Foil
ln
=e
-µHVT
= -0.09x
-0.693 = -0.09x
x
=
x
= 7,7 mm
jadi HVL untuk aluminium foil adalah 7,7 mm. b. Bahan : Poly 510 500 ) s p c ( n a h a c a C
490 y = 554.48e-0.024x 480 470 460 450 0
2
4
6
8
Tebal Poly (mm)
Kurva Cacahan vs Tebal Poly
ln
=e
-µHVT
= -0.02x
-0.693 = -0.02x
x
=
x
= 34.65 mm
jadi HVL untuk Poly adalah 34,65 mm.
10
c. Bahan : Plastic y = 530.99e-19.2x 350 300 ) s p c ( n a h a c a C
250 200 150 100 50 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Tebal Plastic (mm))
Kurva Cacahan Vs Tebal Plastic
ln
=e
-µHVT
= -19,2x
-0.693 = -19,2x
x
=
x
= 0,036 mm
jadi HVL untuk Plastic adalah 0,036 mm. d. Bahan : Alumunium 250 y = 202.04e-0.106x 200 ) s p c ( n a h a c a C
150 100 50 0 0
2
4
6
8
Tebal Aluminium (mm)
Kurva Cacahan Vs Tebal Aluminium
ln
=e
-µHVT
= - 0,10x
-0.693 = -0,10x
x
=
x
= 6,93 mm
jadi HVL untuk aluminium adalah 6,93 mm.
10
12
e. Lead 80 y = 72.037e-2.177x
70 ) s 60 p c ( 50 n a 40 h a 30 c a C20
10 0 0
0.1
0.2
0.3
Tebal Lead (mm)
Kurva Cacahan Vs Tebal Lead
ln
=e
-µHVT
= - 2,17x
-0.693 = -2,17x
x
=
x
= 0,319 mm
jadi HVL untuk lead adalah 0,319 mm. 2. Surveymeter a. Bahan : Aluminium
91.9 91.85 91.8 ) s 91.75 p c 91.7 ( n 91.65 a h a 91.6 c a C 91.55 91.5 91.45 91.4
y = 92.905e-0.016x 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Tebal Aluminium Foil (mm)
Kurva Cacahan vs Tebal Al Foil
ln ln
=e
-µHVT
= - 2,17x = - 0,01x
-0.693 = -0,01x
x
=
x
= 69,3 mm
jadi HVL untuk aluminium foil adalah 69,3 mm.
1.2
b. Bahan : Poly 91 90.5 ) s p c ( n a h a c a C
90 89.5
y = 94.17839e-0.00919x
89 88.5 88 87.5 87 0
2
4
6
8
10
Tebal Poly (mm)
Kurva Cacahan vs Tebal Poly
ln
=e
-µHVT
= -0.00919x
-0.693 = -0.00919x
x
=
x
= 75.4 mm
jadi HVL untuk poly adalah 75,4 mm. c. Plastic 83 ) s82.5 p c 82 ( 81.5 n a 81 h a80.5 c a 80 C 79.5
y = 90.479e-3.077x
0
0.01
0.02
0.03
0.04
Tebal Plastic (mm)
Kurva Cacahan Vs Tebal Plastic
ln
=e
-µHVT
= -3,07x
-0.693 = -3.07x
x
=
x
= 0,225 mm
jadi HVL untuk plastic adalah 0,225 mm.
0.05
d. Aluminium 90 80 ) 70 s p60 c ( n50 a h40 a c 30 a C20 10 0
y = 86.244e-0.046x
0
2
4
6
8
10
12
Tebal Aluminium (mm)
Kurva Cacahan Vs Tebal Aluminium
ln
=e
-µHVT
= -0,04x
-0.693 = -0.04x
x
=
x
=17,235 mm
jadi HVL untuk aluminium adalah 17,235 mm. e. Lead 50 45 40 ) s 35 p c ( 30 n a 25 h a 20 c a C 15 10 5 0
y = 45.731e-1.659x
0
0.1
0.2
0.3
Tebal Lead (mm)
Kurva Cacahan Vs Tebal Lead
ln
=e
-µHVT
= -1,65x
-0.693 = - 1,65x
x
=
x
=0,42 mm
jadi HVL untuk lead adalah 0,42 mm.
G. PEMBAHASAN Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui tebal paruh (HVL) . Kemampuan suatu materi untuk menahan atau mengabsorpsi paparan radiasi dipengaruhi oleh berat atom dari materi tersebut. Semakin besar berat atom, maka intensitas radiasi yang dapat diserap akan semakin besar karena kerapatan atom akan semakin besar sehingga semakin banyak bagian dari atom yang akan berinteraksi dengan radiasi yang datang . Detektor yang digunakan adalah detector Geiger Muller , oleh sebab itu dicari terlebih dahulu tegangan kerjanya dan diperoleh sebesar 740 volt. Pada percobaan ini materi bahan yang digunakan adalah aluminium foil, poly,plastic , aluminium dan lead. Pada pengukuran menggunakan GM diperoleh hasil berturut-turut yaitu 7,7 mm, 34,65 mm , 0,036 mm , 6,93 mm , 0,319 mm . Pengukuran dengan surveymeter memperoleh nilai 69,3 mm , 75,4 mm , 0,225 mm , 17,235 mm , 0,42 mm. Penahanan radiasi bertujuan mengurangi intensitas radiasi dengan memanfaatkan interaksi radiasi dengan materi. Radiasi alpha dan beta dapat ditahan dengan baik oleh benda yang relatif tipis. Sedang untuk radiasi beta yang berenergi tinggi, diperlukan bahan penahan seperti halnya yang digunakan untuk menahan sinarX. Pada radiasi positron penahanan radiasi dilakukan hingga bebas radiasi. Untuk penahanan radiasi gamma berlaku hukum kuadrat terbalik. Sedang radiasi gamma yang merupakan radiasi langsung berkurang secara eksponensial terhadap tebal bahan penahan. Pengaruh radiasi gamma karena penyebaran pada bahan penahan perlu dikoreksi dengan menggunakan koefisien build up (build up factor ). Radiasi neutron juga berkurang secara eksponensial terhadap tebal bahan penahan dan faktor koefisienbuild up juga dapat digunakan. Pada penahanan radiasi neutron termal, tebal materi dapat dikurangi apabila menggunakan materi yang memiliki tampang lintang tangkapan neutron yang besar. Untuk menahan radiasi neutron cepat dapat digunakan cara penangkapan neutron setelah kecepatannya berkurang akibat hamburan elastis, tetapi radiasi gamma yang terpancar juga harus ditahan. Prinsip penahanan radiasi adalah mengurangi intensitas radiasi yang didasarkan pada interaksi radiasi dengan materi, yaitu dengan mengubah energi radiasi menjadi energi panas sehingga paparan radiasinya menjadi berkurang. Karena interaksi radiasi dengan materi berbeda menurut jenis materi dan energi radiasi, maka cara penahanan yang digunakan juga berbeda. Umumnya intensitas radiasi dapat dikurangi dengan menambah tebal materi yang digunakan sebagai penahan.Faktor yang mempengaruhi tebal paruh adalah adalah koefisien serap linier , tebal bahan , dan jenis bahan. Dari hasil perhitungan didapati bahwa bahan plastic lebih baik dalam menahan radiasi dibandingkan dengan yang lainnya. Seharusnya bahan yang paling baik digunakan dalam menahan radiasi adalah timbal (lead) karena memiliki berat atom paling besar dibanding yang lainnya . Ada beberapa factor yang menyebabkan adanya kesalahan pada hasil praktikum ini : 1. Radiasi bersifat random (acak) sehingga tidak dapat dipastikan intensitas radiasi yang diterima masing-masing bahan sama. 2. Data yang diambil terlalu sedikit (hanya dua titik) sehingga memungkinkan terjadinya kesalahan dalam perhitungan.
H. KESIMPULAN 1. HVL (Half Value Layer) adalah ketebalan materi yang dibutuhkan untuk mengurangi intensitas paparan radiasi menjadi setengah dari intensitas awalnya. 2. Semakin tebal baahn penahan radiasi makas intensitas radiasi yang diserap akan lebih banyak. 3. Tebal paro bahan aluminium foil adalah 7,7 mm. Tebal paro bahan poly adalah 34,65 mm. Tebal paro bahan plastic adalah 0,036 mm. Tebal paro bahan aluminium adalah 6,93 mm. Tebal paro bahan lead adalah 0,319 mm. 4. Bahan yang paling baik untuk penahan radiasi adalah a. Plastik b. Lead c. Aluminium d. Aluminium Foil e. Poly I.
DAFTAR PUSTAKA http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/06/08-01-02-06.htmldiakses pada 25 Maret pukul 12.43 . Christina , Maria dkk. 2014. Petunjuk Praktikum Proteksi dan Keselamatan Radiasi . Yogyakarta : STTN-BATAN Yogyakarta, 28 Maret 2014 Asisten,
Ir. Giyatmi
Praktikan,
Janice Nathania
