Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN sel1a Fasilitas NuklirJakarta. 15 Oktober 2002

ISSN: 0854 -2910

PERBANDINGAN KONSENTRASI URANIUM DENGAN THORIUMDI DALAM BATUAN SEDIMEN, BEKU, DAN METAMORF

PaRde Made Udiyani

Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset (p2TRR)-BATAN

ABSTRAKPERBANDINGAN KONSENTRASI URANIUM DENGAN THORIUM DIDALAM BATUAN SEDIMEN, BEKU, DAN METAMORF. Pengukurankonsentrasi thorium-232 dan uranium-238 dan anak luruhnya untuk berbagai jellsbatuan telah dilakukan. Analisis terhadap data yang didapat yaitu perbandingan antaraUfrh dilakukan untuk mengetahui hubungan antara kedua nuklida. Dengan mengetahuihubungan antara U/Th untuk berbagai jells batuan, maka unsur-unsur terutama logamberat yang berhubungan dengan peluruhan kedua nuklida ill di lingkungan dapatdiprediksi. Pengukuran nuklida dilakukan dengan menggunakan alat MicroNOMADdengan detektor NaI (TI). Analisis data dilakukan dengan program NAGABAT danMINITAB. Dari hasil penelitian diperoleh perbandingan Ufrh tertinggi untuk batuanbeku adalah 0,416 terdapat pada jells batuan regosol dari batuan beku basis danintermedier di daerah bukit sampai gunung. Nilai U/Th tertinggi untuk batuan sedimensebesar 0,558 pada jells batuan mediteran merah rolling dan grumosol dari sedimen didaerah bukit sampai gunung. Perbandingan U/Th tertinggi untuk campuran batuan bekudan sedimen adalah 0,500 untuk jells grumosol dari batuan sedimen dan beku didaerah gelombang

Kata Kunci Uranium clan Thorium alam

ABSTRACTTHE RATIO OF URANIUM AND THORIUM IN SEDIMENT, IGNEOUS, ANDMETAMORF SOIL. Measurement ofthorium-232 and U-238 concentration and theirdecayed daughters for various types of sediment has been done. Analyzes to dataobtained in the UITh ratio to observe the relation between both nuclides. By knowingthe UITh ratio for various type of soil, can be predicted the heavy metal elements whichhave relation to the decay of both nuclides in the environment. Nuclide mesurementwas done using MicroNOMAD with Na/(Tl) detector. Data analysis was done usingNAGABAT and M/N/TAB codes. The results, it is obtained that the highest UITh ratiofor igneous rock is 0.416 contented in the regosol type of soil from the basis igneousrock and intermedier in the hills to the mountain areas. The highest UITh ratio forsediment rocks is 0.558 in the red yellow mediteranian soil and grumosol from sedimentin the hills to the mountain areas. The highest UITh ratio for mixed of igneous andsediment roks is 0.500 for grumosol type of sediment and igneous rok in the terrainarea

Key word.. Natural uranium and natural thorium

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN.. 0854 -2910

PENDAHULUAN

Unsur-unsur radioaktif alam yang dominan ada di lingkungan antara lain nuklida

Th-232 dan U-238. Waktu paruh Th-232 dan U-238 sangat panjang. Waktu paruh Th-

232 adalah 1,41 x 1010 tahun dan U-238 adalah 4,51 x 109 tahun[IJ. Unsur thorium di

lingkungan adalah kumpulan nuklida radioaktif yang merupakan anak luruh dari Th-

232 yaitu:: Th-232, Ra-228, Ac-228, Th-228, Ra-224, Rn-220, Po-216, Pb-212, Bi-

212, Po-212, TI-208, clan Pb-208. Unsur uranium di lingkungan merupakan kelompok

nuklida radioaktif U-238 clan anak luruhnya yang meliputi: Th-234, Pa-234, U-234, Th-

230, Ra-226, Rn-222, Po-218, Pb-214, Bi-214, Po-214, Pb-210, Po-210, Bi-210, clanPb-206. [2J

Waktu paruh uranium clan torium yang sangat panjang bahkan melebihi umur

bumi, membuktikan bahwa unsuf-unsuf ini sudah ada semenjak pembentukan bumi

Unsur-unsur ini dikelompokkan ke dalam unsur radioaktif primordial yaitu unsur-unsur

radioaktif yang terdapat dalarn kerak bumi. Unsur-unsur tersebut akan ada pada semua

Waktu paruh yang panjang akanjenis batuan yang membentuk daratan bumi,

memudahkan mengetahui keberadaan unsur unsur ini dalam setiap jenis batuan yang

ada di bumi.

Batuan beku adalah batuan yang terbentuk dari dari proses pembekuan magma.

Batuan granit, batuan dasar, clan pegmatit, termasuk batuan beku. Batu granit adalah

batuan beku yang temp at membekunya di dalam tanah dengan pendinginan yang sangat

lama, berwarna abu-abu atau putih clan berbintik, dengan susunannya yang sangat keras.

Batuan dasar adalah batuan beku yang berasal dari lava yang mengalami pendinginan

sangat cepat clan membentuk lubang-lubang, berwarna abu-abu, colelat, hijau, kelabu

dan hitam, berbutir halus dan berwarna gelap. Batuan sedimen terjadi karena pelapukan

batuan beku. Pelapukan terjadi oleh air, udara, dan makhluk hidup, yang kemudian

diendapkan oleh air sungai, ombak taut, dan udara. Batuan sedimen terdiri dari barn

kapur, barn pasir (paras), dan barn serpih. Batu kapur berasal dari kerangka bewaIl taut

yang tidak bertulang belakang, beIWarna putih, merah clan abu-abu Batu pasir (paras)

dari batuan endapan yang terdiri dari kepingan-kepingan batuan kecil, berwarna abu-

abu, kuning, clan merah. Batu serpih berupa lumpur yang terikat zat perekat berwarna

hitam, hijau, merah, clan keabu-abuan, clan lunak seperti tanah liat. [3]

Dalam makalah ini akan diukur konsentrasi zat radioaktif uranium clan torium

untuk daerah yang terbentuk dari batuan beku, sedimen, daD metamorf, serta mencari

besarnya hubungan antara uranium clan torium untuk setiap jenis batuan tersebut. Data

198

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serra Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN: 0854 -2910

yang diperoleh dapat digunakan sebagai data acuan untuk mengetahui besarnya salah

satu nuklida yang tidak diketahui dengan nuklida yang lain dan sebagai data

pembanding untuk studi tapak pembangunan PL TN. Kegunaan yang lain adalah

sebagai data acuan untuk memprediksi konsentrasi nuklida torium, uranium, logam

berat yang berhubungan dengan rangkaian peluruhan dari nuklida Th-232 clan U-238

di lingkungan yang lebih luas berdasarkan hubungan antara ke-dua nuklida ill untuk

daerah lain di Indonesia.

Metode yang digunakan adalah dengan cara pengukuran daerah yang

mengandung jenis batuan tertentu dengan alat MicroNOMAD dengan metode Carbome

survej41. Analisis data dilak'Ukan dengan program NAGABAT clan analisis regresi

dengan programMINITAB. Penelitian dilakukan pada batuan di Pulau Jawa.

TEORI

Jenis batuan yang mengandung torium berasal dari batuan granit (23 ppm),

batuan dasar atau basalt (1,6 ppm), tanah permukaan atau soil (9 ppm), batuan serpih

atau shale (12 ppm), barn kapur gamping atau limestone (1,7 ppm), barn pasir (paras)

atau sandstone (3,8 ppm), mineral dalam batuan seperti pegmatite, zircon, monazite,

clan sphene. Sedangkan jenis batuan yang mengandung uranium adalah berasal dari

batuan granit (4,4 ppm), batuan dasar (0,43 ppm). Uranium juga terdapat di tanah

permukaan (2 ppm), batuan serpih (3,7 ppm), batu kapur gamping (2,2 ppm), batu

pasir atau paras 0,45 ppm. [3]

Penggunaan alat MicroNOMAD yang dilengkapi dengan detektor NaI(Tl) untuk

mengetahui besarnya konsentrasi zat radioaktif yang terkandung di dalam kerak bumi

berdasarkan pengukuran permukaan bumi yang di dalamnya terkandung jenis batuan

yang dikehendaki. Verifikasi pengukuran antara metode carbome survey dengan

pengukuran langsung sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, yang menghasilkan data

perbandingan yang tidak berbeda secara berarti. [5,6]

Analisis

terhadap korelasi antara dua nuklida tersebut digunakan korelasi tinier

dengan persamaan regresi tinier maupun berganda dengan persamaan umumnya yaitu:

y = a + bx , dengan y = konsentrasi uranium (ppm), daD x = konsentrasi thorium

dalam ppm. Persamaan regresi ini bisa dalam bentuk linier, berganda, eksponensial,atau

logaritme.

Prosiding Seminar Nasiona/ ke-8 Tekn%gi dan Kese/amatan PLTN serra Fasi/itas Nuk/irJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN: 0854 -2910

TATA KERJA

Perala tan Penelitian

Spektrometer MicroNOMAD clan perangkat lunak MicroMCB1M, dilengkapi dengan

detektor NaI(Tl). [4)

PC (Personal Computer) yang dilengkapi Microsoft Windows, versi 3 atau lebih

tinggi

Program NA GABA T

Peta geologi lengkap Pulau Jawa

Program statistik MlNIT AB

Prosedur Pengukuran

Pengukuran dilakukan di area yang telah ditentukan, dengan jells batuan yang

berbeda

Teknik tumpang tindih (overlay) dilakukan untuk mengetahui hubungan besarnya

konsentrasi dengan jenis batuan

Data yang diperoleh dianalisis secara statistik dengan menggunakan program

MINIT AB

BASIL DAN PEMBABASAN

Hasil pengukuran konsentrasi uranium clan torium, serta besarnya perbandingan

torium clan uranium untuk batuan sedimen disajikan pada Tabel 1, batuan beku pada

Tabel 2 campuran batuan beku, sedimen Berta batuan metamorf pada Tabel 3

Gambar hubungan clan perbandingan uranium clan torium untuk beberapa jells batuan

ditunjukkan pada Gambar 1-8

Dari Tabel 1 terlihat konsentrasi uranium lebih kecil dari konsentrasi torium.

Pada jenis batuan beku di Pulau Jawa terdeteksi nuklida torium lebih dominan

dibandingkan uranium. Hal ill akan mengakibatkan nilai U/Th lebih kecil dari satu

Dari Tabel 1 dihasilkan variasi data U/Th sebesar 0,346 -0,416, dengan nilai

perbandingan terbesar 0,416 untuk batuan beku

regosol dari batuan beku basis clan intermedier di daerah bukit sampai gunung.

Perbandingan terkecil 0,346 terdapat pada jenis batuan Latosol clan andosol dari batuan

yang

terdapat pada jenis batuan

beku basis clan intermedier di daerah bukit sanlpai gunung.

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serra Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN: 0854 -2910

Tabel 1. Basil pengukuran uranium, torium, daD perbandingan uranium dengantorium untuk .enis batuan beku

::':::::::::::::::::::::::III[:.::

bekuRegosol clari batuan basis

..

clan0,99 :!: 0..92 2,38 :!: 0,73 0,416intermedier di daerah bukit sarnpai glinting

2--

Regosol clan latosol clari batuan beku basis

clan intermedier di daerah bukit 0,71 :!: 0,26 .,89 :t 0,79sampm 0,376

gunung

3--

Latosol clan andosol dari batuan beku basis

clan intennedier di 0,89 ::!: 0,27 2,57 :t 0,99daerah '"C) bukit sampai 0,346

gunung

4 Andosol dari batuan beku basis & intermedier0,73 :1:0,25 ,97 :f: 0,53 0.371

di daerah gunung

Mediteran merah kuning & grumosol dari

batuan beku basis clan intermedier di daerah 1,69:t 1,51 4,65 :!: 4,86 0,363

bukit

Latosol clan andosol dari batuan beku dan()0,95 :t 0,22 2,64 :t: 0,76 0,359intermedier di daerah bukit sarnpai gunung

7 Latosol clari batuan beku basis clan

,29:t 1,15 3,26 :!: 2,45 0,395intermedier di daerah gelombang clan gunung

Perbedaan nilai tersebut disebabkan oleh kandungan torium dan uranium untuk

setiap jenis batuan karena adanya perbedaan proses pembentukan batuan tersebut. Nilai

Uffh untuk jenis batuan tertentu maka mempunyai arti bahwa bahwa kandungan

uranium akan lebih besar jika torium di batuan tersebut besar. Nilai Uffh rata-rata untuk

jenis batuan beku adalah 0,375:t: 0,023. Jika dibandingkan dengan nilai U/Th rata-rata

di negara lain clan rata-rata dunia sekitar 0,3 -0,4, maka nilai U/Th rata-rata pada

batuan beku di Pulau Jawa harnpir sarna dengan nilai tersebut. [5,7)

Korelasi tinier untuk beberapa jenis batuan beku terdapat pada Gambar 1-4.

Dari gambar tersebut kisaran korelasi sekitar 0,57 -0,96. Korelasi terbesar terdapat

pada batuan regosol clan latosol dari batuan beku basis clan intermedier di daerah bukit

sampai gunung dengan besaran korelasi 0,96. Korelasi terkecil terdapat pada batuan

latosol clan andosol dari batuan beku basis clan intermedier di daerah bukit sampai

gunung dengan besaran korelasi 0,57. Jika dibandingkan dengan korelasi rata-rata di

201

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta,150ktober2002

ISSN: 0854 -2910

masuk dalam kisaran angka tersebut.

1.

1.

1.

O.

o.

o.

o.

ECo.8;:J'Uj~......cOJII)C0~

KonsentrasiTh (ppm)

Gambar1.Hubungan U dengan Th pada batuanregosol dari batu beku basis dan interm edier di

daerah bukit sam pai gunung.

202

6

4

2

1

8

6

4

2

0

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN: 0854 -2910

1.4E 1.2Q,Q, 1-~ 0.8U)

E 0.6-cm 0.4c0 0.2

~

0

.72~.

y= 0,181 + 0,301 X

!

, I I I i

0 1 2 3Konsentrasi Th (ppm)

Gambar 3. Hubungan U dengan Th pad a batuanlatosol dan andosol dari batuan beku basis dan

intermedier di daerah bukit sampai gunung

4

76

::>.-5cncu- 4.bECQ.

3Q)Q.cn-C 20~ 1

0

~nsentrasi Th (ppm)

G3mbar 4. Hubungan U dengan Th pada batuan

latosol dari batuan beku basis dan intermedier di

daerah gelombang dan gunung

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serlo Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN: 0854 -2910

Dari Tabel 2 diperoleh kisaran nilai Uffh untuk batuan sedimen sebesar 0,351-

0,558, dengan nilai terbesar 0,558 pada jenis batuan mediteran merah kuning clan

grumosol dari sedimen di daerah bukit sampai gunung. Perbandingan terkecil untuk

jenis batuan mediteran merah kuling, grumosol, clan regosol dan batuan sedimen di

daerah bukit sampai gunung. Sedangkan U/Th rata-rata untuk jenis batuan sedimen

adalah 0,397 :!: 0,075.

Pada jenis batuan sedimen konsentrasi Th lebih besar dibandingkan dengan

konsentrasi U, sarna dengan keadaan pada batuan hero. Tetapi nilai U/Th rata-rata

untuk batuan sedimen lebih besar dibandingkan dengan nilai rata-rata pada batuan

beku, tetapi dengan perbedaan yang tidak berarti. Hal ini disebabkan karena batuan

sedimen adalah merupakan basil pelapukan batuan beku oleh angin, air, gelombang,

204

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta. 15 Oktober 2002

iSSN: 0854 -2910

arus sungai , clan sebagainya. Karena sumber batuan sedimen adalah batuan beku maka

konsentrasi mineralnya yang terkandung di dalamnya tidak berbeda jauh, clan pengaruh

penyebab pelapukan seperti cuaca clan keaadaan alamnya kecil. Jika dibandingkan

dengan nilai rata-rata U/Th di dunia ( 0,27) [6,7], maka nilai U/Th untuk batuan sedimen

di Pulau Jawa lebih besar. Hal ini berarti kandungan thorium di batuan sedimen lebih

besar dibandingkan uranium. Kandungan thorium lebih dominan dibandingkan

kandungan uranium.

Korelasi linier U dengan Th terdapat pada Gambar 5-8. Dari gambar tersebut

kisaran korelasi sekitar 0,45 -0,94. Korelasi terbesar terdapat pada batuan regosol dari

sedimen berkapur di daijrah bukit dengan besaran korelasi 0,94. Korelasi terkecil

terdapat pada batuan podsolik merah kuning dari sedimen pasir clan batuan masam di

daerah bukit, sungai, clan gunung, dengan besaran korelasi 0,45. Jika dibandingkan

dengan korelasi rata-rata di dunia (0,4-0,95 ), korelasi yang didapat pada batuan

sedimen di Pulau Jawa harnpir sarna.

Dari Tabel 3 kisaran nilai U/Th adalah 0,389 -0,500, dengan nilai tertinggi

pada batuan grumosol dari batuan sedimen clan beku di daerah gelombang clan

mediteran merah kuning clan lito sol dati batu sedimen clan metamorf, sedangkan U/Th

rata-rata untukjenis batuan campuran 0,46:t 0,064

4.5-4EQ, 3.5.S; 3~.-2.5~ 2'--~ 1.5~ 10~ 0.5

0

-.-Konsentrasi Th (ppm)

Gb.5. Hubungan U dengan Th pada batuan allu\lialdari sedimen sungai dan danau di daerah

datar atau cekung

205

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serlo Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN: 0854- 2910

EQ.Q.-::>'in'~-c:QJ(/)c:0~

2.5

2

1.5

1

0.5

0

3.5E 3c....e:: 2.5=>.-2II)

E 1.5-~ 1II)

g 0.5~ 0

0 2 4 6 8 10

Konsentrasi Th (ppm)

Gambar7. Hubungan U dengan Th pad a batuangrumosol dari sedimen liattua di daerah datar

::>II)cu'--c:Q)II)c:0~

0 1 2 3Konsentrasi Th (ppm)

Gambar8.Hubungan U denganTh padabatuanpods olik m erah kuning dari s edim en pas ir dan

batuan m as am di daerah bukit, sungai, dan gunung

4

206

EQ.Q.-

1.4

1.2

1

0.80.60.4

0.2

0

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serla Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002

ISSN:

0854 -2910

Tabel 3. Basil pengukuran uranium, torium, daD perbandingan uranium daDtorium untuk jenis batuan sedimen, beku, daD metamorf

rliij~::;:~~;:

1-

Grumosol dari batuan sedimen clan beku di 2,61 ::t: 5,22 :t 0,500daerah gelombang 1,15 4,12

2---

Podsolik merah kuling, latosol, clan lito sol,

dari batuan sedimen clan beku di daearh bukit

0,82 :t: 2,11 ::t 0,389

0,31 0,73

sampat gunung

3-

Mediteran merah kuning clan lito sol clari batu O,99:.t 1,98 ::t 0,500sedimen daD metamorf 0,19 1,06

KESIMPULAN

Perbandingan konsentrasi U/Th untuk batuan beku, sedimen, dan metamorf dapat

diketahui sebagai berikut:

Nilai U/Th pada batuan beku sebesar 0,346 -0,416, pada batuan sedimen sebesar

0,351-0,558, dan pada batuan campuran sedimen , beku, dan metamorf sebesar

2

0,389 -0,500.

Nilai U/Th untuk berbagai jenis batuan di Pulau Jawa lebih kecil daTi satu,

menunjukkan bahwa konsentrai Th lebih dominan dibandingkan U.

DAFTARACUAN

1 THA YIB MH. 1992. Radioekologi. Pusat Pendidikan clan Latihan, Badan Tenaga

Atom Nasional. Jakarta

2

3

MURAKANI Y. 1982. Table of Isotopes. Chi sing Sookany Printing, Sowa.

BOWEN HJM. 1979. Environmental Chemistry of The Elements. Academic Press.

4

Sydney.

AKHMAD YR, dan PUDIJANTO MS 1998. Pengembangan Paket Program

Komputer Pemantauan Radiasi Gama di Sekitar Fasilitas Nuklir. Tri Dasa Mega. 7

18

207

Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi da!, Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 150ktober2002

ISSN: 0854 -2910

5 UNSCEAR 1958. Radiation from Natural Sources. Report of The United Nations

Scientific Committee on The Effects of Atomic Radiation, 13th Session, 17: 49-59.

(A/3838) United Nations, New York,

6 LAHERMO, P. and R. JUNTUNEN, 1991. Radiogenic Elements in Finnish Soils

and Groundwaters. Geochemistry, 6:169-183. Pergamon Press.

1987. Measurements of Terresterial y Radiation in Taiwan,YU-MING-LING7

Republic of China. Health Physics. 52: 805-8011

208