jurusan teknik mesin fakultas sains dan teknologi...

NON DESTRUCTIVE TEST (NDT) TERHADAP

KEMURNIAN KOLIMATOR NEUTRON GENERASI KE DUA DENGAN

METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagai persyaratan

Mencapai derajat sarjana S-1

Diajukan oleh:

ANANTA ALFIAN

NIM: 155214025

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

A NON DESTRUCTIVE TEST (NDT) TOWARDS THE PURITY OF THE

SECOND GENERATION OF NEUTRON COLLIMATOR USING

NEUTRON ANALYSIS ACTIVATION METHOD

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Teknik Mesin Degree

in Mechanical Engineering

By

ANANTA ALFIAN

Student Number: 155214025

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


iii


iv


Intisari

Analisis Aktivasi Neutron (AAN) merupakan salah satu metode Non

Destructive Test (NDT) yang dapat mengetahui unsur yang terkandung dalam

logam. Prinsip kerja dari AAN yaitu terjadinya reaksi inti pada fasilitas yang

terpapar sinar neutron. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui analisis

kualitatif dan analisis kuantitatif pada sampel nikel sebelum dan sesudah dicasting,

dan akan dicasting menggunakan metode sentrifugal casting yang akan

diaplikasikan pada alat Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) sebagai

Kollimator pada alat tersebut.

Pengujian menggunakan sampel nikel dengan berat 0,05 gram dan diiradiasi

selama 5 menit, irradiasi dilakukan di fasilatas iradiasi Lazy susan dan pencacahan

dilakukan di laboratorium pnumatik PSTA-BATAN.

Secara analisis kuantitatif dan kualitatif menyatakan tingkat kemurnian

nikel mencapai 95,93% hasil ini sudah sesuai dengan standar minimum kemurnian

nikel yang akan digunakan sebagai bahan kollimator neutron.

Kata Kunci: BNCT, AAN, Nikel, Kollimator

vii


Abstract

Neutron Analysis Activation (NAA) is one of Non Destructive Test

Methods that can be used to analyze the elements that are contained in metal. The

principal work of NAA is when there is a core reaction to the object that is exposed

by the neutron light. The aims of this study are to gain the information about

qualitative analysis and quantitative analysis from the object, before and after it is

casted, also when it will be casted using centrifugal casting method and will be

applied in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) as a collimator in this machine.

This test uses nickel sample with 0,05 gram weight and it is radiated for 5

minutes. Irradiation is done in irradiation facility of Lady Susan and the counting is

done in pneumatic’s laboratory PSTA-BATAN.

According to the quantitative and qualitative analysis, the purity level of

nickel reaches 95,93%. The result is already filled up with the minimum standard

of nickel’s purity that will be used as neutron’s collimator.

Keywords:BNCT,AAN,Nickel,Collimator.

viii


KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena rahmat

dan perlindungan-Nya, serta kasih dan segala bimbingan-Nya sehingga penulis

dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik.

Tugas akhir berjudul “NON DESTRUCTIVE TEST (NDT) TERHADAP

KEMURNIAN KOLIMATOR NEUTRON GENERASI KE DUA DENGAN

METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON” yang telah diselesaikan oleh

penulis merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada

program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Dalam penulisan tugas akhir ini penulis tidak lepas dari

bantuan, dorongan, dan dukungan serta bimbingan dari orang-orang disekitar

penulis. Oleh karena itu, melalui tulisan ini dengan segala hormat dan kerendahan

hati, penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku ketua Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma.

3. Budi Setyahandana, M.T. selaku Dosen Pembimbing pertama Tugas Akhir

4. Drs. Widarto selaku Dosen Pembimbing kedua Tugas Akhir

5. Prof. Ir. Yohannes Sardjono APU. Selaku pimpinan proyek penelitian BNCT

6. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra Selaku Dosen pembimbing akademik

7. Dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, yang telah

membimbing dan memberikan ilmunya kepada penulis selama perkuliahan.

8. Orang tua, saudara serta semua keluarga yang selalu memberikan bantuan,

dukungan serta fasilitas selama menyelesaikan perkuliahan dan tugas akhir

ini.

9. Benedictus Bima, Ricky Fajar, Deo Clinton dan Erasmus Praksita yang selalu

memberikan dukungan serta waktu dan tenaga menjadi teman dalam

penyelesaian tugas akhir ini.

ix


10. Maria Wangi Pudyasari, S.Pd., Elisabeth Ully, S.Pd. dan Jovita Anggraini,

S.P.d. yang selalu mengingatkan dan mendukung penulis untuk segera

menyelesaikan tugas akhir

11. Damar Dwi Oktavianto, Akwila Chris, klara Aura dan Florentinus Rinto

Musak yang selalu menemani penulis mengerjakan tugas akhir.

12. Katarina Siena dan Maria Paskarani Sebayang selaku teman KKN yang

memotivasi dan memantik semangat penulis untuk segera menyelesaikan tugas

akhir.

13. Rekan-rekan Teknik Mesin 2015 Universitas Sanata Dharma, yang selalu

bersedia memberikan bantuan, dukungan selama perkuliahan dan dalam

penyelesaian tugas akhir ini.

14. Keluarga Besar Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

15. Serta semua pihak yang telah terlibat.

Semoga Tuhan membalas segala bentuk dukungan dan kebaikan yang telah

diberikan. Dalam penyusunan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan jauh

dari kata sempurna. Oleh sebab itu, penulis menerima masukkan dan saran. Penulis

berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 20 juli 2019

penulis

x


DAFTAR ISI

Halaman Judul ....................................................................................................... i

Halaman Judul Dalam Bahasa Inggris ............................................................... ii

Halaman Persetujuan Dosen Pembimbing ........................................................ iii

Halaman Pengesahan ........................................................................................... iv

Lembar Pernyataan Keaslian Karya .................................................................. v

Lembar Pernyataan Perstujuan ......................................................................... vi

Intisari .................................................................................................................. vii

Abstract ............................................................................................................... viii

Kata Pengantar .................................................................................................... ix

Daftar Isi ............................................................................................................... xi

Daftar Gambar ................................................................................................... xiii

Daftar Tabel ........................................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1

1.2. Keaslian Penelitian ....................................................................................... 4

1.3. Permasalahan................................................................................................ 5

1.4. Batasan Masalah........................................................................................... 5

1.5. Identifikasi Masalah ..................................................................................... 5

1.6. Tujuan .......................................................................................................... 6

1.7. Manfaat ........................................................................................................ 6

BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................. 7

2.1. Dasar Teori ................................................................................................... 7

2.1.1. Boron Neutron Capture Therapy .......................................................... 7

2.1.3. Casting .................................................................................................. 9

2.1.4. Nikel.................................................................................................... 12

2.1.5. Pengujian Bahan ................................................................................. 13

2.1.6. Pengujian AAN ................................................................................... 17

2.2. Tinjauan Pustaka ........................................................................................ 24

2.3. Hipotesis ..................................................................................................... 26

xi


BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 27

3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan ................................................................ 27

3.2. Variabel Penelitian ..................................................................................... 27

3.3. Alat dan Bahan Penelitian .......................................................................... 28

3.4. Prosedur kerja............................................................................................. 31

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................. 36

4.1. Perhitungan masa sampel ........................................................................... 36

4.2. Analisis Data .............................................................................................. 38

4.3. Pembahasan ................................................................................................ 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 42

5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 42

5.2. Saran ........................................................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 44

LAMPIRAN 1. KONFIGURASI TERAS REAKTOR KARTINI DAN TATA

LETAK FASILITAS IRADIASI ....................................................................... 47

LAMPIRAN 2. ALAT DAN BAHAN ............................................................... 48

xii


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.2. Beamport Tembus Radial Reaktor Kartini dan Rencana Letak

Pemasangan Kolimator (Widarto dkk, 2014).......................................................... 8

Gambar 2.3. Prinsip Dasar AAN........................................................................... 18

Gambar 2.4. Konfigurasi Spektrometri (Khoirunisa, 2015) ................................. 20

Gambar 2.6. Blok Diagram MCA (Khoirunisa, 2015).......................................... 24

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 31

Gambar 3.2. Vial Polyetilene dalam Kapsul Polyetilene Siap Iradiasi ................. 33

xiii


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Konstanta Perhitungan .......................................................................... 36

Tabel 4.2 Hasil Cacah ........................................................................................... 37

Tabel 4.3 Kandungan masa nikel .......................................................................... 37

Tabel 4.4 Hasil Analisis Kualitatif ........................................................................ 38

Tabel 4.5 Analis Kuantitatif .................................................................................. 39

xiv


BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Boron neutron capture therapy (BNCT) adalah bentuk biner dari terapi

radiasi yang melibatkan pengiriman boron selektif ke jaringan target, diikuti oleh

iradiasi dengan neutron termal. Ketika disinari dengan neutron berenergi rendah

isotop boron yang terjadi secara alami, menangkap neutron dan mengalami reaksi

nuklir yang menghasilkan pelepasan partikel alfa dan inti litium. Partikel-partikel

ini memiliki Linear Energy Transfer (LET) yang tinggi dan panjang trak yang

pendek, menghasilkan efek pembunuhan radiasi yang signifikan di daerah yang

secara kasar setara dengan satu diameter sel. Secara umum, hal ini dimaksudkan

bahwa agen pengiriman boron, serta sinar neutron energi rendah, memiliki efek

biologis yang sangat sedikit dengan mereka sendiri (Charles, 2017). Di Kyoto

University Research Reactor Institute (KUR), lebih dari 400 pasien kanker telah

diobati dengan BNCT sejak tahun 1990, memperoleh hasil yang baik bahkan

setelah radiasi konvensional dan kemoterapi lainnya (Natsuko, 2014).

Sinar neutron energi rendah kemudian berjalan melalui kolimator baja

utama, ruang transmisi dan akhirnya melewati kolimator. Reaktor nuklir

menyediakan sumber neutron berintensitas tinggi, namun, memiliki banyak

kekurangan: Sebagian besar berada jauh dari rumah sakit dan tidak cocok untuk

tujuan medis dan juga sangat mahal dan terlalu besar untuk digunakan di rumah

sakit (G.Nicolau, 2017). Desain fasilitas dioptimalkan sehubungan dengan efisiensi

1


tertinggi dari moderator, pemilihan material terbaik, dan kedalamannya untuk filter

gamma dan neutron yang dipancarkan untuk memenuhi rekomendasi IAEA.

Pergeseran spektrum adalah salah satu dari dua teknik dasar yang digunakan

untuk mendapatkan fluks neutron yang sesuai. Dalam teknik pergeseran spektrum,

spektrum shifter "atau moderator"; ditempatkan dekat dengan inti; memoderasi

neutron cepat ke energi epitermal, yang memberikan rasio fluks-ke-daya yang jauh

lebih tinggi. Sebuah sinar BNCT spektrum-pergeseran khas meliputi: spektrum

shifter, filter neutron termal , gamma filter, reflektor, kolimator dan perisai (A.M

Hassanein, 2018). Bahan yang diperlukan pertama digunakan untuk mencerminkan

kembali neutron yang tersebar ke dalam sinar. Reflektor harus memiliki penampang

lintang absorpsi rendah, penampang hamburan elastik tinggi untuk energi epitermal

dan sejumlah massa besar dimana tidak ada energi yang hilang dengan setiap

tumbukan elastis (Graverend, 2017).

Metode sentrifugal casting dipilih untuk proses manufakturing kolimator

karena hampir relatif bebas porositas maupun penyusutan pada saat proses

pendinginan (K Pranos et al, 2014 p 49), namun tidak memungkinkan adanya

perubahan suatu unsur akibat proses manufakturing karena pada saat pemanasan

pada proses manufakturing ada unsur yang berkurang maupun bertambah.

Desain kolimator yang optimal adalah kolimator yang tersusun atas dinding

kolimator berbahan Nikel (95%). Apabila semakin tinggi kandungan nikel maka

semakin baik digunakan sebagai bahan material kollimator (M.Ilma Muslih A et al,

2014). Kolimator generasi kedua dibuat karena kolimator generasi pertama kurang

2


memenuhi kualitas standard, Ada perbedaan pada proses pembuatan kolimataor

generasi pertama dan kolimator generasi kedua yaitu pada proses pembuatan untuk

kolimator generasi pertama menggunakan metode gravity casting yang sedangkan

pada proses pembuatan kolmator generasi kedua menggunakan metode Sentrifugal

casting sehingga kolimator generasi kedua memilki bentuk yang lebih rapi. Supaya

material nikel dapat digunakan sebagai kolimator nikel harus dianalisis

menggunakan metode AAN untuk mengetahui tingkat kemurnan nikel dan berapa

banyak nikel yang terkandung pada kolimator generasi kedua.

Analisis Aktivasi Neutron (AAN) adalah salah satu metode Non Destructive

Test (NDT) yang dapat digunakan untuk mengetahui unsur logam yang. Massa

logam nikel dan yodium dalam fase logam yang diekstraksi diukur menggunakan

analisis aktivasi neutron. Kehadiran nuklida diperkirakan menggunakan analisis

hasil fisi, dan nuklida radio diidentifikasi sementara massa dihitung menggunakan

analisis aktivasi neutron (R.I. Palomares et al,2015).

Berdasarkan penjabaran diatas, maka peneliti tertarik untuk melakukan

penelitian penentuan jenis dan kadar unsur pada nikel bahan kolimator neutron

generasi kedua sebelum dimanufaktur dan menggunakan AAN metode mutlak.

Sehingga dapat diketahui jenis dan kadar unsur dalam nikel bahan kolimator

neutron sebelum dimanufaktur dan setelah dimanufaktur.

3


1.2. Keaslian Penelitian

Syukria Kurniawati dkk (2009) telah melakukan penelitian tentang

“Karakterisasi Unsur Dalam Sampel Tanah dan Sedimen Menggunakan Teknik

AAN Untuk Uji Banding Antar Laboratorium Batan” untuk mengevaluasi dan

mempertahankan unjuk kerjanya sebagai laboratorium pengujian yang menerapkan

sistem mutu ISO/IEC 17025.

Yusuf (2014) telah melakukan penelitian tentang “Aplikasi Teknik AAN di

Reaktor RSG-GAS Pada Penentuan Unsur Esensial dan Toksik di Dalam Ikan Dan

Pakan Ikan” Pada makalah ini diuraikan tentang aplikasi teknik AAN (Analisis

Aktivasi Neutron) dalam penentuan konsentrasi unsur-unsur esensial dan cemaran

yang terkandung di dalam beberapa spesies ikan dan pakan ikan.

Khoirunisa (2015) telah melakukan penelitian tentang “Analisis Kandungan

Unsur Pada Bahan Kollimator Neutron Sebelum Dan Setelah Manufaktur

Menggunakan Metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN)” sebagai skripsi di

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional, Khoirunisa

membahas kandungan unsur kollimator sebelum dan sesudah manufacturing.

Perbedaan penelitian yang akan dilakukan penulis dengan penelitian

sebelumnya yaitu penulis melakukan analisis aktivasi neutron (AAN) untuk

mengetahui tingkat kemurnian kollimator generasi ke dua yang dimanufakturing

dengan metode sentrifugal casting.

4


1.3. Permasalahan

Menganalisa tingkat kemurnian nikel sebagai bahan kolimator neutron yang

akan dimanfaatkan di dalam beam port tembus radial reaktor Kartini dalam rangka

untuk menyediakan fasilitas uji in vitro in vivo metode BNCT. Analisis kemurnian

nikel bahan kolimator dilakukan dengan menggunakan metode AAN serta

membandingkan alat hasil tugas akhir mahasiswa dengan hasil Standard Kolimator.

1.4. Batasan Masalah

Untuk membatasi masalah yang ada penulis memberikan suatu batasan-

batasan mengenai pengetahuan dasar tentang pengujian NDT dan AAN,

pengetahuan material yang akan diuji, prosedur pengujian serta membandingkan

hasil uji dengan standard yang ada.

1.5. Identifikasi Masalah

Dalam menganalisa tingkat kemurnian nikel menggunakan metode

pengujian AAN dapat meliputi beberapa masalah, diantaranya:

1. Bagaimana hasil analisis kualitatif pada sampel nikel bahan

kolimator generasi kedua sebelum manufaktur menggunakan AAN?

2. Bagaimana hasil analisis kuantitatif pada sampel nikel bahan

kolimator generasi kedua sebelum manufaktur menggunakan AAN

metode mutlak?

5


3. Bagaimana hasil analisis kualitatif pada sampel nikel bahan

kolimator generasi kedua setelah manufaktur menggunakan AAN?

4. Bagaimana hasil analisis kuantitatif pada sampel nikel bahan

kolimator generasi kedua setelah manufaktur menggunakan AAN

metode mutlak?

1.6. Tujuan

1. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai kemurnian nikel

kolimator dengan menggunakan metode AAN

2. Penelitian ini bertujuan untuk uji kelayakan kolimator neutron yang

akan diaplikaskan untuk BNCT

1.7. Manfaat

Kegiatan penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yang nyata

bagi berbagai pihak, yaitu :

1. Bagi penulis

Untuk menambah pengetahuan dan wawasan tentang metode

analisis aktivasi neutron (AAN).

2. Bagi instansi

Dapat digunakan sebagai referensi untuk keperluan penelitian lain

khususnya BNCT.

3. Bagi Universitas Sanata Dharma

Sebagai bahan referensi untuk melakukan penelitian yang serupa.

6


BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Boron Neutron Capture Therapy

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) adalah metode yang efektif

untuk mengobati tumor kanker. Interaksi antara boron dan neutron menghasilkan

partikel alfa dan lithium. Partikel-partikel alfa dan lithium dapat menghancurkan

sel kanker dengan melepaskan energi ke dalam dimensi sel kanker (Pouryavi et

al, 2015). Pengobatan menggunakan BNCT pengobatan tanpa pembedahan, pada

saat pelepasan energi partikel akan membunuh sel-sel kanker tanpa merusak sel-

sel yang sehat (Bortlussi, 2018). Karena dosis yang diterma sel yang terjangkit

akan lebih tinggi daripada sel-sel yang sehat (Gonzalez, 2016).

2.1.2. Desain Kolimator Neutron

Desain kolimator yang optimal adalah kolimator yang tersusun atas dinding

kolimator berbahan Nikel (95%) setebal 1,5 cm. Moderator Al 1350 (99.5%)

setebal 15 cm, Perisai gamma Pb setebal l cm dan penambahan Boral setebal 1,5

cm (A.M. ilma Muslih, 2014).

Komposisi kimiawi nikel sebelum meleleh adalah Ni (98,89%), Si (0,79%),

S (0,17%), dan Fe (0,15%) dan setelah dilebur adalah Ni (97,89%), Si (0,92%) ,

S (0,26%), dan Fe (0,90%). Komposisi kimiawi nikel setelah peleburan dalam

Tungku EA memenuhi persyaratan kolimator BNCT (Mujiyono dkk, 2018).

7


Gambar 2.1. Produk Kolimator Metode Sentrifugal Casting

Gambar 2.2. Beamport Tembus Radial Reaktor Kartini dan Rencana Letak

Pemasangan Kolimator (Widarto dkk, 2014)

Pada pembuatan kolimator metode pengecoran sentrifugal dipilih dan

direncanakan untuk memproduksi kolimator untuk BNCT yang terbuat dari nikel

murni (Mujiyono dkk, 2018). Sentrifugal Casting memanfaatkan putaran yang

menghasilkan gaya sentrifugal sehingga logam yang meleleh pada tabung cetakan

akan menempel pada dinding tabung cetakan sehingga hampir tidak ada kecacatan

material (Comprehensive Materials Processing, 2014).

8


2.1.3. Casting

Castng merupakan metode pembuatan produk dari logam yang melalui

proses, pelelehan logam yang selanjutnya dituangkan ke dalam sebuah cetakan,

salah satu ciri dari casting adalah selalu ada proses pelelehan, penuangan dan

pembekuan terhadap logam (Elsevier Science Ltd, 2014). Pada proses casting

dapat menimbulkan cacat luar maupun dalam, hal ini timbul karena pada proses

pembekuan logam ada penurunan suhu secara extreme, hal ini menimbulkan

kecacatan pada sebuah produk (Darvell, B. W, 2018). Maka pada proses casting

membutuhkan pemahaman yang tepat.

2.1.3.1. Investment Casting

Investment Casting merupakan metode pengecoran yang

memanfaatkan bahan yang mudah meleleh seperti lilin atau plastik, bahan

yang mudah leleh tersebut digunakan sebagai pola yang ditanam pada

rongga cetakan yang akan dihilangkan dengan cara dipanaskan (Luigi

Glielmo, 2019). Investment casting biasa digunakan pada industri

perhiasan karena metode ini dianggap memiliki tingkat kepresisian yang

tinggi dan memiliki hasil permukaan yang sangat halus (Phetrattanarangsi,

2017).

2.1.3.2. Gravity Die Casting

Gravity Die Casting adalah proses pengecoran cetakan

permanen, di mana logam cair dituangkan dari bejana ke dalam cetakan.

Penuangan logam cair kedalam cetakan memanfaatkan tekanan dari gaya

9


gravitasi, pengisian dapat dikontrol dengan memiringkan cetakan. Proses

ini memberikan permukaan akhir yang lebih baik daripada pengecoran

pasir serta sifat mekanik yang lebih baik, baik karena pemadatan yang

cepat. Proses Gravity Die Casting:

1. Cetakan dipanaskan dan kemudian disemprot dengan

lapisan tahan api, dan ditutup. Lapisan keduanya

membantu mengontrol suhu cetakan selama pembuatan

dan juga membantu dalam melepaskan cetakan.

2. Logam cair kemudian secara manual dituangkan ke

dalam cetakan, (meskipun dalam beberapa kasus mesin

dapat digunakan) dan dibiarkan mengeras.

3. Cetakan kemudian dibuka dan bagian cetakan dilepas

dengan tangan atau dalam beberapa kasus pin ejektor

digunakan pada mesin mekanis.

4. Pada tahap finishing dilakukan proses machining pada

permukan guna menghilangkan permukaan yang tajam

akibat proses pengecoran.

Gravity die casting sangat cocok digunakan pada industri

otomotif karena tidak perlu membuat ulang dan prosesnya yang cepat

(Harrison castings).

10


2.1.3.3. Centrifugal Casting

Proses pengecoran sentrifugal dipatenkan pada tahun 1809 oleh

A. G. Eckhardt (UK), tetapi penggunaan praktisnya terbatas karena

ketidakmungkinan mendapatkan jumlah revolusi yang diperlukan untuk

gaya sentrifugal yang diperlukan. Aplikasi industri pertama adalah

tertanggal tahun 1848 untuk produksi pipa besi cor. Pada tahun 1918, De

Lavaud menemukan teknik casting sentrifugal baru, ditandai dengan tidak

adanya inti pusat dan oleh adanya sistem pendingin, dan setelah 1920,

proses mulai digunakan untuk pembuatan berbagai macam coran dan

paduan (Comprehensive Materials Processing, 2014).

Metode sentrifugal memanfaatkan putaran pada cetakan

sehngga logam cair akibat dari putara sentrifugal memempel pada dinding

cetakan dan menghasilkan roangga. Beberapa tindakan agar tidak terjadi

turbulensi pada proses casting:

1. Pada proses penuangan logam cair ke cetakan harus

dilakukan sedekat mungkin pada rongga cetakan yang

berputar.

2. Proses penuangan mengikuti alur rotasi cetakan.

3. Kecepatan penuangan harus sesuai dengan kecepatan

putaran cetakan , kecepatan putaran cetakan adalah 2-

5m/s.

11


4. Pada proses peenuangan tidak perlu menambah tekanan

agar tidak terjadi terperangkapnya udara pada dinding

cetakan (Campbell, J. 2015).

2.1.4. Nikel

Nikel adalah logam putih keperakan, mengkilap, keras, dan memiliki

struktur kristal face center cubic (fcc) dengan sifat lunak dan dapat diproduksi

dengan proses pengecoran (Mujiyono dkk, 2018).

Supaya nikel dapat digunakan sebagai kollimator maka perlu ada proses

manufakturing, Proses manufaktur merupakan suatu proses pembuatan benda

kerja dari bahan baku sampai barang jadi atau setengah jadi dengan atau tanpa

proses tambahan (Budiarto, 2014). Pada proses manufaktur kollimator

menggunakan metode gravity casting dan sentrifugal casting.

Pada pembuatan kolimator metode pengecoran sentrifugal dipilih dan

direncanakan untuk memproduksi kolimator untuk BNCT yang terbuat dari nikel

murni (Mujiyono dkk, 2018). Sentrifugal Casting memanfaatkan putaran yang

menghasilkan gaya sentrifugal sehingga logam yang meleleh pada tabung cetakan

akan menempel pada dinding tabung cetakan sehingga hampir tidak ada kecacatan

material (Elsevier Science Ltd, 2014).

12


2.1.5. Pengujian Bahan

Untuk pengujian, bahan material yang digunakan adalah nikel dan diuji

menggunakan metode Non Destructve Test (NDT), karena NDT secara umum

tidak mengubah unsur atau material benda yang diuji (Dwivedi, 2018).

2.1.5.1. Non Destructive Test (NDT)

NDT merupakan kegiatan pengujian atau inspeksi pada suatu

benda dan material untuk mengetauhi cacat fisik tanpa merusak benda atau

material yang diuji (Non Destructive Testing, 2010). NDT dipilih karena

lebih menghemat biaya dan waktu, adapun metode-metode NDT antara

lain sebagai berikut:

A. Visual Inspection (VI)

Visual Inspection merupakan bagian penting dalam sistim kontrol

suatu produk, biasanya dilakukan secara sadar sebagai bagian dari

program inspeksi. Pada sistem control produk visual inspection

dilakukan dengan melihat dan meraba bahan material suatu produk

guna untuk melihat kecacatan permukaan,tingkat pengetahuan dan

pengalaman sangat mempengaruhi pada proses ini (Singh, 2016).

B. Radiography

Radiography test adalah bagian dari NDT yang memanfaatkan

sinar x atau sinar gamma yang dapat menembus hampir semua

logam kecuali timbal dan beberapa material padat sehingga dapat

13


digunakan untuk mengungkap cacat atau ketidaksesuain dibalik

dinding metal atau di dalam bahan itu sendiri, biasanya digunakan

untuk program inspeksi dalam bidang industri material khususnya

kecacatan pada spesimen (Kim, 2018).

C. Dye Penetrant Testing

Salah satu metode NDT yang memanfaatkan liquid penetrant

untuk mengetahui cacat permukaan pada material, suatu material

dikatakan memiliki cacat pada permukaan adalah ketika liquid

penetrant disemprotkan ke permukaan akan terjadi reaksi

munculnya kembali liquid penetrant pada permukaan material dan

membentuk pola retakan pada material, Dye pentrant testing juga

sering di manfaatkan pada industri manufaktur untuk control suatu

produk (Singh, 2016).

D. Ultrasonik Testing (UT)

Ultrasonik testing merupakan metode NDT yang memanfaatkan

gelombang ultrasonik untuk melihat kecacatan dan kedalaman

pada material, biasanya dgunakan untuk melihat kecacatan yang di

dalam material (Watanabe, 2014). Pada penerapannya Sistem

inspeksi UT terdiri dari beberapa unit fungsional, sepertipenerima

pulsa, transduser, dan perangkat layar. Penerma pulsa adalah

perangkat elektronik yang dapat menghasilkan pulsa listrik

tegangan tinggi. Didorong oleh pulser, transduser menghasilkan

14


energi ultrasonik frekuensi tinggi. Energi suara diperkenalkan dan

menyebar melalui material dalam bentuk gelombang. Ketika ada

diskontinuitas (seperti retakan) di jalur gelombang, sebagian energi

akan dipantulkan kembali dari permukaan cacat. Sinyal gelombang

yang dipantulkan diubah menjadi sinyal listrik oleh transduser dan

ditampilkan di layar. Mengetahui kecepatan gelombang, waktu

tempuh dapat langsung berhubungan dengan jarak yang dilalui

sinyal. Dari sinyal, informasi tentang lokasi reflektor, ukuran,

orientasi, dan fitur lainnya terkadang dapat diperoleh (Hübschen.

G, 2016).

E. Magnetic Particle Inspection

Magnetic Particle Inspection metode nondestruktif yang

mendeteksi diskontinuitas yang terkubur sedikit di bawah atau

terbuka ke permukaan material. Proses ini terbatas pada bahan-

bahan yang memiliki sifat feromagnetik yang menanggapi prinsip-

prinsip magnetik. Prnsip kerjanya adalah medan magnet diletakan

diantara bahan feromagnetis yang memiliki retakan, maka

selanjutnya akan terlihat partikel-partikel magnetis yang muncul

pada permukaan retakan (Sigh, 2016).

15


F. Eddy Current Testing

Eddy Current Testing dengan mengunakan teknik arus eddy telah

mencapai hasil kerja yang lebih berkembang dan dapat dipercaya

untuk menemukan diskontinuitas material yang bersifat konduktif

(Ricci, 2016). Eddy Current merupakan arus bolak-balik yang

diinduksi kedalam bahan induktif oleh medan magnetik bolak-

balik. Pengujian dengan menggunakan teknik Eddy Current pada

dasarnya memanfaatkan daya listrik dengan bantuan Probe (yaitu

salah satu bagiandari alat Eddy Current yang bersentuhan langsung

dengan benda uji) (Takeda, N. 2019). Metode ini pada prisipnya

hampir sama dengan teknik Magnetic Particles, akan tetapi medan

listrik yang dipancarkan dari arus listrik bolak-balik, ketika ada

crack maka medan listrik akan berubah dan perubahannya itu akan

terbaca pada alat pengukur impadance.

G. Analisis Aktivasi Neutron (AAN)

Analisis aktivasi Neutron adalah teknik multi elemen non-

destruktif yang kuat yang dapat diterapkan pada penentuan lebih

dari 60 elemen dalam berbagai matriks. Metode ini melibatkan

aktivasi sampel dalam sumber neutron diikuti oleh spektrometri

sinar-g untuk mengidentifikasi dan mengukur aktivitas yang

diinduksi, dan ada konsentrasi elemen dalam sampel (Parry, 2018).

Ada dua jenis metode AAN yaitu metode mutlak dan nisbih pada

16


AAN metode mutlak akan dilakukan penelitian untuk mencari

unsur-unsur yang terkandung dalam sebuah material yang belum

terstandarisasi sedangkan untuk AAN metode nisbih penelitian

dilakukan untuk membuktikan hasil penelitian dengan standard

material tersebut.

2.1.6. Pengujian AAN

Analisis aktivasi neutron adalah metode untuk menentukan unsur yang

terkandung dan menentukan konsentrasi unsur pada suatu material (Ali, 2017).

Material yang diuji menggunakan AAN adalah material yang tidak menyebabkan

reaksi fisi, dalam penerapannya teknik metode AAN sudah banyak digunakan

untuk ilmu lingkungan, arkeologis dan industry (Johnsen, 2017). AAN digunakan

untuk menguji material karena AAN tidak merusak atau mengubah bentuk

material karena cukup menggunakan sampel serbuk (Mukherje, 2016). Prinsip

kerja AAN meletakkan sampel untuk di irradiasi menggunakan neutron termal

dalam reaktor nuklir, dan aktivitas yang diinduksi danalisis secara spektrometri

gamma menggunakan detektor High Purity Germanium (HPGe) resolusi tinggi

yang dikalibrasi dengan efisiensi tinggi (El-samad, 2017). Pada penelitian ini,

digunakan reaktor penelitian Kartini. Konfigurasi teras reaktor Kartini dan tata

letak fasilitas iradiasi dapat dilihat pada Lampiran 1.

Pada proses aktivasi neutron akan terjadi perubahan reaksi inti atom akibat

paparan sinar neutron thermal, inti atom tersebut akan berubah menjadi radioaktif,

ketika paparan sinar neutron dianggap cukup selanjutnya dikeluarkan dari sumber

17


neutron untuk dianalisis (Lukens, 1974). Prinsip AAN yang telah dijelaskan di

atas dapat digambarkan secara skematis pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Prinsip Dasar AAN

Keterangan Gambar 2.3.:

(a) Sampel terdiri dari bahan dasar (○) dan unsur kelumit (Δ),

(b) Sampel diiradiasi dengan neutron (●) dan membuat beberapa atom menjadi

radioaktif (▲),

Sinar gamma yang dipancarkan oleh sampel menyatakan data kualitatif

unsur dalam sampel.

2.1.6.1. Reaksi Pengaktifan

Pada proses pengaktifan disebut penguraian partikel, dan inti yang

berinteraksi dengan neutron disebut inti target (D.Bryan, 1974).

Reaksi pengaktifan merupakan reaksi yang terjadi pada saat

penembakan neutron (iradiasi) dan menghasilkan sinar ɤ. Berdasarkan

mekanismenya, reaksi nuklir dibedakan menjadi dua yaitu :

1. Reaksi nuklir yang melalui pembentukan inti majemuk (compound

18


nucleus),

2. Reaksi nuklir langsung (tanpa pembentukan inti majemuk)

(Khoirunisa,2015).

Reaksinya dapat ditulis mA + n = m+1 A + γ, di mana A adalah nomor

atom dari inti reaksi dan m adalah jumlah nuklida. reaksi ini biasa disebut reaksi

(n,γ) (Lukens,1974).

Jika neutron memiliki energi yang cukup dapat menyebabkan

reaksi, melibatkan pelepasan partikel dari inti target.

2.1.6.2. Analisis Data

a) Analisis kualitatif

Analisis kualitatif bertujuan untuk mengetahui unsur-unsur yang

terdapat dalam sampel yang akan diteliti. Prosesnya dilakukan dengan

mencacah sampel dengan spektrometri gamma.

Penentuan jenis unsur atau logam yang akan dianalisis berdasarkan

energi sinar gamma pada puncak-puncak spektrum yang spesifik untuk setiap

unsur (Khoirunisa,2015).

b) Analisis kuantitatif

Setelah diketahui jenis unsur atau logam yang terdapat pada sampel

secara kualitatif, selanjutnya dilakukan penentuan secara kuantitatif. Analisis

kuantitatif bertujuan untuk mengetahui kadar atau konsentrasi masing-masing

unsur dalam sampel. Pada penelitian ini, akan digunakan metode mutlak

(Khoirunisa,2015).

19


2.1.6.3. Spektrometri Gamma

Spektrometri gamma dapat didefinisikan suatu cara pengukuran dan

identifikasi zat-zat radioaktif dengan jalan mengamati spektrum yang

ditimbulkan oleh interaksi sinar gamma yang dipancarkan oleh zat-zat

radioaktif tersebut dengan detektor. Perangkat spektrometri gamma biasanya

terdiri dari sebuah detektor, sistem penguat pulsa, sistem pengolah pulsa dan

penyimpanan data. Interaksi sinar ɤ dengan detektor menghasilkan sinyal pulsa

yang tingginya sebanding dengan tenaga sinar ɤ yang selanjutnya pulsa-pulsa

tersebut diproses secara elektronik oleh sistem penguat dan pengolah pulsa

sehingga diperoleh hasil akhir berupa spektrum gamma pada layar monitor.

Banyaknya cacah dari masing-masing puncak energi pada spektrum

menunjukkan intensitas energi dan tanggapan detektor terhadap energi

tersebut. Konfigurasi spektrometri dapat ditunjukkan dalam Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Konfigurasi Spektrometri (Khoirunisa, 2015)

2.1.6.4. Perangkat Spektrometri Gamma

Perangkat spektrometer gamma yang digunakan terdiri sebuah

detektor semikonduktor High Pure Germanium (HPGe) tipe coaxial dengan

sistem penguat awal (pre amplifier) yang langsung terangkai pada detektor

20


sehingga dapat mengurangi gangguan pulsa yang timbul. Perangkat tersebut

dirangkai dengan sebuah penguat (amplifier) kemudian dihubungkan ke

rangkaian ADC pada sistem MCA (Multi Channel Analyzer) yang telah diinstal

pada sebuah PC (Personal Computer) (Wurdiyanto,dkk).

a) Detektor semikonduktor

Detektor semi konduktor dapat dipandang sebagai detektor

ionosasi. Medium gas pada detektor ionisasi diganti dengan zat pad

at yang bersifat semikonduktor. Muatan yang dibawa dalam semi

konduktor bukan pasangan elektron dan ion tetapi pasangan elektron

dan hole (lowongan). Detektor semi konduktor pad a umumny dibuat

dari bahan germanium dan silikon. Keunggulan Detektor semi

konduktor dibanding pencacah radiasi yang lain adalah (Purwanto,

2013) :

1. Daya pisah tenaga ( resolusi) yang sangat baik.

2. Tanggap (respon) terhadap radiasi linier (tinggi

pulsa atau versus tenaga partikel)

3. Ukuran sangat kompak dan kecil.

b) Catu daya tegangan tinggi (Khoirunisa, 2015)

Setiap jenis detektor memerlukan tegangan DC untuk

membias atau memberi polaritas kedua kutub elektrodanya.

Tegangan kerja detektor yang merupakan perbedaan tegangan antara

anoda dan katoda harus disesuaikan dengan detektornya. Bila

tegangan tingginya terlalu rendah maka tidak semua elektron yang

21


terbentuk dapat ditangkap oleh anoda, sebaliknya bila tegangannya

terlalu tinggi akan menghasilkan noise dan bahkan menyebabkan

detektor rusak.

Langkah menghidupkan detektor HPGe yaitu menaikkan

tegangan tinggi dari nol sampai tegangan kerjanya harus dilakukan

secara perlahan-lahan. Nilai tegangan kerja sebuah detektor selalu

tercantum pada sepesifikasi detektor.

c) Pembentuk pulsa

Penguat awal terletak diantara detektor dengan penguat. Alat

ini mempunyai beberapa fungsi sebagai berikut:

1. Untuk melakukan amplifikasi awal terhadap

pulsa keluaran detektor.

2. Untuk melakukan pembentukan pulsa

pendahuluan.

3. Untuk mencocokkan impedansi keluaran

detektor dengan kabel signal masuk ke penguat.

4. Untuk mengadakan perubahan muatan menjadi

tegangan pada pulsa keluaran detektor.

Selain itu, penguat awal juga dapat menurunkan signal.

Sebaiknya penguat awal dipasang sedekat mungkin dengan detektor.

Ada dua jenis penguat awal, yaitu penguat awal peka tegangan dan

penguat awal peka muatan. Penguat awal peka tegangan mempunyai

kelebihan dalam hal memiliki signal yang tinggi akan tetapi

22


mempunyai kelemahan dalam hal stabilitas. Olehkarena itu dalam

spektrometri lebih sering digunakan penguat awal peka muatan

(Purwanto, 2013).

Penguat yang dipakai adalah jenis penguat peka tegangan

yang biasa disebut penguat /inier. Pulsa dipertinggi sampai mencapai

amplitudo yang dapat dianalisis dengan alat penganalisis tinggi

pulsa.

d) Multi Chanel Analyzer (MCA)

Multi Channel Analyzer (MCA) disebut sebagai

penganalisis salur ganda yang boleh dianggap gabungan dari banyak

penganalisis salur tunggal dan dapat membuat spektrum- r secara

sekaligus atau dalam sekali pengukuran (Purwanto,2013).

Fungsi modul MCA adalah menampilkan distribusi

intensitas radiasi terhadap energinya. Untuk itu MCA melakukan

tiga hal yaitu mengukur tinggi dari setiap pulsa datang yang berasal

dari amplifier, kemudian menyimpan hasil pengukuran tersebut

dalam memory, dan menampilkan isi memory tersebut ke monitor

dalam bentuk spektrum. Blok diagram MCA ditunjukkan pada

Gambar 2.6.

23


Gambar 2.6. Blok Diagram MCA (Khoirunisa, 2015)

2.1.6.5. Perhitungan Masa Sampel

Perhitungaan masa sampel dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui

konsentrasi masa nikel yang terkandung dalam sampel, untuk menghitung

masa sampel dilakukan dengan menggunakan persamaan

)1)()(1( cdi ttt

actA

ceeeYN

AcB

(1)

dengan ti lama waktu iradiasi (s) =t1, td lama waktu tunda sebelum dicacah (s)

= (t2-t1), tc lama waktu pencacahan (s) =(t3-t2), c menyatakan jumlah cacah, λ

adalah konstanta peluruhan (s-1), A nomor massa, ɛ menyatakan efisiensi

detektor, Y adalah yield gamma, NA adalah bilangan Avogadro, ϕ fluks

neutron (ncm-2s-1), σact tampang lintang aktivasi mikroskopis materi (cm2) dan

Bc berat cuplikan (gram) (Khoirunisa, 2015).

2.2. Tinjauan Pustaka

Analisis aktivasi neutron (AAN) adalah metode untuk menentukan jumlah

berbagai unsur kimia yang ada dalam sampel. Metode ini memanfaatkan neutron

untuk menghasilkan isotop indikator analitik radioaktif, dan radioisotop kemudian

diukur dengan menggunakan radiasi yang mereka pancarkan (H.R Lukens et al,

1974 p. 46). Analisis Aktivasi Neutron adalah teknik analisis paling sensitif yang

digunakan untuk menentukan konsentrasi elemen dalam sampel (Shulyakova,

2015). Telah ditunjukkan bahwa radioaktivitas yang diinduksi dapat digunakan

untuk menentukan keberadaan unsur-unsur yang tidak diketahui dalam sampel

(Shulyakova, 2015). Metode AAN sering digunakan untuk control sebuah produk

24


pada industri karena kelebihannya untuk mengetahui konsentrasi sebuah unsur pada

sebuah produk (El-Samad, 2017).

Penelitian yang dilakukan Syukria Kurniawati dkk (2009) dengan judul

“Karakterisasi Unsur Dalam Sampel Tanah dan Sedimen Menggunakan Teknik

AAN Untuk Uji Banding Antar Laboratorium Batan” Dari hasil analisis, diketahui

unsur-unsur yang terkandung dalam tanah adalah V, Al, Ca, Mn, Na, K, As, Fe, Zn

dan Hg. Dari uji akurasi dan presisi yang dilakukan terhadap sepuluh unsur tersebut,

semua mendapatkan status akhir ‘diterima’ kecuali satu unsur yaitu Ca ‘ditolak’.

Unsur yang terdeteksi dalam sedimen adalah V, Al, Mn, Cr, Fe, Zn dan Co. Status

akhir untuk V, Al, Mn, Cr, Fe dan Co dalam sedimen ‘diterima’ sedangkan Zn

mendapat status akhir ‘ditolak’

Yusuf (2015) dalam penelitiannya yang berjudul “Aplikasi Teknik AAN di

Reaktor RSG-GAS Pada Penentuan Unsur Esensial dan Toksik di Dalam Ikan Dan

Pakan Ikan” menunjukkan bahwa 12 unsur di dalam 11 spesies ikan air laut dan air

tawar telah ditentukan yaitu As, Br,Cr, Co, Cs, Fe, Hg, K, Na, Rb, Se and Zn.

Konsentrasi cemaran As didalam ikan laut sudah melampaui batas maksimum 1

mg/kg, sedangkan konsentrasi cemaran Hg masih dibawah batas maksimum 0,5

mg/kg, baik untuk ikan laut maupun ikan air tawar. Unsur K dan Na merupakan

unsur makroesensial sedangkan unsur Cr, Co, Fe, Se and Zn adalah termasuk unsur

mikroesensial. Secara umum ditunjukkan bahwa kandungan mineral didalam ikan

laut lebih tinggi konsentrasinya dibandingkan ikan air tawar. Br, Cs dan Rb

merupakan unsur-unsur non esensial yang teridentifikasi dalam semua ikan yang

dianalisis. Penelitian terhadap pakan ikan air tawar menunjukkan bahwa semua

25


unsur yang teridentifikasi juga terdapat di dalam ikan laut dan ikan air tawar. Hal

ini menunjukkan bahwa pakan ikan berkontribusi terhadap konsentrasi unsur di

dalam ikan air tawar.

Khoirunisa (2015) telah melakukan penelitian tentang “Analisis Kandungan

Unsur Pada Bahan Kollimator Neutron Sebelum Dan Setelah Manufaktur

Menggunakan Metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN)” Secara kualitatif unsur

yang terkandung pada sampel sebelum manufaktur yaitu Ni-65, Mn-56, Co-60m,

Hg-197m, W-187, Co-60, dan Cu-64. Sedangkan pada sampel setelah manufaktur

unsur yang terkandung yaitu Ni-65, Mn-56, Co-60m, V-52, Cr-51, Hg-197m, W-

187, Co-60, dan Cu-64. Konsentrasi unsur-unsur tersebut dalam sampel bervariasi

antara 4×10-6 mg/g untuk Hg-197m (terendah) dan 2,437 mg/g untuk Ni-65

(tertinggi).

2.3. Hipotesis

Dari hasil penelitian ini maka akan diketahui hasil analisis kualitatif dan

kuantitatif pada nikel yang akan digunakan sebagai bahan kollimator generasi ke-

2 yang akan di aplikasikan pada Boron Neutron Chapture Therapy (BNCT) sebagai

standar kelayakan.

26


BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan

Penelitian ini dilakukan di Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN)

Yogyakarta. Untuk pengujian sampel akan dilakukan iradiasi di fasilitas iradiasi

Lazy Susan dan Pnumatik Reaktor Kartini selanjutnya pencacahan dilakukan pada

sampel di Laboratorium Penumatik Reaktor Kartini.

3.2. Variabel Penelitian

Pada penelitian ini, menggunakan variable-variabel, diantaranya sebgai

berikut:

1. Variabel bebas : waktu iradiasi dilakukan selama 5 menit

2. Variabel kontrol : waktu tunda dan waktu pencacahan

3. Variabel terikat : jenis dan kadar unsur utama

27


3.3. Alat dan Bahan Penelitian

3.3.1. Alat-alat penelitian

Pada penelitian ini alat-alat yang digunakan adalah:

1. Fasilitas iradiasi Lazy Susan

Fluks Neutron thermal : 6,95 × 1011 neutron/cm2s

Kapasitas : 40 Kapsul

2. Sistem Transfer Pnumatik

Fluks Neutron thermal : 3,53 × 1012 neutron/cm2s

3. Perangkat spektrometri gamma menggunakan detektor HPGe dengan

spesifikasi berikut:

a. Detektor HPGe (Canberra), tipe koaksial, model GC3018 dan

sistem Cryostat (Canberra) model 7500SL

b. Pre Amplifier (Canberra) model 2002CSL

c. Amplifier (Canberra) model 2022

d. Sumber Tegangan tinggi (HV) dengan tegangan 4 kV (Canberra)

model 31060

e. Penganalisa saluran ganda atau MCA (Canberra), model

Accuspec A dengan on board ADC

f. PC Komputer dengan menggunakan software Genie2000.

4. Neraca analitik (Mettler Toledo) model Dragon 303 dengan maksimum

penimbangan 310 gram dan ketelitian 0,001 g. Neraca berfungsi untuk

mengukur massa sampel nikel yang akan diiradiasi.

5. Vial polyetilene digunakan sebagai wadah untuk sampel nikel

28


6. Kapsul polyetilene digunakan sebagai wadah untuk beberapa vial

polyetilene dan kapsul siap untuk diiradiasi

7. Gelas beker

8. Labu ukur

9. Corong gelas

10. Pipet ukur

11. Penjepit plastik

12. Plastik klip digunakan untuk membungkus vial polyetilene yang

sebelumnya diberi kode untuk masing-masing sampel

13. Sarung tangan karet

14. Masker

15. Surveymeter digunakan untuk mengukur paparan sampel paska iradiasi

16. Kontainer Timbal digunakan untuk membawa sampel dari dalam reaktor ke

ruang pencacahan

17. Gunting

3.3.2. Bahan penelitian

1. Sample nikel sebelum manufaktur dan setelah manufaktur dalam bentuk

serbuk

2. Sumber radioaktif standar Eu152 digunakan untuk data kalibrasi efisiensi

detektor dengan data sebagai berikut:

Nama : Sumber standar Eu-152

Aktivitas : 1,975 × 105 dps

29


Tanggal : 15 Juni 1979

Waktu paruh : 12,2 tahun

3. Larutan HNO3 65 % digunakan untuk sterilisasi vial polyetilene

4. Larutan aquadest digunakan untuk sterilisasi vial polyetilene

5. Larutan aseton p.a digunakan untuk sterilisasi vial polyetilene

30


3.4. Prosedur kerja

Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahap yaitu preparasi, iradiasi

sampel, pencacahan sampel, dan selanjutnya dilakukan analisis sampel secara

kualitatif dan kuantitatif. Diagram penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Permohonan ijin

iradiasi dan kajian

keselamatan

Permohonan

disetujui

Preparasi alat dan bahan

penelitian

Iradiasi sampel

Spektometri gamma

Pencacahan

Analisis data

Kualitatif Kuantitatif

Hasil

Laporan

Selesai

31


3.4.1. Preparasi sampel

1. Pengambilan sampel

Sampel diambil secara acak pada titik-titik bahan nikel sebelum

manufaktur dan kolimator setelah manufaktur. Pengambilan sampel

dilakukan di laboratorium logam Universitas Sanata Dharma.

2. Vial polyetilene disiapkan

a. Vial polyetilene direndam dalam larutan HNO3 65 %selama 24 jam,

b. Vial polyetilene dengan larutan aquades

c. Vial polyetilene dibilas dengan larutan aseton p.a,

d. Vial polyetilene dikeringkan pada temperatur ruang

e. Vial polyetilene disimpan dalam wadah tertutup

3. Preparasi sampel

a. Sampel ditimbang menggunakan neraca analitik

b. Sampel dimasukkan kedalam vial polyetilene

c. Vial polyetilene dimasukkan ke dalam plastik klip dan diberi kode pada

masing-masing vial secara jelas

d. Vial sampel dimasukkan kedalam kapsul polyetilene kemudian ditutup,

diseal dan beri kode pada kapsul secara jelas

Gambar vial polyetilene dalam kapsul polyetilene siap iradiasi

ditampilkan pada Gambar 3.2.

32


Gambar 3.2. Vial Polyetilene dalam Kapsul Polyetilene Siap Iradiasi

3.4.2. Iradiasi

1. Iradiasi sampel

a. Formulir permohonan iradiasi diisi dan dilengkapi dengan SOP

(Standard Operation Procedure) iradiasi dan kajian keselamatan

b. Setelah permohonan iradiasi diizinkan, selanjutnya dilakukan iradiasi

sampel

c. Reaktor dioperasikan pada daya 100 kW, kemudian kapsul polyetilene

yang berisi sampel dimasukkan ke dalam fasilitas irradiasi Lazy Susan

selama 5 menit

2. Penanganan sampel paska iradiasi

a. Sampel yang telah diiradiasi diluruhkan sampai laju dosis memenuhi

persyaratan proteksi radiasi untuk keselamatan kerja

b. Sampel dipindahkan ke kontainer menggunakan tongkat penjepit

33


c. Laju dosis sampel diukur dari atas kontainer pada saat penutup

kontainer dibuka dan pada saat ditutup, serta pada jarak 1 meter dari

kontainer

d. Jika laju dosis sudah dianggap aman dan siap dicacah, sampel dibawa

keluar menuju ruang cacah menggunakan kontainer

e. Sampel hasil iradiasi dibongkar dan disusun di tempat yang mempunyai

pelindung Pb, untuk selanjutnya dicacah

f. Sampel aktif yang telah selesai dicacah disimpan sebagai limbah dalam

kantong plastik, dan tempatkan dalam wadah yang mempunyai

pelindung Pb

Pantau ruangan untuk memastikan bahwa paparan radiasi cukup aman untuk

pekerja radiasi.

3.4.3. Pencacahan sampel

1. Persiapan peralatan

a. Dewar diisi dengan Nitrogen cair

b. Temperatur ruangan diukur dan dipastikan kurang dari 22 ºC

c. Pengecekan sistem kelistrikan dan dipastkan terpasang dengan baik

d. Sistem spektrometri gamma dihidupakn sesuai dengan SOP yang

tersedia

34


3.4.4. Teknik analisis

Analisis data yang digunakan yaitu analisis kualitatif dan kuantitatif.

Analisis kualitatif bertujuan untuk mendapatkan unsur apa saja yang terkandung

dalam sampel nikel. Penentuan jenis unsur atau logam yang akan dianalisis

berdasarkan energi sinar gamma pada puncak-puncak spektrum yang spesifik untuk

setiap unsur. Untuk mendapatkan kemurnan unsur nikel yag terkandung dalam

logam tersebut (kualitatif) sedang.kan kuantitatif untuk menentukan banyaknya

unsur nikel dalam logam tersebut.

35


BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Perhitungan masa sampel

Perhitungan massa digunakan untuk menghitung masa dari unsur nikel yang

tekandung pada masing-masing sampel. Untuk menghitung massa sampel

menggunkan persamaan (1).

Untuk dapat menghitung massa sampel ada nilai-nilai yang harus diketauhi

yaitu konstanta perhitungan dan nilai nilai-nilai selama proses pencacahan.

Pencahahan merupakan metode untuk mencari unsur yang terkandung dalam

sebuah material. Pencacahan dilakukan dengan menggunakan alat spektometri

gamma. Alat tersebut dapat menyajikan energi dari sinar gamma yang terkandung

dalam sampel yang sudah diirradiasi, energi pada sampel tersebut nampak pada

perangkat monitor. Pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 disajikan nilai-nilai yang akan

digunakan:

Tabel 4.1 Konstanta Perhitungan

Irradiasi A ᵋ Y λ NA σact ϕ

N1 59 8,00E-

05

0,8 7,639E-

05

6,02E+23 1,E-

24

3,E+11

N2 59 8,00E-

05

0,8 7,639E-

05

6,02E+23 1,E-

24

3,E+11

N3 59 8,00E-

05

0,8 7,639E-

05

6,02E+23 1,E-

24

3,E+11

36


A: Nomor Masa Atom NA:Bilangan Avogadro

ɛ: Efisiensi Detector σact:Tampang lintang Aktivitas Mikroskopis

Y: Yield Gamma ϕ: Fluks Neutron

λ : Konstanta Peluruhan Cps: Jumlah Cacah Per Sekon

Tabel 4.2 Hasil Pencacahan

Selanjutnya perhtungan masa sampel dapat dilakukan, pada masing masing

sampel bahan kollimator neutron, pada masing-masing sampel menunjukkan hasil

yang berbeda-beda, berikut hasil perhitungan massa sampel disajikan pada Tabel

4.3:

Contoh Perhitungan menggunakan persamaan (1):

greeexxxx

xB

xxc 0475,0

)1)()(1(103.101.1002,6%.80.108

59.10639,7.7833,3

300.10639,76600.10639,7300.639,71124235

5

55

Tabel 4.3 Kandungan masa nikel

Sampel 0,05 gr Kandungan Nikel

N1 0,0475 gram

N2 0,0478 gram

N3 0,0486 gram

N1 300 6600 300 3,7833

N2 300 6660 300 3,7833

N3 300 6900 300 3,7833

Sampel

0,05gr

waktu irradiasi/ti

(detik)waktu tunda/td (detik) waktu cacah/tc (detik)

Cps, energi Ni 1115

keV

37


4.2. Analisis Data

4.1.1. Analisis Kualitatif

Analisis kualitatif bertujuan untuk mengetahui unsur-unsur yang

terkandung dalam sampel. Penentuan jenis unsur berdasarkan tenaga sinar ɤ pada

puncak-puncak spektrum yang spesifik untuk setiap unsur.

Dari Tabel 4.3 diketahui unsur yang terkandung pada bahan kollimator

neutron, berikut hasil analisis kualitatif:

Tabel 4.4 Hasil Analisis Kualitatif

Selanjutnya unsur-unsur nikel yang terkandung pada sampel dilakukan analisis

kuantitatif untuk mengetahui tingkat kemurnian nikel pada masing-masing sampel

Sampel 0,05 gr Unsur Nikel

N1

N2

N3

√

√

√

38


4.1.2. Analisis Kuantitatif

Analisis kuantitatif bertujuan untuk mengetahui kadar atau konsentrasi

unsur nikel dalam sampel. Pada penelitian ini, akan digunakan metode mutlak.

Metode digunkana karena nikel bahan kolimator neutron belum terstandarisasi

Berikut hasil analisis kuantitatif pada masing-masing sampel disajikan pada

Tabel 4.5:

Contoh perhitungan tingkat kemurnian:

0,0475

0,05× 100% = 95%

Tabel 4.5 Analis Kuantitatif

Sampel 0,05 gr Kandungan Nikel Kemurnian

N1 0,0475 gram 95 %

N2 0,0478 gram 95,6 %

N3 0,0486 gram 97,2 %

4.3. Pembahasan

Penelitian tentang tingkat kemurnian kemurnian bahan kolimator neutron

menggunakan metode analisis aktivasi neutron (AAN) telah dilakukan. Untuk

pengujian sampel dilakukan iradiasi di fasilitas iradiasi Lazy Susan dan Pnumatik

Reaktor Kartini dan pencacahan dilakukan di Laboratorium Penumatik Reaktor

Kartini. Masing-masing sampel dengan berat terhtung 0,05 gram diirradiasi selama

5 menit dan dicacah selama 5 menit. Untuk proses pencacahan ada perbedaan waktu

tunda karena proses pencacahan tidak dapat dilakukan bersamaan. Bahan yang

39


digunakan adalah sampel nikel berupa serbuk yang diperoleh dari proses

manufaktur.

Sampel diirradiasi dengan daya 100kW selama 5 menit setelah selesai

irradiasi maka sampel akan melewati proses paska irradasi. Proses paska irradiasi

meliputi pengukuran laju dosis peluruhan sampel dan pendinginan sampai sampel

dianggap aman dan sampel tersebut sudah siap dicacah.

Pencacahan sampel dilakukan dengan menggunakan spektrometri gamma

selama 5 menit, pada proses pencacahan energi-energi gamma akan terlihat pada

layar monitor ditunjukkan dengan sinyal-sinyal pulsa berbentuk spektrum.

Setelah proses pencacahan selesai maka akan dilakukan analisis untuk

menentukan tingakat kemurnian kandungan nikel pada bahan kollimator neutron,

standar bahan kolimator neutron adalah nikel dengan tingkat kemurnian 95%

dengan unsur lainnya adalah pengotor.

Pada tabel 4.3 menunjukkan massa nikel yang terkandung dalam sampel

nikel yang memiliki berat 0,05 gram, bisa dikatakan unsur yang terkandung dalam

sampel keselurahan adalah nikel untuk selanjutnya dilakukan analisis kualitatif dan

kuantitatif.

Pada analisis kualitatif untuk kandungan unsur nikel pada masing-masing

sampel terdeteksi, sedangkan untuk unsur pengotor lainnya tidak terdekteksi

dikarenakan proses pencacahan hanya dilakukan selama 5 menit, namun pada

penelitian ini tidak diharuskan mencari unsur pengotor lainnya. Karena penelitian

ini hanya akan menentukan tingkat kemurnian nikel yang terkandung pada sampel

bahan kolimator neutron untuk uji kelayakan suatu produk. Untuk menentukan

40


tingkat kemurnian sampel bahan kolimator neutron menggunakan analisis

kuantitatif, berdasarkan data analisis kuantitatif unsur nikel yang terkandung pada

sampel memiliki kemurnian denga rata-rata 95,93% dan sisa pada kandungan

tersebut dalah pengotor, standart kemurnian nikel bahan kollimator neutron adalah

95%. Dengan demikian nikel bahan kollimator neutron layak digunakan.

41


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Tingkat kemurnian nikel yang terkandung pada bahan kollimator

neutron adalah 95,93%

2. Nikel bahan kollimator neutron layak digunakan sebagai kollimator

BNCT

5.2. Saran

Untuk penelitian selanjutnya pada proses iradiasi maupun pencacahan bisa

dilakukan dengan waktu yang lebih lama agar unsur-unsur pengotor dapat terlihat

42


DAFTAR PUSTAKA

A. M. ilma Muslih. 2014. Perancangan Kolimator Di Beam Port Tembus Reaktor

Kartini Untuk Boron Neutron Capture Therapy, Pusat Sains dan Teknologi

Akselerator – BATAN fl. Babarsari Kotak Pas 6101 YKBB YOGYAKARTA

55281

A.M. Hassanein, et al., An optimized epithermal BNCT beam design for research

reactors. (2017). https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2018.03.018.

Agus Tri Purwanto, Elin Nuraeni. 2013 OptimasiI Parameter Spektroskopi Gamma

dengan Detektor Hpge Pusat Teknologi Akselerator Dan Proses Bahan –

BATAN [email protected]

Campbell john. 2015. Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes,

Techniques and Design, Department of Metallurgy and Materials, University

of Birmingham, UK. https://doi.org/10.1016/C2014-0-01548-1

Charles A Maitz, et al., Validation and Comparison of the Therapeutic Efficacy of

Boron Neutron Capture Therapy Mediated By Boron-Rich Liposomes in

Multiple. (2017). CC BY-NC-ND license

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/). 1936-5233/17

http://dx.doi.org/10.1016/j.tranon.2017.05.003

Darvell B.W. 2018. Materials Science for Dentistry, Honorary Professor,

University of Birmingham, UK. https://doi.org/10.1016/C2015-0-05454-5

Dwivedi Sandeep Kumar. 2018. Advances and Researches on Non Destructive

Testing, Mechanical Engineering, Manit, Bhopal 462003, India

Hübschen Gerhard. 2016. Materials Characterization Using Nondestructive

Evaluation (NDE) Methods, Formerly Fraunhofer Institute for Nondestrutive

Testing (IZFP), Saarbr€ucken, Germany https://doi.org/10.1016/C2014-0-

00661-2

Jacob G. Fantidis and G. Nicolaou. Optimization of Beam Shaping Assembly design

for Boron Neutron Capture Therapy based on a transportable proton

accelerator. (2017). e CC BY-NC-ND, license

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Jean-Briac le Graverend, et al., Ex-situ X-ray Tomography Characterization of

Porosity During High-Temperature Creep in a Nibased Single-Crystal

Superalloy: Toward Understanding What is Damage. (2017).

https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.03.083

Kim K.S. 2018. Improvement of radiographic visibility using an image restoration

methodbased on a simple radiographic scattering model for x-ray

43


https://doi.org/10.1016/C2014-0-01548-1

nondestructive testing, Department of Radiation Convergence Engineering,

Yonsei University, Wonju, 26493, South Korea

Luigi Glielmo, Support Vector Representation Machine for super-alloy investment

casting optimization, Applied Mathematical Modelling (2019), doi:

https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.02.033

M.A.ALI, Nuclear Research Center, Atomic Energy Authority, Egypt. A Brief

Overview of Neutron Activation Analyses Methodology and Applications, 2nd

Conference on Nuclear and Particle Physics, 13 -17 Nov. 1999, Cairo, Egypt

M. Johnsen Amanda. 2017. Neutron activation analysis capabilities and

applications at the Penn State Radiation Science and Engineering Center,

Pennsylvania State University, Radiation Science and Engineering Center,

University Park, PA 16802, USA https://doi.org/10.1016/j.forc.2017.12.004

M.A.ALI, Nuclear Research Center, Atomic Energy Authority, Egypt. A Brief

Overview of Neutron Activation Analyses Methodology and Applications, 2nd

Conference on Nuclear and Particle Physics, 13 -17 Nov. 1999, Cairo, Egypt

Marco Ricci, Giuseppe Silipigni, Luigi Ferrigno, Marco Laracca, Ibukun D.

Adewale and Gui Yun Tian, Evaluation of the Lift-off Robustness of Eddy

Current Imaging Techniques, NDT and E International, Dipartimento di

Ingegneria, Polo Scientifico Didattico di Terni, Università di Perugia, Strada

di Pentima 4, 05100 Terni,Italy

http://dx.doi.org/10.1016/j.ndteint.2016.10.001

Mujiyono, Mukhammad A.F.Hadi., Leman A. 2018. Manufacture of Nickel

Collimator for BNCT: Smelting of Nickel Using Electrical Arc Furnace and

Centrifugal Casting Preparation Indonesian Journal of Physics and Nuclear

Applications Volume 3, Number 1, February 2018, p. 21-28 e-ISSN 2550-

0570, FSM UKSW Publication

Mukherjee Sumanta. 2016. Preparation of palladium impregnated alumina

adsorbents:Thermal and neutron activation analysis, Product Development

Division, Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai 400085, India

Natsuko Kondo, et al., Detection of H2AX foci in mouse normal brain and brain

tumor after boron neutron capture therapy. (2014). Greater Poland Cancer

Centre. Published by Elsevier Sp. z o.o. All rights reserved.

http://dx.doi.org/10.1016/j.rpor.2014.10.005 1507-1367/

Niinomi Mitsuo. 2019. Metals for Biomedical Devices, Tohoku University, Sendai,

Japan, Osaka University, Osaka, Japan, Nagoya University, Nagoya, Japan,

Meijo University, Nagoya, Japan. https://doi.org/10.1016/C2017-0-03429-8

Parry SJ. 2018. Activation Analysis Neutron Activation, Imperial College of

London, Ascot, United Kingdom

44


https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.02.033

https://doi.org/10.1016/j.forc.2017.12.004

http://dx.doi.org/10.1016/j.ndteint.2016.10.001

http://dx.doi.org/10.1016/j.rpor.2014.10.005%201507-1367/

https://doi.org/10.1016/C2017-0-03429-8

Payan Cedric, Odile Abraham, Vincent Garnier. 2018., Non-destructive Testing and

Evaluation of Civil Engineering Structures, ISTE Press – Elsevier

https://doi.org/10.1016/C2016-0-01227-5

Phetrattanarangsi Thanawat. 2017. The behavior of gypsum-bonded investment in

the gold jewelry casting process, Innovative Metals Research Unit,

Department of Metallurgical Engineering, Faculty of Engineering,

Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand

http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2017.09.008

Pouryavi Mehdi. 2015 Radiation shielding design of BNCT treatment room for d-T

neutron source, Department of Physics, K.N. Toosi University of

Technology, P.O. Box 15875-4416, Tehran, Iran

http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.02.016

R.I. Palomares, K.J. Dayman, S. Landsberger, S.R.Biegalski, C.Z. Soderquist, A.J.

Casella, M.C. Brady Raap, J.M. Schwantes: Applied Radiation and Isotopes.

(2015). http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.01.022

S. Bortolussi, et all. 2018. Neutron flux and gamma dose measurement in the BNCT

irradiation facility at the TRIGA reactor of the University of Pavia

Department of Physics, University of Pavia, via Bassi 6, 27100 Pavia, Italy.

http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2017.10.023

Yusuf Saeful. 2014. Aplikasi Teknik AAN Di Reaktor RSG-GAS Pada penentuan

Unsur Esensial Dan Toksik Di Dalam Ikan Dan Pakan Ikan, Pusat Sains dan

Teknologi Bahan Maju, BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang

Selatan 15340

Singh Ramesh. 2016. Applied Welding Engineering Processes, Codes, and

Standards, Butterworth-Heinemann https://doi.org/10.1016/C2015-0-00784-

5

Syukria Kurniawati , Diah Dwiana Lestiani, Natalia Adventini. 2009. Karakterisasi

Unsur Dalam Sampel Tanah Dan Sedimen Menggunakan Teknik AAN Untuk

Uji Banding Antar Laboratorium Batan, Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan

Radiometri-BATAN Jl. Tamansari no. 71, Bandung 40132

Takeda Nobukazu. 2019. Applicability of eddy current technique in in-bore NDT

tool for ITER hydraulic pipe welds, National Institutes for Quantum and

Radiological Science and Technology, Japan

Watanabe Takeshi. 2014. Evaluation of corrosion-induced crack and rebar

corrosion by ultrasonic testing University of Tokushima, Department of Civil

and Environmental Engineering, 2-1, Minami-Josanjima, Tokushima 770-

8506, Japan

45


https://doi.org/10.1016/C2016-0-01227-5

http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2017.09.008

http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.02.016

http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2017.10.023

https://doi.org/10.1016/C2015-0-00784-5

https://doi.org/10.1016/C2015-0-00784-5

Wurdiyanto Gatot, dkk. 2012. Metode Penentuan Nilai Kemampuan Ukur Terbaik

(KUT) pada Perangkat Spektrometer Gamma, Pusat Teknologi Keselamatan

dan Metrologi Radiasi – Badan Tenaga Nuklir Nasional

46


Lampiran 1. Konfigurasi Teras Reaktor Kartini dan Tata Letak Fasilitas

Iradiasi (Khoirunisa,2015)

Tangk

i

Reflektor

5

Keterangan : 1. Central timble

2. Pneumatik

3. Lazy Susan

4. Beamport tembus

5. Beamport

tangensial

6. Beamport radial

7. Kolom termal

8. . Kolom

termalisasi

9. Sub Kritik

10. Bulk Shielding

Teras

9

1

0

7

4

1

2

3

6

Kolam

m

8

47


Lampiran 2. Alat dan bahan

Gambar 4. Teras Reaktor

Gambar 1. Sampel Gambar 2. Sampel, Vial polyetine

Gambar 3. Neraca analitik

48


Gambar 6. Detektor HPGe,

Dewar nitrogen

Gambar 7. Tempat meletakan

sampel yang dicacah Gambar 8. Detektor

Gambar 5. Tempat sampel

dirradiasi

49


Gambar 9. Penguat pulsa

Gambar 11. layar monitor

Gambar 10. Modul HV, preamplifier

50


jurusan teknik mesin fakultas sains dan teknologi...

Documents