kajian aplikasi akselerator ion energi rendah untuk...

Djoko S. Pudjorahardjo ISSN 0216-3128 J

KAJIAN APLIKASI AKSELERATOR ION ENERGI RENDAHUNTUK LINGKUNGAN

Djoko S. PudjorahardjoPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta

ABSTRAK

KAJlAN APLlKASJ A KSELERA TOR ION ENERGJ RENDAH UNTUK L1NGKUNGAN. Telah

dilakukan kajian aplikasi akselerator ion energi rendah untuk lingkungan. Hal ini berkaitan denganprogramjangka panjang BATAN yaitu pembangunanfasilitas laboratorium berbasis akselerator di PTAPB-BATAN Yogyakarta. yang rencana pemanfaatannya juga mencakup bidang lingkungan. Pemanfaatanakselerator ion energi rendah di bidang lingkungan terutama adalah untuk pemantauan dan pengendalianpencemaran lingkungan. Dalam hal ini berkas ion dari akselerator ion digunakan untuk analisis cuplikanlingkungan untuk mengetahui jenis dan kadar unsur-unsur pencemar lingkungan. Diantara teknik analisiscuplikan lingkungan menggunakan berkas ion yang banyak digunakan adalah teknik PIXE (Proton InducedX-ray Emission). Proton untuk teknik PIXE biasanya mempunyai energi I sampai 3 MeV yang dihasilkanoleh akselerator ion jenis elektrostatik. Selain teknik PIXE, analisis cuplikan lingkungan juga dapat

dilakukan dengan teknik AANC (Analisis Aktivasi Neutron Cepat). yaitu analisis menggunakan neutroncepat 14 Me V yang dihasilkan oleh suatu generator neutron. Realisasi dari rencana pemanfaatanlaboratorium akselerator di bidang lingkungan memer/ukan pengadaan akselerator ion jenis elektrostatik

sebagai peralatan utama dan peralatan analisis teknik P1XE besertafasilitas pendukungnya.

ABSTRACT

STUDY ON THE APPLICATION OF LOW ENERGY ION ACCELERATOR FOR ENVIRONMENT

CARE. The study on the application of low energy ion accelerator for environment care has been carriedout. The study is related to the long-term planning program of BATAN. i.e. the establisment of acceleratorbased laboratorium facility at PTAPB-BATAN Yogyakarta. The utilization planning of the facility includesthe application in environment for monitoring and controlling the environment pollution. In this case the ionbeam from ion accelerator is used for analysis of environment samples, by which the elements and itscontent in environment samples can be determined. Among the analytical techniques for environmentsamples using ion beam. the most applicable one is PIXE (Proton Induced X-ray Emission) technique.Proton used for PIXE usually has energy of I MeV up to 3 MeV, which can be produced by an electrostaticion accelerator. Environment samples can be analysed also using FNAA (Fast Neutron Activation Analysis)

technique. which uses fast neutron (14 Me V) produced by a neutron generator. The implementation ofaccelerator facility utilization planning for environment care needs the procurement of electrostatic ionaccelerator as a main tool as well as the equipments of PIXE technique including its supportingfacilities.

PENDAHULUAN

Pembangunan fasilitas laboratorium berbasisteknologi akselerator di PTAPB-BA TANYogyakarta merupakan rencana program jangkapanjang BATAN. Secara umum tujuan pemba-ngunan fasilitas laboratorium tersebut adalah untukpeningkatan litbang pendayagunaan akseleratoruntuk mendukung peran serta BAT AN dalam rangkamembantu menyelesaikan permasalahan pemba-ngunan nasional. Melalui teknologi akseleratordiharapkan PT APB-BA TAN dapat berperan sertadalam peningkatan kesejahteraan masyarakat dankinerja industri nasional. Disamping itu laboratoriumakselerator juga dapat dimanfaatkan untuk pendidik-

an dan pelatihan dalam rangka pembinaan danpeningkatan kemampuan SDM untuk mendapatkanpersonil yang terampil dan berpengetahuan[l].

Salah satu pemanfaatan dari fasilitas labo-ratorium akselerator yang akan dibangun adalah dibidang lingkungan untuk pemantauan (monitoring)lingkungan dalam upaya pengendalian pencemaranlingkungan hidup. Akhir-akhir ini masalah pen-cemaran lingkungan menjadi perhatian yang serius,terutama di lingkungan kota-kota besar. Dampakdari pembangunan di bidang industri adalahpertumbuhan kawasan industri yang demikian pesatdi daerah pinggiran kota-kota besar dan telahmemberikan banyak peluang lapangan kerja dan

Prosiding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2006

2- ISSN 0216-3128 Djoko S. Pudjorahardjopemasukan devisa negara. Tetapi pengembangan

kawasan industri harus berwawasan lingkungan,yaitu harus memperhatikan dampak yang ditimbul-kan oleh industri terhadap lingkungan melaluiAMDAL. Hal yang sering menjadi masalah dikemudian hari adalah pencemaran lingkungan akibatIimbah industri berupa bahan-bahan beracun yangdapat merusak keselamatan Iingkungan danmenurunkan kualitas kesehatan masyarakatsekitamya. Oleh karena itu sedini mungkin perludilakukan pemantauan kualitas Iingkungan sehinggadapat ditekan atau dikurangi terjadinya pencemaranlingkungan oleh Iimbah industri.

Penguasaan teknologi akselerator danpemanfaatannya dapat memberikan peran yangsangat berarti bagi penanggulangan masalahIingkungan hidup. Akselerator ion dapat digunakanuntuk pemantauan Iingkungan hidup dalam upayameningkatkan pengendalian pencemaran Iingkunganhid up. Saat ini berkas ion yang dihasilkan oleh suatuakselerator telah banyak dimanfaatkan dalam teknikanalisis untuk menentukan komposisi dan jumlahkandungan unsur dari suatu cuplikan, termasukunsur-unsur dalam cuplikan lingkungan. Teknikanalisis menggunakan berkas ion dari akseleratordikenal dengan teknik analisis berkas ion (IBA =Ion Beam Analysis) yang jenisnya bermacam-macam tergantung pada jenis ion yang digunakandan fenomena fisis yang terjadi ketika berkas ionberinteraksi dengan atom-atom cuplikan. Diantarateknik analisis berkas ion tersebut antara lain adalah

Particle Induced X-ray Emission (PIXE), RutherfordBackscattering Spectrometry (RBS), Elustic RecoilDetection Analysis (ERDA), Nuclear ReactionAnalysis (NRA), Charged Particle ActivationAnalysis (CPAA), Accelerator Mass Spectrometry(AMS), don lain-lain[2].

Dalam rangka mendukung rencana pem-bangunan fasilitas laboratorium akselerator diPTAPB-BA TAN Yogyakarta yang salah satupemanfaatannya di bidang Iingkungan untukpemantauan lingkungan hidup, maka telah dilakukankajian teknis aplikasi akselerator ion energi rendahuntuk bidang Iingkungan. Kajian merupakan salahsatu kegiatan dalam Subkegitan "Kajian Tekno-ekonomi Pembangunan Laboratorium BerbasisAkselerator" yang tercantum dalam DIP A P3TM-BATAN Yogyakarta tahun anggaran 2005.

OBYEK KAJIAN

Beberapa hal yang perlu dikaji dalam kajianaplikasi akselerator ion energi rendah untukIingkungan adalah:

1. Sumber danjenis pencemaran lingkungan:

Obyek ini perlu dikaji untuk mengenal apa sajayang dapat menjadi sumber pencemaranlingkungan danjenis pencemaran Iingkungan.

2. Kemampuan teknologi akselerator ion di bidanglingkungan:

Obyek ini perlu dikaji untuk mengenalkemampuan akselerator ion untuk penangananmasalah pencemaran lingkungan melalui analisisunsur-unsur polutan yang terkandung dalamcuplikan lingkungan menggunakan berkas ion.

3. Akselerator ion yang diperlukan:

Obyek ini perlu dikaji untuk mengetahui jenisakselerator ion yang diperlukan untuk aplikasi dibidang Iingkungan, khususnya berkaitan denganteknik analisis berkas ion.

4. Status akselerator ion yang tclah ada di PTAPB:

Obyek ini perlu dikaji untuk mengetahuikemampuan akselerator ion di PTAPB saat inidan peluangnya untuk aplikasi di bidanglingkungan.

HASIL KAJIAN DAN PEMBAHASAN

Sumber dan Jenis Pencemaran Lingkungan131

Pencemaran Iingkungan mcmiliki hubunganyang erat dengan kegiatan manusia. Manusia,sebagaimana makhluk lainnya, memiliki keterkaitandan ketergantungan terhaJap alam dan Iingkungan-nya. Oleh karena itu seha'usnya manusia menyadaribahwa alam dan Iingkungan tidak dapat dieksploitasisecara semena-mena. Namun pada akhir-akhir inijustru telah terjadi peningkatan kerusakan Iingkung-an secara keseluruhan di pcrmukaan bumi inisebagai hasil dari kegiatan manusia. Hal ini di-perparah lagi oleh keadaan di mana jumlah populasimanusia dari masa ke masa selalu bertambah dcnganpesat, sedangkan hasil tcknologi pengolahan limbahtidak dapat mengimbanginya sehingga ter:iadikorelasi positif antara kecepatan pcningkatanpopulasi manusia dengan kenaikan kuantitas limbahdi bumi ini.

Hasil survai dari beberapa definisi pence mar-an menyimpulkan bahwa pencemaran adalah sesuatu

zat atau benda yang berada dalam tempat yang salah,pada waktu yang salah, dan jumlah yang salah. Jenispencemaran Iingkungan ditentukan oleh sumberpencemaran lingkungan yang dapat dibedakanmenjadi sumber pencemaran alami, domestik danindustri.

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


Djoko S. Pudjorahardjo ISSN 0216 - 3128 3

- Sumber pencemaran alami tidak secaralangsung berkaitan dengan kegiatan man usia.Sebagai contoh, keberadaan gas radon yangsecara alami berasal dari peluruhan uranium didalam lapisan bumi dapat merembes melaluitanah ke dalam sumber mata air, sehinggamengurangi kualitas air.

- Sumber pencemaran domestik adalah limbahdomestik hasil buangan dari rumah tangga yangsecara langsung dibuang ke lingkungansekitamya. Seiring dengan kemajuan teknologisaat ini maka jenis Iimbah domestik menjadilebih beragam. Salah satu contoh adalahpenggunaan pembungkus yang terbuat dari bahanplastik yang sukar terurai telah menggantikanposisi bahan alami (daun dan kulit batangtanaman) yang jauh lebih mudah terurai secaraalami. Proses kimia, fisika dan biologi selamaini telah memegang peranan penting dalammekanisme penguraian limbah domestik,sepanjang kuantitas dan intensitas pembuanganlimbah masih dalam batas yang normal. Namunpeningkatan populasi manusia telah menyebab-kan peningkatan kuantitas dan intensitaspembuangan limbah domestik sehingga membuatproses penguraian limbah secara alami menjaditidak seimbang. Bila hal ini terjadi secara terusmenerus, diperkirakan akan terjadi peningkatankadar BOD, COD, N dan K di sungai-sungai.Banyak sumur dan sumber air penduduk lainnyamengandung bakteri coli yang menunjukkantelah terjadi pencemaran oleh tinja dan padaakhirnya dapat memacu pertumbuhan gulma air.

- Pencemaran lingkungan oleh limbah industripada umumnya bersifat limbah anorganik yangmemiliki keragaman yang luas. Limbah industridapat berbentuk gas, cair maupun padat sebagaihasil sampingan dari kegiatan-kegiatan pabrik,petanian, petemakan, kehutanan dan lain-lain.Seringkali Iimbah industri yang bercampurdengan limbah domestik yang dibuang ke dalamsuatu sistem perairan justru lebih meningkatkandampak kerusakan yang lebih total pad a sumberdaya perairan tersebut. Peningkatan pemakaianobat-obat pertanian (pestisida dan pupuk) secarasignifikan telah memberikan kontribusi yangbesar terhadap pencemaran Iingkungan.

Kemampuall Tekllologi Akselerator lOll diBidallg Lillgkullgall

Pengendalian pencemaran lingkungan hidupmerupakan kewajiban sebagaimana ditetapkandalam Undang-undang Nomor 23 Tahun 1997Tentang Pengelolaan Lingkungan Hidup. Ketidak-taatan, kelalaian, atau pelanggaran atas kewajiban

tersebut diancam dengan sejumlah kemungkinansanksi, baik sanksi administratif maupun sanksipidana. Kasus pencemaran lingkungan hidup jugadapat menjadi perkara perdata. Dalam rangkapenaatan, penegakan hukum, dan penyelesaiansengketa lingkungan diperlukan fakta dan/atau buktiyang menunjukkan terjadinya pencemaran lingkung-an hidup. Adapun fakta dan/atau bukti tentangpencemaran lingkungan hidup harus didasarkan padadefinisi pencemaran lingkungan hidup yangditetapkan dengan peraturan perundang-undangan[4].

Dalam praktek operasionalnya, pencemaranlingkungan hidup tidak pemah ditunjukkan secarautuh, melainkan sebagai pencemaran dari kompo-nen-komponen lingkungan hidup, seperti pencemar-an air, pencemaran air laut, pencemaran air tanah,pencemaran udara, dan sebagainya. Dengan demi-kian pengendalian pencemaran Iingkungan hidupjuga diartikan sebagai pengendalian pencemarankomponen-komponen Iingkungan hidup tersebut[4].Di dalam pengendalian pencemaran lingkunganhidup, misalnya pencemaran udara, maka diperlukaninformasi tentang jenis dan jumlah zat pence maratau polutan di udara dan apakah jumlah polutantersebut telah melebihi ambang batas yang ditentu-kan. Informasi tentang jenis dan jumlah polutandiperoleh dengan melakukan analisis cuplik-an ling-kungan dimaksud. Saat ini telah dikenal beberapametode analisis yang dapat diterapkan untuk tujuanpengendalian pencemaran lingkungan hidup, salahsatunya adalah metode analisis menggunakan berkasion yang dihasilkan oleh akselerator.

Akselerator adalah perangkat untuk mempercepatgerak partikel bermuatan (elektron, proton, ion) sertamengendalikan karakteristiknya (intensitas, ukuranberkas, energi kinetik, dan sebagainya). BilapartikeI bermuatan yang telah dipercepat tersebutkemudian mengenai suatu bahan, maka akan terjadiinteraksi yang memberikan efek beraneka ragam.Dari efek yang beraneka ragam tersebut makaaplikasi berkas partikel bermuatan yang dihasilkanoleh akselerator saat ini telah menjangkau ke segalabidang. Diantara aplikasi-aplikasi tersebut adalahaplikasi berkas ion untuk anal isis, sehingga akhirnyadikenal dengan teknik analisis dengan berkas ion.

Teknik analisis dengan berkas ion telahmemberikan manfaat yangsangat besar di berbagaibidang, termasuk di bidang lingkungan. Denganteknik analisis berkas ion dapat dianalisis cuplikanlingkungan dengan hasil yang sangat akurat sehinggadapat diketahui jenis dan kadar unsur-unsurpencemar atau polutan di dalam lingkungan, bahkandengan kadar yang sangat rendah yang biasanyadikenal sebagai unsur kelumit (trace element).Pencemar yang bersifat kelumit sulit untuk dideteksikecuali dengan teknik analisis berkas ion!51.



4 ISSN 0216 - 3128 Djoko S. Pudjora/Illfl!jo

Pada prinsipnya fenomena fisis yang terjadi pad a

beberapa jenis teknik analisis dengan berkas iontersebut adalah sarna, yaitu ketika berkas ion masuk

ke dalam cuplikan terjadi interaksi antara ion denganinti atom dan elektron dalam cuplikan.

• Secara makro efek interaksi terse but adalahpenyerapan berkas ion secara total oleh bahan

cuplikan dan penembusan bahan cuplikan olehberkas ion. Penyerapan berkas ion secara totaloleh bahan cuplikan diakibatkan oleh tumbukanberulang kali antara berkas ion dengan elektronatau inti atom bahan cuplikan sehingga secarabertahap akan kehilangan energi kinetiknya danakhimya berhenti pada kedalaman tertentu.Sedangkan penembusan bahan cuplikan olehberkas ion karena bahan cuplikan tidak dapatmenghentikan gerakan ion.

• Secara mikro efek interaksi antara berkas ion

dengan elektron dan inti atom bahan cuplikanadalah peristiwa eksitasi dan/atau ionisasi atom/molekul bahan cuplikan. Eksitasi terjadi karenaatom atau molekul cuplikan mendapat tambahanenergi dari berkas ion, sehingga elektron-elektrondari atom atau molekul bahan cuplikan terangkatke orbit yang lebih tinggi. Secara alamiahkelebihan energi elektron akan dilepaskan dalambentuk foton. Sedangkan ionisasi adalahperistiwa terlepasnya elektron dari atom ataumolekul cuplikan. lonisasi dapat diikuti olehperistiwa rekombinasi, pemulihan kembali atomatau molekul ke keadaan semula (molecularrearrangement) atau dapat juga peristiwa kimiasehingga terbentuk molekul baru.

Interaksi berkas ion dengan cuplikan baik secaramakro maupun secara mikro dapat menghasilkansuatu product yang dipancarkan dari bahan cuplikandengan kebolehjadian yang ditentukan oleh tam panglintang (cross-section) interaksinya. Producttersebut dapat berupa foton; sinar X atau partikellain, yang kemudian diukur sebagai spektrum yang

dapat memberikan informasi tentang komposisicupJikan.

Pada umumnya untuk analisis berkas ion

diperlukan berkas ion tertentu dengan energi ion daribeberapa ratus keV hingga beberapa MeV,tergantung pada jenis teknik analisis berkas ion.Dari sekian banyak jenis teknik analisis berkas ion,yang banyak digunakan di bidang lingkungan untukanalisis cuplikan lingkungan untuk mengetahuiunsur-unsur polutan adalah teknik PIXE dan APNe.

Teknik PIXE

PIXE (particle induced X-rcry emission)merupakan salah satu jenis teknik analisis meng-gunakan berkas ion. Dalam hal ini jenis ion yangdigunakan adalah proton, yaitu inti atom hidrogenIH1• Proton untuk PIXE biasanya berenergi ordeMeV yang dihasilkan oleh akselerator jeniselektrostatik tandem. PIXE banyak diterima sebagaiteknik analisis yang handal di berbagai laboratoriumakselerator di dunia.

Peralatan untuk PIXE secara skema di-

tampilkan pad a Gambar I. Peralatan pokok untukteknik PIXE adalah berupa target chamber di manacuplikan yang akan dianalisis ditempatkan. Sedang-kan peralatan pendukung yang terkait langsungdengan target chamber terdiri dari diffusor foil,kolimator berkas, detektor sinar X, Faradcry cup,sistem vakum, sample holder[2J. Teknik PIXE jugamemerlukan sistem spektrometer sinar X untukmengolah sinar X yang terdeteksi menjadi spektrumsinar X. Selanjutnya untuk mengolah data yangterkandung pada spektrum tersebut diperlukansistem pengolah data yang dilengkapi denganperangkat lunak analisis data. Saat ini banyaktersedia perangkat lunak untuk teknik PIXEsehingga memudahkan pemanfaatan tcknik PIXEuntuk analisis.

/I ~ ••• "." t ~ t •• " ••••••••••••••••. ", ••.••••«II "..:'.;7~1......•..•• • • /I 11 '. " •• /I •••• , ''I' '" • ~ " .••.••••• .,. •• '•.•. AI •.••.•••••••••••••.•. ,It" •••••• II •

Ion beam :. '.

•• ••.••••• t "AI" .,"

.... C'. "' ....•....•.....

Gambar 1. Skema perala tan untuk PIXEI21.

Prosiding PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN


Djoko S. Pudjorahardjo ISSN 0216-3128 5

Ditinjau dari aspek teknis maka teknik PIXE

mempunyai beberapa keunf6~ulan dibanding teknik-teknik analisis lainnya yaitu 6 :

- PIXE merupakan analisis tidak merusak (nondestructive analysis).

- Preparasi cuplikan sederhana dan hanya dalam

jumlah yang sedikit (- 0,1 mg).

- Dapat untuk menentukan unsur-unsur ringan

sampai berat (nom or atom Z > 12, termasuk Pb,Si, N, 0 dan F) secara serentak dalam waktuyang pendek.

- Kepekaan deteksi tinggi (10 sampai 100 kaJi dari

teknik lainnya).

- Latar pencacahan rendah (orde 0,0 I sampai

ppm).

- Dapat untuk analisis unsur kelumit secarainternal dan eksternal.

- Dapat untuk analisis polutan asli dan migrasinya.

Beberapa jenis polutan di lingkungan

mempunyai kadar yang sangat rendah dan disebutsebagai un sur kelumit (trace element). Untukpencemaran yang bersifat kelumit hanya dapat

dideteksi dengan teknik analisis tertentu termasuk

teknik PIXE yang mempunyai kepekaan tinggi dan

latar pencacahan rendah. Beberapa faktor yang

dapat mempengaruhi keakuratan dan kepresisian

PIXE sebagai teknik analisis meliputi: energi

partikel datang, total exposure cuplikan oleh berkaspartikel, geometri cuplikan, efisiensi deteksi,

komposisi matrix cuplikan, dan ketidakpastian

statistik pada penentuan luas puncak spectrum[2J.

Gas Stripper

Banyak negara-negara di dunia telah me-manfaatkan teknik PIXE sebagai alat analisis.

Bahkan beberapa negara berkembang telah

mendapat bantuan berupa sistem akselerator energirendah dan instrumentasi PIXE dari IAEA. Bantuan

ini diberikan melalui program technical co-operation projects. co-ordinated research projects,dan lain-lain. Indonesia juga berpeluang untuk

mendapatkan bantuan serupa asalkan kita dapat

membuat suatu program yang jelas arah dan

manfaatnya yaitu untuk menyelesaikan masalahpembangunan nasional khususnya di bidang

lingkungan. Program tersebut tidak hanya penting

untuk BAT AN, tetapi secara nasional merupakanprogram yang harus didukung dan dilaksanakansecara terpadu oleh beberapa instansi terkait.

Akselerator Ion Yang Diperlukan

Seperti telah disebutkan di muka bahwa

berkas ion yang digunakan untuk teknik analisis

berkas ion dihasilkan oleh perangkat akselerator ion.

Akselerator yang ban yak digunakan untuk teknik

PIXE adalah akselerator jenis elektrostatik seperti

akselerator jenis Van de Graaff dan jenis tandem.

Kecenderungan saat ini laboratorium-Iaboratoriumakselerator di dunia menggunakan akselerator

tandem. Akselerator jenis ini mampu menghasilkanberbagai jenis partikel seperti proton, ion-ion ringan

hingga berat dengan energi orde MeV sampai

puluhan MeV (sesuai dengan massa ionnya) dan arus

ion orde /lA sampai ratusan /lA. Pad a Gambar 2ditampilkan skema sistem akselerator tandem[7].

Gambar 2. Skema sistem akselerator tandem17l•



6- ISSN 0216 - 3128 DJoko S. PlldjorahartljoTegangan tinggi searah pada akselerator

tandem dibangkitkan oleh suatu generator tegangantinggi tipe pelletron. Generator ini prinsip kerjanyamirip dengan generator Van de Graaff, tetapi sistemsabuk pembawa muatan yang biasanya terbuat daribahan karet diganti dengan sistem rantai yang terdiridari banyak silinder logam. Tipe pelletronmempunyai beberapa keunggulan dibanding dengantipe Van de Graaff yaitu: tegangan terminal lebihstabil, bebas dari kerusakan akibat lucutan, bebasdari timbulnya debu, umur rantai pelletron lebihpanjang[7·sl.

Sistem pemercepat ion-ion pada akseleratorelektrostatik tandem adalah sebagai berikut: terminal

tegangan tinggi digunakan untuk men~rik ion-ionnegatif dari suatu sumber ion, setelah sampaiterminal tegangan tinggi ion-ion negatif tersebutdilucuti menjadi ion-ion positif dan kemudiandidorong menggunakan terminal tegangan tinggitersebut sehingga ion-ion positif mengalamipercepatan. Ion-ion positif memperoleh energi yangberlipat bila dibandingkan dengan cara pemer-cepatan biasa. Sistem pemercepat dan generatortegangan tinggi pelletron tersebut dikonstruksi didalam suatu tangki bertekanan tinggi (> I atm) berisigas freon atau gas SF6 sebagai gas isolator terhadaptegangan tinggi dengan maksud untuk ~enghindariadanya lucutan pada bagian-bagian sistempemercepat akibat tegangan tinggi yang terpasang(lihat Gambar 2).

Agar dapat merealisasikan p6manfaatanteknik PIXE untuk analisis cuplikan lingkungan,maka mutlak diper,lukan akselerator sebagaipembangkit berkas proton. Dalam hal ini pengadaanakselerator tandem merupakan langkah yang harusditempuh. Sampai saat ini pabrikan akselerator

elektrostatik tandem terkemuka di dunia adalah NEC

(National Electrostatics Corporation), USA. Salahsatu produk NEC adalah akselerator elektrostatik

tandem ti~e 5SDH sebagaimana ditampilkan pad aGambar 3 SI. Akselerator tandem tipe 5SDH sudahbanyak digunakan oleh laboratorium-Iaboratoriumanalisis di dunia. Tipe ini mempunyai jangkautegangan terminal dari 50 kV sampai 1,7 MV, se-hingga jangkau energi proton yang dapat dihasilkanoleh akselerator ini dari 0, I sampai 3,4 MeV.

Disamping itu beberapa peralatan instru-mentasi untuk PIXE dan peralatan pendukung lain-nya juga harus dipenuhi. Pad a Tabel I ditampilkankebutuhan pengguna (user requirement) minimalyang harus dipenuhi apabila kita akan memanfaatkanteknik PIXE untuk bidang lingkungan.

Status Akselerator Ion di PTAPB Soot Ini

Saat ini PTAPB mempunyai 2 buahakselerator ion energi rendah, satu diantaranyaadalah generator neutron tipe J-25 buatan SAMESPerancis seperti ditampilkan pad a Gambar 4.Generator neutron ini termasuk jenis akselerator ionelektrostatik energi rendah 150 keV. Tegangantinggi searah pada generator neutron tersebutdihasilkan oleh sumber tegangan tinggi tipe fe/ici.Ion-ion deutron dihasilkan oleh sumber ion tipe RFmelalui ionisasi gas deuterium, kemudian dipercepaldi dalam tabung pemercepat menggunakan tegangantinggi yang dihasilkan oleh sumber tegangan tinggitersebut. Generator neutron berfungsi untukmenghasilkan neutron cepat 14 MeV melalui reaksifusi T(d,n)He4 yaitu dengan menumbukan ion-iondeutron pada target tritium yang berbentuklempengan.

Gambar 3. Akselerator tandem model 5SDH buatan NEC, banyak digunakan pada labora-torium analisislSI•

Prosiding PPi - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN

Yogyakarta, 10 Juri 2006

Djoko S. Pudjorahardjo ISSN 0216-3128 7

Tabell. Kebutuhan pengguna pemanfaatan teknik PIXE untuk analisis cuplikan lingkungan.

Jenis akselerator Elektrostatik tandem

Energi ion

Variabel, I - 3 MeV

Arus ionVariabel, stabil, orde nA hingga IlA

Struktur berkas ionHomogen, diameter Ilm hingga mm

Jenis ionp, He, Na, dll

Peralatan PIXE• Target chamber (internal)

• External probe system• Current integrator• Energy dispersived X-r~ Si(Li) detector (in situ)• Vaccum system• Software: AMPTEC or SAPIX• Sample collector (air, liquid, solid)• DifJusor foil• Beam collimator• Farad~ cupUtilitas• Power untuk sistem vakum (kontinyu 24 jam)

• Power untuk peralatan utama dan pendukung (saat dioperasikan)• Power untuk pintu shielding• Power untuk peralatan preparasi• Power untuk AC (kontinyu 24 jam)• Saran a air bersih untuk preparasi, pendingin, toilet! kamar mandiKebutuhan ruangan

• Ruang akselerator dan PIXE• Ruang penyiapan sampel (preparasi)• Ruang kontrol• Ruang staf• Gudang• Toilet

Gambar 4. Generator neutron J-25 buatan SAMES yang ada di PTAPB.

Prosiding PPI • PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


8- ISSN 0216-3128 Djoko S. PudjoralwrdjoSecara teknis unjuk kerja generator neutron

tersebut saat ini mengalami sedikit penurunan, dimana pada operasi selama 20 jam terjadi penurunanfluks neutron dari orde 109 menjadi orde 108•Sehingga untuk mempertahankan fluks neutron padaoperasi generator neutron yang cukup lama harusdilakukan dengan menaikkan arus ion deutronl9J•Namun demikian generator neutron tersebut telahbanyak dimanfaatkan untuk analisis unsur, termasukunsur-unsur dalam cuplikan lingkungan. Teknikanalisis yang digunakan adalah teknik APNC

(Analisa Pengaktifan Neutron Cepat), yaitu teknikanalisis menggunakan berkas neutron cepat 14 MeV.

Prinsip APNC adalah apabila neutron cepatmengenai suatu cuplikan, maka akan terjadi reaksiinti antara neutron cepat dengan inti atom cuplikanyang menyebabkan inti atom cuplikan menjadiradioisotop. Jenis radioisotop yang terbentukditentukan oleh jenis dan energi partikel penumbuk(dalam hal ini neutron), jenis unsur dalam cuplikandan jenis reaksi inti yang terjadi. Radioisotopbersifat tidak stabil dan akan meluruh menjadi intisemula dengan memancarkan sinar y, di mana energisinar y yang dipancarkan tergantung pad a jenis unsuryang ada pada cuplikan. Selanjutnya denganperangkat spektrometer y dilakukan analisis spek-trum y yang dihasilkan dan dapat diketahui jenisunsur pada cuplikan yang dianalisis. Perangkatspektrometer y yang ada di lab generator neutronPTAPB meliputi detektor HPGe, komputer yangdilengkapi dengan MCA card dan perangkat lunakAccuSpec, NIM, dan lain-lain.

Teknik APNC menggunakan generatorneutron untuk analisis unsur telah lama dilakukan di

BATAN Yogyakarta sejak namanya masih PusatPenelitian Nuklir Yogyakarta (PPNY), kemudianmenjadi Pusat Penelitian dan PengembanganTeknologi Maju (P3TM) dan sekarang menjadiPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan(PT APB). Teknik APNC dapat digunakan untukanalisis semua unsur, tetapi paling baik untukanalisis unsur ringan kecuali hidrogen(loJ. Akhir-akhir ini teknik APNC digunakan di bidanglingkungan an tara lain untuk analisis unsur-unsurdalam limbah industri kulit, tekstil, dan lain-lain.Bahkan IAEA telah mendukung pemanfaatangenerator neutron untuk monitoring lingkungansungai Code dengan memberikan bantuan melaluiprogram TC untuk tahun 2005 sampai dengan 2006.

KESIMPULAN

Dari kajian yang telah dilakukan dapatdisimpulkan bahwa pemanfaatan akselerator ion

energi rendah untuk lingkungan pada dasamyaadalah pemanfaatan berkas ion yang dihasilkan olehakselerator ion terse but untuk analisis cuplikanlingkungan menggunakan teknik analisis berkas ion.Analisis cuplikan lingkungan bertujuan untukpemantauan lingkungan hidup dalam upayapengendalian pencemaran lingkungan hidup.Pemantauan kualitas lingkungan perlu dilakukanuntuk mengetahui apakah suatu lingkungan telahtercemar oleh berbagai macam polutan, atausebaliknya cukup aman dan sehat bagi kehidupan.

Keadaan lingkungan berpengaruh terhadapkualitas hidup manusia, hewan dan tumbuhan yanghidup di lingkungan tersebut. Lingkungan yangkurang sehat, terlebih karena adanya berbagaimacam polutan yang berbahaya, dapat menyebabkanberbagai penyakit yang dapat diderita baik olehmanusia maupun hewan. Oleh karena itu lingkunganharus senantiasa dijaga agar tidak tercemar olehberbagai polutan berbahaya. Beberapa langkahkonkrit harus dilakukan misalnya pengelolaanlimbah industri secara profesional dan memenuhipersyaratan amdal, pengurangan pelcpasan gasberacun dari kendaraan bermotor, penguranganpemakaian pestisida untuk pemupukan tanaman, danlain-lain.

Teknologi akselerator dapat diaplikasikanuntuk pemantauan kualitas lingkungan, yaitu denganmemanfaatkan teknik analisis berkas ion.

Cuplikan lingkungan dianalisis untuk mengetahuijenis dan kadar polutan yang terkandung dalamcuplikan lingkungan. Fungsi akselerator dalamteknik analisis tersebut adalah untuk menghasilkanberkas ion dengan energi mulai dari beberapa ratuskeV hingga beberapa MeV. Teknik analisis berkasion yang sudah banyak dimanfaatkan di bidanglingkungan adalah teknik PIXE dan APNe.

Akselerator yang diperlukan untuk tcknikPIXE adalah akselerator elektrostatik tandem bcscrta

fasilitas pendukungnya. Untuk pengadaan akscle-rator ini kita harus membuat suatu program yangfokus, terpadu dan didukung oleh semua pihak yangterkait dengan masalah fingkungan. Peluang untukmendapatkan bantuan peralatan dan tenaga ahli dariIAEA sangat terbuka untuk program ini apabila kitadapat membuat suatu proposal dan meyakinkanpihak IAEA bahwa program ini sangat pcnting danada komitmen dari pemerintah Indonesia terhadapprogram In!.

Berdasarkan hasil kajian, akselerator ionenergi rendah cukup layak untuk diaplikasikan dibidang lingkungan, terutama untuk pemantauanlingkungan mengenai jenis dan kadar polutan yangada di lingkungan. Untuk saat ini terutama dengantelah tersedianya generator neutron maka aplikasi

Prosidlng PPI - PDIPTN 2006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


Djoko S. Pudjorahardjo ISSN 0216 - 3128 9

akselerator ion energi rendah di PT APB untuk

bidang lingkungan telah dapat dilakukan, meskipundengan tingkat akurasi yang lebih rendah bila

dibandingkan dengan teknik PIXE. Sedangkan untuk

teknik PIXE diperlukan pengadaan akselerator

elektrostatik tandem beserta seluruh fasilitas pen-

dukungnya, termasuk pembangunan gedung aksele-ratornya. Semua itu memerlukan investasi yang tidaksedikit, rnaka untuk sementara masih sebatas rencana

program jangka panjang. Namun demikian teknologi

akselerator merupakan teknologi maju yang harus

disosialisasikan dan ditawarkan sebagai salah satu

teknologi yang dapat dimanfaatkan untuk pe-

nanganan masalah lingkungan.

DAFT AR PUSTAKA

I. M. IYOS R. SUBKI, Program PengembanganTeknologi Abelerator dan Ap/ikasinya di PusatPenelitian Nuk/ir Yogyakarta, ProsidingPertemuan dan Presentasi Ilrniah Teknologi

Akselerator dan Aplikasinya, Y 01.1, No.2,Desernber 1999.

2. m, Instrumen/ation for PIXE and RBS,lAEA- TECDOC-] 190, December 2000.

3. IDA FARIDA RIYAl, Prof., Dr., I'endekatan

Terpadu Pengolahan Pencemaran Lingkungan,

http://www.unila.ac.id.

4. HENDRA SETIA WAN, Pengertian Pencemar-

an Air, Dari Perspektif Hukum, http://www.menlh. go.id/aimet/artikel.htm.

5. A. TAFTAZANI, DARSONO, WISYA-

CHUDIN F., Application of Accelerator forEnvironmental Samples Analysis. MakalahRakor Akselerator I, P3TM-BATAN, Yogya-karta, 22 Juni 1999.

6. A. TAFTAZANI, DARSONO, SUDJAT-

MOKO, Studi Kemampuan Abelerator (P1XE)Untuk Pemantauan Kua/itas LingkunganHidup, Prosiding Pertemuan dan PresentasiIlmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya,Yo1.5, No.1, Oktober 2003.

7. SIGIT HARIY ANTO, dkk, Kajian TeknologiAbelerator Tandem dan Prospeknya. ProsidingPertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi

Akselerator dan Aplikasinya, Yol.2, No.1,November 2000.

8. Http://www.pelletron.com.

9. SLAMET SANTOSA, RANY SAPTAAJI,

LEL Y SUSIT A, DJASIMAN, Kajian AspekKelayakan Teknik dan Ekonomi Operasi

Generator Neutron Un/uk Produksi Isotop Mo-99, Laporan Teknis, P3TM-BATAN, Yogya-karta, Tahun 2005.

10. DARSONO, Aplikasi Teknologi AbeleratorUntuk Ana/isis, Prosiding Pertemuan danPresentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan

Aplikasinya, Yo1.3, No.1, Februari 200 I.

TANYAJAWAB

Ridwan

- Pemanfaatan teknologi nuklir untuk penanganan

limbah tentunya sangat menarik, namun sering

kita harus menghitung kembali nilai ekonomisnya

jika ingin diaplikasikan di industri. Untuk ini

apakah Pak Djoko mempunyai data-data

perbandingan apabila masalah yang sarna ingin

diselaraskan dengan teknik lainnya.

Djoko SP

- Data pembanding secara ekonomis antarapemaf'!faatan teknologi aleselerator untukpenanganan /imhah dengan metode-metodelainnya helllm diperoleh secara rind. /e/apisecara garis besar pemanfaatan akseleratordalam hal ini memerlukan investasi awal yangtidak sedikit. Telapi secara leknis. analisismenggunakan berkas ion merupakan metode ujitak merusak, yang seka/i tembak dengan berkasion diperoleh informasi unsur-unsur polutansecara serentak. Ini merupakan keunggulanteknik analisis berkas ion terhadap teknik-tekniklain.

Heny Suseno

- Saya belum rnelihat perbandingan hasil analisis

menggunakan aplikasi akselerator ion energi

rendah dengan metode-metode konvensionallainnya atau hasil analisis unsur-unsur lingkungan

dengan metode aplikasi akselerator ion energi

rendah pada Certificate RejJerence Material.

Djoko SP

- Teknik an/isis berkas ion unggul dihandingkandengan metode-metode konvensional lainnya,yaitu merupakan leknik uji tak merusak. dalamwaktu yang sama diperoleh informasi unsur-unsur pencemar /ingkungan secara serentak.Teknik P1XE telah diakui secara internasional

dan banyak dipakai di laboratorium-labora-torium ana/isis di negara-negara maju.

Pro~i~ing PPI • PDIPTN ,006Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


10- ISSN 0216-3128 Djoko S. PudjorahardjoUtaja

- Untuk PIXE, energi I - 3 MeV, bagaimanarealisasi dengan membeli atau kerjasama denganSerpong (ada siklotron 30 MeV).

Djoko SP

- Realisasinya dengan membeli akselerator jeniselektrostatik tandem. kerjasama dengan siklotrondi Serpong perlu dipertimbangkan dan dikajidulu apakah berkas proton yang dihasilkanmemenuhi syarat untuk teknik PIXE.

Saefurrochman

- Ruang lingkup lingkungan disini meliputi apasaja? (lingkungan seperti apa?). Sebagai contoh :apakah akselerator ini dapat mengetahui jenis gasyang bocor seperti yang terjadi di Jawa Timur?

Djoko SP

- Lingkungan dapat meliputi lingkungan udara(untuk mengetahui polutan pencemar udara),lingkungan tanah (untuk mengetahui pencemarantanah akibat limbah) dan juga air (pencemaransumber-sumber air akibat limbah).

Budi Santosa

- Bagaimana cara mengendalikan pencemaranlingkungan dengan teknik akselerator?

Djoko SP

Pengendalian pencemaran lingkungan yangdimaksud disini adalah dengan dike/ahuinya

. unsur-unsur polutan maka selanjutnya dilakllkanlangkah-langkahlusaha-usaha untuk mengatasimasalah pencemaran lingkungan. Unsur-unsurpolutan tersebut diketahui melalui analisis unsurdengan /eknik analisis berkas ion. an/ara lainteknik PIXE dan APNC.



KAJIAN APLIKASI AKSELERATOR ION ENERGI RENDAH UNTUK LINGKUNGANABSTRAKPENDAHULUANOBYEK KAJIANHASIL KAJIAN DAN PEMBAHASANKESIMPULANDAFTAR PUSTAKATANYA JAWAB

1: KE DAFTAR ISI

kajian aplikasi akselerator ion energi rendah untuk...

Documents