~

batan

PRO SIDING SE:MINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu, 11 September 2013

KONSTRUKSI DAN unFUNGSI PERISAI RADIASI MESINBERKAS ELEKTRON 300 keV/20 mA

Rany Saptaaji, Sutadi, Sukardi, SukaryonoPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

ptapb@batan.go.id

ABSTRAK

KONSTRUKSI DAN UJI FUNGSI PERISAI RADIASI MESIN BERKAS ELEKTRON300 keV/20 mA. Telah dilakukan konstruksi dan uji fungsi perisai radiasi mesin berkaselektron (MBE) 300 ke V/20 mA. Perisai radiasi berfungsi untuk menahan/mengurangiradiasi sinar X yang timbul akibat beroperasinya MBE, sehingga tidak membahayakanbagi orang yang bekerja di lingkungan tersebut. Perisai radiasi dibuat dari lempengbatangan timbal (Pb) dengan ukuran panjang 135 cm, lebar 10 cm, tebal 2,5 cm dandisusun menjadi perisai radiasi MBE. Lempeng batangan timbal dibuat dengan carapengecoran dan difinishing secara mekanik dengan mesin, yang kemudian dipasangsecara manual pada kerangka sehingga membentuk perisai radiasi MBE. Secaraperhitungan tebal perisai radiasi sudah memenuhi syarat batas laju dosis yangditetapkan oleh BAPETEN yaitu ~ 2,5 mrem/jam. Up awal fungsi perisai radiasimenunjukkan bahwa hasil pengukuran laju dosis maksimum 0,26 mrem/jam padakondisi operasi MBE dengan tegangan 209 kV, arus berkas elektron 50 jJA.Berdasarkan hasil uji awal tersebut maka konstruksi perisai radiasi telah memenuhisyarat batas laju dosis yang ditetapkan oleh BAPETEN.

ABSTRACT

CONSTRUCTION AND PERFORMANCE TEST OF RADIA TION SHIELDING FOR300 keV/20 mA ELECTRON BEAM MACHINE. The construction and performancetest of radiation shielding for 300 keV/20 mA electron beam machine (EBM) has beendone. Radiation shielding is used for reduce X-ray radiation which is generated byoperation of the EBM, so it is not harmful for people who work in that environment.Radiation shielding plates made of bars of lead (Pb) with a length of 135 cm, 10 cm ofwidth, 2.5 cm of thick and composed a EBM radiation shielding. The plates are madeof lead by way of casting and finished mechanically by machine, then installedmanually on a frame to form a EBM radiation shielding. In the calculation of thickradiation shield already qualified dose rate limit is set by BAPETEN ~ 2.5 mrem/hr.The results of the initial test radiation shielding is functioning, it is shown by the resultsof measurements of the maximum dose rate 0.26 mrem/hr at the operating conditionsof EBM with voltage 209 kV and 50 mA of electron beam current. Based on the resultstest of the construction of radiation shielding are qualified dose rate limit set byBAPETEN.

PENDAHULUAN

Peraturan proteksi radiasi dan ketentuankeselamatan kerja terhadap radiasi didasarkanpada prinsip bahwa bekerja dengan menggunakansumber radiasi pengion dapat dan boleh dilakukandengan cara membatasi dosis radiasi yang diterimaoleh seseorang (pekerja radiasi) sampai serendah

mungkin. Salah satu tindakan yang harus dilakukandalam menangani sumber atau medan radiasipengion yaitu dengan cara mengadakanpemantauan. Pemantauan yang dimaksud dandilakukan di sini tidak hanya terbatas pada parapekerja radiasi saja. tetapi juga terhadaptempat/daerah kerja dan lingkungan termasukmasyarakat umum.

Rani Saptaaji, dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 465

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu 11 September 2013

@batan

TAT A KERJA

Konstruksi Perisai Radiasi

Dari hasil rancangan yang telah dilakukansebelumnya, diperoleh bentuk dan dimensi perisafradiasi yang akan dicetak seperti ditunjukkan padaGambar 1.

dengan n adalah banyaknya TVLTebal perisai radiasi dapat dihitung menggunakanpersamaan 3 berikut!1I,

S=Ti+(n-I)Te (3)

dengan Ti adalah TVL pertama yang langsungberhadapan dengan sumber, Te adalah TVLberikutnya (setelah Ti) dan S adalah tebal perisaiUntuk lebih amannya tebal perisai radiasi (S)direkomendasikan untuk ditambah 1 half value

layer (HVL)[2J•

dengan Bx adalah rasio transmisi perisai untuk sinarX. Hm adalah batas laju dosis maksimum yangdigunakan (mrem jam-I), d adalah jarak antarasumber sinar X dengan titik yang ditinjau, Doadalah indeks laju dosis terserap pada jarak acuanstandar 1 m dari sumber sinar X (rads m2 meni(1)

dan T adalah occupancy factor.Untuk menghitung tebal perisai, harus dihitungterlebih dahulu banyaknya tehth value layer (TVL)dengan persamaan 2 berikut[IJ,

n=log~) (2)

(1)

sepertiperhitungan laju indeks dosis ekivalen,ditunjukkan dalam persamaan 1 berikut[I].

B, ;, (1.67 X W-') [H;o ~2]

TEORI PERHITUNGAN PERISAI RADIASI

Pada umumnya setiap radiasi nuklir yangmelewati suatu bahan akan berinteraksi denganunsur pemebentuk bahan, yang berakibatterpindahnya energi radiasi kepada unsur tersebut.Perpindahan energi akan menyebabkan radiasiterserap dalam bahan tersebut, dimana besarkecilnya jumlah berkas radiasi yang lolos akantergantung pada besarnya nilai koefisien serapanlinier bahan dan tebal bahan. Tebal perisai radiasidihitung menggunakan persamaan umum

Bidang Teknologi Akselerator dan FisikaNuklir, PTAPB-BATAN Yogyakarta telahmembangun mesin berkas elektron (MBE) 300keV/20 mA. Apabila MBE beroperasi akan timbulsinar X dan gas ozon, hal ini tidak diinginkankarena sinar X maupun gas ozon dapat mengganggukesehatan maupun keselamatan manusia apabiladosisnya berlebihan. Sinar X timbul akibat interaksiantara berkas elektron dengan materi yangdiirradiasi maupun dengan bahan jendela pemayar(scanning window), sedangkan gas ozon timbulakibat interaksi berkas elektron dengan udara yangdilewati berkas tersebut. Oleh karena itu perludibuat perisai radiasi untuk MBE 300 keV/20 mA.Perisai radiasi ini dibuat dari timbal (Pb) bersusundengan tujuan untuk memudahkan dalampemasangan. Perisai radiasi yang dibuat sebagianbesar merupakan konstruksi mekanik yangberfungsi untuk menahanlmengurangi radiasi sinarX dan mengungkung gas ozon yang timbul akibatberoperasinya MBE, sehingga tidak membahayakanbagi orang yang bekerja di lingkungan tersebut.Tebal perisai radiasi yang dikonstruksi berdasarkanrancangan pada besarnya energi dan arus berkaselektron maksimum yang dihasilkan oleh MBE300 keV/20 mA.

<E ~

r1

1-.-.-.-.-.- -.-.- - _.- ·0- .-.

<E

Buku II hal. 466 ISSN 1410 - 8178 Rani Saptaajil dkk

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologl Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu, 11 September 2013

Garnbar 2. Rancangan kerangka pintu ruang irradiasi

Konstruksi atau pernbuatan perlsalradiasi dilakukan dengan cara pengecoran bahantirnbal dicarnpuri antirnoniurn 1 - 2,5% dari berattirnbal, kernudian dilakukan finishingrnenggunakan rnesin sesuai garnbar rancangan.Hasil cetak lernpeng batangan tirnbal yang sudahdifinishing ditunjukkan pada Garnbar 3.

Garnbar 3. Lernpengan batangan perisai radiasidari bahan tirnbal (Pb)

Instalasi Perisai Radiasi

Dalarn rnenginstal perisai radiasi,lernpeng batangan tirnbal disusun pada kerangkaMBE dengan pengait baut-rnur hingga tidak adasela. Adapun urut-urutan pelaksanaan instalasisebagai berikut:a. Pernasangan diding perisai radiasi

Dalarn pernasangan dinding perlsaJradiasi, lernpeng batangan tirnbal disusun padakerangka yang rnelingkupi seluruh perrnukaan

dinding tegak pad a MBE, adapun urutanpelaksanaanya sebagai berikut:1. Kerangka yang akan dipasangi lernpeng

batangan tirnbal diberi tanda sesuai ukuranjarak lubang pad a lernpeng batangan tirnbal.

2. Dilakukan pengeboran pada kerangka denganrnenggunakan rnata bor dari ukuran kedl danbertarnbah besar secara bertahap hingga sesuaidengan lubang pada lernpeng batangan tirnbalyang akan dipasang.

3. Pernasangan lernpeng batagan tirnbal padakerangka rnulai dari bagian bawah denganrnenggunakan pengait baut-rnur.

4. Dengan cara yang sarna (langkah I, 2 dan 3)dilanjutkan pernasangan lernpeng batangantirnbal yang berikutnya, hal ini dilakukan satupersatu untuk setiap lernpeng batangan tirnbalagar dapat terpasang rapat dan rapi.

5. Setelah sernua lernpeng batangan tirnbalterpasang, pada bagian ujung-ujungnya yangtidak rata satu dengan yang lain diratakandengan dipotong dan dihaluskan.

6. Pernasangan lernpeng batangan tirnbaldilakukan pada 4 sisi dinding perisai radiasiyaitu pada sisi utara, tirnur, selatan dan barat,kecuali pad a pintu ruang irradiasi.

b. Pernasangan perisai radiasi bagian atasDalarn pernasangan perisai radiasi bagian

atas, lernpeng batangan tirnbal disusun padakerangka MBE bagian atas yaitu antara scanninghorn dan accelerator tube, adapun urutanpelaksanaannya sebagai berikut:

Rani Saptaaji, dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 467

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, Rabu 11 September 2013

~

batan

1. Kerangka bagian atas yang akan dipasangilembaran timbal diukur sebagai acuan untukpemotongan timbal (bahan lembaran timbaltebal 3 mm).

2. Dilakukan pemotongan lembaran timbalmenggunakan gunting sesuai gambar acuan.

3. Pemasangan lembaran timbal dengan caraditumpuk pada kerangka bagian atas MBE,kemudian dilanjutkan lembaran timbal yangberikutnya ditumpuk di atasnya hinggatersusun rapat, hal ini dilakukan satu persatuuntuk setiap lembaran timbal agar dapatterpasang rapat dan rapi.

4. Pada bagian yang ada kepala baut, dibuatpotongan menyesuaikan kondisi yang ada,namun yang terpenting dapat tertutup rapattanpa ada celah.

5. Setelah semua lembaran timbal terpasang,pada bagian ujung-ujungnya yang tidak ratasatu dengan yang lain diratakan dengandipotong dan dihaluskan.

Gambar 4. Foto dinding perisai radiasi MBE 300keV/20 mA

c. Pemasangan pintu ruang irradiasiDalam pemasangan pintu ruang irradiasi,

lempeng batangan timbal disusun pada kerangkapintu ruang irradiasi yang menjadi satu dengankerangka MBE, adapun urutan pelaksanaannyasebagai berikut:1. Pemasangan engsel pintu pad a kerangka

MBE menggunakan las listrik2. Pemasangan kerangka pintu pad a engsel yang

sudah terpasang pada kerangka MBE3. Pemotongan lempeng batangan timbal sesuai

panjang ukuran kerangka pintu4. Pemasangan lempeng batangan timbal pada

kerangka pintu yang dimulai dari bagianbawah, hal ini dilakukan satu persatu untuk

setiap lempeng batangan timbal agar dapatterpasang rapat (tidak ada celah) dan rapi.

5. Pada daerah bagian engsel pintu ruangirradiasi dibuatkan dan dipasang penutup daribahan lempeng batangan timbal yangdisesuaikan bentuk kondisi bagian engselyang belum tertutup rapat.

6. Finishing pada bagian-bagian tepi hingga ratamenggunakanjig saw dan kikir.

Gambar 5. Foto perisai radiasi bagian atas padaMBE 300 keV/20 mA

Gambar 6. Foto pintu ruang irradiasi MBE 300keV/20 mA

Pengujian perisai radiasi

Setelah seluruh perisai radiasi MBEselesai diinstal dan untuk mengetahui fungsiperisai radiasi dalam mengurangi dosis paparansinar X, maka dilakukan uji fungsi dengan caramengoperasikan MBE yang selanjutnya dilakukanpengukuran laju dosis paparan di sekitar MBE.Untuk skema daerah pengukuran paparan radiasisinar X di sekitar MBE ditunjukkan padaGambar 7.

Buku II hal. 468 ISSN 1410 - 8178 Rani Saptaaji, dkk

~

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu, 11 September 2013

1

n3

Keterangan:1. Panel kendali MBE

2. Bejana Sumber Tegangan Tinggi3. Window MBE~i radiasi MBE

~i detektor sinar X

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penggunaan perisai radiasi yangditempatkan di antara sumber radiasi dan orangatau pekerja, merupakan eara untuk menekanpenerimaan dosis agar tidak melebihi ketentuanyang telah ditetapkan (nilai batas dosis).Pemakaian perisai radiasi dalam suatu MBEmerupakan salah satu syarat mutlak dalampengopersaian MBE guna melindungi pekerjadari bahaya radiasi sinar X.

Dalam konstruksi perisai radiasi MBEada beberapa hal yang menjadi pertimbanganyaitu :a. Perisai radiasi harus mampu menahan radiasi

sinar X yang ditimbulkan oleh MBE,sehingga personil yang bekerja di sekitarMBE tetap aman selama operasi MBEberlangsung.

b. Perisai radiasi dibuat dari bahan yang efektifmenyerap radiasi sinar X dan mempunyaivolume yang keeil tetapi mampumengamankan daerah sekitar MBE dariradiasi sinar X.

Berdasarkan pertimbangan tersebut,maka perisai radiasi dipilih dari bahan timbal(Pb) , karena bahan tersebut eukup efektif untukmenyerap radiasi gamma dan sinar X[3]. Dari hasilraneangan ditentukan bahwa perisai radiasi untukMBE 300 keV/20 mA dibuat dari bahan timbal

(Pb) dengan bentuk lempeng batangan yang

<8>Gambar 7. Skema pandangan atas MBE 300 keV/20 mA

disusun membentuk dinding dengan tebal 2,5em[41• Ukuran untuk masing-masing lempengbatangan adalah panjang 135 em, lebar 10 em dantebal 2,5 em. Sedangkan persyaratan tekniskonstruksi sebagai berikut: bahan timbal BrokenHill Australia 99,99% dengan densitas (0) ==

11,35.103 kg/m3, hasil eetak dan machining halus(permukaan halus) , tidak keropos (porous) danmempunyai ukuran presisi. Perisai radiasi MBE300 keV/20 mA berbentuk kotak yang melingkupidaerah radiasi sinar X dan terbuat dari bahan

timbal dengan tebal 2,5 em, mempunyai ukuranpanjang 135 em, lebar 100 em dan tinggi 185 em.

Seperti yang telah diuraikan di depan,bahwa perisai radiasi ini dibuat dari susunanlempeng batangan timbal dengan tujuanmemudahkan dalam melakukan bongkar-pasang.Sambungan antar lempeng batangan timbal dibuatmiring membentuk sudut 90° dengan tujuan agarberkas sinar X yang menabrak perisai radiasitidak dapat langsung melewati sela-selasambungan antar timbal, karena pada dasarnyasinar X tidak dapat berbelok tanpa ada pengaruhdari luar. Seandainya ada sinar X yang melewatisela antar timbal, sinar X tersebut merupakanhamburan yang energinya sudah kedl dan tidakdapat langsung ke luar perisai karena masihtertahan pada sambungan perisai yangmembentuk sudut 90°.

Dalam konstruksi dan instalasi periSaIradiasi ini, telah berhasil dipasang perisai radiasiyang melingkupi sekitar eorong pemayar (daerah

Rani Saptaaji, dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 469

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLffi.

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu 11 September 2013

~

batan

window MBE) dan ruang irradiasi, dimana keduadaerah tersebut merupakan penghasil radiasi sinarX terbesar. Adapun untuk perisai bagian atas,dimana bentuk yang ditutup tidak beraturan, makadibuat dari lembaran timbal (tebal 3 mm) yangmudah dibentuk dan dipasang secara bertumpukhingga memenuhi tebal yang dipersyaratkan. Padadaerah engsel pintu perisai, dimana masih adakebocoran radiasi, dibuatkan dan dipasangpenutup dari bahan lempeng batangan timbalyang disesuaikan dengan kondisi bentukkebocoran yang ada sehingga tertutup rap at.Sedangkan antara perisai radiasi dan lantai yangmemungkinkan hamburan sinar X masih bisalolos ke luar, diberi lembaran timbal (tebal 3 mm)sehingga sinar X tidak bocar.

Setelah perisai radiasi terpasang, makauntuk mengetahui fungsinya dalam mengurangidosis paparan sinar X, dilakukan uji fungsidengan cara mengoperasikan MBE. Dalam hal iniMBE masih dalam tahap proses pengujiansehingga baru dapat dioperasikan pada tegangan209 kV dengan arus berkas 50 J.1A. Untukmengetahui fungsi tidaknya perisai radiasi,dilakukan pengukuran laju dosis paparan disekitar MBE. Pengukuran dilakukan di luarperisai radiasi pada arah horisontal terhadapsumber radiasi sinar X, dimana sumber radiasi

sinar X terbesar pada daerah window MBE. Hasilpengukuran laju dosis paparan sinar Xditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Hasil pengukuran laju dosis paparansinar X di sekitar MBE

PosisiLaju dosis

No.

pengukuranpaparan radiasi

Keterangansinar X

1.

Sebelah 0,10-0,18

ualra MBE

mremljamMBE

0,17 -0,26

beroperasi

2.

Sebelah pada

limurMBE

mremf]amlegangan

0,12-0,20

pemercepal

3.

Sebelah 209 kV,arus

selalanMBE

mrem/jamberkas50

!-lA, lajudosis4.

Sebelah0,14 - 0,21paparanlalar:

baral MBE

mrem/jam0,011

mRiiam.

Dari hasil pengukuran diperoleh lajudosis paparan radiasi sinar X di sekitar MBEanlara 0,10 - 0,26 mremljam, laju dosis paparanini masih jauh di bawah laju dosis yangdipersyaratkan oleh BAPETEN yaitu ::; 2,5mremljam.

KESIMPULAN

Telah dilakukan konstruksi dan uji fungsiperisai radiasi untuk mbe 300 keVl20 mA. Perisairadiasi dibuat dari bahan timbal (Pb) , karenabahan tersebut cukup efektif untuk menyerapradiasi sinar X. Perisai radiasi MBE 300 keV/20

mA berbentuk kotak dengan ukuran panjang 135cm, lebar 100 cm dan tinggi 185 cm, dan terbuatdari bahan timbal dengan tebal 2,5 cm. Dari hasiluji awal diperoleh besarnya laju dosis paparan disikitar MBE berkisar an tara 0,10 - 0,26mremljam, pad a kondisi operasi mbe dengantegangan 209 kV, arus berkas elektron 50 pA.

UCAPAN TERIMAKASIH

Dalam kesempatan ini penulismengucapkan banyak terima kasih kepada rekan­rekan dari BK2 yang telah membantu dalampengujian perisai radiasi serta rekan-rekanBT AFN yang telah banyak membantu sehinggadapat terselesaikan makalah ini. Harapan penulis,semoga bantuan terse but mendapat balasan dariAllah SWT.

DAFTAR PUSTAKA

1. NCRP Report No. 51, Radiation ProtectionDesign Guidenlines for 0.1 - 100 MeVParticle Accelerator Facilities, Issued, March1977.

2. ANNALS OF THE ICRP, Recomendationsof The International Commision on

Radiological Protection, 1990.3. SUWARNO WIRYOSIMIN, Mengenal

Asas Proteksi Radiasi, Penerbit ITB Bandung,1995.

4. RANY SAPTAAJI, dkk. Rancangan PerisaiRadiasi MBE 300 keV/20 mA untuk Irradiasi

Lateks Alam, Prosiding Seminar NasionalPenelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir,Yogyakarta 5 September 2007.

TANYA JAWAB

Fajar Panuntun~ Berapa harga S (teba!) secara teori yang

sesuai untuk kV 300 keY dibandingkandengan 209 kV (uji coba ?) untuk penahanPb?

Rany Saptaaji~ Tebal perisai radiasi sinar-X dan bahan Pb

seeara teori (perhitungan) adalah 2,5 emuntuk MBE 300 keV/20 mA.

Buku II hal. 470 ISSN 1410 - 8178 Rani Saptaaji, dkk

~

batan

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, Rabu, 11 September 2013

~ Untuk tegangan pemereepat 209 kV, tebalperisai yang dibutuhkan tergantung berapaarus berkas elektron yang dibutuhkan olehMBE.

Tri Rusmanto~ Berapa maksimum perisai Pb atau kekuatan

untuk menahan laju dosis sinar-X atau sinar y?

Rany Saptaaji~ Untuk MBE 300 keV/20 mA, seeara teori

membutuhkan perisai radiasi sinar-X daribahan timbal (Pb) dengan tebal2,5 em.

Rani Saptaaji, dkk. ISSN 1410 - 8178 Buku II hal. 471