LAPORAN PRATIKUM

Proteksi dan Keselamatan Radiasi

ACARA :

Half Value Layer

Disusun oleh :

Nama : Janice Nathania

NIM : 011200312

Prodi : TEKNOKIMIA NUKLIR

Semester : IV

Kelompok : 2

Teman Kerja : 1. Anwar Jundiy

2. Zulhajji lubis

Tanggal Praktikum : 21 Maret 2014

Asisten : Ir. Giyatmi

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

YOGYAKARTA

2014

HALF VALUE LAYER

A. TUJUAN 1. Mahasiswa dapat memahami definisi tebal paro (HVT) perisai radiasi2. Mahasiswa mampu menentukan tebal paro (HVT) perisai radiasi.

B. DASAR TEORIRadiasi Gamma merupakan jenis radiasi yang mempunyai daya tembus sangat

besar dan tidak dapat dihentikan sepenuhnya. Setiap pancaran radiasi Gamma yang mengenai suatu bahan akan berinteraksi dengan bahan tersebut sehingga sebagian dari intensitasnya akan terserap dan sebagian lagi diteruskan. Perbandingan intensitas pancaran yang datang dan intensitas yang masih diteruskan, tergantung pada tebal bahan, Jenis bahan dan energi radiasi gamma. Secara matematis hubungan tersebut dinyatakan dengan

I=I 0⋅e−μ⋅x

dengan I0 = Intensitas paparan radiasi yang datang (mR/jam)I = Intensitas paparan radiasi yang diteruskan (mR/jam) = Koefisien serap linier bahan pada energi tertentu (mm-1)x = Tebal bahan (mm)

Tebal paro (HVT) merupakan tebal bahan yang dapat menyerap sebagian intensitas paparan radiasi yang datang sehingga intensitas paparan radiasi yang diteruskan tinggal setengah intensitas mula-mula.

II o = e-µHVT =

12

12

= e-µHVT

ln 12

= -µ.HVT

HVT = ln

12

−µ

HVT = 0,69315

µ

Nilai HVT dapat ditentukan secara matematis, dapat ditentukan secara eksperimen dengan melakukan beberapa pengukuran dan menggambarkan kurva peluruhan intensitas paparan radiasi. Nilai HVT sangat bermanfaat untuk keperluan praktis di lapangan, yaitu untuk menentukan tebal suatu bahan yang diperlukan sebagai penahan radiasi.

1. Penahanan radiasi alpha

Karena radiasi alpha memiliki jangkauan pancaran yang pendek, maka radiasi alpha dapat ditahan menggunakan materi yang sangat tipis. Misalnya Polonium-212 yang merupakan pemancar radiasi alpha berenergi tertinggi (10,55 MeV). Di dalam suatu materi, jarak tembus radiasi alpha tidak lebih dari 11,6 cm, dan karena jarak tembus di dalam air menjadi 1/500 dari jarak tembus di udara, maka pada penahanan pemancar alpha yang berenergi kurang lebih 10 MeV, semuanya dapat diserap oleh air setebal 0,2 mm atau cukup menggunakan selembar kertas tebal.

2. Penahanan radiasi beta.

Meskipun tidak sependek alpha, jangkauan radiasi beta juga pendek dan dapat ditahan dengan bahan yang relatif tipis. Misalnya, radiasi beta berenergi 1 MeV dapat ditahan dengan aluminium setebal 3,5 mm. Apabila radiasi beta yang berenergi tinggi mengalami penurunan, akan dipancarkan sinar-X dengan atenuasi radiasi sepanjang jangkauan pancarannya. Terhadap sinar X tersebut juga harus dilakukan penahanan. Semakin besar nomor atom suatu materi, semakin mudah terjadi atenuasi, sehingga untuk penahanan radiasi beta dapat digunakan lembar plastik dengan tebal 1,0-1,5 mm. Penahanan radiasi positron sama seperti pada radiasi beta, namun yang terpenting dalam penahanan radiasi ini tidak terbentuk radiasi gamma yang merupakan penggabungan antara radiasi positron dengan elektron.

3. Penahanan radiasi gamma (Sinar-X).

A. Hukum kuadrat terbalik.

Apabila radiasi gamma dari sumber radiasi terpancar ke segala arah, intensitas radiasi gamma di suatu titik akan menjadi lemah karena berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari sumber radiasi. Hal ini disebut hukum kuadrat terbalik. Oleh karena intensitas radiasi gamma menjadi lemah berbanding terbalik dengan kuadrat

jaraknya dari sumber radiasi, maka jarak dari sumber radiasi merupakan faktor utama dalam melakukan penahanan. Untuk radiasi gamma yang mempunyai aktivitas 1 Currie, persentase paparan radiasinya pada titik yang berjarak 1 m disingkat rhm (Rontgen per jam pada jarak 1 m), yang disebut juga konstanta gamma. Konstanta gamma dari beberapa sumber radiasi ditunjukkan pada Tabel 1.

B. Penyerapan radiasi gamma oleh bahan penahan.

Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, jika radiasi gamma dengan intensitas tertentu menembus bahan penahan, maka intensitas radiasinya akan berkurang secara eksponensial sebanding dengan tebal bahan penahan. Koefisien pengurangan intensitas radiasi gamma yang berenergi antara 1-3 MeV tidak berubah karena tebal bahan, sehingga dapat dianggap bahwa kemampuan penahanan hanya berkaitan dengan rapat jenis materi.

C. Koreksi hamburan.

Hukum eksponensial yang menunjukkan pengurangan intensitas radiasi apabila melalui suatu materi, berlaku ketika berkas radiasi sejajar melewati celah bahan penahan, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Sampai saat ini dianggap bahwa radiasi gamma dalam materi akan lepas dari berkas radiasi sejajar setelah bertumbukan dan selanjutnya akan terhambur. Walaupun radiasi tidak dalam bentuk berkas radiasi sejajar, dalam bahan penahan yang tipis jumlah hamburan radiasi gamma sangat sedikit, maka hukum eksponensial masih bisa digunakan. Sebaliknya, radiasi yang terhambur dalam materi akan menjadi banyak bila bahan penahan semakin tebal. Maka, intensitas yang dihasilkan akan lebih rendah daripada intensitas radiasi yang dihitung dengan hukum eksponensial. Pengaruh radiasi yang telah terhambur dikoreksi menggunakan koefisien build up. Koefisien build up bergantung pada energi radiasi, tebal materi yang dilewati dan geometri sumber radiasi. Tentu saja koefisien build up tersebut merupakan nilai yang lebih besar dari 1, dan cenderung bertambah bila bahan penahannya semakin tebal.

Karena materi bernomor atom besar memiliki koefisien penyerapan massa yang besar terhadap radiasi gamma dan rapat jenisnya pada umumnya tinggi, maka materi seperti ini dapat menahan radiasi gamma secara efisien. Dengan mempertimbangkan sifat dan penggunaannya yang mudah, materi yang digunakan sebagai bahan penahan gamma misalnya timbal, besi, beton kongkrit. Selanjutnya, penahanan sinar-X hampir sama seperti gamma, tetapi karena berenergi rendah, maka bahan penahan yang digunakan cukup tipis saja.

4. Penahanan sinar-X

Apabila partikel beta berkecepatan tinggi melaju menembus materi, maka intensitas sinar-X yang diperoleh dari pemancaran akan menjadi besar dan sebanding dengan nomor atom target. Semakin tinggi energi sinar-X, maka semakin besar penyebarannya ke arah depan. Energi sinar-X sebanding dengan arah penyebarannya. Pada zat radioaktif tertentu sinar-X dapat terbentuk di dalam zat itu sendiri. Sehingga pada zat radioaktif tersebut diperlukan

penahan untuk sinar-X terutama pada jenis zat radioaktif pemancar radiasi beta berenergi tinggi yang juga disertai dengan pemancaran radiasi gamma. Dari hal tersebut, dapat diketahui bahwa untuk bahan penahan zat radioaktif yang dapat memancarkan radiasi beta berenergi tinggi, sebaiknya digunakan timbal yang memiliki lapisan materi bernomor atom kecil di bagian dalamnya misalnya plastik atau aluminium

5. Penahanan radiasi neutron

Sama seperti radiasi gamma, neutron berkurang energinya secara eksponensial sebanding dengan tebal bahan penahan, oleh karena itu dapat dipakai koefisien build up. Tampang lintang reaksi neutron bergantung pada jenis bahan penahannya. Pada reaksi penangkapan neutron berenergi rendah, biasanya diperlukan tampang lintang yang luas. Kadmium dan boron memiliki tampang lintang yang luas, sehingga dengan bahan yang tipis dari unsur tersebut neutron berenergi rendah dapat ditahan. Dalam penahanan neutron berkecepatan tinggi, digunakan cara penangkapan setelah kecepatan neutron berkurang karena hamburan elastis. Untuk mengurangi kecepatan neutron secara efisien, digunakan unsur ringan misalnya hidrogen dalam parafin atau air sebagai bahan pengurang kecepatan (moderator). Perlu dipertimbangkan juga penahanan radiasi sekunder seperti radiasi gamma yang dipancarkan saat terjadi reaksi penangkapan neutron berenergi rendah karena telah berkurang kecepatannya.

6. Labirin

Radiasi gamma yang terhambur bergantung pada jarak terhadap permukaan dinding penghambur, bahan dinding dan lain-lain, sehingga intensitas pancaran radiasinya menjadi jauh lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa labirin sangat berpengaruh terhadap penahanan gamma. Contoh labirin ditunjukkan pada Gambar 2. Efek penahanan labirin pada radiasi neutron tidak sebesar radiasi gamma.

http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/06/08-01-02-06.html

C. ALAT DAN BAHANAlat :1. Surveimeter2. Sistem Pencacah GM (Geiger-Muller)3. Pinset

Bahan :1. Sumber radiasi gamma dengan kolimatornya

D. LANGKAH KERJA 1. Detektor dan system pencacah GM dihidupkan dan dicari daerah kerja GM.2. Cacah background dilakukan sebanyak 5 kali .3. Sumber radiasi diletakkan pada jarak 3 cm dari surveimeter / Sistem Pencacah GM dan

diukur paparan radiasinya .4. Lempengan penahan radiasi A disisipkan antara sumber radiasi dengan surveimeter/

Sistem Pencacah GM dan diukur paparan radiasinya sebanyak 3 kali.5. Langkah 3 diulangi untuk lempengan penahan radiasi B sampai K .

E. DATA PENGAMATAN

Sumber radiasi : Eu -152Aktivitas : 9,494 µCi = 351,3 kBqTanggal Pembuatan : 1 Juli 2006

Penentuan daerah kerja GM

No. Tegangan Cacahan1. 680 02. 700 40973. 720 156664. 740 168195. 760 180956. 780 187107. 800 196058. 820 199289. 840 20761

10. 860 20907

Tegangan kerja = V 2−V 1

3 + V1 =

= 820−700

3 + 700 = 740 volt

Cacah background :t = 30 s

1. 292. 233. 274. 255. 26

Cacahan sumber tanpa perisai :

t = 30 s

No. Geiger Muller Surveymeter1. 16275 28002. 16230 28053. 16228 2810

Rata2 541,478 2805

Kode Bahan Ketebalan mg/cm2 GM SurveymeterA Aluminium Foil 0,7 mm 4,5 15456 2770 15446 2750

15553 2750 Rata2 516,167 91,87B Aluminium Foil 1 mm 6,5 14850 2750 15184 2730 15116 2750 Rata2 501,67 91,43C Poly 4 mm 9,6 15031 2720 14883 2750 15354 2700 Rata2 502,98 90,76D Poly 8 mm 19,2 13705 2650 13708 2625 13651 2600 Rata2 456,267 87.5E Plastic 0,030 mm 59,1 8988 2495 8956 2480 8924 2450 Rata2 298,53 82,5F Plastic 0,040 mm 102 7350 2410 7418 2420 7407 2400 Rata2 246,39 80G Aluminium 0,020 mm 141 6266 2380 6291 2390 6184 2350 Rata2 208,23 79H Aluminium 0,025 mm 170 5494 2320 5436 2325 5413 2290 Rata2 181,589 77I Aluminium 0,032 mm 216 4552 2290 4406 2290 4503 2300 Rata2 149,567 76J Aluminium 0,040 mm 258 3638 2250 3687 2250 3629 2250 Rata2 121,71 75K Aluminium 0,050 mm 328 2977 2200 3022 2100 2962 2000 Rata2 99,5 70L Aluminium 0,063 mm 425 2805 1960 2685 1975 2790 1950 Rata2 92 65

M Aluminium 0,080 mm 522 2599 1900 2539 1850 2629 1900 Rata2 86,3 62N Aluminium 0,090 mm 645 2596 1900 2655 1950

2530 1900 Rata2 86,45 63O Aluminium 0,1 mm 655 2438 1850 2563 1750 2512 1600 Rata2 84,1 57P Aluminium 0,125 mm 840 2505 1700 2464 1500 2480 1450 Rata2 82,77 51

Q Lead 0,032 mm 1120 2130 1400 2072 1350 1976 1300 Rata2 68,64 45R Lead 0,064 mm 2066 1912 1300 1798 1250 1857 1200 Rata2 61,856 41S Lead 0,125 mm 3448 1651 1050 1607 1100 1623 1075 Rata2 54,23 35T Lead 0,250 mm 7367 1315 900 1249 950 1224 1000 Rata2 42,089 31

F. PERHITUNGAN Rumus utama :I

I o = e-µHVT =

12

12

= e-µHVT

ln 12

= -µ.HVT

HVT = ln

12

−µ

HVT = 0,69315

µ1. Detektor Geiger Muller

a. Bahan aluminium foil :

0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05490

495

500

505

510

515

520

f(x) = 551.643467144786 exp( − 0.094959411733733 x )

Kurva Cacahan vs Tebal Al Foil

Tebal Aluminium Foil (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -0.09x

-0.693 = -0.09x

x =−0.693−0.09

x = 7,7 mmjadi HVL untuk aluminium foil adalah 7,7 mm.

b. Bahan : Poly

3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5430440450460470480490500510

f(x) = 554.475516309529 exp( − 0.0243680608503234 x )

Kurva Cacahan vs Tebal Poly

Tebal Poly (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -0.02x

-0.693 = -0.02x

x =−0.693−0.02

x = 34.65 mmjadi HVL untuk Poly adalah 34,65 mm.

c. Bahan : Plastic

0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 0.0420

50

100

150

200

250

300

350

f(x) = 530.985536117091 exp( − 19.1954783874969 x )

Kurva Cacahan Vs Tebal Plastic

Tebal Plastic (mm))

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -19,2x

-0.693 = -19,2x

x =−0.693−19,2

x = 0,036 mmjadi HVL untuk Plastic adalah 0,036 mm.

d. Bahan : Alumunium

0 2 4 6 8 10 120

50

100

150

200

250

f(x) = 202.037740134531 exp( − 0.106315565439308 x )

Kurva Cacahan Vs Tebal AluminiumTebal Aluminium (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= - 0,10x

-0.693 = -0,10x

x =−0.693−0,10

x = 6,93 mmjadi HVL untuk aluminium adalah 6,93 mm.

e. Lead

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30

1020304050607080

f(x) = 72.0370803117417 exp( − 2.17732770851635 x )

Kurva Cacahan Vs Tebal Lead

Tebal Lead (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= - 2,17x

-0.693 = -2,17x

x =−0.693−2,17

x = 0,319 mmjadi HVL untuk lead adalah 0,319 mm.

2. Surveymetera. Bahan : Aluminium

0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.0591.291.391.491.591.691.791.891.9

92

f(x) = 92.9049188798876 exp( − 0.0160029403568007 x )

Kurva Cacahan vs Tebal Al Foil

Tebal Aluminium Foil (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= - 2,17x

ln 12

= - 0,01x

-0.693 = -0,01x

x =−0.693−0,01

x = 69,3 mmjadi HVL untuk aluminium foil adalah 69,3 mm.

b. Bahan : Poly

3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.585

86

87

88

89

90

91

92

f(x) = 94.1783882610285 exp( − 0.00919399223955653 x )

Kurva Cacahan vs Tebal Poly

Tebal Poly (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -0.00919x

-0.693 = -0.00919x

x =−0.693

−0.00919

x = 75.4 mmjadi HVL untuk poly adalah 75,4 mm.

c. Plastic

0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 0.04278.5

7979.5

8080.5

8181.5

8282.5

83

f(x) = 90.4785919189453 exp( − 3.07716586667537 x )

Kurva Cacahan Vs Tebal PlasticTebal Plastic (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -3,07x

-0.693 = -3.07x

x =−0.693−3,07

x = 0,225 mmjadi HVL untuk plastic adalah 0,225 mm.

d. Aluminium

0 2 4 6 8 10 120

102030405060708090

f(x) = 86.2443920975711 exp( − 0.046224492623755 x )

Kurva Cacahan Vs Tebal Aluminium

Tebal Aluminium (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -0,04x

-0.693 = -0.04x

x =−0.693−0,04

x =17,235 mmjadi HVL untuk aluminium adalah 17,235 mm.

e. Lead

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.305

101520253035404550

f(x) = 45.7312259547079 exp( − 1.6593536326295 x )

Kurva Cacahan Vs Tebal Lead

Tebal Lead (mm)

Caca

han

(cps

)

12

= e-µHVT

ln 12

= -1,65x

-0.693 = - 1,65x

x =−0.693−1,65

x =0,42 mmjadi HVL untuk lead adalah 0,42 mm.

G. PEMBAHASANPraktikum ini bertujuan untuk mengetahui tebal paruh (HVL) . Kemampuan suatu

materi untuk menahan atau mengabsorpsi paparan radiasi dipengaruhi oleh berat atom dari materi tersebut. Semakin besar berat atom, maka intensitas radiasi yang dapat diserap akan semakin besar karena kerapatan atom akan semakin besar sehingga semakin banyak bagian dari atom yang akan berinteraksi dengan radiasi yang datang .

Detektor yang digunakan adalah detector Geiger Muller , oleh sebab itu dicari terlebih dahulu tegangan kerjanya dan diperoleh sebesar 740 volt. Pada percobaan ini materi bahan yang digunakan adalah aluminium foil, poly,plastic , aluminium dan lead. Pada pengukuran menggunakan GM diperoleh hasil berturut-turut yaitu 7,7 mm, 34,65 mm , 0,036 mm , 6,93 mm , 0,319 mm . Pengukuran dengan surveymeter memperoleh nilai 69,3 mm , 75,4 mm , 0,225 mm , 17,235 mm , 0,42 mm. Penahanan radiasi bertujuan mengurangi intensitas radiasi dengan memanfaatkan interaksi radiasi dengan materi. Radiasi alpha dan beta dapat ditahan dengan baik oleh benda yang relatif tipis. Sedang untuk radiasi beta yang berenergi tinggi, diperlukan bahan penahan seperti halnya yang digunakan untuk menahan sinar-X. Pada radiasi positron penahanan radiasi dilakukan hingga bebas radiasi.

Untuk penahanan radiasi gamma berlaku hukum kuadrat terbalik. Sedang radiasi gamma yang merupakan radiasi langsung berkurang secara eksponensial terhadap tebal bahan penahan. Pengaruh radiasi gamma karena penyebaran pada bahan penahan perlu dikoreksi dengan menggunakan koefisien build up (build up factor).

Radiasi neutron juga berkurang secara eksponensial terhadap tebal bahan penahan dan faktor koefisienbuild up juga dapat digunakan. Pada penahanan radiasi neutron termal, tebal materi dapat dikurangi apabila menggunakan materi yang

memiliki tampang lintang tangkapan neutron yang besar. Untuk menahan radiasi neutron cepat dapat digunakan cara penangkapan neutron setelah kecepatannya berkurang akibat hamburan elastis, tetapi radiasi gamma yang terpancar juga harus ditahan.

Prinsip penahanan radiasi adalah mengurangi intensitas radiasi yang didasarkan pada interaksi radiasi dengan materi, yaitu dengan mengubah energi radiasi menjadi energi panas sehingga paparan radiasinya menjadi berkurang. Karena interaksi radiasi dengan materi berbeda menurut jenis materi dan energi radiasi, maka cara penahanan yang digunakan juga berbeda. Umumnya intensitas radiasi dapat dikurangi dengan menambah tebal materi yang digunakan sebagai penahan.Faktor yang mempengaruhi tebal paruh adalah adalah koefisien serap linier , tebal bahan , dan jenis bahan.

Dari hasil perhitungan didapati bahwa bahan plastic lebih baik dalam menahan radiasi dibandingkan dengan yang lainnya. Seharusnya bahan yang paling baik digunakan dalam menahan radiasi adalah timbal (lead) karena memiliki berat atom paling besar dibanding yang lainnya . Ada beberapa factor yang menyebabkan adanya kesalahan pada hasil praktikum ini :

1. Radiasi bersifat random (acak) sehingga tidak dapat dipastikan intensitas radiasi yang diterima masing-masing bahan sama.

2. Data yang diambil terlalu sedikit (hanya dua titik) sehingga memungkinkan terjadinya kesalahan dalam perhitungan.

H. KESIMPULAN1. HVL (Half Value Layer) adalah ketebalan materi yang dibutuhkan untuk mengurangi

intensitas paparan radiasi menjadi setengah dari intensitas awalnya.2. Semakin tebal baahn penahan radiasi makas intensitas radiasi yang diserap akan lebih

banyak.3. Tebal paro bahan aluminium foil adalah 7,7 mm.

Tebal paro bahan poly adalah 34,65 mm.Tebal paro bahan plastic adalah 0,036 mm.Tebal paro bahan aluminium adalah 6,93 mm.Tebal paro bahan lead adalah 0,319 mm.

4. Bahan yang paling baik untuk penahan radiasi adalah a. Plastikb. Leadc. Aluminium d. Aluminium Foile. Poly

I. DAFTAR PUSTAKAhttp://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/06/08-01-02-06.html diakses pada 25 Maret pukul 12.43 .Christina , Maria dkk. 2014. Petunjuk Praktikum Proteksi dan Keselamatan Radiasi. Yogyakarta : STTN-BATAN

Yogyakarta, 28 Maret 2014Asisten, Praktikan,

Ir. Giyatmi Janice Nathania