Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsd.m Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Lamias

Bandung, 8 -10 Oktober 1991PPTN-BATAN

OPTIMASI KONDISI ETSA UNTUK DETEKTORJEJAK NUKLIR CR-39

M. Thoyib Thamrin, Bunawas dan Abubakar RamainPusat Standarisasi dan Penelitian Keselamatan Radiasi - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKOPTIMASI KONDISI ETSA UNTUK DETEKTORJEJAK NUKLIR CR-39. Telah dilaku­

kan studi etsa kimia terhadap detektor CR-39 yang disinari partikel a dari Am-241. Beberapaparameter etsa seperti laju etsa bahan (VB), laju etsa jejak (VT) dari energi aktivasi (Q)ditentukan dengan cara memvariasi kondisi etsa seperti larutan etsa NaOH, suhu etsa danwaktu etsa. Berdasarkan hasil eksperimen kondisi etsa yang optimal yaitu 6N NaOH padasuhu 60°C selama 6,5jam dengan ratio etsa (VTfVB)= 2,37 dan energi aktivasi sebesar 0.778eV.

ABSTRACTOPTIMIZATION OF ETCHING CONDITION OF CR-39 NUCLEAR TRACK DETEC­

TOR. Study of chemical etching of CR-39 detector was carried out by using a particles ofAm-241. Several parameter such as bulk etch rate (VB), track etch rate (VT), and activationenergy (Q) were determined by varying etching condition which included etching solution(NaOH), etching temperature and etching time. Based on experiment results optimum etchingwas 6N NaOH at 60°C for 6,5 hours with etching ratio (VTfVB)of2,37 and activation energyof 0,778 eV.

(2)

TATAKERJA

- Mikrometer 0-200 !Am, merk Seiku-shoLtd,Jepang

- Tempat etsa

Xa = tebal detektor sebelum dietsa (!Am)Xb = tebal detektor setelah dietsa (!Am)

t = lama etsa (jam)Sedangkan laju etsajejak (VT)' ditentukan

berdasarkan hasil pengukuran diameter jejakdengan asumsi VT konstan sepanjang lintasanjejak demikian pula VB' menggunakan persa­maan:

(1)V Xa-Xb .B = n L !Am/Jam

Optimasi etsaDetektor CR-39yang telah disinari partikel

a dietsa pada beberapa kondisi etsa denganmenggunakan NaOH dari 3N-8N pada suhuetsa 40-80°Cdengan variasi waktu etsa dari 3-8jam. Kemudian ditentukan laju etsa bahan 01B)

dan laju etsa jejak 01T) untuk berbagai kondisietsa. Laju etsa bahan 01B)' ditentukan meng­gunakan metode "selisih tebal detektor" denganpersamaan :

BAHAN DAN PERALATAN

Detektor jejak nuklir CR-39 buatanPershoe- Moulding,Ltd,Inggris.Sumber radiasi a dari Am-241 dengan ak­

tivitas 1465,46 BqLarutan etsa NaOH kualitas pro analisisWater bath merek Memmert, JermanMikroskop optik Opthipot merkNikon, Jepang

PENDAHULUANDalam dua dasa warsa terakhir ini, aplikasi

detektor jejak nuklir kelompok polimer sepertipolikarbonat (Lexan, Makrofol-E dan Kimfol),Belulosa nitrat (LR-115, CN-85 dan CA-80-15)Berta poli(allyl diglicol) karbonat(CR-39) telahmerambah ke berbagai disiplin ilmu seperti As­trofisika, Geologi, Biologi, Arkeologi dan Pro­teksi Radiasi (1).

Mengingat detektor jejak nuklir sangatpeka terhadap radiasi pengion, maka detektortersebut dapat dimanfaatkan sebagai dosimeterbaik untuk memonitor radiasi a maupun netron.Sebelum detektor jejak nuklir digunakan untukdosimeter maka langkah pertama yang harusdilakukan yaitu melakukan optimasi etsa.

Dalam penelitian ini, dilakukan optimasietsa kimia untuk detektor CR-39 yang telahdiradiasi a dan penentuan energi aktivasi (Q).

400

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian So1nsdan Tekrwlogi MenuJu Era Tinggal Landas

Bandung, 8 -10 Oktober 199}PPTN - BKl'AN

D = diameter jejak laten (11m)VB = laju etsa bahan (11m/jam)

t = waktu etsa Gam)Perlu diketahui bahwa persamaan (2)dipa­

kai, bila radiasi partikel a yang datang tegaklurus dengan detektor CR-39.

HASILDAN PEMBAHASAN

Pengaruh kondisi etsa terhadap VB DAN VT

'·1 ..--------- ..- .. ·- ...h eo deriljiH celchu

:'i • ,'C ",••'-JI'" 'eICHI'

4. ~ J ec Jt:'. lat ('.Iei •.••._..•• .tJ 'J .50 dt,all. C..ll:j\j1!.: '"1E .

~, JJ" I-; !

2.5

~.~ 'I:~ 1,5.'"....~<C 0."

~ I01

o

--- ---.-/--"1

//// // //

/ J'/u/ ..

If" //!.. .AI O ..• -.Qy"" ~~~~.- I I I .,----r;) .• 5 f, 1 8

KONSCNTHASI NOnMALIT.t.SCN)

Laju etsa bahan (VB) maupun laju etssLjejak (VT) sangat dipengaruhi oleh 2 parameteretsa yaitu suhu dan normalitas etsa. Pada Gam··bar 1dan 2 terlihat bahwa kenaikan VB dan Vrmeningkat secara eksponensial. Hal ini dapatdimengerti karena bila konsentrasi makin pe..kat ataupun suhu makin tinggi mengakibatkanreaksi kimia semakin cepat.

Energi akJivasi (Q) untuk CR-39

Pengaruh temperatur etsa terhadap laju.etsa bahan (VB) maupun laju etsa jejak (V T)dapat diekspresikan dalam persamaan Arrhe-·nius, (4) contoh untuk VB:

VB (N, T) = a (N) exp ( - Qb/K . T) (3)

Dengan :a (N) = konstanta yang bergantung normalitas

K = konstanta Bortzman (8,617 .10-5 eVIK)T = temperatur etsa

Jika digunakan data VB untuk berbagaisuhu dan normalitas larutan etsa, maka dapatditentukan energi aktivasi (Q) dengan meng­gunakan regresi linier, hasillihat Gambar 3.

Gambar 1. Laju etsa bahan (VB) sebagai fungsidari konsentrasi NaOH, untuk beberapa tem­peratur etsa.

4 aN -lI 'No 6No ~N i

I

"f'0,.~I

,~E> 7

la 80 11'''.jal calc Iv•

.4 to <tar.Jet ,.Ich,.o. eo de"J.t calclu.

I/ I-5.----- --__

Gambar 3. Grafik In VB terhadap l/T untukbeberapa normalitas NaOH

Gambar 2. Laju etsa jejak (VT) sebagai fungsidari konsentrasi NaOH, untuk beberapa tem­peratur etsa.

Berdasarkan Gambar 3, maka energi ak­tivasi (Q) yang diperoleh cukup bervariasi dari0,741- 0,825 eV dengan rata-rata sebesar 0,778eV. Hasil penentuan energi aktivasi, ternyatatidak berbeda jauh dengan hasil perhitunganorang lain, untuk lebih jelasnya lihat Tabel 1berikut:

401

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

'rabel 1. Harga energi aktivasi (Q) untuk de­tektor CR-39 yang telah dihitung orang

Energi aktivasi un-Peneliti

tuk laju etsa bahan(eV)

Sing dkk. (2)

0,920Green dkk. (3)

0,770Charvat dan Spurny (4)

0,745Beth M. dkk (5)

0,792Fews dkk. (6)

0,786

Laporan ini

0,778

Optimasi etsa untuk detektor CR-39Dari data hasil perhitungan laju etsa ba­

han (VB) dan laju etsa jejak (VT) untuk berbagaisuhu dan konsentrasi etsa, dapat dibuat ratioetsa (VTNB). Pada Gambar 4 diperlihatkannilai ratio etsa tetap untuk larutan etsa 6N padaberbagai suhu etsa (40-80°).

.----------------------.-.- _-

It:. eo d.rajat c.lclu.: J. 10 derai ••t "Ieil,'"

o 60 dnajal celclu.

",J.;; I

"

o I I I I , • I I I Io , '} J .• ~ 6 -:

KOfolSENTnA$1 NORMAlI1AS{foI)

Gambar 4. Ratio etsa (VrlVB) terhadap kon­sentrasi etsa pada beberapa suhu etsa

Berdasarkan Gambar 4 dan evaluasi kua­I litas jejak, maka dapat disimpulkan bahwa kon­

disi etsa yang optimum yaitu 6N NaOH pada

DAFTAR PUSTAKA

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN -BATAN

60°Cselama 6,5jam. Pada kondisi etsa ini, nilairatio etsa tidak dipengaruhi oleh perubahansuhu selama etsa berlangsung dan kualitas je­jak sangat baik dan kontras serta kondisi per­mukaan detektor yang halus, sehingga memu­dahkan dalam menganalisis kualitas dan kuan­titas jejak. Hasil optimasi etsa tidak berbedajauh dengan optimasi orang lain (3,4,6).Sudut kritis (ee) detektor CR-39

Sudut kritis pada detektor CR-39yaitu su­dut minimum dari partikel yang datang yangterdeteksi sebagai jejak laten pada detektorCR-39. Besar sudut kritis ditentukan denganrumus empiris yaitu menggunakan persamaan(7):

Untuk ratio etsa (VB / V T) sebesar 2,370ma­ka besarnya sudut kritis 8c = 25°C. Penentuansudut kritis ini penting sekali, bila kita akanmerancang dosimeter radon pasif baik untukmonitor perorangan ataupun lingkungan.

KESIMPUIAN DAN SARAN

Berdasarkan analisis hasH penelitian,maka dapat diambil beberapa kesimpulan dansaran sebagai berikut:l.Laju etsa bahan (VB)dan laju etsajejak (VT)

naik secara eksponensial terhadap konsen­trasi dan suhu etsa.

2.Kondisi etsa yang optimum untuk detektorCR-39 yaitu 6N NaOH pada suhu 70°C de­ngan waktu etsa selama 6,5 jam.

3.Energi aktivasi (Q) untuk laju etsa bahanrata-rata sebesar 0,778 eV.

4.Besar sudut kritis yang dihitung secara teori­tis adalah 25°.

5.Untuk menentukan laju etsajejak (VT)seca­ra langsung dari eksperimen dapat dicobadengan menggunakan metode TPT(8).

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terimakasih kepadaSdri. Suyati, Sdri. Helfi Yuliani, Sdri. Dyah Ku­sumawati (staf teknis laboratorium dosimetriPSPKR), atas segala bantuannya di labora­torium.

1. ILIC.R., The use of SSNTD in material science and technology, Nuclear Tracks RadiationMeasurement 17 no 1 (1990) 7-9.

2. SINGH. J., SINGH. S. and VIRK. H. S., Etching studies of CR-39 plastic track recorder,Nuclear Track Radiation Measurements 15 (1980) 187-190.

402

Proceedings Seminar Reaktcr Nuklir cWlam Penelitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 - 10 Oktcber 19!11PPTN - BATAN

3. GREEN. P. F., RAMLI. A G., HENSHAW-NAZHAL S. R, AL-NAJJAR DOl C. M., ABU­JARAH. F., BULL. R K. and DURRAM. S. A, On the optimization of etching conditions fc'rCR-39 and other plastic track detectors. Nuclear Track 3 (1982) 178-182.

4. CHARVAT.J. and SPURNY. F., Optimization of etching characteristics for cellulose nitrateand CR-39 track detectors. Nuclear Tracks Radiation Measurement 14 (1988) 447-449.

5. BETH.M., W. ENGE. and SERMUND. G., Some aspects on etching of CR-39 plastic detector.Nuclear Tracks 12 (1982) 517-529

6. FEWS. A P., and HENSHAW. D. L., High resolution a particle spectroscopy using CR-39plastic track detectors, Nuclear Instruments And Methods, 197 (1982) 517-529.

7. KHAN. N. A, BRAND R, KHAN N. A, and JAMIL K., Critical angels of etching CR-39 Trackdetectors. International Journal Application Radiation and Isotopes 35 (1984) 111-116.

8. AL-WAJJAR S. A R, and DURRANI S. A, Track profile Technique (TPT) and I ts Applics.­tions using CR-39. Nuclear Tracks and Radiation Measurements, 8 (1984) 45·56.

DISKUSI

Wisnu Susetyo:1. Apakah detektor CR-39 ini dapat dipakai ulang ?2. Mengingatjejak latar sudah >1100jejak/cm2 apakah detektor ini mampu mendeteksijumlahnetron yang rendah/kecil.M. Thoyib Thamrin:1. Tidak; hanya dipakai 1 kali saja.2. Tidak; di PSPKR saat ini ada detektor CR-39 yang kin dengan nama dagang "Baryo Track"dengan jejak latar antara 2-4 jejak/cm2. Ini nantinya digunakan untuk dosimeter netron per­orangan.

403