Prosidillg Semillal llasi/ Pelleli/iall PRSGTaillm 1998/1999

ISSN 0854-5278

PENGARUH NEUTRON TERHADAP STRUKTUR MIKRO TOP AS

Suroso, Sarwani, Suwoto, Rohidi, Hendra P, Putut Heri S

ABSTRAKPENGARUH NEUTRON TERHADAP STRUKTUR MIKRO TOPAS.Telah dilakukan penelitian pengaruh neutron terhadap perubahan struktur mikrobatuan. Batuan yang digunakan dalam penelitian adalah topas dengan rumusmolekul AI2SiO4(F,OH)2,sedangkan metodanya menggunakan analisis XRD danmetoda SEM. HasH analisis XRD menunjukkan bahwa struktur mineral tapaspra dan pasca iradiasi tidak mengalami perubahan yaitu sistem kristalnya tetaporthorombic, tetapi terjadi penurunan intensitas yang agak tajam. Perubahanintensitas ini diduga karena proses doping Pospor ke dalam bagian Silikonmelalui reaksi inti dengan neutron cepat. Metoda SEM dilakukan denganperbesaran 1000 kali dan 200 kali, hasil menunjukkan bahwa struktur mikropasca iradiasi lebih halos dibandingkan pra iradiasi.

ABSTRACTNEUTRON INFLUENCE REGARD TO MICRO STRUCTURE OFTOPAZ. Neutron influence regard micro structure of stones. The research ofneutron influence regard to micro structure of stone have been done. The stoneusing in the research is topas with molecular form is AI2SiOiF, OH)2' Foranalysis to use both XRD and SEM methode. The result from XRD methodeshown that topaz mineral structure before and post irradiation not difference, thecrystal is orthorombic, but the intensity of topas post irradiation dropping verysharp. This intensity difference to prediction because will be happen dopingprocess silicon part via nuc1eous reaction with fast neotron. The SEM methodeperform with enlargement 1000 times and 200 times, the result shown thatstructure micro topaz post irradiation fine than before irradiation.

PENDAHULUAN

Batu permata sudahmempunyai kedudukan istimewadalam peradaban manusia ribuantahun sHam. Permintaan akan batu

permata semakin pesat seiringdengan bertambahnya jumlahpenduduk, namun permintaan yangtinggi tidak diimbangi denganpersediaan yang cukup. Keterbatasanakan batu permata tersebut menuntutdiketemukannya teknologi baru yangbisa menghasilkan batu permatadengan kualitas yang sarna dalam

bentuk seragam dan dalam jumlahyang besar. Salah sarti cara untukpemuliaan batu permata dapatdilakukan dengan teknik iradisi,tetapi untuk mendapatkan teknologiyang tepat dan baku dalammendapatkan sasaran hasil sesuaidengan yang diharapkan dibutuhkanpenelitian lebih lanjut tentangperubahan struktur mikro batuansebelum dan sesudah diiradiasihubungannya dengan perubahanwarna yang terjadi pacta batuantersebut, karena perubahan strukturkristal diduga berkaitan dengan

41

ISSN 0854-5278

perubahan warna batuan, sehinggapada penelitian ini ditekankan padastruktur kristal batuan. Batuan yangdigunakan dalam penelitian adalahtapas dengan rumus molekulAlzSiO4(F,OH)2' sedangkanmetodanya menggunakan analisisXRD dan metoda SEM. Diharapkandari hasil penelitian dapat diperolehinformasi yang menjelaskan refillingperubahan struktur mikro tapassebelum dan sesudah iradiasi.

METODOLOGI

Percobaan dikerjakan denganmengiradiasi topas pada fasilitasiradiasi dengan energi neutronepitermal sampai dengan cepat, yaitudengan melapisi fasilitas iradiasidengan boral atau cadmium.Penelitian perubahan struktur mikrotapas pasca iradiasi dilakukandengan menggunakan metodadifraksi sinar-X dan metoda SEM.Pada penelitian menggunakan teknikdifraksi sinar-X tapas pra dan pascairadiasi ditumbuk sampai halushingga berbentuk powder, kemudianstruktur kristal diamati denganmenggunakan teknik difraksi sinar-X(XRD) dan penentuan komposisiunsur kimianya dengan teknik pendarsinar-X (XRF). Sedangkan penelitiandengan metoda SEM topas pra danpasca iradiasi dipoles permukaannyasebelum difoto denga perbesarantertentu.

TATA KERJAMetoda Difraksi Sinar-X

1. Bahan: batukalibratorXRF

bahantapas ,

~,"'i!"""... ~-'ft,-

p.mganlh Neutron Terhadap ......Suroso dkk

2-. Alat : fasilitas iradiasi tapas diRSG-GAS, spektrometri pendarsinar-X, pengering, difraksisinar-X, sistem pengendali danpemroses data (DP-61O)

3. Prosedur Penelitiana. Iradiasi Topas1. Batu tapas dimasukkan ke

dalam kapsul, yang khususdidisain untuk iradiasi tapasatau batuan.

2. Kapsul yang telah terisi tapasdimasukkan ke dalam terasreaktor untuk diiradiasi, lamairadiasi serra waktu setelahspesimen iradiasi dicatat.

3. Reaktor dioperasikan padadaya 20 MW selama 11,2jam.

b. Pengukuran XRF

1. Dua sampel tapas dengankondisi fisik sarna sarlidiiradiasi (prosedur a) dansarli lagi tidak diiradiasi.

2. Kedua sampel dihaluskan,kemudian masing-masingsampel diambil sarli gramuntuk dibuat pelet denganmesin peter yang berdiameter30mm.

3. Kedua sampel diletakkan diatas permukaan sinar-Xselama 30 menit.

4. Unsur Si, AIditentukanmenggunakanprimer Fe55,unsur lainnyamenggunakan Cd10

dan P

dengansumber radiasi

sedangkandengan

c. Pengukuran XRD

1. Dua sampel topas dengankondisi fisik yang sarna, sarli

42

Prosidillg Semillaillasi/ Pelleliticm PRSGTail/m /9981/999

diiradiasi (prosedur a) dansatu lagi tidak diiradiasi.

2. Kedua sampel dihaluskan,kemudian masing-masingsampel diambil 2 gram.

3. Sampel (2) diletakkan di alasholder yang terbuat darialuminium dengan ukuran 2em x 1,5 em

4. Spesimen (2) diratakan dansesekali ditekan denganspatula sampai merata dankompak

5. Spesimen (4) diletakkan dialas dudukan sampel XRD

6. Pengambilan data dilakukandengan mode step

Metoda SEM

a. Bahan: tapas, film, pemoles danpembungkus

b. Alat : ampelas, pembesar,detektor dan pemotret

c. Prosedur Penelitian

1. Dua sampel topas dengankondisi fisik yang sarna, satudiiradiasi (prosedur a) dansatu lagi tidak diiradiasi.

2. Kedua sampel dihaluskanpermukaannya denganmenggunakan ampelas.

3. Kedua sampel dipoles denganlapisan emas.

4. Sampel (3) diletakkan di alasholder.

5. Struktur mikro kondisi (4)dapat diatur perbesarannyadan diamati dilayar monitor.

6. Kemudian dilakukan

pemotretan jika kondisi sudahseuai dengan yangdikehendaki.

ISSN 0854.5278

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data komposisi unsur kimiapra dan pasca iradiasi hasilpengukuran XRF, diperlihatkan pactaTabel 1 dan Tabel 2. Telihat dalamlabel bahwa terdapat kadar major Aldan Si dalam tapas pasca iradiasi.Kandungan Al dan Si sebelumdiiradiasi masing-masing sebesar27,40 % dan 12,10 % dan setelahdiiradiasi tinggal 26,0 % dan 10,35%. Unsur Al menurun sebesar 1,40% dan Si sebesar 1,75 %. Perubahantersebut terjadi diduga disebabkanadanya reaksi inti antara atom Al danSi dengan neutron cepat di manasebagian dari atom Si membentukisotop radiokatif p31pacta reaksi Si31(n,VP) p31 yang mempunyai waktuparuh 2,62 menit. Terbentuknya p31pacta tapas pasca iradiasi diduga yangmengakibatkan perubahan warnapacta tapas. Basil pengukuran denganHanawalt dapat dilihat pacta Tabel 3.Terlihat bahwa pacta harga sudutyang sarna (2+) untuk jarak antarbidang d dan parameter kisi (a,b danc) dalam data tapas standar Hanawaltdan data tapas pra dan pasca iradiasi,menunjukkan nilai yang khas danrelatif sarna, kecuali harga intensitas1111tapas pasca iradiasi menunjukkannilai yang lebih rendah dibandingkantopas sebelum iradiasi (Gambar 1).Hal ini dapat disebabkan olehpenyiapan sampel yang tidakhomogen yang menyebabkankeberadaan posisi atom yang tidakpada tempatnya dan karena adanyaperubahan yang disebabkan olehreaksi inti dalam reaksi Si31(n,Y)p31.Disamping faktor lain diantaranyaadalah, faktor polaritas struktur,muliplisitas, Lorenz, suhu clanabsorpsi.

43

ISSN 0854-5278 Pengaruh Neutron Terhadap ......Suroso dkk

,lJJJ I . 1'""""'"0:'1L,lG,JJJ--.J~"JJ~.......

.5-'"5.;;:;c:

~

JJJ\.LJ~-J'

IT::;>, P3:;C>1"':::"'!

20i

25 30 35 <:0 <:5 50 55,

60 65 70

Gambar 1. Profil pola difraksi topas pea clan pasca iradiasi pengukuran dengan XRD

Tabel 1. Data kandungan unsur kimia topas pea iradiasi

44

pCa 3.690 1,15 E-04 9,96 E-05 1,073 E-04Sb 3.610 2,79 E-03 4,60 E-03 3,695 E-03Ta 8.140 3,33 E-05 2,98 E-05 3,155 E-05Ge 9.876 1,20 E-04 1,30 E-04 1,250 E-04Bi 10.830 2,06 E-05 1,37 E-05 1,715 E-05Sr 14.142 4,73 E-O6 2,49 E-O6 3,610 E-O6Y 14.933 8.08 E-06 7,37 E-O6 7,725 E-06

Mo 17.443 1,87 E-06 1,74 E-06 1,805 E-06

Prosidil/g Semil/al Flasi/ Pel/elitial/ PRSGTahtlll 1998/1999

ISSN 085-1-5278

Tabel 2. Data kandungan unsur kimia topas pasca iradiasi

pCaTiSbTaGeBiSfY

Mo

2,0143.690

4.5083.6108.140

9.87610.83014.14214.93317.443

0,001 %

Tabel 3. Data Hanawalt dibanding dengan dai:a analisis XRD Topas Pra dan Pasca Iradiasi

Powder diffraction data:Nama mineralRumus kimiaSistem kristal

: Topas: AI2SiO4(F,OH)2: Orthorombic

45

30,3 2,9 1100 1 211 I 30,40 1 2,938 1100 I 211 I 42,00 I 2,102 I 61 I 2118 4

27,8 3,2 216 0

24,1 3,6 60 111 24,05 3,697 72 III0 9 111

ISSN 0854-5278

Grup ruangParameter kisiOptical data

Penganth Neutron Terhadap ......Suroso dkk

Pmnb

: a = 8,384. a = 1 610,

b = 8,792 c = 4,649J3= 1,612 Y= 6,619

Gambar 2. Struktur mikro tapas pra iradiasi dengan metoda SEM perbesaran 1000 kali

Gambar 3. Struktur mikro tapas pasca iradiasi dengan metoda SEM perbesaran 1000 kali

46

Pro_fidillg Sel1lillallfaxil Pelleliticl1l PRSGTa11/l1l1998/1999

Pacta gambar tersebut terlihatbahwa kedua struktur tersebut sarna,tidak terbentuk fasa baru. Hal iniberarti bahwa tidak terjadi perubahanstruktur pacta tapas pasca iradiasi,yang dapat dibuktikan denganparameter kisi yang khusus untuktapas ternyata sarna dengan dataHanawalt yaitu a = 8,3722A, b =8,7932 A daDC =

4,6432 A. Gambar 2 daD Gambar 3menunjukkan struktur mikro topaspra daD pasca iradiasi denganperbesaran 1000 kali daD 200 kaliterlihat bahwa struktur mikro tapaspasca iradiasi lebih halosdibandingkan denga tapas prairadiasi.

DAFTAR PUSTAKA

ISSN 085-1.5178

KESIMPULAN

Penelitian pengaruh neutron terhadapstruktur mikro tapas dapat diambilkesimpulan sebagai berikut :

Struktur mineral tapas pra daD pascairadiasi tidak mengalami perubahan,tetapi terjadi penurunan intensitasyang agak tajamo Pola difraksi ini,karena terjadi substitusi (prosesdoping) atom P ke dalam bagianatom Si karena reaksi inti denganneutron cepat. Terbentuknya Posporpacta tapas pasca iradiasi inilah yangdiduga sebagai penyebab perubahanwarna. Sedangkan basil yangdiperoleh dari metoda SEMmenunjukkan bahwa struktur topaspasca iradiasi konturnya terlihat lebihhalos dibandingkan dengan topaspasca iradiasi.

1. LIDDICORD, RoT., Handbook of Gem Identification, G.I.A., LosAngeles, 1975

2. MIRKI L.L., Handbook of X-Ray Analysis of Polycristal Materials,Consultan Bureu, New York, 1969

3. SUROSO dkk., Tekonlogi Pemuliaan Topas Dengan Metoda IradiasiNeutron, Prosiding Panel Diskusi daD Poster Ilmiah, Pekan IlmuPengetahuan daDTeknologi 1995, Puspiptek Serpong, 1995

47