LAPORAN PRAKTIKUM APLIKASI TEKNOLOGI NUKLIR MATERI : Beta Thickness Gauging
Disusun Oleh : Nama
: Nisa Akmalia
NIM
: 0112400392
Jurusan
: Teknokimia Nuklir
Kelompok
: 2
Rekan Kerja
: 1. Annisa 2. Arbi Widiyantoro 3. Ridwan Arifudin
Asisten
: Riko Iman D
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2017
A. Tujuan
1. Mengetahui prinsip kerja gauging 2. Mengukur ketebalan bahan menggunakan sumber radioaktif
B. Dasar Teori Nuclear gauge adalah sistem peralatan (terdiri atas sumber radiasi dan detektor radiasi) yang memanfaatkan sifat-sifat unik radiasi pengion untuk pengontrolan proses dan kualitas produk. Perlu diketahui bahwa data yang diperoleh dari detektor akan diteruskan ke sistem komputasi yang terkoneksi secara integral dengan sistem kontrol. Penerapan teknik nuklir dalam proses kontrol mempunyai beberapa kelebihan dibanding dengan teknik lainnya, antara lain : - sumber radioaktif dapat dipilih sesuai dengan sifat bahan yang diukur - tidak merusak, tidak ada kontak, dan tidak meninggalkan bekas pada bahan - pengukuran cepat dan dapat dipercaya - sesuai untuk bahan kimia yang berbahaya atau bahan yang bertemperatur ekstrim. Teknik Gauging adalah teknik pengukuran dengan menggunakan radioisotop dan teknik pengukuran ini ada beberapa macam, yaitu thickness gauging, level gauging, dan density gauging. Cara kerja teknik pengukuran ini berdasarkan : a. Cara Back Scaterring. Cara Back Scaterring atau hamburan balik banyak digunak an dalam industry karena dapat di singkat. Cara pakai seara luas di berbagai bidang kegiatan dan hasilnya dapat diperoleh dalam waktu singkat. Cara hamburan balik ini, sering juga disebut dengan uji tak merusak, karena radiasi yang datang tidak bereaksi dengan bahan yang diamati, tetapi hanya sekedar memanfaatkan pantulan radiasi atau hamburan balik dari radiasi yang mengenai bahan. Cara hamburan balik yang pada umunya digunakan adalah sesuai dengan sumber radiasi yang digunakan yaitu: 1. Cara hamburan balik radiasi neutron. 2. Cara hamburan balik radiasi fluorescensi sinar-X ( XRF). 3. Cara hamburan balik radiasi sinar-X dan radiasi Gamma. 4. Cara hamburan balik radiasi Beta. Analisis bahan dengan cara tak merusak yang banyak dijumpai dalam bidang industry dan hasilnya dapat diperoleh dalam waktu singkat adalah teknik fluorescensi sinar-X( XRF), karena peralatannya mudah dibawa ke lapangan dan hasilnya segera diketahui. b. Cara Transmisi. Teknik pengukuran dengan cara transmisi adalah dengan memanfaatkan sifat atenuasi atau peneyerapan zarah radiasi oleh suatu bahan. Perbedaan intensitas radiasi sebelum melewati suatu bahan dan sesudah melewati suatu bahan digunakan untuk “mengukur” bahan tersebut. 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
x
dengan I 0 I
= =
Intensitas paparan radiasi yang datang (mR/jam) Intensitas paparan radiasi yang diteruskan (mR/jam)
= Koefisienn serap linier bahan pada energi tertentu (mm-1) x = Tebal bahan (mm) Bila intensitas pancaran radiasi gamma tersebut digambarkan terhadap tebal bahan, maka akan sesuai dengan gambar 1
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. I
e
HVT
1
2
I 0
1 HVT 2
ln
HVT
0,693
Gambar 1 Kurva Intensitas Radiasi vs Tebal Bahan Nilai HVT dapat ditentukan secara matematis dengan persamaan 3 di atas atau dapat juga ditentukan secara eksperimen dengan melakukan beberapa pengukuran dan menggambarkan kurva peluruhan intensitas paparan radiasi sebagaiman gambar diatas. Nilai HVT sangat bermanfaat untuk keperluan praktis di lapangan, yaitu untuk menentukan tebal suatu bahan yang diperlukan sebagai penahan radiasi I I 0
1 2
dengan n = =
n
banyaknya HVT penyusun tebal penahan radiasi x/HVT
Beta Thickness Gauging
Beta thickness gauging terdiri dari dua komponen dasar yaitu sumber radiasi, dan detektor radiasi. Web yang akan diukur ditempatkan antara sumber dan detektor. Selain itu, beberapa jenis komputer yang digunakan untuk memproses informasi dari detektor, dan mengubahnya menjadi pengukuran.
Partikel beta tidak lebih electron yang bergerak cepat, yang dipancarkan dari isotop radioaktif tertentu, yang disebut sumber. Elektron ini dipancarkan ketika atom mengalami peluruhan. Ketika mereka menumbuk materi, beberapa partikel akan melewati, sementara yang lain akan berhenti. Tebal (atau lebih padat) materi, semakin banyak partikel akan dihentikan. Dengan mengukur rasio jumlah partikel yang melewati materi ke nomor tanpa bahan, ketebalan (atau berat) bahan dapat ditentukan. Untuk membuat pengukuran yang akurat, penting bahwa materi tidak begitu berat sehingga menghentikan semua (atau terlalu banyak) dari partikel beta. Hal ini juga penting bahwa menghentikan sejumlah partikel beta . Jika terlalu ringan, sehingga sedikit dari partikel beta akan dihentikan sehingga akan sulit untuk mengukur jumlah yang berhenti. Dengan kata lain, hanya sejumlah kecil partikel beta akan dihentikan. Kesempatan bahwa partikel beta akan membuatnya melalui materi tergantung pada seberapa berat bahan tersebut, dan pada kecepatan partikel beta. Sebuah partikel bergerak lebih cepat memiliki kesempatan yang lebih baik melalui materi. Sumber yang berbeda menghasilkan partikel beta dengan kecepatan yang berbeda. Jadi, dengan memilih sumber yang menghasilkan partikel beta dari kecepatan yang benar, kita bisa mencocokkan kecepatan yang dengan berat b ahan kami mencoba untuk mengukur. Inilah sebabnya mengapa beberapa sumber yang berbeda yang digunakan dalam mengukur. Ada tiga sumber beta yang umum digunakan: 1.Promethium (Pm147) Ini adalah sumber energi beta termurah umum digunakan, sangat cocok untuk pengukuran hingga sekitar 275 g / m2. 2.Krypton (Kr85) Ini adalah sumber energi beat media. Sangat cocok untuk pengukuran di kisaran 150 sampai 1500 gram / m2. 3.Strontium (SR90) Ini adalah sumber beta energi tertinggi yang umum digunakan. Sangat cocok untuk
pengukuran di kisaran 1.000-8.000 g / m2.
C. Alat dan Bahan a. Sumber Sr-90 b. Lembaran aluminium foil, polimer, plastic mika, plastic fotokopi c. Gunting d. Jangka sorong e. Detektor GM D. Langkah Kerja a. Tegangan kerja detector GM diatur pada HV 760 b. Background dicacah selama 100 detik c. Sumber Sr-90 dicacah tanpa menggunakan penghalang selama 100 detik sebagai intensitas awal (Io) d. Sumber Sr-90 dicacah dengan menyisipkan aluminium foil antara sumber dan detector e. Pencacahan dilakukan kembali dengan ketebalan aluminium foil yang berbeda untuk menentukan tebal paro ( HVL) aluminium foil f. Sumber Sr-90 dicacah dengan mengganti aluminium foil den gan sampel yang akan diukur ketebalannya g. Dilakukan pengulangan untuk jenis penghalang yang berbeda E. Data Percobaan Sumber = Sr-90 Aktivitas Sumber = HV = 760 t = 100 s Slot kedua = 2 cm
Cacah background (cps)
Io(cps) 12279 12307 12117
Rt2 12234,33
75 72 75
netto 12160,33
Cacah Standar No A
Standar Standar 1 (Al Foil)
Tebal (mili inchi) 0,7
Densitas (mg/cm3) 4,5
B
Standar 2 (Al Foil)
1
6,5
C
Standar 3 (polymer)
4
9,6
D
Standar 4 (polymer)
8
19,2
E
Plastik E Plastik F
0,03 0,04
59,1 102
Cacah 11785 12028 11845 11654 11567 11469 11740 11855 11616 11178 11006 11102 5216 5045 5025
Cacah Sampel (cps) Tebal mika = 0,22 cm Tebal plastik = 0,125 cm Tebal kertas = 0,175 cm Mika
Cacah netto rt2 2698,667 2624,667
2663 2776 2657
Plastik fotokopi 7101 7132 7265
Cacah rt2 7166
netto
Kertas
7092
6026 5970 6013
Cacah rt2 6003
netto 5929
F. Pengolahan Data a. Penentuan HVL
No
Standar Standar 1 (Al Foil)
Tebal (mili inchi) 0,7
Tebal (mm) 0,01778
A
B
Standar 2 (Al Foil)
1
0,0254
C
Standar 3 (polymer)
4
0,1016
D
Standar 4 (polymer)
8
0,2032
E
Plastik E Plastik F Total
0,07
0,001778
Cacah 11785 12028 11845 11654 11567 11469 11740 11855 11616 11178 11006 11102 5216 5045 5025
Cacah rata Netto rata 11886 11812
11563,33
11489,33
11747
11673
11095,33
11021,33
5095,333
5021,333
Grafik Hubungan Tebal Bahan VS Cacah Netto 12000 10000 o t t e n h a c a c
8000
y = 11986e -0.488x R² = 0.9969
6000
Series1
4000
Expon. (Series1)
2000 0 0
0.5
1
1.5
2
tebal bahan (mm)
Tebal paro ( HVL) dihitung dengan menggunakan persamaan I
I
I 0 e
e
HVL
x
HVL
1
I 0
0,693
2
Dari grafik diperoleh persamaan y = 11986e-0,488x sehingga nilai HVL HVL
0,693
HVL
0,693
0,488
HVL= 1,42 mm = 0,142 cm b. Penetuan tebal sampel Tebal sampel dihitung dengan menggunakan I
I 0 e
x
= -µx
Ln(
1. Sampel 1 (menggunakan penghalang mika) Io
= 12160,33
I
= 2624,667
ln( )= ln x = − ln2624,667 12160,33 = −0,488/ = 3,141 = 0,3141 cm 2. Sampel 2 (plastik fotokopian) Io = 12160,33 I
= 7092
ln( )= ln x = − 7092 ln12160,33 = −0,488/ =1,1049 = 0,11049 cm 3. Sample 3 (kertas)
Io
= 12160,33
I
= 5929
ln( )= ln x = − 5929 ln12160,33 = −0,488/ =1,4719 mm = 0,14719 cm G. Pembahasan Beta Thickness gauging adalah teknik pengukuran ketebalan bahan dengan memanfaatkan radiasi beta. Bahan yang digunakan adalah aluminium foil. Pada praktikum ini dilakukan pengukuran ketebalan aluminium foil dengan menggunakan radiasi beta yang berasal dari Stronsium-90 yang memiliki waktu paruh 28,8 tahun. Pengukuran ketebalan kali ini menggunakan sumber radiasi beta. Jika menggunakan radiasi alpha maka kemungkinan kecil radiasi akan menembus aluminium foil. Sedangkan jika menggunakan radiasi gamma, aluminium foil akan sangat transparan terhadap radiasi gamma karena daya tembus radiasi yang sangat tinggi.
Prinsip beta thickness gauging adalah pemanfaatan daya tembus (transmisi) radiasi beta terhadap material, Daya tembus radiasi beta dipengaruhi oleh koefisien atenuasi (µ) yang nilainya spesifik untuk setiap material, Dengan mengetahui nilai µ, maka ketebalan suatu bahan dapat diketahui. Beta thickness gauging terdiri dari dua komponen dasar, yaitu sumber radiasi β dan detektor radiasi. Material yang akan diukur ditempatkan di antara sumber dan detektor. Pada industri, ditambahkan perangkat komputer untuk memproses informasi dari detektor dan mengkonversinya sebagai nilai ketebalan. Secara sederhana, skema beta thickness gauging adalah sebagai berikut,
Sebelum menentukan tebal bahan, pertama tama dilakukan cacah latar, yaitu pencacahan sumber Sr 90 tanpa menggunakan material penghalang. Setelah itu, dilakukan
pencacahan pada Sr 90 dengan menggunakan material penghalang berupa aluminium foil, polymer dan plastik. Masing masing pencacahan menggunakan material penghalang dilakukan 3 kali pencacahan. Pencacahan sumber standar dilakukan pada 5 variasi untuk menentukan kurva standar dan nilai HVL. Sehingga dapat diketahui nilai HVL dari kurva standar dengan persamaan y = 11986e-0,488x adalah 0,142 cm. Kemudian dapat ditentukan tebal sampel yaitu mika, plastik (fotokopian) dan kertas masing-masing sebesar 0,3141 cm, 0,11049 cm, dan 0,14719 cm. Sedangkan apabila dibandingkan dengan tebal bahan hasil dari pengukuran dengan jangka sorong maka diperoleh 0,22 cm (mika), 0, 125 cm (plastik fotokopian), dan 0,175 cm (kertas). Saat radiasi β mengenai material,
sebagian dari radiasi
akan menembus
penghalang, dan sebagiannya tidak. Semakin tebal atau padat suatu material, akan semakin banyak radiasi yang tidak dapat menembus penghalang. Dengan mengukur perbandingan radiasi yang melewati material dengan radiasi tanpa penghalang, ketebalan suatu material dapat ditentukan. Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, di dapatkan grafik sebagai berikut :
Grafik Hubungan Tebal Bahan VS Cacah Netto 12000 10000 o t t e n h a c a c
8000
y = 11986e -0.488x R² = 0.9969
6000
Series1
4000
Expon. (Series1)
2000 0 0
0.5
1
1.5
2
tebal bahan (mm)
Dari grafik tersebut, dapat dilihat bahwa semakin tebal material penghalang, semakin sedikit cacahan yang dihasilkan.
. H. Kesimpulan a. Teknik thickness gauging adalah teknik menentukan ketebalan aluminium dengan menggunakan sifat tranmisi radiasi beta. b. Semakin besar ketebalan bahan maka radiasi beta yang tembus semakin sedikit
sehingga jumlah cacahan semakin kecil. c. Nilai koefisien atenuasi (μ) dari kurva standar adalah 0,488 d. Half value thickness dari kurva standar untuk radiasi beta adalah 0,142 cm e. Ketebalan sampel 1 adalah 0,3141 cm, sampel 2 adalah 0,11049 cm sedangkan ketebalan sampel 3 adalah 0,14719 cm. I. Daftar Pustaka
Astuti, Puji. LAPORAN PRAKTIKUM BETA THICKNESS GAUGING. 2012.STTNBATAN, YOGYAKARTA http://dokumen.tips/documents/beta-gauging-laporan-praktikum-aplikasi-tekniknuklir.html http://www.atigauge.com/how.html
Yogyakarta, 11 Juni 2017 Asisten
Riko Iman D
Praktikan
Nisa Akmalia Thori
