BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar BelakangRadiasi merupakan pancaran partikel-partikel
berenergi yang dapat berbentuk gelombang yang terdiri dari
frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda tanpa membutuhkan
medium.Radiasi menurut ionisasinya dapat dibedakan menjadi dua
yaitu radiasi pengion dan radiasi non pengion. Radiasi non-pengion
umunya tidak berbahaya karna frekuensinya kecil seperti cahaya
tampak , infra-merah ,dll. Sedangkan radiasi pengion merupakan
radiasi yang dapat menyebabkan media yang dilewatinya mengalami
ionisasi, sehingga dapat merubah struktur dari media yang
dilewatinya contohnya seperti sinar X,sinar gamma , dll.Radiasi
tidak dapat dirasakan , dilihat dan tidak berbau. Manusia tidak
dapat mendeteksi adanya radiasi karna hal tersebut , maka
diperlukan adanya suatu ukuran untuk menentukan radiasi dan
seberapa dosis radiasi tersebut. Dibutuhkan detektor dari radiasi
yang dapat menutupi kekurangan manusia dalam mengetahui adanya
radiasi. 1.2. Rumusan Masalah Bagaimana prinsip kerja detektor
radiasi ? Apa saja jenis detektor radiasi ?1.3. Tujuan Mengetahui
prinsip kerja detektor radiasi. Mengetahui berbagai jenis detektor
radiasi.
1.4. ManfaatDari makalah ini diharapkan dapat memberi informasi
tentang bagaimana cara kerja detektor radiasi dan jenis-jenis
detektor radiasi serta manfaat detektor tersebut dalam hal proteksi
radiasi.
BAB 2ISI2.1 Prinsip Kerja Detektor Radiasi
Pada prinsipnya, detektor radiasi bekerja dengan karakteristik
dari radiasi itu sendiri saat mengenai suatu materi atau media.
Setiap alat ukur radiasi selalu dilengkapi dengan detektor yang
mampu mengenali adanya radiasi. Apabila radiasi melewati bahan
suatu detektor, maka akan terjadi interaksi antara radiasi dengan
bahan detektor tersebut (terjadi pemindahan energi dari radiasi
yang datang ke bahan detektor).
Perpindahan energi ini menimbulkan berbagai jenis tanggapan
(response) yang berbeda-beda dari bahan detektor tersebut. Contonya
yaitu pulsa listrik atau arus lisntrik, jenis tanggapan yang
diberikan detektor tergantung dari energi radiasi dan jenis bahan
detektor yang digunakan.
2.2 Jenis Detektor radiasi
2.2.1 Detektor isian gas
Detektor radiasi isian gas merupakan detektor yang sangat sering
digunakan hingga saat ini untuk mengukur radiasi. Detektor ni
terdiri dari dua elektroda yaitu anoda dan katoda yang terhubung
dengan potensial listrik.
Detektor ini umumnya berbentuk silinder yang diisi dengan suatu
gas yang biasanya terbuat dari glas , dimana anoda biasanya berada
ditengah silinder dan katodanya berada pada selimutnya.
Prinsip kerja dari detektor isian gas ini dari karakteristik
radiasi pengion yang akan mengionisasi bahan atau media yang akan
dilewatinya. Dengan karakteristik tersebut radiasi yang datang akan
mengionisasi gas yang ada didalam detektor, maka akan terbentuk
pasangan ion positif dan negatif yang akan bergerak kearah anoda
dan katoda yang akan menghasilkan pulsa/arus listrik.
Detektor isian gas terjadi dari beberapa jenis yaitu : Kamar
ionisasi , Detektor proposianal , Detektor Geiger-Muller.
2.2.1.1 Kamar ionisasi
Detektor kamar ionisasi ini diisi dengan gas bervolume rendah
dengan tekanan atmosfer (1 atm), dimana bekerja pada tegangan yanag
tak terlalau tinggi. Berkas radiasi yang memasuki kamar (chamber)
akan mengionisasi gas yang ada didalamnya dan akan membentuk
pasangan ion yag akan menghasilkan arus dan dideteksi oleh
detektor. Besarnya arus / pulsa listrik yanag dihasilkan sebanding
dengan besarnya enerrgi radiasi yang memasukin kamar (chamber).
Kelebihan detektor ini yaitu dapat membedakan jenis energi
radiasi yang masuk kedalam kamar (chamber) , dan tegangan kerjanya
tidak terlalu tinggi sehingga tidak membutuhkan sumber potensial
yang besar. Kekurangan dari detektor ini karna menggunakan tegangan
kerja yang rendah sehingga menghasilkan pulsa listrik yang sangat
kecil sehingga membutuhkan penguat arus dan detektor yang memiliki
sensitivitas tinggi.
Detektor ini sangat sesuai untuk mendeteksi radiasi sinar
(alpha) karna sinar memiliki energi ionisasi besar.
2.2.1.2 Detektor proposional
Pada prinsipnya detector proposional merupakan pengembangan dari
detektor kamar ionisasi , dimana detektor ini menutupi kekurangan
dari detektor kamar ionisasi yang memiliki sinyal keluran rendah
sehingga memerlukan penguat yang besar. Dibandingkan dengan
detektor kamar ionisasi, jumlah pasangan ion yang dihasilkan di
detektor proporsional ini lebih banyan. Karena jumlah pasangan ion
lebih banyan maka tinggi pulsa keluarannya akan lebih tinggi.
Sehingga penguat yang diperlukan tidak terlalu tinggi. Karena pulsa
keluarannya lebih tinggi, maka pengukuran radiasi dengan
menggunakan detektor ini lebih sering menerapkan metode pulsa.
Jumlah pasangan ion yang terbentuk dari detektor ini sebanding
dengan besarnya energy radiasi yang diterima , sehingga detektor
ini dapat membedakan energy radiasi yang memasukinya sama halnya
seperti pada detektor kamar ionisasi yang merupakan kelebihan dari
detektor proposional. Detektor ini biasanya digunakan untuk
mengukur radiasi sinar alpha yang kuat hingga radiasi sinar beta
yang lemah.
Walaupun memiliki kelebihan yang banyan , detektor ini memlliki
kekurangan yaitu perlunya tegangan sumber yang super stabil untuk
mengaktifkan detektor ini.
2.2.1.3 Detektor Geiger-Muller
Detektor ini merupakan salah satu jenis detektor yang tertua dan
sampai dengan sekarang masih sering digunakan, khususnya dalam
bidang proteksi radiasi. Penggunaan detektor ini untuk pertama
kalinya diperkenalkan oleh Geiger dan Muller pada tahun 1928.
Detektor G-M merupakan alat pencacah radiasi yang sederhana dan
tidak dapat digunakan untuk keperluan spektroskopi.
Beberapa peralatan ukur radiasi portabel, menggunakan detektor
jenis Geiger Muller. Dari sudut pandang elektronika, detektor G-M
sangat sederhana dan juga ekonomis serta pengoperasiannya yang
mudah. Detektor ini bekerja pada daerah Geiger Muller. Pada
umumnya, sebagai bahan gas isiannya dipilih menggunakan gas P-10,
seperti halnya gas isian pada detektor proporsional. Namun sering
juga digunakan gas Helium dan Argon sebagai gas isiannya.
Jumlah pasangan ion dalam gas isian yang terjadi karena radiasi,
pada detektor yang bekerja di daerah ini sangat banyak, bahkan
dapat mencapai nilai saturasinya. Tinggi rendahnya pulsa keluaran
tidak tergantung pada energi radiasi yang memasukinya. Berapa pun
besarnya energi radiasi yang memasuki jendela detektor, banyaknya
pasangan ion yang dihasilkan sama dengan nilai saturasinya. Jadi
pulsa keluaran tabung G-M hanya menunjukan tinggi rendahnya muatan
listrik yang terkumpul. Karena jumlah muatan listrik yang terkumpul
sangat besar (sekitar 109 s.d. 1010 pasangan ion), sehingga
amplitudo pulsa keluarannya relatif tinggi (dalam orde volt).
Tingginya amplitudo pulsa keluaran merupakan salah satu keunggulan
detektor G-M, karena tidak memerlukan rangkaian sirkuit elektronika
penguat pulsa (pre-amplifier).
Detektor G-M pada umumnya dapat menghitung radiasi dengan
menerapkan metode pulsa sama halnya dengan detektor proporsional,
dan juga dapat menghitung radiasi dengan menerapkan metode arus
sama seperti halnya detektor kamar pengionan.
2.2.2 Detektor sintilasi
2.2.2.1 Sistem Kerja
Detektor sintilasi selalu terdiri dari dua bagian, yaitu: bahan
sintilator dan photomultiplier. Detektor sintilasi bekerja
memanfaatkan radiasi luoresensi (biasanya cahaya) yang dipancarkan
ketika elektron dari keadaan tereksitasi kembali ke keadaan
dasarnya pada pita valensi. Bahan yang dipilih sebagai bahan
detektor adalah bahan yang memungkinkan peristiwa kerlipan cahaya
tersebut dapat terjadi dalam waktu yang sangat cepat (kira-kira 1
msekon).
Bahan sintilator merupakan suatu bahan padat, cair maupun gas,
yang akan menghasilkan percikan cahaya bila dikenai radiasi
pengion. Photomultiplier digunakan untuk mengubah percikan cahaya
yang dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik. Mekanisme
pendeteksian radiasi pada detektor sintilasi dapat dibagi menjadi
dua tahap, yaitu: Proses pengubahan radiasi yang mengenai detektor
menjadi kerlipan cahaya di dalam bahan sintilator; Proses
pengubahan kerlipan cahaya menjadi pulsa listrik di dalam tabung
photomultiplier
Penyerapan radiasi gamma yang berenergi 1 MeV dalam detektor
sintilasi menghasilkan kira-kira 10.000 eksitasi elektron, dan
jumlah radiasi elektromagnetik dalam bentuk cahaya. Efisiensi
pendeteksian detektor gas terhadap radiasi gamma sangat rendah
kira-kira 1%. Dengan mengguakan kristal sintilasi padat, dapat
diperoleh efisiensi pendeteksian radiasi gamma yang cukup tinggi,
bervariasi antara 20 s.d. 30 %.
2.2.2.2 Bahan Sintilator
Dalam kristal bahan sintilator terdapat pita-pita atau daerah
yang dinamakan sebagai pita valensi dan pita konduksi yang
dipisahkan dengan tingkat energi tertentu. Pada keadaan dasar
(ground state), seluruh electron berada di pita valensi sedangkan
di pita konduksi kosong. Ketika terdapat radiasi yang memasuki
kristal, terdapat kemungkinan bahwa energinya akan terserap oleh
beberapa elektron di pita valensi, sehingga electron tersebut dapat
melompat ke pita konduksi. Beberapa saat kemudian elektron-elektron
tersebut akan kembali ke pita valensi melalui pita energi bahan
aktivator sambil memancarkan percikan cahaya.
Jumlah percikan cahaya sebanding dengan energi radiasi diserap
dan dipengaruhi oleh jenis bahan sintilatornya. Semakin besar
energiny semakin banyak percikan cahayanya. Percikan-percikan
cahaya ini kemudian ditangkap oleh photomultiplier.
2.2.2.3 Jenis Detektor Sintilasi
Kristal NaI(Tl): digunakan untuk mengukur radiasi gamma dan
Sinar-X.
Detektor sintilasi NaI(Tl) dibuat dari kristal tunggal natrium
iodida (NaI) yang sudah sedikit diberi pengotor Talium (Tl). Karena
kristal NaI bersifat higroskopis, maka kristal tersebut ditutup
rapat-rapat dalam wadah alumunium (Al) yang dilapisi cromium (Cr).
Di antara kristal NaI(Tl) dan dnding wadah Al dimasukan reflektor
berupa serbuk mangan oksida (MnO) atau Alumunium trioksida (Al2O3).
Kristal NaI(Tl) direkatkan pada sebuah tabung pelipat ganda
elektron menggunakan perekat bening yang terbuat dari silikon. Pada
ujung tabung pelipat ganda elektron terdapat elektroda peka cahaya
yang disebut fotokatoda.
Kristal ZnS(Ag): digunakan untuk mengukur radiasi alpha dan
beta;
2.2.2.4 Tabung Photomultiplier
Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, tabung multiplier
berfungsi untuk mengubah percikan cahaya tersebut menjadi berkas
elektron, sehingga dapat diolah lebih lanjut sebagai pulsa/arus
listrik.
Tabung multiplier terbuat dari tabung hampa yang kedap cahaya
dengan photokatoda yang berfungsi sebagai sensor cahaya pada salah
satu ujungnya. Photokatoda yang ditempelkan pada bahan sintilator,
akan memancarkan elektron bila dikenai percikan cahaya. Elektron
yang dihasilkan akan diarahkan, dengan perbedaan potensial, menuju
dinode pertama. Dinode tersebut akan memancarkan beberapa elektron
sekunder bila dikenai oleh elektron.
Elektron-elektron sekunder yang dihasilkan dinode pertama akan
menuju dinode kedua dan dilipatgandakan kemudian ke dinode ketiga
dan seterusnya sehingga elektron yang terkumpul pada dinode
terakhir berjumlah sangat banyak. Dengan sebuah kapasitor kumpulan
elektron tersebut akan diubah menjadi pulsa listrik.
Apabila radiasi gamma memasuki tabung detektor maka akan terjadi
interaksi radiasi gamma dengan bahan detektor. Interaksi itu dapat
menghasilkan efek fotolistrik, hamburan compton dan produksi
pasangan. Karena reaksi ini maka elektron-elektron bahan detektro
akan terpental keluar sehingga atom-atom itu berada dalam keadaan
tereksitasi. Atomatom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan
dasarnya sambil memancarkan kerlipan cahaya. Cahaya yang
dipancarkan itu selanjutnya diarahkan ke foto katoda sensitif.
Apabila foto katoda terkena kerlipan cahaya, maka dari permukaan
foto katoda itu akan dilepaskan elektron.
Antara foto katoda dan anoda terdapat dinoda-dinoda yang diberi
tegangan tinggi dan diatur sedenikian rupa sehingga tegangan dinoda
yang di belakangnya selalu lebih tinggi daripada tegangan dinoda di
depannya. Perbedaan tegangan antara dinoda kira-kira 100 volt.
Elektron yang dilepaskan oleh fotokatoda akan dipercepat oleh medan
listrik dalam tabung pelipat ganda elektron menuju dinoda pertama.
Dalam proses tumbukan antara elektron dan dinoda akan dilepaskan
elektron-elektron lain yang kemudian dipercepat menuju dinoda kedua
dan seterusnya. Dinoda terakhir yang terdapat dalam tabung
pengganda elektron berupa anoda.
Hasil akhir jumlah pelipatan elektron tergnatung pada jumlah
dinoda. Tabung pelipat ganda elektron yang mempunyai 10 tingkat
dinodamisalnya, pada anoda (dinoda terakhir yang sekaligus berperan
sebagai pelat pengumpul elektron) bisa didapatkan faktor
penggandaan elektron antara 107-108. Dengan demikian, sinar gamma
yang dideteksi akan menghasilkan pulsa listrik sebagai keluaran
dari detektor NaI(Tl). Tenaga elektron yang dilepaskan ini
bergantung pada intensitas sinar gamma yang mengenai detektor.
Makin tinggi energi elektron, makin tinggi pula pulsa listrik yang
dihasilkannya, sedang makin banyak elektron yang dilepaskan, makin
banyak pula cacahan pulsanya.
Pulsa listrik dari detektor akan diproses lebih lanjut oleh
penguat awal dari peralatan elektronik berupa penganalisis saluran
ganda (MCA) sehingga pada layar penganalisis itu dapat ditampilkan
spektrum radiasi gamma yang ditangkap oleh detektor. Data tampilan
spektrum gamma pada layar penganalisis dapat dipakai untuk analisis
spektrometri gamma baik secara kuantitatif maupun kualitatif.
2.2.3 Detektor Semikonduktor
2.2.3.1 Sistem Kerja
Konduktivitas dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan
untuk mengalirkan arus listrik. Detektor semikonduktor, pada
prinsipnya bekerja melalui konsep pengukuran perubahan
konduktivitas suatu bahan yang disebabkan oleh adanya radiasi
ionisasi. Detektor semikonduktor memiliki kesamaan dengan jenis
detektor isian gas dalam beberapa prinsip sistem
kerjanya.Semikonduktor adalah bahan-bahan yang dapat mengalirkan
arus listrik, namun kemampuan daya hantarnya tidak sebaik bahan
konduktor, juga dapat menghambat aliran arus listrik, namun daya
hambatnya tidak sebaik bahan insulator. Pada dasarnya, terdapat
juga bahan-bahan isolator yang terbuat dari bahan semikonduktor
tidak dapat mengalirkan arus listrik. Hal ini disebabkan semua
elektronnya berada di pita valensi, sedangkan di pita konduksinya
tidak ditempati oleh elektron.
Detektor bahan semikonduktor, merupakan jenis detektor yang
masih baru. Detektor ini memiliki beberapa keunggulan yaitu lebih
efisien dibandingkan dengan detektor isian gas, karena terbuat dari
zat padat, serta memiliki resolusi yang lebih baik daripada
detektor sintilasi.
Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap
oleh bahan, dan memberikan energi yang cukup, sehingga beberapa
elektron dalam kristal berpindah dari pita valensi ke pita
konduksi, sehingga menyisakan hole. Pasangan elektron dan hole ini
seperti juga pasangan ion dalam zat cair atau gas, akan bergerak
apabila ada beda tegangan, seperti ion positif dan ion negatif.
Ingat bahwa muatan positif dalam bahan semikonduktor pada
kenyataannya tidak bergerak. Yang sebenarnya terjadi adalah bahwa
hole-hole dalam kristal akan diisi oleh elektron-elektron
tetangganya, elektron-elektron yang bergerak ini pun akan
meninggalkan/membuat hole-hole baru di tempatnya semula. Hal ini
menyebabkan seolah-olah hole itu bergerak.
Pada umumnya bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah
silikon (Si) dan Germanium (Ge). Untuk meningkatkan daya hantar
listrik-nya, maka ditambahkan bahan pengotor (doping). Apabila
bahan pengotor memiliki kelebihan elektron sehingga aliran listrik
adalah pergerakan muatan negatif dalam bahan, yang dikenal dengan
sebutan semikonduktor tipen. Apabila bahan pengotor menambah hole,
aliran listrik disebabkan oleh adanya pergerakan efektif muatan
positif dalam bahan, yang dikenal dengan sebutan semikonduktor
tipep.
Detektor terdiri dari tipen dan tipep. Semikonduktor tipen
dihubungkan dengan kutub positif dari tegangan listrik, sedangkan
semikonduktor tipep dihubungkan dengan kutub negatif dari tegangan
listrik. Hal ini menyebabkan pembawa muatan positif akan tertarik
ke kutub negatif (atas), dan pembawa muatan negatif akan tertarik
ke kutub positif (bawah). Hal ini menyebabkan timbulnya lapisan
kosong muatan (depletion layer). Lapisan kosong muatan ini sama
dengan halnya volume sensitif pada ruangan dalam kamar ionisasi.
Dengan timbulnya lapisan muatan yang kosong ini, maka tidak akan
timbul arus listrik. Bila ada radiasi pengion memasuki daerah ini,
akan terbentuk pasangan ion-ion baru, yaitu elektron dan hole yang
masing-masing akan bergerak ke kutub positif dan kutub negatif.
Tambahan elektron dan hole inilah yang akan menyebabkan
terbentuknya pulsa atau arus listrik. Jadi pada detektor ini,
energi radiasi diubah menjadi energi listrik.
Detektor semikonduktor sangat teliti dalam membedakan energi
radiasiyang mengenainya atau disebut memiliki resolusi yang tinggi.
Sebagai gambaran, detektor sintilasi untuk radiasi gamma biasanya
memiliki resolusi sebesar 50 keV, artinya detektor ini dapat
membedakan energi dari dua buah radiasi yang memasukinya bila kedua
radiasi tersebut memiliki perbedaan energi lebih besar daripada 50
keV. Sedang detektor semikonduktor untuk radiasi gamma biasanya
memiliki resolusi 2 keV. Jadi terlihat bahwa detektor semikonduktor
jauh lebih teliti untuk membedakan energi radiasi.
Sebenarnya kemampuan untuk membedakan energi tidak terlalu
diperlukan dalam pemakaian di lapangan, misalnya untuk melakukan
survai radiasi. Akan tetapi untuk keperluan lain, misalnya untuk
menentukan jenis dan kadar bahan, kemampuan ini mutlak
diperlukan.
Kelemahan dari detektor semikonduktor ini adalah harganya lebih
mahal, pemakaiannya harus hati-hati karena mudah rusak dan beberapa
jenis detektor semikonduktor harus didinginkan pada nitrogen cair ,
sehingga harganya relatif mahal.
2.2.4 Neutron dosimetri2.2.4.1 Sistem Kerja
Neutron merupakan partikel yang tidak bermuatan listrik seperti
elektron dan proton. Karena tidak bermuatan, neutron tidak dapat
menyebabkan ionisasi secara langsung terhadap materi yang dikenai
atau dilewatinya.
Namun demikian, apabila neutron berinteraksi dengan materi,
neutron akan menyebabkan ionisasi sekunder. Dengan melakukan
deteksi/pengukuran terhadap partikel/ion hasil dari proses ionisasi
sekunder, inilah pengukuran terhadap radiasi neutron dapat
dilakukan.
Neutron cepat (fast neutron) dapat dideteksi melalui hasil
interaksinya dengan bahan-bahan yang banyak mengandung atom
hidrogen. Jenis interaksi antara neutron dengan inti atom hidrogen
adalah tumbukan elastis. Tumbukan elastis antara neutron dengan
inti atom hidrogen akan mengeluarkan partikel proton dari inti
atom. Deteksi terhadap neutron dilakukan dengan ionisasi yang
dilakukan oleh proton yang keluar dari inti atom hidrogen akibat
tumbukan ini. Untuk deteksi neutron cepat sering digunakan alat
ukur proporsional dengan bahan isian yang memiliki kadar atom
hidrogen yang tinggi, seperti polietilin. Peralatan ini memiliki
kepekaan yang sangat rendah dan sulit untuk melakukan pengukuran di
bawah laju dosis radiasi 50 Sv/jam.
Interaksi nuklir yang sering terjadi, yang digunakan dalam
deteksi neutron adalah reaksi antara neutron dengan bahan boron-10
dan lithium-6. Boron- 10 memiliki penampang lintang tangkapan yang
tinggi (4010 barn) terhadap neutron termik. Interaksi antara
neutron dengan kedua bahan ini menghasilkan radiasi partikel alfa.
Partikel alfa ini yang akan melakukan ionisasi terhadap bahan
detektor.
Neutron termik dapat dideteksi pula dengan memanfaatkan
interaksi antara neutron dengan helium-3 yang menghasilkan proton
dan tritium. Sistem pendeteksian ini lebih disukai dibandingkan
dengan pendeteksian yang menggunakan gas boron-10, karena reaksi
ini tidak sensitif terhadap gangguan sinar gamma. Dalam daerah yang
memiliki radiasi campuran sinar gamma dan neutron, lebih mudah
melakukan pengukuran neutron dengan menggunakan detektor
proporsional.
Tiga jenis interaksi yang pertama disebutkan merupakan interaksi
neutron yang sering terjadi pada neutron dengan energi
kira-kira/kurang dari 0,5 eV. Neutron dengan tenaga ini disebut
sebagai neutron lambat.
2.2.4.2 Jenis Detektor Neutron
Boron trifluoride proportional counterGas Boron trifluoride,
diperkaya dengan boron-10 digunakan dalam penghitung proporsional
isian gas. Pada prinsipnya, detektor jenis ini sangat peka/sensitif
untuk mengukur radiasi neutron termik, dan tidak sensitif untuk
neutron cepat. Apabila detektor ini digunakan untuk mendeteksi
neutron dengan energi intermediate dan cepat (energinya di atas 1
MeV), detektor ini harus ditambahkan dengan dikelilingi oleh bahan
pemoderasi neutron, seperti polyethylene, untuk mengurangi
energi/kecepatan neutron cepat menjadi neutron termal. Filter yang
terbuat dari bahan cadmium dapat ditambahkan untuk lebih
menyeragamkan respon energi.
2.2.5 Personal Dosimetri
2.2.5.1 Sifat Personal Dosimetri
Alat ukur atau lebih tepatnya dikatakan alat monitor radiasi
perseorangan, ada pula yang menyebutnya sebagai dosimeter
perorangan harus bersifat ringan dan mudah untuk dibawa
kemana-mana. Selain itu pula, harus terbuat dari bahan yang cukup
kuat agar dapat menahan penggunaan seharihari, harus dapat
mendeteksi dan mencatat dosis radiasi yang kecil maupun yang besar,
secara konsisten dan tepat. Pengaruh-pengaruh eksternal/lingkungan
seperti: temperatur yang tinggi, kelembaban, dan mechanical shock
tidak boleh mempengaruhi unjuk kerja alat ini. Karena banyak
Pekerja Radiasi (PR) yang diharuskan menggunakan alat ini, secara
ekonomis alat ini pun semaksimal mungkin memiliki harga yang
murah.
Ditinjau dari sudut pandang tingkat sensitivitasnya, jenis alat
monitor perseorangan dikelompokan lagi sesuai dengan medan radiasi
dan jenis radiasi yang ada dalam lingkungan pekerjaan tempat
Pekerja Radiasi yang bersangkutan tersebut bekerja. Contohnya:
untuk dosimeter film emulsi, dikelompokan menjadi: (1). Dosimeter
film neutron, yang digunakan untuk memonitor dosis radiasi neutron,
dan (2). Dosimeter film gamma, yang digunakan untuk memonitor dosis
radiasi gamma. Demikian halnya dengan TLD, ada yang didesain untuk
memonitor radiasi beta (elektron), radiasi sinar gamma, maupun
campuran berbagai jenis radiasi seperti: betagamma, neutron-gamma,
serta neutron-beta-gamma.
Interpretasi dan evaluasi terhadap penerimaan dosis radiasi yang
telah diterima oleh pekerja radiasi didasarkan pada hasil rekaman
alat monitoperorangan ini. Evaluasi ini, pada umumnya dilakukan
secara berkala, misalnya: setiap bulan atau kwartalan. Sebagai
penunjang, pada saat melakukan pekerjaan, pada umumnya pekerja
radiasi dilengkapi tidak hanya dengan satu jenis alat monitor
radiasi perorangan, yang memungkinkan interpretasi/evaluasi dosis
radiasi dapat dilakukan secara cepat dan seketika setelah selesai
melakukan pekerjaan dengan radiasi.
2.2.5.2 Jenis Personal Dosimetri
2.2.5.2.1 Deosimeter Saku
Dikatakan dengan dosimeter saku karena ukuran dosimeter ini
cukup kecil dan dalam penggunaannya dapat dimasukan ke dalam saku
pakaian atau celana.
Konstruksi dosimeter saku berupa tabung silinder berisi gas.
Dinding silinder pada umumnya terbuat dari alumunium atau plastik
yang permukaan bagian dalamnya dilapisi dengan bahan konduktor akan
berfungsi sebagai katoda yang bermuatan negatif, sedangkan sumbu
logam dengan jarum quartz di bagian bawahnya bermuatan positif.
Mula-mula sebelum digunakan, dosimeter ini diberi muatan
menggunakan charger yaitu suatu catu daya dengan tegangan tertentu.
Jarum quartz pada sumbu detektor akan menyimpang karena adanya
perbedaan potensial. Dengan mengatur nilai tegangan pada waktu
melakukan charging maka penyimpangan jarum tersebut dapat diatur
agar menunjukan angka nol. Dalam pemakaian di tempat kerja, bila
ada radiasi yang memasuki detektor maka radiasi tersebut akan
mengionisasi gas isian, sehingga akan terbentuk ion-ion positif dan
negatif. Ion-ion ini akan bergerak menuju anoda atau katoda
sehingga mengurangi perbedaan potensial antara jarum dan dinding
detektor. Perubahan perbedaan potensial ini menyebabkan
penyimpangan jarum berkurang.
Jumlah ion-ion yang dihasilkan di dalam detektor sebanding
dengan intensitas radiasi yang memasukinya, sehingga penyimpangan
jarum juga sebanding dengan intensitas radiasi yang telah memasuki
detektor. Skala dari penyimpangan jarum tersebut kemudian
dikonversikan menjadi nilai dosis.
Keuntungan dosimeter saku ini adalah dapat dibaca secara
langsung dan tidak membutuhkan peralatan tambahan untuk
pembacaannya. Peralatan lain yang dibutuhkan adalah charger untuk
me-reset skala jarum quartz. Kelemahannya, dosimeter ini tidak
menyimpan informasi dosis yang telah mengenainya dalam waktu yang
lama (sifat akumulasi kurang baik). Hal ini disebabkab oleh adanya
kebocoran elektrostatik pada detektor. Jadi, meskipun tidak sedang
dikenai radiasi, nilai yang ditunjukan jarum akan berubah. Untuk
menghindari kebocoran yang seperti ini, diperlukan adanya sistem
isolasi yang bagus pada elektrodanya. Laju kebocoran dosimeter yang
normal untuk dosimeter saku yang baik harus kurang dari 3 % dalam
periode 48 jam. Dosimeter yang kebocorannya lebih dari 5 %
pembacaan skala penuh per hari tidak boleh digunakan. Selain itu,
dosimeter ini kurang teliti dan memiliki rentang energi pengukuran
tertentu yang relatif lebih sempit dibandingkan dengan alat monitor
perorangan yang lain.
Pada saat ini, sudah dibuat dan dipasarkan dosimeter saku yang
diintegrasikan dengan komponen elektronika sehingga skala
pembacaannya tidak lagi dengan melihat pergeseran jarum, melainkan
dengan melihat display digital yang dapat langsung menampilkan
angka hasil pengukurannya. Dosimeter saku digital ini juga tidak
membutuhkan peralatan charger terpisah karena sudah built-in di
dalamnya. Setiap kali diaktifkan, secara otomatis dosimeter ini
menampilkan angka nol.
Jenis dosimeter yang telah disebutkan di atas, digolongkan pada
jenis dosimeter saku jenis baca langsung. Dosimeter saku jenis
bacaan langsung tersedia dengan jangkauan kepekaan skala penuh
penyimpangannya sebesar 1 mSv sampai 100 mSv. Dosimeter ini
memberikan tanggapan dengan tingkat kebergantungannya terhadap
energi cukup tinggi, terutama untuk foton dengan energi kurang dari
300 keV. Terhadap foton dengan energi yang lebih dari 300 keV,
tanggapannya cukup akurat dengan simpangan 10 % dari nilai
sebenarnya. Sedang untuk foton dengan energi yang di bawah 300 keV,
kesalahan hasil pembacaannya bisa mencapai faktor 2 atau 3 kali
nilai yang sebenarnya.
2.2.5.2.2 Film Budge
Alat pemantau dosis radiasi perorangan yang lazim digunakan
adalah film badge. Detektor jenis ini menggunakan detektor berupa
film fotografi, serta memanfaatkan sifat radiasi ionisasi yaitu
menghitamkan pelat film yang dilewatinya. Dosimeter film emulsi
dibuat dari bahan dasar berupa selulosa asetat yang dilapisi bahan
sensitif radiasi pada salah satu atau kedua permukaannya. Lapisan
yang sensitif ini disebut emulsi yang terdiri dari gelatine dan
komponen-komponen foto sensitive berupa kristal silver halide, pada
umumnya adalah AgBr, yang tersebar secara merata dalam matriks
gelatin. Tebal bahan dosimeter film kirakira 200 mikron, sedang
tebal lapisan emulsi, bentuk, dan ukuran Kristal AgBr serta
pengotor-pengotor lainnya berbeda-beda untuk setiap jenis film.
Lapisan emulsi film untuk pemantau Sinar-X kira-kira 12 mikron,
sedang untuk pemantau neutron kira-kira tiga kalinya.
Film emulsi yang digunakan untuk pemantauan dosis perseorangan
ini umumnya memiliki emulsi ganda, yaitu emulsi cepat pada salah
satu permukaan dan emulsi lambat pada permukaan yang lainnya.
Penggunaan dua macam emulsi ini memungkinkan dilakukannya
pengukuran radiasi dengan jangkauan dosis yang lebar. Emulsi cepat
dapat digunakan untuk mengukur radiasi gamma 50 Sv, jika dosis
radiasi melebihi nilai ini, maka emulsi cepat akan mengelupas dari
film, dan emulsi lambat yang dipakai sampai dengan dosis radias 10
Sv.
Film badge terdiri atas dua bagian, yaitu: detektor film dan
holder. Detektor jenis film dapat menyimpan dosis radiasi yang
telah mengenainya secara akumulatif selama film itu belum diproses.
Semakin banyak dosis radiasi yang telah mengenainya atau telah
mengenai orang/personil yang memakainya, maka tingkat kehitaman
film setelah diproses akan semakin pekat.Holder film selain
berfungsi sebagai tempat film ketika digunakan, juga berfungsi
sebagai penyaring (filter) energi radiasi. Dengan adanya beberapa
jenis filter pada holder, maka dosimeter film badge ini dapat
membedakan jenis dan energi radiasi yang telah mengenainya.
Terdapat beberapa jenis filter yang digunakan, seperti plastik
dengan tebal 0,5 mm; 1,5 mm; dan 3 mm, alumunium dengan tebal 0,6
mm, tembaga dengan tebal 0,3 mm, serta campuran antara Sn 0,8 mm
dan Pb dengan tebal 0,4 mm, juga campuran antara Cd dengan tebal
0,8 dan Pb dengan tebal 0,4 mm.
Radiasi yang mengenai film, akan berinteraksi dan mengionisasi
AgBr, semakin besar radiasi yang mengenainya, maka akan semakin
banyak pasangan ion Ag+ dan Br- yang terbentuk. Pemrosesan film
dimulai dengan memasukan film ke dalam larutan developer, Ag+ akan
berubah menjadi hitam berwarna perak. Pemrosesan film selanjutnya
adalah dengan memasukan film ke dalam larutan pemantap (fixer),
larutan ini akan melarutkan sisa-sisa AgBr, dan AgBr yang sebagai
logam perak akan semakin diperkuat sebagai film laten.
Sebelum menentukan hasil pembacaan film, harus dibuat terlebih
dahulu kurva kalibrasi. Dengan membandingkan antara tingkat
kehitaman film dengan dosis radiasi yang sebenarnya.
Sensitivitas film dipengaruhi oleh energi radiasi yang
mengenainya. Bila menggunakan filter, maka terdapat suatu batas
(cut off) energi. Bila energi radiasinya lebih besar daripada batas
tersebut, maka film akan sensitif dan sensivitasnya relatif tidak
dipengaruhi lagi oleh energi radiasi. Bila energi radiasinya lebih
kecil daripada batas, maka film tidak sensitif atau film tidak akan
mempengaruhi perubahan kimia. Batas energi tersebut di atas sangat
ditentukan oleh jenis filter dan jenis radiasi.
Film-film yang digunakan dalam dosimeter film badge sangat
tergantung pada energi dalam kisaran energi yang rendah, dan
radiasi gamma maksimal 0,2 MeV. Ketergantungan energi ini timbul
dari kenyataan bahwa penampang lintang fotoelektrik perak dalam
bentuk emulsi meningkat jauh lebih cepat daripada penampang lintang
fotoelektrik udara atau jaringan tubuh manusia untuk energi foton
di bawah 0,2 MeV. Sensitivitas maksimum film untuk foton gamma
teramati pada rentang tenaga 30 s.d. 40 keV. Di bawah energi ini,
tingkat sensitivitas film menurun karena adanya pelemahan radiasi
oleh pembungkus kertas. Sebagai akibat dari ketergantungan energi
ini, film badge tidak berguna bagi foton Sinar-X yang energinya
kurang dari 0,2 MeV, kecuali apabila filmnya dikalibrasikan dengan
radiasi distribusi energi sinar-X.
Dalam penggunaan film badge, perlu diperhatikan dua hal penting
yaitu batas saturasi tingkat kehitaman film dan masalah fadding.
Apabila film telah mencapai batas saturasinya, maka penambahan
dosis radiasi tidak akan mempengaruhi tingkat kehitaman film. Oleh
karena itu, film badge harus sudah diproses sebelum dosis radiasi
yang mengenainya mencapai nilai saturasinya. Beberapa jenis film
memiliki tingkat saturasi dosis 2 rad (0,02 gray). Sedangkan
masalah fadding adalah peristiwa perubahan tingkat kehitaman film
karena pengaruh temperatur dan kelembaban.
Dosimeter film badge memiliki sifat akumulatif yang lebih baik
daripada dosimeter saku. Keuntungan lainnya adalah film badge dapat
membedakan jenis radiasi yang mengenainya dan memiliki rentang
pengukuran energi yang lebih besar daripada dosimeter saku. Selain
itu, film yang telah diproses dapat digunakan untuk perhitungan
yang lebih teliti serta dapat didokumentasikan. Kelemahannya adalah
untuk mengetahui dosis yang telah mengenainya harus diproses
terlebih dahulu secara khusus serta membutuhkan peralatan tambahan
untuk membaca tingkat kehitaman film, yaitu densitometer.
Film badge mampu mengukur penyinaran sinar gamma antara 10 mR
sampai dengan 1800 R yang berasal dari radium, radiasi partikel
beta yang energi maksimumnya 400 keV, dengan dosis radiasi antara
50 mrad sampai dengan 1000 rad, radiasi neutron thermal dari 5 mrad
sampai dengan 500 rad dan neutron cepat dengan dosis radiasi 4 mrad
sampai dengan 10 rad.
Netron cepat yang energinya di atas 0,5 MeV dapat dimonitor
dengan film penjejak nuklir seperti Eastman Kodak NTA yang
ditambahkan pada film badge. Radiasi neutron pada film badge
menyebabkan adanya proton rekoil (proton yang terpental) yang
disebabkan oleh tumbukan elastis inti atom hidrogen dalam
pembungkus kertas, emulsi, dan film.
2.2.5.2.3 Dosimetri Termoluminensi (TLD)
Dosimeter ini sangat menyerupai dosimeter film badge, hanya
detektor yang digunakan adalah kristal anorganik thermoluminensi,
misalnya bahan LiF. Proses yang terjadi pada detektor ini apabila
dikenai radiasi sama halnya dengan proses detektor sintilasi.
Perbedaannya adalah bahwa cahaya tampak baru akan dipancarkan,
setelah kristal dipanaskan. Proses ini disebut proses
termoluminensi. Senyawa lain yang sering digunakan untuk TLD adalah
CaSO4, CaF2 yang mengandung bahan pengotor Mn.
Sebagaimana diketahui bahwa beberapa bahan memiliki kemampuan
untuk menyimpan energi radiasi pengion yang diterimanya. Jika bahan
tersebut mendapat rangsangan berupa energi panas yang cukup maka
akan dipancarkan cahaya tampak dengan intensitas sebanding dengan
energi total yang diserap oleh bahan tersebut. Materi-materi yang
memiliki sifat tersebut disebut fosfor. Selain bahan-bahan yang
telah disebutkan di atas, bahan-bahan lain yang termasuk bahan
fosfor, antara lain: NaCl, LiB4O7.
Zat padat dengan struktur kristal memiliki berbagai macam
kerusakan kisi-kisi kristal di dalamnya. Beberapa kerusakan
kisi-kisi itu disebabkan antara lain oleh hilangnya atom-atom atau
ion-ion dari bahan, struktur bidang kristal yang terputus atau
adanya bahan-bahan asing (pengotor) yang terdapat dalam kristal.
Pada daerah di sekitar terjadinya kerusakan kisi tersebut sering
kali terbentuk pusat-pusat muatan listrik yang dapat menarik muatan
listrik yang berlawanan. Oleh sebab itu, jika electron bergerak
memasuki daerah kerusakan di mana terdapat pusat muatan positif,
maka elektron akan tertarik oleh pusat muatan tersebut. Sebaliknya
ion positif dapat tertarik memasuki daerah kerusakan kisi-kisi
dimana terdapat muatan listrik negatif.
Jika pusat-pusat muatan yang terbentuk cukup kuat, maka pusat
muatan itu mampu mengikat ion yang tertarik padanya. Pusat-pusat
muatan yang cukup kuat itu disebut sebagai perangkap, sedangkan
kemampuan perangkap dalam mengikat ion disebut kedalaman perangkap.
Tingkat kedalaman perangkap tergantung pada tingkat kerusakan kisi.
Jika satu jenis kristal ditambahkan bahan pengotor, maka diperoleh
kristal dengan satu jenis perangkap.
Banyak perangkap-perangkap yang tidak stabil secara termik
sehingga akan melepaskan tangkapannya pada suhu kamar. Pada
perangkap yang stabil, elektron akan tetap terperangkap sampai
dengan kisi diberikan energi panas yang cukup.
Radiasi ionisasi yang memasuki detektor akan berinteraksi dengan
Kristal termoluminensi, menyebabkan elektron yang berada dalam pita
valensi berpindah ke pita konduksi. Elektron-elektron ini tidak
dapat kembali pada keadaan semula, yaitu pada pita valensi karena
elektron ini sengaja dijebak oleh pita energi. Apabila kristal
dipanaskan, elektron akan kembali pada pita valensi dengan
melepaskan/memancarkan foton cahaya. Jumlah elektron yang
tereksitasi/berpindah dari pita valensi ke pita konduksi sebanding
dengan jumlah dosis radiasi yang mengenai detektor.
Pemanasan pada TLD menyebabkan TLD itu memancarkan cahaya tampak
yang ditangkap oleh foto katoda sehingga terjadi pelepasan elektron
dari permukaan foto katoda itu. Elektron-elektron yang dilepaskan
ini selanjutnya diarahkan ke tabung pengganda elektron yang di
dalamnya terdapat dinoda-dinoda. Setiap kali elektron menumbuk
dinoda akan menyebabkan terlepasnya elektron-elektron lain dari
dinoda tersebut. Dengan demikian terjadi pelipatgandaan jumlah
elektron di dalam tabung pengganda elektron. Elektron-elektron itu
dapat menghasilkan pulsa listrik yang akan diproses lebih lanjut
oleh system rangkaian alat pencacah sehingga diperoleh data hasil
cacahan radiasi dari TLD.
Panas yang diberikan sama dengan energi yang diperlukan untuk
menjebak elektron-elektron dalam pita konduksi. Pada umumnya,
banyaknya puncak cahaya dalam hasil pembacaan menunjukan tempat
tempat yang berbeda , sesuai dengan tingkat energinya dalam pita
konduksi yang menangkap elektron. Jumlah total cahaya itu merupakan
total energi yang dilepaskan oleh seluruh elektron untuk kembali
pada pita valensinya, yang sebanding energi radiasi yang masuk ke
dalam detektor. Sedangkan intensitas cahaya sebanding dengan dosis
radiasinya.
Dosis radiasi dapat ditentukan dengan menghitung jumlah foton
cahaya yang dipancarkan. Secara praktek, perhitungan dosis dapat
dilakukan oleh penentuan daerah spektrum foton cahaya yang
dipancarkan oleh bahan TLD.
Perubahan kelembaban, tekanan udara, dan temperatur normal tidak
mempengaruhi TLD. Berbeda dengan film pada film badge yang akan
berkabut bila dipakai lebih dari satu bulan.
Sebagaimana film badge, dosimeter ini digunakan selama jangka
waktu tertentu, misalnya satu bulan, baru kemudian diproses untuk
mengetahui jumlah dosis radiasi yang telah diterimanya. Pemrosesan
dilakukan dengan memanaskan kristal TLD sampai dengan temperatur
tertentu, kemudian mendeteksi percikan-percikan cahaya yang
dipancarkannya. Alat yang digunakan untuk memproses dosimeter ini
adalah TLD reader. Keunggulan TLD dibandingkan dengan film badge
adalah terletak pada tingkat ketelitiannya. Selain itu, ukuran
kristal TLD relatif lebih kecil dan setelah diproses kristal TLD
tersebut dapat digunakan lagi. Kelemahannya adalah: biaya awalnya
mahal, dan data dosis akan hilang setelah proses pembacaan.
Dari tiga jenis dosimeter yang telah dibahas di atas, terlihat
dosimeter saku merupakan dosimeter yang dapat dibaca langsung,
sedang film badge dan TLD memerlukan suatu proses sehingga hasil
pengukurannya tidak dapat diketahui secara langsung. Pekerja
Radiasi yang berada di daerah radiasi tinggi dianjurkan untuk
menggunakan dua jenis dosimeter yaitu dosimeter saku dan film badge
atau TLD. Dosimeter saku digunakan untuk mengetahui dosis yang
telah diterimanya secara langsung, misalnya setelah menyelesaikan
suatu pekerjaan tertentu. Sedang film badge atau TLD digunakan
untuk mencatat dosis yang telah diterimanya selama selang waktu
yang lebih panjang, misalnya selama satu bulan.
Dosimeter termoluminensi secara kuantitatif memberikan respon
terhadap Sinar-X, sinar gamma, partikel beta, dan proton-proton
pada rentang dosis radiasi 10 mrad sampai dengan 100.000 rad.
2.2.6 Informasi tambahan
Paparan radiasi yang diterima seseorang harus mengikuti standar
regulasi nasional. Dimana batas masksimum paparan radiasi yang
diterima seseorang tidak boleh melebihi batas maksimum dari batas
regulasi nasional. Misalkan suatu radioaktif -i dengan pengukuran
sebesar Ai dengan batas regulasi nasional maksimal sebesar Amax.
Maka syarat batas yang berlaku adalah :
Besarnya medan listrik (E) dengan jarak r pada detektor
proposional :
dimana :Uo = tegangan anodera = radius detector proposional ri =
radius anode
biasanya Uo = 1500 V , ra = 0,5cm dan ri = 15 m.Sehingga didapat
besarnya medan listrik pada jarak r=ri.
BAB IIIPENUTUP1 Kesimpulan
1. Prinsip umum dari semua detektor radiasi adalah merubah semua
energi radiasi yang diterima oleh detektor dan engubahnya menjadi
suatu besaran kuantitatif yang dapat diukur .2. Ada berbagai jenis
detektor yaitu kamar ionisasi, mdetektor sintilasi , detektor
semikonduktor , detektor neutron dan detektor proposional (personal
dosimetri).
Grupen, Claus . 2010 . Intoduction to Radiation Protection . New
York : SpringerTsoulfanidis, Nicholas .1983. Measurment and
Detection of Radiation . London: Hemisphere Publishing Corporation.
Burnham, J.U. 1992 . Radiation Protection . New York : New
Brunswick Power Corporation .
5