Top Banner
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Radiasi 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
36

Detector for Radiation Protection

Sep 18, 2015

Download

Documents

Raja Rahman Way

Radiations
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

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