Proceedings Seminar Reaktor Nllk/ir do/am Peltditinn Sainsclan Tekrwlogi MenuJu Era 1Ynggal Landas

Bandllng, 8 - 10 Oktober 1991PPTN -BATAN

ADAPTASI PENGUKURAN DOSIS NEUTRON DENGAN CR-39

Sri Widaya tiPusat Teknologi Pengolahan Limbah Radioaktif-Badan Tenaga Atom Nasional

AJBSTRAK

ADAPTASI PENGUKURAN DOSIS NEUTRON DENGAN CR-39. Adaptasi pengukurandosis neutron dengan CR-39 (Allyl diglicol carbonate) telah dilakukan di laboratorium. Tujuanpercobaan ini adalah untuk mendapatkan kepekaan CR-39 terhadap neutron cepat danneutron lambat. Metode etsa yang digunakan adalah etsa elektrokimia. Diperoleh hasil yangmenyatakan bahwa kepekaan CR-39 terhadap neutron cepat sebesar 7 jejak!cm2/mrem,sedangkan kepekaan CR-39 terhadap neutron lambat sebesar 445 jejak/cm2/mrem. Hasilpercobaan ini dapat dipakai se,bagai acuan untuk menghitung dosis setara neutron padaCR-39 yang akan dipakai sebagai dosimeter personil di PPTA Serpong.

ABSTRACT

ADAPTATION OF NEUTRON DOSE MEASUREMENTS USING CR-39. The adpativemethode to measure neutron dose was carried out in this laboratory. This experiment wasrequired to get sensitivity of CR-39 to detect fast and thermal neutron. Electrochemicalecthing methode was used in this experiment. The CR-39 sensitivities obtained were 7tracks/cm2/mrem for thermal neutron. The result shown that the above sensitivity can be usedas a reference for calculation of neutron dose equivalent using Cr-39 and will be used forpersonnel dosimeter at PPTA Serpong.

PENDAHULUANCR-37 (Allyldiglicol carbonate) yang kaya

akan atom C, ° dan H dengan perbandingan1,57 : 1 : 2,57 merupakan dosimeter neutronp.;!rsonilyang saat ini banyak digunakan. CR-39mempunyai keunggulan dibandingkan dosime­ter neutron lainnya terutama hal kepekaan danfading (3).

CR-39 jika dikenai neutron cepat akanmenghasilkan proton terpental melalui reaksi(n,p). Proton terpental ini akan membentuk je­jak di sepanjang lintasannya. Selain mampumendeteksi neutron cepat, Cr-39 mampu pulamendeteksi neutron lambat melalui radiator.

Li2B407 merupakan radiator yang sering digu­nakan, jika radiator ini dikenai neutron lambatakan menghasilkan partikel a (alpha) melaluir.;!aksi (n,a), partikel a ini akan membentukjejak di sepanjang lintasannya (4).

Jejak neutron pada CR-39 dapat dilihatsetelah dilakukan etsa (etching). Etsa dapat di­lakukansecara kimia maupunelektrokimia. Pa­da prosedur etsa, temperatur memegang pera­nan penting. Perubahan temperatur sebesar1°C dapat menyebabkan perubahan kerapatanj4~jaksebesar 3,5% (3).Jika menggunakan bebe­rapa sel elektrolisa secara bersamaan, diperlu­kan oven yang dilengkapi dengan sirkulasi uda­ra agar temperatur yang melaluinya sarna.Kerapatan jejak dapat dipengaruhi pula oleh

pa--ameter etsa lainnya atau dengan kata laindipengaruhi oleh prosedur etsa yang digunakan.

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwauntuk larutan KOH 6 N dan 7N, mempunyaiperbedaan kerapatan jejak yang dapat diabai­kan dan diperoleh hasil bahwa ulangan pema­kaian larutan KOH untuk etsa menyebabkanpenurunan kerapatan jejak sebesar 1% untuksetiap ulangan. Untuk itu disarankan agar la­rutan KOH digunakan maksimal5 kali ulangan(3).

Penggunaan kuat medan listrik sebesar 25kVjcm menghasilkan respon CR-39 (jejak/cm2jmrem) relatif datar(±30%) pada energi neutron70 KeV sampai 6 MeV dan lataI' belakangsekitar 10 mrem. Batas energi lebih rendahdapat diperoleh dengan mempertinggi medanlistrik, tetapi hal ini akan memperbesar latarbelakang (2).

Etsa elektrokimia merupakan cara yangtepat untuk mempermudah pengukuran kera­patan jejak pada CR-39 yang luasnya hanyabeberapa cm2. Etsa elektrokimia biasanya dida­hului dengan pra etsa (etsa kimia) yang terbuktiuntuk mempertinggi efisiensi pengukuranjejakdari proton terpental Griffith dkk, (1980). Etsaelektrokimia tanpa pra etsa akan menghasilkanlatar belakang sekitar 500-1000jejak/cm2• Jikapra etsa diterapkan, lataI' belakang dapat diper­kecil sampai 10-100 jejak/cm2. Etsa elektroki-

425

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

mia dapat dilakukan pada temperatur ruang(20°-30°C),kuat medan listrik 15-40KV/cm danfrekuensi 2 - 10 KHz (1,4).

Etsa elektrokimia seperti yang dilakukanoleh CRNL (Chalk River Nuclear Laboratory)pada temperatur 60°C, pra etsa selama 1jam,kuat medan listrik 20 KV/cm, etsa tahap I padafrekuensi rendah (60Hz) selama 5 jam, dilan­jutkan dengan etsa tahap II pada frekuensitinggi (2kHz) selama 45 menit menghasilkankepekaan untuk neutron cepat sebesar 6jejak/cm2/mrem, sedangkan kepekaan untukneutron lambat sebesar 400jejak/cm2/mrem (9).Dari penelitian yang dilakukan Hankins dkk(1986), Cr-39 yang disimpan selama 7 bulanpada tempat bertemperatur 40°C mempunyaifading sebesar 18%. Namun jika CR-39 dilin­dungi terhadap cahaya dan temperatur tinggi,Cr-39 akan stabil dan tidak rusak, sehinggadapat digunakan sebagai dosimeter neutronpersonil dalam periode yang lama (6 bulan)(1,3).

BAHAN DAN TATA KERJA

BahanCR-39 berukuran ; 25 mm x 25 mm x

500~m, larutan KOH 6 N, Teflon Li2B407 ber­diameter 9 mm, plastik transparan, sumberneutron (AmBe)Peralatan

Sel elektrolisa, High Voltage EtchingSupply, oven, gelas piala, pipet, microfichereader/mikroskop

Tata kerja1. CR-39 diiradiasi terhadap sumber neutron

cepat pada dosis 10, 18, 25, 50, 100, dan 500mrem.

2. CR-39 diiradiasi terhadap sumber neutronlambat pada dosis 5, 10,25 dan 50 mrem.

3. CR-39 yang telah diiradiasi, dietsa denganetsa elektrokimia yang didahului denganpra etsa sebagai berikut ;

a. Tahap pra etsa :

- CR-39 dimasukkan ke dalam gelas piala ke­mudian diisi dengan larutan KOH 6 N hing­ga CR-39 terendam.

- Gelas piala yang telah berisi rendaman Cr-39dimasukkan ke dalam oven bersuhu 60°Cselama 1jam "

- CR-39 dicuci dengan air mengalir hingga be­bas dari larutan KOH.

- CR-39 dikeringkan untuk dilanjutkan ke etsatahap I.

Bandung, 8- 10 Oktober 19mPPTN - BATAN

b. Etsa talwp I

- Masukkan Cr-39 ke dalam sel elektrolisa,sertakan CR-39 yang tidak diiradiasi seba­gai blanko.

- Sel elektrolisa ditutup rapat, masukkan In­rutan KOH 6 N ke dalamnya hingga CR-39terendam.

- Sel elektrolisa dimasukkan ke dalam ovenbersuhu 60°C

- Sel elektrolisa yang berada di dalam ovendihubungkan ke high voltage etching supply.

- High voltage etching supply dipasang padafrekuensi rendah (low line), diberi kuat mH­dan 20 kV/cm (1000 Volt)

- Biarkan selama 5jam, kemudian dilanjutkanke etsa taha p II.

c. Etsa tahap II

- High voltage etching supply dipasang pad aposisi frekuensi tinggi (2kHz)

- Kuat medan sarna seperti etsa tahap I- Biarkan selama 45 menit- Cuci CR-39 dengan air mengalir hingga bebas

dari larutan KOH.- CR-39 dikeringkan4. Jejak neutron yang terdapat pada CR-39

dihi~ung dengan menggunakan microfichereader (perbesaran 41 kali) dan mikroskop(perbesaran 40 kali).

5. kepekaan CR-39 diperoleh dengan menghi­tungjumlahjejak (jejakyangtelah dikoreID;idengan jejak CR-39 blanko) persatuan luaspersatuan dosis.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil percobaan untuk mengetahuikepekaan CR-39 terhadap neutron cepat danneutron lambat disajikan pada Tabel1 dan 2.

Kepekaan menyatakan jumlah jejak yangtelah dikoreksi terhadap blanko dibagi denganluas CR-39 yang dihitung jejaknya dibagi lagidengan besarnya dosis yang diberikan. dari Tu­bell dapat dilihat bahwa kepekaan CR-39 ter­hadap neutron cepat sebesar 7jejak/cm2/mrem,rentang kepekaan 5 sid 8 dan besarnya sim­pangan 1. Sedangkan dari Tabel 2 diperolehbahwa kepekaan CR-39 terhadap neutronlambat sebesar 445 jejak/cm2/mrem, rentangkepekaan 400 sid 507 dan besarnya simpangan22. Hasil tersebut di atas sedikit berbeda jikadibandingkan dengan hasil yang diperolehCRNL yaitu kepekaan untuk neutron cepat se­besar 6 jejak/cm2/mrem dan kepekaan untukneutron lambat sebesar 400 jejak/cm2/mrem.Hal ini wajar terjadi karena peralatan yangdipakai pada percobaan ini lebih sederhanajika

426

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sa-insdan Tekrwlagi MenuJu Era Tinggal Land.as

Ba~ldllng, 8 - 10 Oktober 1991PPl'N - BAT AN

Gambar 1. Hubungan dosis neutron cepat ter­hadap jumlah jejakfcm2

Gambar 2. Hubungan dosis neutron lambatterhadap jumlah jejak/cm2

dibandingkan dengan peralatan yang dipakaiGRNLterutama dalam hal perhitunganjumlahjejak.

Hubungan dosis terhadapjumlahjejak per­satuan luas yang terjadi disajikan pada Gambar1 dan 2.

~'"Eu

••••·£

,.,5!!"·i•..,

:5-8:7:1

RentangRata-rataSimpangan

DosisLuasJumlahKepekaanNo.

(mremGR-39jejak(jfcm2f(cm2)

(iejak)mrem)45

646

644

646

653

745

6

DosisLuasJumlahKepekaan

No.(mremGR-39jejak(jfcm2f

(cm2)(ieiak)mrem)

1

100,060355

85

84

75

84

75

84

74

72

180,10310511

611

611

612

710

511

612

711

63

250,060968

59

612

810

710

79

69

69

64

500,06020723

824

820

718

623

820

723

819

65

1000,06041743

739

737

642

738

643

737

641

76

5000,01558849

745

6

'J'abel 1. Kepekaan GR-39 terhadap neutroncepat.

427

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

Tabel2. Kepekaan CR-39terhadap neutronlambat.

No.DosisLuasJumlahKepekaan

(mremCR-39jejakG/cm2/

(cm2)(ieiak)mrem)

1

50,0153141331

41332

42734

45338

50634

45330

40036

48032

4272

100,015. 6442760

40064

42771

47369

46086

50768

45370

46764

4273

250,015170453171

456160

426162

432171

456168

448170

453165

440166

4434

500,0049045088

44089

44585

42592

46091

45596

48083

41587

435

Ba~tdung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

Dari gambar tersebut terlihat bahwa hu­bungan dosis terhadap jumlah jejak persatuanluas yang terjadi adalah linier, karena dosisyang diberikan pada percobaan ini bukan meru­pakan dosis yang tinggi. berdasarkan hafiilpenelitian Griffith (1984) dengan metode etsaelektrokimia, daerah linieritas mencapai 20.000jejak/cm2 dan menurut Chambaudet dkk. (1984)pengukuran dosis akan mulai tidak linier padadosis 20 mSv (2 rem) (1).

Ada beberapa keuntungan dan kerugianjika menggunakan CR-39 sebagai dosimeterpersonil.Keuntungan yang diperoleh antara lain:1. CR-39 peka terhadap neutron cepat maupun

lambat dan tidak peka terhadap ~ dan 1:•

2. Mempunyai respon yang relatif datar padarentang energi yang luas.

3. Fading CR-39 dapat diabaikan sehingga da­pat digunakan dalam peri ode pemakaia.nyang cukup lama.

4. Dapat merupakan dokumen dosis yang per­manen.

5. Ukuran CR-39 dapat dibuat sesuai keper­luan.

6. Dapat dietsa secara elektrokimia maupunkimla.

Kerugiannya antara lain;1. Etsa CR-39 memerlukan waktu cukup lama.2. Latar belakang Cr-39 antara sisi yang satu

dengan sisi yang lain tidak selalu sarna.3. Mudah retak sehingga memerlukan perla­

kuan yang hati-hati.

KESIMPULAN

Dari hasH pecobaan diperoleh bahwakepekaan CR-39 terhadap neutron cepatsebesar 7jejak/cm2/mrem, sedangkan kepekaa.nCR-39 terhadap neutron lambat sebesar 445jejak/cm2/mrem. Hasil percobaan ini dapatdipakai sebagai acuan untuk menghitung dosissetara neutron pada CR-39 yang akan dipakaisebagai dosimeter personil di PPTA Serpong.

RentangRata-rataSimpangan

: 400 - 507: 445: 22

DAFTAR PUSTAKA

1. Cross, W.G., Characteristics of track detectors for personnel neutron dosimetry, Chalk RiverNuclear Laboratory, Canada (1985).

2. Cross, W.G., Arneja, A. and lng, H., The response of electrochemically-etched CR-39 to protonof 10 KeV to 3 MeV, Chalk River Nuclear Laboratory, Canada (1985).

428

l'roreedings Seminar Reakwr Nuklir dalam Penelitian SainsdaJ~Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 - 10 Okwber 1991PPTN - BATAN

8. Hankins Dale, E. et. aI, Personnel neutron dosimetry using electrochemically, California(1986).

4. Harisson, K.G. and Tommasino, L., Damage track detectors for neutron dosimetry II Charac­teristics of different detection systems, Nuclear Technology Publishing, Italy (1985).

15. Alnajjar, S.AR. et. aI, Electrochemical etching of CR-39 plastic: Applications to radiationdosimetry, Department of physics University of Birmingham, England (1979).

13. Harvey, J.R. et. aI, Thermal neutron detection with a system which utilizes the chemical etchofCR-39, Berkelley Nuclear Laboratories, Berkelley (1987).

7. Durrani, S.A et. aI, Electrochemical etching studies of the CR- 39 plastic, North-HollandPublishing Company (1980).

B. lng, H. and Piesh, Neutron dosimetry in protection radiation, Nuclear Technology Publishing(1985).

9. Cross, W.G. dan Arneja, A, CRNL-Canada (1986), Diskusi pribadi.

DISKUSI

Sudarto:1. Sumber nth dan nr untuk menyinari CR-39 digunakan Am-Be. Angka 5 •••50 mrem untuksumber nth tersebut diperoleh dari hasil pengukuran atau kalkulasi ?2. Hasil data kepekaan : nth = 450 j/cm2/mrem; nr 7 j/cm2/mrem. Bisakan CR-39 ini dikatakanlebih peka terhadap nth? atau nr? mengapa ?Sri Widayati :1. Angka tersebut diperoleh dari hasil kalkulasi. Namun jika dibandingkan dengan hasilpengukuran tidakjauh berbeda.2. CR-39 sebetulnya tidak peka terhadap neutron termal namun jika kita gunakan radiator(Li2B407), ternyata CR-39 mampu mendeteksi neutron lambat dan bahkan lebih peka jikadibandingkan dengan nuetron cepat.Li2B407 jika dikenai neutron lambat akan menghasilkanpart a melalui (n,a). a inilah yang akan membentuk jejak di CR-39. Dari hasil percobaaanternyata CR-39 lebih peka terhadap neutron'lambat dengan catatan dengan menggunakanradia tor.

Wisnu Susetyo :1. Berapa limit deteksi detektor jejak ini ?2. Apakah detektor ini dapat digunakan untuk mendeteksi ada atau tidaknya produksi neutrondalam percobaan fusi dingin ( Pons-F leischmann ). Mohon tanggapan/ saran.Sri Widayati:1. Untuk CR-39 terhadap neutron cepat, batas deteksi = 9 mrem, dan untuk neutron lambat,batas deteksi = 0,5 mrem.2. Secara teori bisa, dan sebaiknya dicoba.

429