Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.2, Oktober 2022: hal. 14-25

## TINJAUAN TEKNOLOGI SINTILATOR PLASTIK UNTUK DETEKTOR NUKLIR
Marliyadi Pancoko 1,2 , Azwar Manaf 1 , Sudirman 2 , Hafni Lissa Nuri 2 1 Departemen Fisika, FMIPA – Universitas Indonesia, Kota Depok Jawa Barat 16424
2 Pusat Riset Teknologi Deteksi Radiasi dan Analisis Nuklir, ORTN - BRIN, Kawasan Puspiptek Gd.71, Tangsel 15310 e-mail: pancokom@gmail.com ; azwar@ui.ac.id
Diterima: 12 September 2022, diperbaiki : 13 Oktober 2022, disetujui : 17 Oktober 2022

## ABSTRAK
TINJAUAN  TEKNOLOGI  SINTILATOR  PLASTIK  UNTUK  DETEKTOR  NUKLIR.  Sintilator plastik  banyak  dikembangkan  untuk  penggunaan  dibidang  detektor  nuklir,  positron  emission tomography  di  kedokteran  bahkan  untuk  hadronic  calorimeter  dalam  riset  fisika  energi  tinggi. Berbeda  dengan  kristal  anorganik  seperti  NaI(Tl)  yang  higroskopis  dan  relatif  mahal,  sintilator plastik  meskipun  menghasilkan  light  output  di  kisaran  10.000  foton/MeV,  seperempat  dari sintilator  anorganik,  tetapi  menghasilkan  waktu  peluruhan  2-  4  ns  yang  sangat  responsif sebagai  detektor  nuklir,  disamping  keuntungan  sifat  fleksibel,  dapat  difabrikasi  dalam  volume besar  serta  relative  ekonomis.  Matrik  dasar  sintilator  plastik  umumnya  menggunakan polystyrene, polyvinyl toluene, bahkan epoxy, yaitu semua polimer aromatik yang mengandung cincin  benzene,  yang  di  dalamnya  dilarutkan  bahan  pendar  atau  dopan  seperti  PPO  (2,5- diphenyloxazole), p-TP (para-terphenyl) serta wavelength shifter (WLS) seperti POPOP (1,4-bis [2- (phenyl oxazolyl)] - benzene) untuk mendapatkan spektrum cahaya tampak di 400 - 425 nm. Artikel  tinjauan  teknologi  ini  akan  mengulas  empat  metode  sintesis  sintilator  plastik  dan karakterisasinya,  dari  banyak  referensi  terkini,  yaitu  metode  polimerisasi  adisi,  polimerisasi termoset,  metode  injeksi  dan  metode  3D  printing.Hasil  karakterisasi  menggunakan  sumber gamma 22 Na, 137 Cs , 60 Co  maupun  sumber  beta 90 Sr  dalam  kajian  ini telah memberi  gambaran bahwa  sintilator  plastik  dapat  diaplikasikan  sebagai  detektor  nuklir.  Terkhusus metode  sintesis polimerisasi termoset dapat digunakan untuk fabrikasi sintilator volume besar sampai 5x60x300 cm 3 yang diperlukan pada Radiation Portal Monitor (RPM).
Kata kunci: Plastik, Sintilator, Detektor, Nuklir.

## ABSTRACT
STUDI  OF  PLASTIC  SCINTILLATOR  TECHNOLOGY  FOR  NUCLEAR  DETECTORS. Plastic scintillators  have  been  widely  developed  for  use  in  the  field  of  nuclear  detectors,  positron emission  tomography  in  medicine,  and  even  for  hadronic  calorimeters  in  high-energy  physics research. In contrast to inorganic crystals such as NaI(Tl) which are hygroscopic and relatively expensive,  plastic  scintillators,  although  they  produce  a  light  output  in  the  range  of  10,000 photons/MeV,  provide  a  decay  time  of  2-4  ns  which  is  very  responsive  as  a  nuclear  detector. Another advantage of plastic scintillators is can be fabricated in various forms large in size, and are  relatively  economical.  The  basic  matrix  of  plastic  scintillators  generally  uses  polystyrene, polyvinyl toluene, and even epoxy, which are all aromatic polymers containing a benzene ring. In  the  polymer matrix  dissolved  organic  luminescent  compounds  (dopants) such  as  PPO  (2,5- diphenyloxazole), p-TP (para-terphenyl), and wavelength shifter (WLS) such as POPOP (1,4-bis [2-  (phenyl  oxazolyl)].  -  benzene)  to  obtain  the  visible  light  spectrum  at  400  -  425  nm.  This article will review four plastic scintillator synthesis methods, namely the addition polymerization,
(Marliyadi Pancoko, dkk)
thermoset polymerization, injection, 3D printing method, and their characterization, based on a recent publication. The results of characterization using a gamma source 22 Na, 137 Cs, 60 Co, and a beta source 90 Sr in this study have shown that a plastic scintillator can be applied as a nuclear detector. In particular, the thermoset polymerization method can be applied for the fabrication of large volume scintillators up to 5x60x300 cm 3 , for the development of Radiation Portal Monitor (RPM).
Keywords: Plastic, Scintillator, Detector, Nuclear.

## PENDAHULUAN
K ristal  NaI(Tl)  adalah  generasi pertama  sintilator  anorganik  dengan kinerja  handal,  menghasilkan light  yield
38.000 foton/MeV dengan waktu peluruhan  ( decay  time )  250  ns,  dan energi  resolusi  dikisaran  6%  untuk sumber  gamma 137 Cs [1][2] .  Kemajuan penelitian  dan  pengembangan  kristal anorganik sangat pesat melibatkan kristal alkali  halida,  silicate,  oksida  termasuk oksida  logam  tanah  jarang,  sampai  awal milenium muncul LaBr 3 (Ce) yang menghasilkan light  yield di  kisaran
60.000 foton/MeV dengan waktu peluruhan  16  ns [1][3] .  Tetapi  kristal anorganik  juga  mempunyai  kelemahan, diantaranya sifat higroskopis yang membutuhkan penanganan dan pengepakan  menggunakan  gas  inert dengan  pelindung  kedap [4] ,  selain  juga biaya produksi yang relatif mahal.
Sintilator  organik  terbagi  menjadi tiga, yaitu kristal tunggal, organik cair dan plastik.  Sintilator  kristal  tunggal  organik yang sering digunakan anthracene, trans-stilbene, tolan, para-terphenyl. Sintilator  organik  cair  biasanya  terbuat dari larutan organik pendar ( luminescent ) atau dopan yang dilarutkan dalam pelarut organik seperti toluene, p-xylene, pseudocumene
dan
α-methyl
naphthalene. Sedangkan sintilator plastik adalah  dopan  yang  dilarutkan  dalam polimer  organik  seperti  polystyrene, polyvinyl  toluene,  polyvinyl  xylene  dan polymethyl methacrylate [5][6][7] .
Sintilator  plastik,  dengan  densitas lebih  tinggi  dari  organik  cair,  yaitu  1-  2 g/cm 3 , menghasilkan light yield di kisaran 10.000  photon/MeV,  seperempat  dari sintilator  anorganik.  Tetapi  mempunyai keunggulan pada karakter respon deteksi cepat, yaitu waktu peluruhan 2 – 4 ns [8] , dapat  dibentuk  fleksible  dalam    ukuran besar  sampai  5x60x300  cm 3 ,  dengan cara cast , injection    mold maupun ekstrusi dan harganya jauh lebih ekonomis [8][9][10] .  Dominasi  di  area hamburan Compton sehingga peak energi  sumber  gamma  tidak  terlihat sudah mulai teratasi dengan penambahan  material  nomer  atom  tinggi ( high Z material ) seperti bismuth tripivalate  atau  triphenyl  bismuth  (BiPh 3 ) [11][12] . Dalam  artikel  kajian  ini,  kami  akan membandingkan
keempat metode pembuatan sintilator plastik, yaitu metode polimerisasi  adisi,  polimerisasi  termoset, injeksi,  metode  3D  printing  beserta karakterisasinya  menggunakan  sumber radiasi nuklir. Tujuannya untuk mendapatkan  gambaran yang jelas keunggulan masing-masing metode terkait  dengan  Prioritas  Riset  Nasional dalam  pengembangan  sintilator  untuk radiation portal monitor (RPM) di Organisasi Tenaga Nuklir – BRIN .

## METODOLOGI
Dalam  sesi  ini  akan  diulas  empat metode sintesis dan karakterisasi sintilator  plastik  yang  banyak  menjadi
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.2, Oktober 2022: hal. 14-25
obyek riset dan dipublikasikan. a.  Metode polimerisasi adisi Metode  ini  disebut  juga bulk polymerization adalah metode tradisional untuk  mendapatkan  produk  dengan ukuran  besar  dalam  pabrik  maupun untuk ukuran kecil di laboratorium. Pabrik material  sintilator  skala  besar  untuk keperluan eksperimen fisika energi tinggi seperti  ISMA  di  Kharkov  Ukraina, menggunakan  matrik  dasar  polistiren, dopan  primer  p-terphenyl  2%  dan  dopan sekunder POPOP 0.03% [13] .
Untuk  skala  riset  laboratorium Cheol  Ho  Lee  dkk [14] membuat  sintilator plastik dengan metode ini  menggunakan monomer  styrene  yang  tersedia  secara komersial  dengan  kemurnian  99,5% sebagai  matrik  dasar.  Komponen  kedua sebagai  dopan  primer,  digunakan  PPO (2,5-difenilxazol)  1  wt%,  dalam  bentuk bubuk putih dan merupakan bahan kimia pendar dengan panjang gelombang emisi puncaknya adalah 330 nm, yang terletak di dalam spektrum ultraviolet. Komponen ketiga menggunakan POPOP (1,4-bis [2- (phenyloxazolyl)]  -  benzena)  0.05  wt%, yang merupakan dopan sekunder berwarna  kuning,  sebagai  pengubah
panjang  gelombang  ( Wavelength  shifter –  WLS)  di  410  nm,  di  spektrum  cahaya biru.
Monomer  stirena  80  g  dicampur dengan    PPO  1%dan  POPOP  0.05%, dan beberapa variasi rasio massa dopan primer maupun sekunder, untuk mendapatkan  sampel  sintilator  plastik dengan  ukuran  diameter  4,5  cm  dan tebal  2,5  cm.  Pengadukan  larutan dilakukan selama 6 jam  pada temperatur 60°C.  Setelah  itu,  larutan  ditempatkan dalam  pemanas  suhu  tinggi  untuk menginduksi  reaksi  polimerisasi.  Untuk disolusi  sempurna,  suhu  pemanas  harus dijaga  pada  100°C  selama  2  jam  karena pengadukan  saja  terbukti  tidak  cukup. Setelah  itu,  suhu  pemanas  dinaikkan hingga  120°C  selama  150  jam  saat polimerisasi  berlangsung.  Setelah  reaksi polimerisasi berakhir,
proses pendinginan  dilakukan  selama  60  jam  di dalam  pemanas  (Gambar  1).  Suhu pemanas  secara  bertahap  diturunkan untuk  mencegah  timbulnya  gelembung udara  karena  tekanan  internal  di  dalam polystyrene.  Profil  temperatur  dan  hasil fabrikasi dengan metode ini diperlihatkan pada gambar 2a dan 2b.
Gambar  1. Diagram alir proses pembuatan sintilator plastik dengan metode polimerisasi adisi Monomer styrene Dopants (PPO + POPOP) Mixture batch 60 o C, 6 hr, inert gas
Complete disolution 100 o C, 2 hr
Polymerization 120 o C, 150 hr
Cooling process
120 o C - 20 o C , 60 hr
(Marliyadi Pancoko, dkk)
Evaluasi karakteristik sintilator plastik  dilakukan  dengan  menganalisis panjang  gelombang  emisi  menggunakan fluorecence  spectrophotometer ,  evaluasi kalibrasi  energi  tiga  sumber  gamma
( 137 Cs, 22 Na, dan 60 Co) dan yang terakhir
light output relatif yang dihitung menggunakan  metode  M.  Bertolaccini
[15] .
(a)
(b)
Gambar 2 . (a) Profil temperatur proses, dan (b) produk sintilator plastik [14]
Gambar 3a  menunjukkan intensitas panjang  gelombang  emisi  dari  tiga sintilator  plastik  yang  diukur  dengan spektrofotometer  fluoresensi.  Hasilnya adalah  untuk  masing-masing  sintilator plastik  panjang  gelombang  emisi  puncak di kisaran 425 nm dengan standard error 0,2%. Gambar 3b hasil analisis spektrum sumber  gamma 137 Cs, 22 Na,  dan 60 Co yang  diukur  dengan multi  channel analyzer (MCA) menunjukkan nilai compton  edge masing-masing  di  477 keV, 340 keV dan 1040 keV.  Pada tabel 1  ditunjukan  perhitungan light  yield dan light  output dari  sampel  sintilator  plastik yang  dibuat  dan  dibandingkan  dengan data  sintilator  plastik  komersial  produk Saint  Gobain,  BC-408. Light  yield ditentukan dari pengukuran jumlah fotoelektron  per  unit  energi  (Nphe),  yaitu dengan  membandingkan  posisi  puncak spektrum  single  photoelectron  (PP1phe) dengan suatu titik spektrum yang merupakan karakter energi sumber
gamma  yang  dalam  pengukuran  ini digunakan 137 Cs  ( Compton  edge 477 keV, photopeak 662  keV).  Jumlah fotoelektron  per  unit  energi  (Nphe) ditentukan  menggunakan  persamaan  (1) dibawah ini [14][15] . Parameter seperti gain amplifier  dan  posisi  peak  diperoleh dengan  menganalisis  spektum  hasil percobaan. Quantum efficiency (QE) dari PMT  (Hamamatsu  H6614-70)  digunakan dalam  perhitungan  light  output  karena nilai  QE  berbeda  mengikuti  parameter panjang gelombang. Dengan
menggunakan data dari produsen Hamamatsu akan dapat dihitung nilai QE dikisaran 21%, dan kemudian light output dapat  dihitung  dengan  membagi  light yield  dengan  QE.  Dari  perhitungan didapat  bahwa light  output dari  sampel plastik  sintilator  ada  dikisaran  59-64% dari output plastik sintilator komersial BC- 408 (Tabel ).
0 20 40 60 80 100 120 140 0 50 100 150 200 250 T e m p e ra tu re , d e g .C Time, hour Polymeriation Cooling
Nphe = (PPe/KE) / (PP1phe/K1phe) / 0.477334 (phe/MeV) (1)
(a) (b)
Gambar 3. (a) Analisis gelombang emisi, dan (b)  spektrum energy masing-masing sumber gamma [14] .
Tabel 1. Pengukuran light output pada sampel sintilator dan sintilator plastik komersial [14] . Parameter Sintilator 1 Sintilator 2 Sintilator 3 BC-408 Peak position (PPe) 344 317 331 644 Peak position (PP1phe) 119 108 121 140 Light yield (phe/MeV) 605.60 614.91 573.09 963.69 Light output (ph/MeV)* 2890.05 ± 14.45 2934.47 ± 14.68 2728.07 ± 13.64 4587.44 ± 22.94
* dengan setting Gain (K E ) = 10, Gain (K 1phe ) =1000, Quantum eff. = 21%.
Dari  gambar  3b , hasil  spektrum energi  untuk  masing-masing  sumbar gamma
137 Cs, 22 Na, dan 60 Co menunjukan  karakter  sintilator  plastik dengan  dominasi  spektrum  di  area hamburan Compton. Tidak terlihat photopeak yang  merupakan  karakter khas  masing-masing  sumber  gamma, seperti misalnya 137 Cs dikisaran 662 keV yang  akan  terlihat  jika  pengukuran menggunakan sintilator anorganik NaI(Tl).
Cherepy dkk [11] berusaha memuncul efek  fotolistrik  dalam  sintilator  plastik dengan  menambahkan  molekul  atom besar  ( high  Z )  Bismuth  ke  dalam  plastik
sintilator.  Mereka  melaporkan  bahwa penambahan  Bismuth  tripivalate  15  wt%
dalam sintilator
plastik akan
menghasilkan photopeak energy 137 Cs di 662 keV dengan resolusi 15%, meskipun light  yield -nya  hanya  35%  dari  sintilator plastik  komersial  EJ200 [16] .  Dominasi efek  fotolistrik  terlihat  jelas  untuk  energi sumber  gamma  dibawah  500  keV, terlihat kontras jika dibandingkan dengan sintilator  PVT  plastik  tanpa  penambahan Bismuth yang didominasi spektrum hamburan Compton. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 500 1000 1500 Cou n ts Energy, keV 137 Cs 22 Na 60 Co 0 50 100 150 200 250 300 350 350 450 550 650 In te n si ty Wavelenght, nm Peak
(Marliyadi Pancoko, dkk)

## b.  Metode Polimerisasi Termoset
Plastik  sintilator  dari  resin  termoset seperti epoksi telah diproduksi oleh Eljen technology dengan produk EJ-290 dan Saint Gobain dengan BC-600. Vasil’chencko [17] menggunakan  epoxy BC-600  Saint  Gobain  untuk  karakterisasi sumber  radioaktif  Sr-90.  Sedangkan Hara  Kang  dkk [18] serta  Jong  Soo  Nam dkk [19] melakukan  sintesis  plastik sintilator  menggunakan  epoxy  resin  WE- 300  (Won  Chemical  Korea),  umumnya jenis  epoxy  bisphenol  A  diglycydylethers dengan  hardener  cycloaliphatic  diamine, yang  ke  dalamnya  dilarutkan  dopan primer  PTP/PPO  dan  dopan  sekunder
POPOP/TPDB (tetraphenylbutadiene) seperti pada diagram alir gambar 4.
Hara  Kang  dkk  juga  mencoba menambahkan  aditif  nomor  atom  besar yaitu  Perovskite  (CsPbBr 3 (Cl))  untuk melihat  perubahan  intensitas  sintilasi melalui mekanisme Fluorescence
Resonance  Energy  Transfer (FRET). Karakter  sensitivitas  terhadap  sumber radioaktif  diuji  menggunakan 90 Sr  dan dibandingkan  dengan  sintilator  plastic komersial  BC-400,  seperti  ditampilkan pada gambar 5. Epoxy Scintillator solution Polymer solution Casting Polymer film PPO + POPOP Hardener Room temperature, 2h, shaking Evaporation Gambar 4 .  Diagram alir proses fabrikasi sintilator plastik metode polimerisasi termoset [19] .
(a) (b) (c)
Gambar 5. Spektrum 90 Sr pada 3 jenis plastik sintilator (a) epoxy-PPO/POPOP, (b) epoxy-PPO/perovskite, dan (c) komersial plastik sintilator BC-400 [18] .
Radioaktif 90 Sr  yang  digunakan dalam  eksperimen  ini  adalah  tipikal produk  fisi  dari  fasilitas  nuklir,  pemancar beta. Interaksinya dengan materi menghasilkan fenomena bremsstrahlung. Hara  Kang  menggunakan  10  g  Epoxy dan    10  g  Hardener,  dengan  PPO  0.2 wt%,  POPOP  0.01  wt%  untuk  sampel
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.2, Oktober 2022: hal. 14-25
pertama, sampel kedua POPOP digantikan perovskite 0.5 wt%. Hasil pengukuran radioaktivitas menggunakan sumber 90 Sr menunjukkan ada  peningkatan  pada  puncak  jumlah counting pada  sampel  PPO/perovskite dibandingkan sampel PPO/POPOP (Gambar  5b).  Peningkatan counting untuk sampel PPO/perovskite juga terlihat  pada  channel  1500  keatas  yang dapat  dikaitkan  dengan  peningkatan efisiensi  kuantum  mekanisme  FRET antara nanomaterial perovskite  dengan sintilator  plastik,  yaitu  berkurangnya tingkat reabsorpsi cahaya yang dipancarkan  karena  stokes  shift  yang lebih  lebar.  Spektrum  strontium  pada epoxy-PPO/perovskite  ini  mempunyai karakter yang sama seperti yang dilaporkan  Tam  dkk  yang  menggunakan aditif nanomaterial quantum dot cadmium sulfide [20] .

## c.  Metode injeksi
AnnaPla-Dalmau  dkk [21] dan  Sung Hyun  Chang  dkk [22] menggunakan metode  Injeksi  untuk  membuat  sintilator plastik.  Metode  ini  menggunakan  bahan baku  pelet  polimer  yang  ada  di  pasaran dengan mempertimbangkan kualitas optikal  pelet  tersebut.  Dopan  dicampur secara  mekanik  dengan  pelet  dan dimasukkan  kedalam  hopper  mesin screw extruder .
Campuran  pelet  polimer  dilelehkan dalam mesin melalui tiga tahap pemanasan,  mulai  dari  area feed ,  area compression dan  area metering ,  dimana pelet sudah meleleh sempurna di kisaran 220°C  dan  didorong  ke  dalam  cetakan dan didinginkan seperti pada diagram alir proses gambar 6(a) [21] . Karakter sensitivitas  terhadap  sumber  radioaktif diuji menggunakan 90 Sr , mengukur  yield jumlah foton yang dihasilkan.
(a) (b)
Gambar  6. (a)  Diagram  alir  fabrikasi  sintilator  plastik  metode  injeksi/ekstrusi [21] ,  (b) strip sintilator plastik 3x10mm dengan WLS fiber [22] .
Sung  Hyun  Chang  dkk  melakukan fabrikasi strip sintilator ukuran 3 mm x 10 mm dengan ukuran panjang disesuaikan, yang di tengahnya disediakan hole untuk Polystyrene pellets Dopants Mixture batch Processing device Scintillating pellets Injection mold Cast Extrude to form scintillating profile Inert gas
(Marliyadi Pancoko, dkk)
fiber  WLS.  Sintilator  dibuat  dari  pellet polystyrene    komersial  dengan  1%  PPO sebagai dopan primer dan 0.1% POPOP sebagai  dopan  sekunder.  Ketiga  bahan tersebut  dicampur  secara  mekanik  dan dipanakan  ke  dalam  mesin  extruder  , meleleh  dan  didorong  ke  dalam dies (cetakan),  menghasilkan  kotak  strip sintilator seperti pada gambar 6(b).
Evaluasi  kinerja  sintilator  plastik ekstrusi  dilakukan  dengan  pengukuran spektrum  energi  menggunakan  sumber radioaktif 90 Sr.  Sintilator  dengan  fiber WLS  dihubungkan  dengan  Hamamatsu
multi anode photomultiplier tube (MAPMT) R-5900, akuisisi
data menggunakan  QDC( charge  to  digital converter )  v792  berbasis  VME( Versa Module Euro card ) dari CAEN.
Analisis    jumlah  foton  yang dihasilkan  oleh  sintilator  ekstrusi  sample dilakukan dengan
pengukuran menggunakan sumber radioaktif 90 Sr dan kemudian dibandingkan dengan sintilator ekstrusi  komersial  produksi  Kuraray, menggunakan  sistem  data  akuisisi  yang sama.
Gambar  7. Distribusi  pulsa  sintilator ekstrusi sample pada radiasi 90 Sr [22] .
Gambar 7  menunjukan  pulsa pedestal  (kiri  hijau)  dan  pulsa  dari 90 Sr (kanan,  merah),  yang  nilai  selisihnya adalah  175,2 counts ,  setara  dengan jumlah photo-electron 6,08.  nilai  ini  jika
dibagi  dengan  efisiensi  kuantum  alat MAPMT  R-5900  sebesar  13%    akan didapatkan  jumlah  foton  yang  dihasilkan oleh  sintilator  ekstrusi  sebesar  46,8 foton.  Dengan  cara  yang  sama,  sintilator ekstrusi  komersial  menghasilkan  selisih sinyal  212,1,  setara  dengan  7,36  foton, dibagi  dengan  efisiensi  kuantum  alat menghasilkan jumlah foton oleh sintilator ekstrusi  komersial  56.6  foton.  Sehingga dapat  dinilai  bahwa  sintilator  ekstrusi yang  difabrikasi  oleh  S.H.  Chang  dkk mempunyai  kinerja  83%  relatif  dari sintilator ekstrusi komersial Kuraray.

## d.  Metode 3D printing
Berns dkk [23] menggunakan metode Filament  3D  printing ,  material  filamen polystyrene  menggunakan  dopan  PTP dan  POPOP.  3D  printing  menpunyai keunggulan  proses  fabrikasi  relatif  cepat dan  akurasi  geometri  terkontrol  secara komputasi, meskipun untuk obyek volume  besar  membutuhkan  mesin  yang besar  pula.  Sintilator  plastik    yang difabrikasi  oleh  Berns  dkk  dievaluasi karakternya  dengan  pengukuran  dan analisis spektrum gamma 137 Cs. Karakter waktu peluruhan, energy resolution dan efisiensi deteksi
dibandingkan  dengan  sintilator  plastik komersial.  Sedangkan  Dong-geon  Kim dkk [24] melakukan  fabrikasi  sintilator plastik 3D printing Digital Light
Processing (DLP,  Gambar  11a).  DLP menggunakan  matrik  utama  Bisphenol  A dimethacrylate  (BPADMA)  yang  adalah resin  epoksi  dan  methyl-naphthalene, dengan  tambahan  dopan  primer,  WLS dan aditif dengan formula seperti Tabel .
Evaluasi  kinerja  sintilator  plastik dilakukan  dengan  pengukuran  spektrum energi  menggunakan  sumber  gamma 137 Cs, 54 Mn dan 60 Co,yang hasilnya akan dibandingkan  dengan  sintilator  plastik komersial  BC-408  dari  Saint  Gobain. Sintilator  sampel  dibuat  dengan  ukuran diameter  50  mm  dan  tinggi  50  mm 0 100 200 0 200 400 600 Num b e r o f e ve n ts QDC Counting 175.2
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.2, Oktober 2022: hal. 14-25
seukuran  dengan  sintilator  referensi  BC- 408,  sintilator  disambungkan  dengan PMT  Hamamatsu  H7195  dan  sumber
gamma  diletakan  pada  jarak  25 mm  dari permukaan sintilator.
Tabel 2. Formula fabrikasi sintilator menggunakan 3D printing [24] . Types Names Ratio Primary solvent BPA(EO) 15 DMA 40% Secondary solvent 1-methyl-naphthalene 60% Primary dye PPO 1.5% Wavelength shifter ADS086BE 0.005% Photoinitiator TPO 0.03%
(a) (b)
Gambar 8 . (a) 3D printer, (b) spektrum energi sumber gamma sintilator sampel [24] .
Salah  satu  karakter  yang  dievaluasi dalam  riset  Kim  ini  adalah    resolusi sintilator,  yaitu  kemampuan  sintilator untuk  membedakan  puncak –  puncak energi.  Nilai  resolusi  semakin  kecil semakin  baik,  yang  artinya  sintilator mampu  membedakan  puncak  energi yang berdekatan. Karena sintilator plastik didominasi  oleh  interaksi  hamburan Compton dan tidak menghasilkan photopeak interaksi  fotolistrik,  maka resolusi yang ditentukan dari nilai FWHM
harus  diukur  pada Gaussian  spectrum yang  puncaknya  di  titik compton  edge – nya  (Gambar  8b,  hijau).  Terlihat  dari spektrum 137 Cs,  lebar  FWHM  21.0, dengan  perhitungan  yang  sederhana, dibagi dengan tinggi maksimum Gaussian  hasilnya  di  kisaran  16%. Sehingga  dapat  dinilai  sintilator  sampel mempunyai  resolusi  relatif  lebih  kasar dibanding  sintilator  referensi  BC-408 yang  mempunyai  angka  resolusi  9,66% ( Error! Reference source not found. ).
Tabel 3. Hasil pengukuran FWHM dan resolusi sintilator sampel dan sintilator referensi BC-408 [24] 0 800 1600 2400 3200 0 100 200 300 Cou n ts Channel Number 137 Cs Gaussian spectrum
(Marliyadi Pancoko, dkk)
Source Compton edge energy, keV
BC408
Sample GP Channel FWHM , ch Resoluti on, % GP Channel FWHM , ch Resolution
, % 137 Cs 477 149 ± 0.03 15.6 ± 0.1 9.66 ± 0.04 123 ± 0.05 21.0 ± 0.1 15.4 ± 0.1 60 Co 963 315 ± 0.1 24.3 ± 0.3 7.42 ± 0.08 264 ± 0.24 30.7 ± 0.7 11.1 ± 0.2

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  studi  keempat  metode  yang telah  dijabarkan  diatas,    karakterisasi terhadap  sampel  menunjukkan  bahwa masing-masing  sintilator  plastik  terbukti dapat  digunakan  sebagai  detektor  nuklir yaitu  sebagai  pencacah  sumber  gamma 137 Cs, 22 Na,  dan 60 Co  maupun  sumber beta 90 Sr.  Uji  karakter  untuk  setiap sintilator  plastik  yang  dihasilkan  masing- masing  metode  seperti  spektrum  emisi cahaya tampak, spektrum energi sumber radiasi, light yield dan resolusi, memperlihatkan  bahwa  sintilator  plastik cukup  handal  untuk  aplikasi  deteksi radiasi atau partikel energi tinggi. Sintilator plastik, dengan densitas yaitu 1 - 2 g/cm 3 menghasilkan light yield 12240 foton/MeV,  karakter  respon  deteksi  lebih cepat  dari  sintilator  anorganik,  yaitu waktu peluruhan 2 – 4 ns, dapat dibentuk
fleksibel  dan  difabrikasi  untuk  volume besar  sampai  5x60x300  cm 3 [8] untuk keperluan  industri  nuklir,  kedokteran maupun  riset  fisika  energi  tinggi,  serta harganya  yang  ekonomis,  menjadi  daya tarik  yang  lebih  dibandingkan  sintilator konvensional kristal anorganik . Dominasi di area hamburan Compton yang mengakibatkan  peak  energi  sumber gamma  tidak  terlihat,  sudah  mulai teratasi  dengan  penambahan  material nomor  atom  besar  seperti  bismuth tripivalate  ,  triphenyl  bismuth  (BiPh 3 ),
Perovskite (CsPbBr 3 (Cl)), atau nanomaterial  quantum  dot  cadmium sulfide. Studi lanjutan terkait pengembangan  sintilator  plastik  volume besar  untuk  radiasi  portal  monitor  akan mempertimbangkan karakter proses masing-masing metode seperti ditampilkan pada tabel 4 dibawah ini. Tabel 4 . Karakter proses pembuatan sintilator plastik. Polimerisasi adisi Polimerisasi termoset Injeksi 3D printing Proses termal 120°C, membutuhkan waktu yang relatif panjang (220 jam). Proses tidak membutuhkan panas dan relatif cepat (2jam). Proses termal 220°C dalam mesin Extruder dan relatif cepat. Proses tidak membutuhkan panas dan relatif cepat. Fabrikasi produk volume besar membutuhkan infrastruktur skala pabrik seperti di ISMA [13] . Fabrikasi produk volume besar relatif mudah dengan menggunakan cetakan /mold volume besar. Fabrikasi produk volume besar membutuhkan mesin Extruder besar. Fabrikasi produk volume besar membutuhkan 3D printer ukuran
besar.
Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir Bulletin of Nuclear Reactor Management Vol. XIX, No.2, Oktober 2022: hal. 14-25

## KESIMPULAN
Secara umum sintilator plastik disintesis  dalam  empat  metode,  yaitu pertama  polimerisasi  adisi  pada  kisaran temperatur 120°C
menggunakan
monomer styrene atau vinyltoluene menjadi polystyrene/polyvinyltoluene sebagai matriks dasar, di-doping dengan p-TP  (p-terphenyl)  atau  PPO  (2,5- difenilxazol)  sebagai  dopan  primer  dan POPOP  (1,4-bis  [2-  (phenyloxazolyl)]  - benzena)  sebagai  dopan  sekunder  atau wavelenght  shifter .  Metode  kedua  yaitu,
polimerisasi plastik
termoset
menggunakan resin epoxy
yang direaksikan dengan hardener pada temperatur  kamar,  dan  dilarutkan  dopan primer-sekunder  yang  sama.  Metode ketiga,  dengan  bahan  dasar  pelet polystyrene/polyvinyltoluene bersama dopan  primer-sekunder  dimasukan  ke dalam  mesin  extruder,  dilelehkan  pada temperatur 220°C dan diinjeksikan dalam cetakan/mold  serta  ditengah  sintilator disediakan hole untuk  menyisipkan  fiber WLS.  Metode  keempat  menggunakan teknologi  terkini  yaitu 3D  printing , menggunakan  formula  khusus  polimer UV  semacam  resin  epoxy  atau  filament yang  sudah  di- doping dengan  dopan primer-sekunder.
Karakterisasi  sampel  dari  masing- masing  metode  menggunakan  sumber gamma 22 Na, 137 Cs  , 60 Co  maupun sumber  beta 90 Sr  menunjukkan  hasil bahwa  sintilator plastik  yang  telah  dibuat dapat  digunakan  sebagai  detektor  nuklir. Studi  lanjutan  terkait  pengembangan sintilator plastik untuk aplikasi RPM akan mempertimbangkan  pilihan  pada  metode polimerisasi  termoset    karena  relatif mudah dilaksanakan dalam skala laboratorium dengan biaya rendah.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih
kepada Badan Riset dan Inovasi Nasional  yang  menyediakan  beasiswa untuk program Degree by Research .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] G.  Knoll, Radiation  Detection  and
Measurement ,  4th  ed.  Wiley,
2010.
[2] M.  Swoboda et  al. ,  “Spectral gamma  detectors  for  hand-held Radioisotope Identification Devices (RIDs) for nuclear security applications,” IEEE
Trans.  Nucl.  Sci. ,  vol.  52,  no.  6,
pp. 3111 –3118, 2005.
[3] G.  Bizarri,  J.  T.  M.  Dehaas,  P. Dorenbos,  and  C.  W.  E.  Vaneijk, “Scintillation  properties  of  1  x  1 Inch3  LaBr3:  5%  Ce  Crystal,” IEEE  Trans.  Nucl.  Sci. ,  vol.  53,
no. 2, pp. 615 –619, 2006.
[4] C. Cuesta et al. , “Slow scintillation
time  constants  in  NaI(Tl)  for different interacting particl es,” Opt. Mater. (Amst). , vol. 36, no. 2,
pp. 316 –320, 2013.
[5] J.  B.  BIRKS, The  theory  and practice  of  scintillation  counting . New York U.S.A: Pergamon Press, 1964. [6] N. Tsoulfanidis, Measurement and Detection of Radiation ,
Second. Taylor & Francis, 1995. [7] S.  N.  Ahmed, Physics  and Engineering of Radiation Detection , First. Elsevier, 2007. [8]
“Crystals  Saint  Gobain,  Solid Plastic  and  Liquid  Scitillation Materials.”  [Online].  Available: https://www.crystals.saint- gobain.com/products/organic- scintillation-materials.  [Accessed: 29-Nov-2021].
[9] C.  Grupen  and  I.  Buvat,  Eds., Handbook  of  particle  detection and imaging . Springer, 2012.
[10] M.  S.  Ł.  Kapłon,  S.  Prof,  P.
(Marliyadi Pancoko, dkk)
Moskal,  D.  Ph,  and  D.  S c,  “PhD thesis Synthesis and characterization  of  polystyrene scintillators  and  their  application in positron emission tomography,”
2017.
[11] N.  J.  Cherepy et  al. ,  “Bismuth- loaded  plastic  scintillator  portal monitors,”  in Proc.  SPIE  10762,
Hard  X-Ray,  Gamma-Ray,  and Neutron  Detector  Physics  XX , 2018, p. 12.
[12] M. Hamel et al. , “Plastic scintillators  modifications  for  a selective radiation detection,” 2015  4th  Int.  Conf.  Adv.  Nucl. Instrum.  Meas.  Methods  their Appl. , 2015.
[13] Y.  N.  Kharzheev,  “Scintillation counters  in  modern  high-energy physics  experiments,” Phys.  Part. Nucl. , vol. 46, no. 4, pp. 678 –728, 2015.
[14] C. H. Lee, J. Son, T. Kim, and Y. K.  Kim,  “Characteristics  of  Plastic
Scintillators Fabricated by a Polymerization  Reaction,” Nucl. Eng. Technol. , 2016.
[15] M.  Moszyński,  M.  Kapusta,  M. Mayhugh,  D.  Wolski,  and  S.  O. Flyckt,  “Absolute  light  output  of scintillators,” IEEE  Trans.  Nucl. Sci. ,  vol.  44,  no.  3  PART  1,  pp. 1052 –1061, 1997.
[16] N.  J.  Cherepy et  al. ,  “Bismuth- and lithium-loaded plastic
scintillators for gamma and neutron detection,” Nucl. Instruments  Methods  Phys.  Res.
Sect.  A  Accel.  Spectrometers, Detect.  Assoc.  Equip. ,  vol.  778, pp. 126 –132, 2015.
[17] V.  G.  Vasil’chenko  and  A.  S. Solov’ev,  “Scintillation  Process  in
Dynamically  Chan ging  Media,”
Instruments  Exp.  Tech. ,  vol.  45, no. 1, pp. 24 –28, 2002.
[18] H.  Kang,  S.  Min,  B.  Seo,  C.  Roh,
S.  Hong,  and  J.  H.  Cheong, “Preliminary studies of perovskite- loaded plastic scintillator prototypes for radioactive strontium detection,” Chemosensors ,  vol.  9,  no.  3,  pp. 1 –14, 2021.
[19] J. S. Nam, Y. S. Choi, S. B. Hong, B.  K.  Seo,  J.  K.  Moon,  and  J.  W. Choi, “Study on the Characteristics of a Scintillator for
Beta-ray  Detection  using  Epoxy Resin,” EPJ  Web  Conf. ,  vol.  153,
pp. 1 –6, 2017.
[20] A. K. Tam, O. Boyraz, J. Unangst, P.  Nazaretas,  M.  Schreuder,  and
M.  Nilsson,  “Quantum-dot  doped polymeric  scintillation  material  for radiation detection,”
Radiat.
Meas. , vol. 111, no. August 2017, pp. 27 –34, 2018.
[21] A.  Pla-dalmau,  A.  D.  Bross,  and K.  L .  Mellott,  “Extruded  Plastic
Scintillation  Detectors,”  in DPF99
Conference , 1999, pp. 1 –7.
[22] S. Hyun, D. Hee, M. Adil, D. Jung, J. Suhk, and Y. Do, “Production of Extruded  Fine  Scintillator  Strips,” J. Korean Phys. Soc. , vol. 53, no.
6, pp. 3178 –3181, 2008.
[23] S. Berns et al. ,  “A  novel polystyrene-based scintillator production process involving additive manufacturing,” J. Instrum. , vol. 15, no. 10, 2020.
[24] D.  geon  Kim et  al. ,  “Performance of  3D  printed  plastic  scintillators for  gamma- ray  detection,” Nucl. Eng. Technol. , vol. 52, no. 12, pp.
2910 –2917, 2020.