## PENGUKURAN KONSENTRASI LURUHAN THORON DENGAN SPEKTROMETER GAMMA HP-Ge

## Eko Mulyadi
SMKN 3 Yogyakarta Jl. R.W. Monginsidi 2A, Yogyakarta E-mail: echoy_m@yahoo.com

## INTISARI
Telah dilakukan pengukuran konsentrasi luruhan thoron dalam ruang tertutup yang dilengkapi dengan ventilasi yang  dapat  ditutup  dan  dibuka.  Pengukuran  konsentrasi  luruhan  thoron  dilakukan  menggunakan  impaktor bertingkat 13 dengan laju alir 3 liter per menit. Setiap tingkat impaktor dicacah dengan spektrometer gamma HP- Ge pada energi 238,6 keV ( 212 Pb). Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi luruhan thoron dalam ruang saat ventilasi ditutup rata-rata sebesar (63,42  4,22) Bq/m 3 dan ventilasi dibuka rata-rata sebesar (49,05  3,43) Bq/m 3 .  Konsentrasi  ini  masih  jauh  di  bawah  konsentrasi  yang  dilaporkan  UNSCEAR  2000  dengan  sumber thoron yang sama .
Kata kunci : konsentrasi, luruhan thoron, spektrometer gamma HP-Ge.

## MEASUREMENTS OF THORON DECAY PRODUCT CONCENTRATION USING GAMMA HP-Ge SPECTROMETER

## ABSTRACT
Measurements  of  the  concentration  of  thoron  decay  product  have  been  performed  in  a  closed  room  equipped with a ventilation which can be closed and opened. The measurements used a thirteen phase impactor at a flow rate of 3 liters per minite. Each impactor phase was counted using a gammaHP-Ge spectrometer at 238.6 keV energy ( 212 Pb). The measurements give a concentration of thoron decay product with closed ventilation of (63.42  4.22) Bq/m 3 , and that with open ventilation of (49.05  3.43)  Bq/m 3 . These values are still far below the value reported by UNSCEAR 2000 using the same thoron source.
Keywords : concentration,  thoron decay products, gammaHP-Ge spectrometer.

## I. PENDAHULUAN
Sumber radiasi yang berasal dari kerak bumi bersumber dari isotop uranium ( 238 U), thorium ( 232 Th) dan aktinium  ( 235 U).  kebanyakan radiasi  yang  berasal dari  kerak  bumi merupakan  isotop  deret radioaktif  ,  masing- masing  deret  terdiri  dari  urutan  produk  nuklida  anak  yang  semuanya  dapat  diturunkan  dari  nuklida  induk tunggal.  Deret  induk thorium  menghasilkan  gas 220 Rn disebut  thoron  berupa gas,  tidak  berwarna,  tidak  berbau dan lepas bebas di udara. Umur paro gas thoron 55,6 detik, maka sewaktu di udara akan meluruh menghasilkan 216 Po, 212 Pb, 212 Bi  dan 212 Po  yang  berupa  partikel  yang  akan  terhisap  oleh  saluran  pernafasan  yang  bergantung ukuran aerodinamis (Bunawas,1996) .
Luruhan  thoron  di  atmosfer  setelah  pembentukan  isotop  thoron  dengan  peluruhan  radionuklida dihasilkan dengan sangat cepat kurang dari 1 detik dengan jejak-jejak gas, uap udara dan menjadi partikel sangat kecil  disebut  kluster.  Semua  kluster  hasil  peluruhan  yang  baru  terbentuk  terbentuk  bermuatan  positif  dan mempunyai  mobilitas  tinggi  mengendalikan  pembentukan  radioaktif  dengan  proses  pengikatan  ,  deposisi  di permukaan  dan  di  dalam  paru-paru  manusia.  Reaksi  cepat  netralisasi  dari  hasil  peluruhan  gas  thoron  setelah pembentukan  fraksi-fraksi  terbesar 212 Pb  (85-88%)  merupakan  partikel  atau  ion  bermuatan  positif  .  Ion-ion menjadi netral karena rekombinasi dengan ion-ion negatif udara melalui proses pemindahan muatan dengan NO, NO 2 dan unsure-unsur  lain  udara.  Saat mengikat anak  luruhan  thoron  yang  bebas  bukan merupakan  satu  jenis kimia  tunggal  ( polidispere )  bergantung  kondisi,  bereaksi  secara  kimia  dengan  oksigen atau  berbagai  jejak  gas dari atmosfer (Reineking, 1990).
Dalam  penelitian  ini  untuk  mengukur  konsentrasi  luruhan  thoron,  dalam  pengukuran  konsentrasi luruhan thoron yang diukur adalah 212 Pb karena mempunyai waktu paro 10,6 jam, waktu paro terlama diantara luruhan pada energi gamma 238,6 keV. Pengukuran dilakukan dalam ruang dengan perlakuan ventilasi ditutup dan dibuka, diasumsikan kelakuan luruhan thoron merata ( uniform ) dalam ruang. Data yang diperoleh digunakan untuk memantau konsentrasi radiasi alam.

## II. DASAR TEORI
Suatu sumber radioaktif selalu memancarkan sinar radioaktif kesegala arah  (4  ) puncak spektrum yang dihasilkan  detektor  akibat  radiasi  tidak  peka  terhadap  radiasi  hambur  /  latar  belakang.  Dalam  spektrometri gamma  laju  cacah  dinyatakan  dalam  cps  (cacah  per  detik).  Nilai    cacah  ini  tidak  mencerminkan  aktivitas sesungguhnya dari sumber dan bergantung dari efisiensi deteksi dan pelimpahan ( P  ) energi radiasi gamma yang diukur. Nilai  laju cacah ini didapatkan dengan jalan menentukan luas puncak serapan total suatu puncak gamma dan membaginya dengan waktu pencacahan.
Jika luas serapan total pada tenaga sebesar E, maka nilai  intensitas mutlak harus terdapat pada tenaga E sebagai  konsekuensinya  efisiensi  merupakan  fungsi  tenaga  (Susetyo,  1998).  Efisiensi  deteksi  didapatkan dengan persamaan
% 100 . x P dps cps   
(1)
dengan dps =disintegrasi  per  detik, P  =pelimpahan/intensitas  sinar  gamma  (%).  Dalam penelitian  ini  kalibrasi efisiensi  terhadap  tenaga  (Gambar  1)  pada  energi  gamma 212 Pb  =  238,6  keV  diperoleh  efisiensi  (  )  =0,06027 dengan P  =0,446.
Gambar 1. Kurva kalibrasi efisiensi dalam bentuk titik  (Mulyadi, 2002 : 26).
Pengukuran konsentrasi  dilakukan dengan metode statistik karena setiap atom radioaktif  yang meluruh mempunyai kebolehjadian tertentu cenderung kepada dsitribusi poisson. Kesalahan pengukuran radioaktivitas satu sample dinyatakan dalam bentuk simpangan baku (Sd). Simpangan baku untuk tingkat kepercayaan 68% (Emlinarti dkk, 1997, Sutarman dkk.,2000 )
b b c c d t C t C S   (2)
Selanjutnya perhitungan konsentrasi dilakukan dengan cara relatip,
W P S C C C d b c n . . ) (      , (3)
dengan Cc =laju  cacah total  sample  (cps), Cb =laju  cacah  latar  belakang  (cps), Sd =simpangan  baku,  tc  dan tb = waktu  cacah  sampel  dan  latar  belakang,  =efisiensi, P  =pelimpahan  pada  energi  tertentu, W =volume/  berat sample (m 3 atau kg), Cn =konsentrasi (Bq/m 3 ).

## III. METODE PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  adalah  sumber  thoron  Monazite  250  gram,  plastik  mylar  dan  filter  HEPA berdiameter  81 mm, plastik seal. Alat yang digunakan adalah ruang simulasi ( chamber ) berukuran 1,8 m x 1,2
m x 1,2 m buatan P3KR BiN, impaktor 13 tingkat tekanan rendah model 3551 Andersen, meter beda tekanan 20- 60 (Wallace Tierman, USA), pompa hisap 230 volt, termometer, higrometer dan barometer, pinset alumunium, seperangkat pencacah spektrometri gamma HP-Ge Ortec, USA.
Adapun cara kerja penelitian adalah sbb. Pelat impaksi dengan plastik mylar yang berukuran (  81 mm) dipasang pada setiap tingkat impaktor sampai 13 tingkat namun tingkat terakhir dengan filter HEPA , kemudian alat  dirangkai  (Gambar  2).  Setelah  satu  bulan  sumber  thoron  dimasukkan  dalam  ruang  simulasi  ( chamber ) kemudian  dilakukan  pengambilan  sampel  radioaktif  dari  ruang  dalam  keadaan  ventilasi  tertutup,  sampel dialirkan ke impaktor bertingkat yang telah dihubungkan dengan pompa hisap selama 60 menit dengan laju alir 3 liter per menit dan beda tekan 114 mmHg. Setelah sampel berakhir plastik mylar dan filter HEPA dimasukkan ke dalam  plastik  seal.  Kemudian  dilakukan  pencacahan  menggunakan  spektrometri  gamma  HP-Ge  (Ortec,  USA) setiap  tingkat  selama  10 menit anak luruhan  thoron  pada  energi  gamma  238,6  keV  ( 212 Pb)  dan  diperoleh  data hasil cacahan kemudian diolah menjadi data konsentrasi.
Percobaan diulangi sebanyak lima kali keadaan ruang tertutup, dan lima kali untuk perlakuan ventilasi dibuka  kemudian  dilakukan  analisis  konsentrasi  luruhan  thoron  dalam  keadaan ruang  dengan  ventilasi  ditutup dan dibuka.
Gambar 2 . Rangkaian alat-alat penelitian.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sumber thoron yang berupa monazite diletakkan selama satu bulan agar tercapai keseimbangan Radium dan anak luruhnya yang merupakan luruhan thoron. Kemudian dilakukan pengambilan sampel selama satu jam dengan perlakuan ventilasi tertutup dan terbuka , kemudian pelat impaksi setiap tingkat dicacah selama 10 menit isotop 212 Pb sebagai luruhan thoron pada energi gamma 238,6 keV sehingga diperoleh data hasil penelitian. Cacahan yang diperoleh dari penelitian berubah dari waktu ke waktu, karena secara teknis dipengaruhi oleh  posisi  sampel  pada  saat  pencacahan  sebab  diameter  detektor  lebih  kecil  dari  diameter  sampel  ( mylar ) sedangkan tekanan dalam ruang, suhu dan kelembaban relatif berpengaruh kecil.
Tabel I. Konsentrasi ruang terhadap tanggal pencuplikan.
Perlakuan Ruang Thoron Percobaan/ Tanggal sampling 2002 Kondisi Ruang Suhu ( o C);Kelembaban(%);Tekanan (mmHg) Konsentrasi (Bq/m 3 ) Deviasi Standard (Bq/m 3 ) Background 0 / 18 Maret 28 ; 74 ; 761,5 05,07 4,16 1 / 25 Mei 29; 68 ; 760,1 31,71 3,21 2  / 26 Mei 29 ; 68 ; 760 90,89 5,09 Ventilasi tertutup 3 / 01 Juni 27 ; 67 ; 760,8 69,21 4,23 4 / 02 Juni 28 ; 67 ; 760,5 80,76 4,60 5 / 14 Juni 28 ; 68 ; 756,4 60,49 3,96 Rata-rata 63,42 4,22 6 / 15 Juni 28 ; 69 ; 756,3 62,99 3,88 7 / 16 Juni 28 ; 69 ; 758,9 71,03 4,10 Ventilasi terbuka 8 / 21 Juni 28 ; 68 ; 760 36,17 3,00 9 / 22 Juni 28 ; 68 ; 760,1 55,17 3,60 10 / 23 Juni 28 ; 68 ; 760,4 19,91 2,58 Rata-rata 49,05 3,43 Sumber Thoron Meter beda tekanan Impaktor Kran Pompa Hisap Ventilasi buka/tutup

## 1 & 2                    PENGUKURAN KONSENTRASI LURUHAN THORON
Perhitungan konsentrasi luruhan thoron dalam ruang menggunakan persamaan (2) dan (3) dengan  = 0,06027, P  =0,446 dan volume ( W )=0,18 m 3 . Diperoleh hasil perhitungan konsentrasi rata-rata setiap percobaan terhadap  waktu  pencuplikan  (Tabel  I)  dan  dibuat  grafik  besar  konsentrasi  setiap  percobaan  terhadap  tanggal percobaan  (Gambar  3),  menunjukkan  konsentrasi  berubah  dari  waktu  ke  waktu.  Waktu  sampling  berdekatan konsentrasi  luruhan  thoron  bertambah  besar  karena  perbedaan  tekanan  daerah  hisapan  atau  terjadi  pengisian aerosol  partikel  didaerah hisapan.  Sedangkan  waktu  sampling  berjauhan  konsentrasi luruhan  thoron  berkurang karena terjdi sebaran merata aerosol partikel dalam ruang.
Hasil  penelitian  menunjukkan  perlakuan  ventilasi  ditutup  konsentrasi  rata-rata  diperoleh (63,42  4,22)Bq/m 3 dan ventilasi dibuka rata-rata sebesar (49,05  3,43) Bq/m 3 . Konsentrasi luruhan thoron dalam ruang  dengan  perlakuan  ventilasi  ditutup  lebih  besar  dari  perlakuan  ventilasi  dibuka,  karena  saat  ventilasi  di buka terjadi pengenceran dengan udara luar atau mendapat partikel tambahan dari luar chamber. Hasil penelitian konsentrasi ini masih jauh di bawah konsentrasi sumber thoron dari monazite menurut laporan UNSCEAR tahun 2000 sebesar 8000-300.000 Bq/kg.
Gambar 3 .   Konsentrasi ruang dengan perlakuan ventilasi ditutup dan dibuka terhadap tanggal pencuplikan.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Konsentrasi  rata-rata  hasil  penelitian  luruhan  thoron  dalam  ruang  dengan  ventilasi  ditutup  sebesar (63,42  4,22) Bq/m 3 dan ventilasi dibuka (49,05  3,43) Bq/m 3 . Konsentrasi radioaktif dengan perlakuan ruang ventilasi  ditutup  lebih  besar  dari  perlakuan  ruang  ventilasi  dibuka  karena  terjadi  penambahan  aerosol  partikel dari luar saat ruang dibuka hal ini akan mengurangi konsentrasi radioaktif luruhan thoron, sehingga disarankan bahwa  dalam  ruangan  perlu  disyaratkan  ventilasi  dibuka  agar  terjadi  pengenceran  dengan  udara  luar.  Hasil penelitian  konsentrasi  ini  masih  jauh  di  bawah  konsentrasi  sumber  thoron  dari  monazite  menurut  laporan UNSCEAR tahun 2000 sebesar 8000-300.000 Bq/kg.
Disarankan  penelitian  lanjutan  dengan  jumlah  sumber  thoron  yang  lebih  besar,  dengan  penambahan asap, kabut, ruang  AC agar dengan berbagai kondisi dapat diukur konsentrasi gas thoron.

## DAFTAR PUSTAKA
Bunawas,1996,  ”Pemantauan  radioaktivitas  udara  di  pabrik  kaos  lampu”, Prosiding  Seminar  BATAN ,  18-19 Agustus 1996, Jakarta: PEBN BATAN, 314-318.
Emlinarti  dkk,  1997,”Konsentrasi  radionuklida  alam  (Ra-226,  Th-228  dan  K-40)  dalam  bahan    bangunan  di daerah  Pekanbaru  dan  sekitarnya”, Prosiding Persentasi  Ilmiah  Keselamatan  Radiasi  dan  Lingkungan V , 26-27 Agustus 1996, Jakarta: P3KR BiN BATAN, 149-157.
Mulyadi,  E.,  2002,  ”Karakteristik  diameter  ikatan  aerosol  dengan  luruhan  thoron  dalam  ruang  tertutup  dan kemungkinan  pengendapannya  di  dalam  organ  pernafasan”, Tesis  S2 ,  Program  Pascasarjana  UI  Jakarta.
Reineking,  A.,  1990,  “Activity  size  distributions  of  the  short  lived  radon  daughter  in  the  indoor  and  outdoor environments: an improved single-screen method and results” , Health Physics , 58 (6), 715-727. Susetyo, W., 1998, “Spektrometri gamma dan penerapannya dalam analisis pengaktifan neutron”, Yogyakarta: Gajah Mada University Press.
Sutarman,  dkk.,  2000,  “Penentuan  konsentrasi 238 U, 232 Th  dan 40 K  dalam  tanah  dan  laju  paparan  total menggunakan  spektrometri  gamma  in  situ  di  daerah  Jawa  Barat”, Prosiding  Presentasi  Ilmiah Keselamatan Radiasi dan Lingkungan VIII, 23-24 Agustus 2000, Jakarta: P3KR BiN BATAN , 42-49. UNSCEAR, 2000, “Sources and effects of ionizing radiation”, Volume I, Sources United Nations.