## APLIKASI PENSILBARIS1.2 UNTUK DESAIN KESELAMATAN IRADIATOR GAMMA BATAN 500K
Pudjijanto MS
Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN e-mail: pudji_ms@batan.go.id
Diterima editor 3 Desember 2010 Disetujui untuk publikasi 28 Januari 2011

## ABSTRAK
APLIKASI  PENSILBARIS1.2  UNTUK  DESAIN  KESELAMATAN  IRADIATOR  GAMMA BATAN  500K . Aspek keselamatan penggunaaan radiasi gamma, khususnya penggunaan iradiator gamma  perlu  ditekankan  untuk  menjamin  keselamatan  personil  maupun  keselamatan  lingkungan. Keselamatan radiasi pekerja diperhitungkan pada saat fasilitas iradiasi beroperasi normal dan ketika sedang  dilakukan  bongkar-muat  sumber  radiasi  dan  perawatan/perbaikan  fasilitas  dengan  sumber radiasi  berada  di  dalam  kolam  penyimpan  atau  di  rak  khusus  penyimpan  sumber.  Jenis  dan  tebal dinding beton ruang papar yang sekaligus berfungsi sebagai perisai radiasi perlu dipertimbangkan, agar paparan radiasi di lingkungan fasilitas iradiator ini memenuhi kriteria keselamatan radiasi yang ditetapkan BAPETEN. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan PensilBaris1.2 dengan teknik integrasi  kernel  titik  dan  sebagai  pembanding  digunakan  program  MCNP5  dengan  teknik  Monte Carlo. Fasilitas  iradiator  gamma  inovatif  yang  akan  didesain berdimensi  panjang  13  m,  lebar  6  m dan tinggi 4 m. Radiasi gamma bersumber dari 36~52 batang Cobalt-60 beraktivitas total 500 kCi yang  disusun  tegak  berjajar  yang  berjarak  sama  dalam  sepasang  rak  sejajar  bertingka  dua  dengan panjang 135 cm dan tinggi 100 cm. Jarak pisang antara sepasang rak sumber gamma ditetapkan 120 cm.  Hasil  perhitungan  program  PensilBaris1.2  untuk  dinding  beton  dengan  kerapatan  2,45  g/cm 3 berturut-turut  memberikan  141,6;  164,4  dan  154,9  cm  dan    program  MCNP5  berturut-turut memberikan ketebalan 145, 155 dan 140 cm.  Perbedaan hasil dari kedua tool ini, selain disebabkan oleh  teknik  dan  metode  komputasi  yang  berbeda,    disebabkan  karena  adanya  perbedaan  pustaka data  tampang  interaksi  foton  dengan  materi  dan  faktor  bangkit  dosis  yang  digunakan.  Hasil perhitungan menggunakan PensilBaris1.2 dengan kerapatan 2,35 g/cm 3 memberikan tebal dinding beton  dalam  arah  memanjang,  melebar  dan  meninggi  berturut-turut  147,4;  170,7  dan  161,4  cm. Kedalaman  benam  minimal  ujung  atas  sumber  dari  permukaan  air  kolam  menggunakan PensilBaris1.2 sebesar 4,85 meter untuk laju dosis 0,25 mrem/jam dan 3,25 m untuk nilai batas 2,5 mrem/jam, sedangkan bila menggunakan MCNP5 memberikan harga yang tak begitu jauh berbeda. Bedasarkan  hasil  perhitungan  ini  telah  dibuat  desain  dasar  fasilitas  radiator  gamma  yang  dapat dilanjutkan kedesain lengkap sehingga dapat diaplikasikan untuk kepentingan masyarakat.
Kata  kunci:  iradiator  gamma,  laju  dosis  radiasi,  dosis  radiasi  total,  keselamatan  radiasi,  perisai radiasi, PensilBaris, MCNP5.
SAFETY DESIGN OF THE BATAN 500K GAMMA IRRADIATOR USING PENSILBARIS1.2 CODE .  The  safety  aspects  of    the  gamma  radiation  application,  especially  in  using  of  gamma irradiators  is  required  to  guarantee  the  personnel  safety  and  environmental  safety. The  radiation safety  of  workers  is  reckoned  in  normal  operation  of  the  irradiation  facility  and  in  loading- unloading of radiation source and maintenance or repairing of this facility when radiation source inside  the  storage  pool  or  in  the  depository  racks.  The  type  and  thickness  of  concrete  wall  that serves  as  radiation  shielding  should  be  considered,  so  the  radiation  exposure  in  the  environment fulfil with the radiation safety criteria established by BAPETEN. Calculation performed  by using the  PensilBaris1.2  computer  code  with  a  point  kernel  integration  technique  and  as  comparison
using MCNP5 code with the Monte Carlo techniques. The facility of innovative gamma irradiator has  dimension  of  length,  wide  dan  hight  13,  6  and  4  m,  respectively  and  gamma  sources  emitted from 36~52 Cobalt-60 rods with 500 kCi total activities that are arranged in a pair of parallel 2- level rack in 135 cm long and 100 cm height. The results of calculation using PensilBaris1.2 give a thickness of 2.45 g/cm3 density concrete wall in length, wide and hight are 14.,6; 164.4 and 15.,6 cm, revectively. Similar analysis using MCNP5 but for 2.45 g/cm3 density concrete wall, giving the thickness  of 145,  155  and 140  cm,  resvectively.  The difference  results  from both  tools,  other  than due to the technical and computational methods are different, may be caused also by differences in the data library of the photon interaction cross-section to the matter and dose built-up factor used. Meanwhile,  the  result  from  PensilBaris1.2  using  density  of  concrete  wall  2.35  g/cm3  give  the thickness of wall in length, wide and hight of 147.4; 170.7 and 161.4 cm, respectively.  Minimum under water depth of the upper end of the source rack from the water surface using PensilBaris1.2 giving 4.85 m for 0.25 mrem/h and 3.25 m for the limit value 2.5 mrem/h dose rate, whereas using MCNP5  giving  not  so  much  significantly  different  values.  Based  on  these  calculations  the  basic design of gamma irradiator facility has been made and then it will be continued to detail design so after that it can be fabricated for operation
Key words: gamma irradiators, radiation dose rate, total radiation dose, radiation safety, radiation shielding, PensilBaris, MCNP5.

## PENDAHULUAN
Persoalan  mengenai  perisai  radiasi  sebenarnya  menyangkut  sejumlah  banyak fungsi.  Maksud  digunakannya  perisai  radiasi  di  lingkungan  medan  radiasi  antara  lain untuk  mengurangi  paparan  radiasi  pada  orang  yang  berada  di  sekitar  sumber  radiasi tersebut. Perisai radiasi yang digunakan untuk maksud seperti ini disebut perisai biologis. Perisai  radiasi  di  instalasi  iradiator  gamma  digunakan  untuk  mengurangi  intensitas insiden sinar- γ di lingkungan bangunan tersebut. Perisai yang sekaligus berfungsi sebagai dinding  luar  bangunan  ini  melindungi  ruang  papar-   dari  pemanasan  lebih  yang  berasal dari  serapan  sinar- γ .  Perisai  semacam  ini  disebut  perisai  termal.  Beberapa  jenis  perisai digunakan untuk melindungi peralatan / instrumentasi elektronika yang peka, yang tidak dapat  berfungsi  dengan  baik  dalam  medan  radiasi.  Perisai  semacam  ini  disebut  perisai aparatus.  Perisai  radiasi  yang  akan  dibahas  dalam  makalah  ini  mencakup  ketiga  fungsi tersebut  di  atas,  tetapi  analisis  dan  rekomendasinya  cenderung  lebih  diutamakan  dalam kaitannya dengan keselamatan radiasi terhadap jasad hidup, khususnya manusia [1, 2].
Di  luar  pembicaraan  masalah  reaktor  dan  akselerator,  biasanya  perisai  radiasi hanya  perlu  untuk  melindungi  manusia  terhadap  radiasi  sinar-X  dan  sinar- γ saja,  bukan terhadap  radiasi  zarah  alpha  ( α + )  dan  zarah  beta  ( β – ).  Hal  ini  disebabkan  jangkau  zarah bermuatan (+/–) dalam bahan (materi) sangat pendek. Makalah ini hanya akan membahas satu masalah saja, yaitu mengenai perisai biologi dan dampak radiologi dari radiasi sinar- γ di  instalasi  iradiator  gamma.  Dalam  kasus  ini,  pokok  permasalahannya  adalah menentukan  tebal  dan  atau  komposisi  bahan  perisai  yang  diperlukan  untuk  mengurangi laju dosis radiasi pada tingkat yang ditentukan sebelumnya serta agihan laju dosisnya di ruang pemaparan.
Kemampuan  sinar-   berenergi  tinggi  untuk  menerobos  masuk  ke  dalam  materi memungkinkan  dapat  dimanfaatkan  untuk  tujuan  pasteurisasi  dan  sterilisasi  melalui proses ionisasi atom-atom materi. Karena itu, radiasi sinar-  disebut juga radiasi pengion. Ion-ion  bermuatan  hasil  proses  ionisasi  dapat  merusak  molekul-molekul  sel,  memutus ikatan  DNA,  dan  membunuh  atau  membuat  ketakmampuan  bakteri  pathogen  dan
Nomor : 266/AU1/P2MBI/05/2010
serangga  untuk  bereplikasi.  Sebagai  radiasi  pengion,  sinar-   telah  banyak  digunakan untuk mengulur masa simpan dan mensterilisasi berbagai produk industri dan pertanian di berbagai negara, seperti Amerika dan Jepang, termasuk di Indonesia [3].
Sebagai teladan, sebuah iradiator gamma baru dengan luas ruang papar 76 m 2 juga menggunakan sumber gamma Co-60 beraktivitas 1 MCi kini sedang dibangun di Instituto de  Pesquisas  Energeticas  e  Nucleares  (IPEN-CNEN/SP)  Brasilia,  dengan  desain  yang revolusioner.  Teknologi  yang  dikembangkan  untuk  fasilitas  ini  terdiri  dari  sistem transport  kotak  jinjing  bersinambung,  terdiri  dari  kubah  beton  tunggal,  dengan  sistem transportasi  pemasukan  dan  pengeluaran  produk  secara  otomatis  menggunakan  pintu berputar yang terpadu dengan perisai radiasi menggantikan konfigurasi labirin tradisional yang berliku-liku [4, 5].
Kecenderungan  jumlah  industri  pengguna  iradiator-   meningkat  terus  dari  waktu ke  waktu.  Hal  ini  tidak  terlepas  dari  peran  BATAN  dalam  mempromosikan  teknologi iradiasi  ke  masyarakat  industri  dan  keberterimaan  industri  dalam  memanfaatkan teknologi  iradiasi.  Oleh  sebab  itu,  untuk  dapat  memberikan  layanan  iradiasi  terhadap berbagai komoditas industri di setiap daerah di Indonesia,  cara yang paling tepat adalah pada  beberapa  daerah  hendaknya  (diharapkan)  memiliki  fasilitas  iradiasi  gamma.  Untuk itu,  perlu  dirancang  sebuah  iradiator-   yang  memiliki  nilai  ekonomis  tinggi  dan memberikan keuntungan bagi para industri baik di daerah maupun di pusat.
Dalam  makalah  ini,  perhitungan  laju  dosis-   di  sekitar  sumber  radiasi  dilakukan secara  analitis  menggunakan  PensilBaris1.2,  sebuah  program  komputer  produk  lokal yang  ditulis  menggunakan  bahasa  pemrograman  saintifik  FORTRAN-77  dan  dihimpun serta dipadu dengan compiler/linker Compaq Visual Fortran Versi 6.5 [6]. PensilBaris1.2 (versi-1  revisi-2)  identik  dengan  PensilBaris1.1  yang  telah  direvisi/dikembangkan  agar hasil  keluaran  opsionalnya  bisa  diolah  dengan  Excel  untuk  tujuan  penggambaran  laju isodosis  radiasi.  Dengan  sumber  radiasi  dimodelkan  sebagai  sejumlah  banyak  batang pensil sumber yang berdiri tegak lurus dan berbaris sejajar. Seperti halnya program yang telah  dibuat  untuk  menganalisis  laju  dosis  iradiator  gamma  menggunakan  elemen  bakar nuklir bekas  RSG-GAS dengan  konfigurasi sejajar,[7] PensilBaris1.2 pun  menggunakan metode  analitik  numerik  integral  kernel  titik.  Untuk  model  sumber  iradiator-   yang berupa multiple source dan semi complex dimension , sehingga pendekatan secara analitis tidak  tepat  untuk  digunakan,  maka  penyelesaiannya  dikerjakan  dengan  menggunakan metoda pembangkitan bilangan acak (rambang, random) dengan teknik MC (Monte Carlo) yang  diselesaikan  dengan  menggunakan  paket  program  MCNP5  (Monte  Carlo for Neutral  Particle  Version -5)  [8].  Sebagai  teladan,  geometri  iradiator  gamma  industrial “Gammacell 220” pernah disimulasi semirip mungkin untuk menghasilkan kembali setup eksperimental  oleh  Rodrigues  dkk.  menggunakan  MCNP  [9].  Metode  MC  ini  adalah salah satu teknik atau cara penyelesaian masalah transport partikel netral (foton- ) dengan melakukan simulasi sejarah jejak partikel, yaitu dengan cara mengikuti jejak partikel dari sejak  pembentukan  awal  diikuti  langkah  demi  langkah  dalam  medium  yang  telah didefinisikan  sebelumnya  sampai  partikel  itu  lenyap  keberadaannya  dari  sistem  yang ditinjau.  Dalam  perhitungan  pelemahan  foton-   dengan  menggunakan  metode  MC,  data tampang  lintang  interaksi  mikroskopis  setiap  unsur  untuk  hamburan  Compton  ( C ), serapan  fotolistrik  ( pe ),  dan  bentukan  pasangan  ion  ( pp )  telah  tersedia  dalam  memori pustaka  paket  programnya.  Kebolehjadiannya  berinteraksi  dengan  media  disimulasi dengan bantuan pembangkit bilangan acak ( random number generator ), setelah densitas materi  diketahui  dari  data  masukan  programnya.  Cacah  foton-   yang  melewati  suatu lokasi tertentu dihitung ( scored ), jumlah cacah foton-  ini merupakan fluks foton-  pada titik  yang  diobservasi  [8].  Lingkup  dan  rencana  kegiatan  penelitian  ini  difokuskan  pada
aspek keselamatan fasilitas iradiator-  dengan sumber radiasi Cobalt-60 dengan aktivitas maksimum  0,5  juta  curie  (500  kCi)  hanya  untuk  model  kering  saja,  yaitu  iradiasi dilakukan di dalam ruang papar berisi udara pernafasan dengan suhu dan tekanan normal ( t = 20 °C, p = 1 atm), bukan atau tidak dilakukan ketika sumber-  berada di dalam kolam air.  Di  dalam  kolam  air  ini  justru  sumber-   disimpan/diistirahatkan.  Aspek  keselamatan radiasi dari fasilitas ketika sumber-  berada di dalam kolam air penyimpan hanya ditinjau untuk  kedalaman  minimal  berapa  dari  permukaan  air  kolam  sedemikian  rupa  sehingga dalam  kondisi  fasilitas  tidak  beroperasi,  masih  cukup  aman  bagi  pekerja  operator  atau perawat fasilitas. Tahapan dan rencana kegiatan ini meliputi: pengumpulan bahan / studi pustaka  termasuk  spesifikasi  sumber  Cobalt-60,  spesifikasi  bahan  perisai  dan  penentuan batas-batas  keselamatan  bagi  pekerja  dan  lingkungan,  penyiapan  progam  PensilBaris1.2 [3]  dan  MCNP5  [4]  untuk  pelaksanaan  perhitungan,  dan  penjalanan  program  dengan masukan data yang telah diperoleh sebelumnya.

## TEORI

## Fluks -
Telah  disimpulkan  penyajian  formulasi  matematis  sederhana  untuk  fluks-   tanpa tumbukan φ u dan  dengan  tumbukan  hamburan φ b ,  dari  sebuah  sumber  foton- monoenergetik  berbentuk  batangan  tongkat  di  sembarang  titik  pengamatan  yang  masih dalam ruang yang sama dengan sumber-  itu sendiri, yang volume ruang paparnya nisbi besar  dan  densitas  material  pelemah  foton-   (udara)  dianggap  seragam  dan  merata  di seluruh  pelosok  elemen  volumenya.  Penjabaran  formula  matematika  secara  terinci diberikan  dalam  laporan  terpisah  mengingat  adanya  kendala  jumlah  halaman  dalam penulisan makalah.
Gambar  1  menunjukkan  skema  prototipe  sepenggal  sumber  garis  dalam  keadaan terpapar  (terbuka)  dengan  posisi  berdiri  tegak  lurus  di  udara  pada  suhu  dan  tekanan kamar  kerja  normal  ( t =  ~27  °C, p =  ~1  atm)  di  sekitar  putaran  tengah  sebuah  ruang tertutup, katakanlah di dalam ruang papar iradiator-  yang berdinding beton ringan biasa dengan  rapat  massa  nominal  pasaran  sebesar beton =  2,35  g/cm 3 setebal x bton (120~180) cm. Titik A di ujung tutup bagian bawah dari batang sumber berada pada aras setinggi z bot (30~60) cm dari titik E di permukaan lantai dan titik O sebagai sentral sumber-  batang berada  pada  jarak x udr (200~1000)  cm  dari  titik  C  di  permukaan  dinding  bagian  dalam terdekat dari ruang papar iradiator- .
* + ,- . + /- 0 . 1 2 3 + 4 5. 6 + Vol. 13 No.1 Februari 2011, Hal. 34-48
G 7 8 97 : ;< =>8 9 ? :@ isotropis  untuk menghitung laju dosis  di dalam ruang papar.
Jika aktivitas total sebatang sumber-  dari ujung satu (A) hingga ke ujung lain (B) sepanjang L (cm)  adalah S T ,  dan  jika  aktivitas  sumber  batang  ini  dapat  dikatakan homogen  di  seluruh  volume  yang  dalam  hal  ini  di  sepanjang  batang  sehingga S L merupakan  aktivitas  per  satuan  panjang,  maka  fluks-   tanpa  tumbukan  di  titik  P  dapat diformulasikan sebagai:
{ } ) , ( ) , ( 4 2 1 L u R F R F R S µ θ µ θ π φ + ⋅ = (1)
dan fluks-  dengan tumbukan φ b diberikan oleh persamaan:
( )
( ) { } ( ) { [ ⋅ + + ⋅ + ⋅ = ⋅ = = = + − = ⋅ + − 2 1 2 1 L 2 1 sec 1 L b 1 , 1 , 4 4 2 1 i i i i i R i F R F A R S d e A R S i m a θ µ α θ π ϕ π φ θ θ ϕ ϕ µ α
(2)
Gambar  2  menunjukkan  integral  Sievert F ( θ , x )  sebagai  fungsi  dari x =  µ· R untuk beberapa harga dari θ .
G 7 8 97 : A< B> CDE F F CH ? D :7 K = ? L 7 C HM = ? L F θ atau integral Sievert: θ
Fungsi  integral  Secant  atau integral  Sievert adalah  sebuah  fungsi  dengan  2  (dua) peubah, yaitu   dan x , yang didefinisikan sebagai:
θ
= ϕ ϕ − ϕ = θ 0 sec ) , ( d e x F x (3)
dengan, ϕ ≡ peubah “boneka” dari sudut bidang pandang θ , |radial|; θ ≡ sudut  bidang  pandang  yang  dipertahankan  pada  atau  dibatasi  oleh  harga-harga yang lebih kecil daripada atau kurang dari π /2. Gambar 3 menunjukkan skema prototipe sepenggal sumber garis pemancar foton- dalam  instalasi  fasilitas  iradiator-   ditinjau  dari  luar  dinding  bangunan.  Berikut  di bawah ini disajikan besarnya fluks-  tanpa tumbukan φ u dan dengan tumbukan hamburan φ b dalam  bentuk  formulasi  matematika  sederhana  dari  sebuah  sumber  foton-   di sembarang titik pengamatan  di atas permukaan bidang dinding  luar  yang  sejajar dengan sumbu sumber. Dalam hal ini, dinding ruang iradiator-  yang sekaligus berfungsi sebagai perisai radiasi eksternal ini bentuknya berupa semacam balok berongga dengan keempat permukaan dinding luar-dalamnya sejajar dengan sumber batang yang berdiri tegak lurus permukaan lantai di sekitar pertengahan ruang papar.
W X Y ZX [ \] ^_Y Z ` [b untuk menentukan laju dosis  di luar dinding
Karena R' adalah jarak terdekat antara sumbu batang sumber-  dan titik observasi Q out yang terletak di bidang permukaan dinding luar ruang iradiator-  yang sejajar batang sumber, maka fluks-  tanpa tumbukan di titik Q out dapat disajikan sebagai
c d ef g d hf i g j k l d n og p d Vol. 13 No.1 Februari 2011, Hal. 34-48
( ) ( ) { }
( ) ( ) { } btn btn udr udr 2 btn btn udr udr 1 L 2 1 L u , , 4 , , 4 x x F x x F R S R F R F R S µ µ θ µ µ θ π µ θ µ θ π φ + − + ⋅ ′ = ′ ′ − ′ ′ ⋅ ′ =
(4)
dan fluks-  terbangkit φ b diberikan oleh persamaan:
( ) { } ( ) { } ( ) { [ ∏ ⋅ + + ⋅ + ⋅ ⋅ ′ = ∏ ⋅ ⋅ ′ = = = = = + − = ⋅ + − 2 1 2 1 , , 2 , , 1 , L 2 1 2 1 sec 1 , L b 1 , 1 , 4 4 2 1 , , j i q q r j i j j i j i j i j i X j i X F X F A R S d e A R S j j i j i µ α θ µ α θ π ϕ π φ θ θ ϕ ϕ µ α
(5)
dimana indeks i = 1 s.d. 2 seperti sebelumnya adalah menyatakan nomor urut parameter faktor bangkit versi Taylor dan indeks j =1 s.d. 2 adalah menyatakan jenis bahan perisai, yaitu berturut-turut: 1 untuk udara dan 2 untuk beton.
Gambar  4  menunjukkan  skema  prototipe  sumber  garis  pemancar  foton-   dalam instalasi fasilitas iradiator-  ditinjau dari luar atap bangunan gedung.
s t u vt w xy z{u v | w} isotropis untuk menentukan laju dosis  di atas atap
Kepanjangan  dari  sumbu  sumber  batang  AB  ke  atas  akan  menembus  atap  beton setebal z btn di  titik  D  di  permukaan  bagian  dalam  dan  di  titik  P  di  permukaan  luar.
Selanjutnya  hendak  dirumuskan  fluks-   tanpa  ( φ u )  dan  dengan  ( φ b )  tumbukan  di  titik  Q yang terletak di permukaan luar atap beton pada jarak R = PQ. Jika  di  sini  ada S L foton- γ yang  dipancarkan  secara  isotropis  per  satuan  panjang dari sumber, maka fluks- γ tanpa tumbukan di titik tersebut adalah:
( ) ( ) ( { , ( ) , ( , , , 4     1 udr btn 2 udr 2 1 L u F a F R f R S − − ⋅ − ⋅ ⋅ = µ µ θ µ µ θ µ θ θ π φ
(6)
dengan faktor koreksi rerata
( )      2 udr 2 2 udr 1 2 udr 2 1 , ( , , , , θ θ µ θ µ θ µ θ θ π π − − − − = R F R F R f (7) Pada  umumnya,    , , , udr 2 1 ≈ µ θ θ R f
dan btn udr btn µ ≈ µ − µ sehingga persamaan (6) menjadi:
{ } ) , ( ) , ( 4 1 2 L u a F a F R S µ θ µ θ π φ − ⋅ =
(8)
Dengan demikian fluks terbangkit di atas atap ruang iradiator-  dapat dirumuskan oleh:
( ) { } ( ) { } [ ] ⋅ + − ⋅ + ⋅ ⋅ = = 2 1 1 2 L b 1 , 1 , 4 i i i i a F a F A R S µ α θ µ α θ π φ (9)
Gambar 5  melukiskan  keadaan  kedua pasang rak  sumber sejajar ketika berada di dalam kolam penyimpanan. Jika di sini ada S L foton- γ yang dipancarkan secara isotropis per satuan panjang dari sumber, maka fluks- γ tanpa tumbukan di titik tersebut adalah:
{ } ) , ( ) , ( 4 1 2 L u a F a F R S µ θ µ θ π φ − ⋅ =
(10)
dan fluks terbangkit di atas kolam penyimpan sumber -  dapat dirumuskan oleh:
( ) { } ( ) { } [ ] ⋅ + − ⋅ + ⋅ ⋅ = = 2 1 1 2 L b 1 , 1 , 4 i i i i a F a F A R S µ α θ µ α θ π φ
(11)
Selanjutnya,  dengan  diketahuinya  fluks  gayut  energi  baik  tanpa  ( φ u )  atau  dengan ( φ b )  tumbukan  hamburan  di  berbagai  titik  pengamatan  maka  laju  dosis  di  titik  tersebut dan tebal dinding samping, tebal atap dan kedalaman bagian atas sumber dari permukaan air dapat ditentukan nilainya.
                Vol. 13 No.1 Februari 2011, Hal. 34-48
¡ ¢ £¡ ¤ ¥¦ §¨¢ £ © ¤ª isotropis untuk menentukan laju dosis  kedalaman kolam penyimpan.

## Laju Dosis dan Total Dosis-
Perhitungan dosis terserap ( D ) dan laju dosis (ter)serap ( « ¬ ¡ ­ ¡ ®¡ ¯ ¢ °¤ °± ²© ± © ¤ ³° pada  perhitungan  paparan  ( X )  dan  laju  papar(an)  ( ´ µ ¬ ¦ ¶· ² °² ³© ¤ ²© ¤ ¡ ± ­ °¨¸¨¤ ­ ¡ ®¡ ¢ satuan rad yang sama dengan serapan 100 erg tenaga sinar- γ per gram jaringan lunak atau jaringan biologis ( tissue ). Dalam satuan yang lebih sesuai, 1 rad = (100 erg/g) per (1,6021 ¹ º» ¼½ © ¤ ¾¿À © Á¬ Â Ã Ä Å¥ ¹ º» Æ À © Á¿¾
(12)
Laju serapan sinar- γ oleh jaringan lunak adalah:
detik gram MeV tis a ⋅ ⋅ ⋅ = ρ µ φ γ γ E D (13)
dengan,
φ γ ≡ fluks atau intensitas sinar- γ , |foton- γ /(cm²·det)|; E γ ≡ tenaga sinar- γ , |MeV|; ( µ a / ρ ) tis ≡ koefisien serapan massa dari tissue pada tenaga E γ , |cm²/gram|. Dengan mensubstitusikan persamaan (12), maka persamaan (13) menjadi:
43
jam mrad 0576 , 0 jam mrad 10 6 , 3 10 6021 , 1 detik rad 10 25 , 6 1 tis a tis a 6 8 tis a 7 ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ × ⋅ × = ⋅ ⋅ ⋅ × = − ρ µ φ ρ µ φ ρ µ φ γ γ γ γ γ γ E E E D (14)
Karena  agihan  (distribusi)  laju  dosis-   ini  dipastikan  bergayut  pada  posisi  titik observasi  Q( x , y )  di  dalam  ruang  papar  iradiator- ,  sedemikian  sehingga  nilainya  saling beda di sembarang tempat titik observasi tersebut berada, maka benda sasaran kerja yang bergerak lambat dengan kecepatan v konstan selama berada di ruang papar sejak ia masuk ( t = 0) sampai ia keluar ( t = t irad ), akan menerima dosis radiasi total D sebesar:
+ + ⋅ ⋅ = = = y x t t y x dy y dx x y x D v dt D D , 2 2 0 ) , ( 1 irad (15)
Semua  formula  diatas  digunakan  untuk  mendesain  iradiataor  gama  yang  sudah dibuat dalam bentuk program bernama PensilBaris1.2.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan tebal minimum dinding beton fasilitas iradiator-  BATAN 500K arah horisontal  (mendatar)  dan  tebal  minimum  atap  beton  arah  vertikal  (tegak)  serta kedalaman benam minimum sumber-  batang dalam kolam penyimpan dilakukan dengan menggunakan  dua  program  komputer  PensilBaris1.2.  Program  PinsilBaris1.2 menggunakan  metode  metode  analitik  kemudian  divalidasi  dengan  program  MCNP5 berdasar  metode  random.  Hal  ini  sangat  penting  karena    dibutuhkan  hasil  yang  sangat teliti  karena  menyangkut  masalah  keselamatan  radiasi  personal.  Kedua  program menggunakan data rapat massa udara, rapat massa air dan kuat sumber-  total yang sama, yaitu berturut-turut 0,001293 g/cm 3 , 0,9993 g/cm 3 dan 36~52 batang sumber-  Co-60 [10] beraktivitas  total  500  kCi.  Data  koefisien  pelemahan  foton-   yang  tersedia  untuk  beton tidak menyebutkan komposisi bahan yang mencakup persen berat unsur yang terkandung di  dalamnya,  melainkan  hanya  menyajikan  rapat  massanya  saja.  Oleh  sebab  itu,  untuk rapat  massa  beton  yang  dikehendaki  berbeda  dengan  nilai  nominalnya,  disiasati  dengan cara  sederhana  yaitu  menggandakan  nilai  ( / ) nominal dengan opsional .  Manakala  dalam praktek pembangunan kelak ada kesulitan untuk mencapai rapat massa yang disyaratkan, hendaknya  bisa  dikompromi/dikompensasi  dengan  cara  menambah  ketebalan  dinding sejauh laju dosis serap maksimal yang disyaratkan tidak terlampaui.
Hasil perhitungan laju dosis tertinggi di pusat permukaan luasan dinding dan atap sisi sebelah luar dari fasilitas iradiator-  sebagai fungsi ketebalan beton dengan   = 2,35 dan  2,45  g/cm 3 menggunakan  program  PensilBaris1.2  dengan  pusat  rak  sumber  gamma berada pada ketinggian 100 cm dari lantai ruang papar diberikan dalam Tabel 1.
Dengan teknik iterasi secara manual, tebal dinding ruang papar dalam arah sejajar sumbu-x  dan  sumbu-y  serta  tebal  atap  dalam  arah  sejajar  sumbu-z  untuk  kondisi  laju dosis  bagi  pekerja  radiasi  dan  orang  awam  menggunakan  PensilBaris1.2  dan  MCNP5 diberikan  dalam  Tabel  2.  Perhitungan  dengan  PinsilBaris1.2  dan  MCNP5  dengan kerapatan  2,45  g/cm 3 tidak  terdapat  perbedaan  yang  signifikan.  Dalam  hal  program
Ð Ñ ÒÓ Ô Ñ ÕÓ Ö Ô × Ø Ù Ñ Ú ÛÔ Ü Ñ Vol. 13 No.1 Februari 2011, Hal. 34-48
PinsiBaris1.2  selanjutnya  akan  digunakan  untuk  perhitungan  iradiator  gamma  karena program  MCNP5  pemodelannya  sangat  sulit  dan  waktu  komputasi  yang  lama  untuk mendapatkan ralat yang kecil. Nilai batas lajui dosis yang digunakan dalam perhitungan ini  bagi  pekerja  radiasi  adalah  2,5  mrem/jam  sementara  nilai  dosis  untuk  masyarakat umum  adalah  0,25  mrem/  sesuai  aturan  keselamatan  radiasi.  Jika  menggunakan  beton dengan  kerapatan  2,45  g/cm 3 diperoleh    tebal  dalam  arah- x 141,6  cm,  arah- y 164,4 cm  untuk  laju  dosis    0,25  mrem/jam  dan  tebal  atap    154,9  cm  untuk  laju  dosis    2,5 mrem/jam atau   172,6 cm untuk laju dosis   0,25 mrem/jam.
Selanjutnya  dilakukan  perhitungan  dengan  kerapatan  2,35  g/cm 3 karena  dengan kerapatan sering digunakan dalam desain radiator dan  untuk melihat pengaruh penurunan kerapatan dengan tebal dinding radiator gamma. Hasil perhitungan menunjukkan  bahwa tebal dinding beton berdensitas 2,35 g/cm 3 dalam arah- x 147,4 cm, arah- y 170,7 cm untuk menahan laju dosis   0,25 mrem/jam dan tebal atap dalam arah- z 161,4 cm untuk laju  dosis    2,5  mrem/jam  atau    179,8  cm  untuk  laju  dosis    0,25  mrem/jam.  Hasil perhitungan kedalaman benam rak sumber untuk dua kondisi laju dosis diberikan dalam Tabel 3. Bedasarkan hasil perhitungan dengan PinsilBaris 1.2  kedalaman benam rak dari muka air,untuk 2,50 mrem/jam adalah 325 cm sementara kedalaman benam rak dari muka air,  untuk
0,25 mrem/jam. Untuk dalam  mendesain  kedalaman radiator gama kedalaman  lantai  dasar  kolam  dibuat  sedalam  500  cm  sehingga  sangat  aman  bagi masyarakat.
Tabel 1. Laju dosis radiasi di pusat permukaan luasan dinding dan atap bagian luar fasilitas iradiator gamma BATAN 500K sebagai fungsi tebal beton.
Beton dengan rapat massa 2,35 g/cm 3
Beton dengan rapat massa 2,45 g/cm 3 Tebal, cm Laju dosis maks. permukaan dinding sisi luar, mrem/jam Tebal, cm Laju dosis maks. permukaan dinding sisi luar, mrem/jam d Ý Þ ß Þ à á Ý Þ ß
Þ à â ã ä 6,703 92,6 436,1 120 3,706 54,40 233,7 125 3,687 52,09 234,7 123,16 2,499 ~ ~ 128,25 2,499 ~ ~ 125 1,987 29,87 122,4 130 2,026 29,25 126,1 130 1,065 16,37 64,01 135 1,113 16,39 67,71 135 0,5702 8,952 33,46 140 0,6108 9,17 36,31 140 0,3051 4,887 17,47 145 0,3350 5,122 19,43 141,59 0,2499 ~ ~ 147,44 0,2499 ~ ~ 145 0,1632 2,664 9,10 150 0,1837 2,857 10,42 145,53 ~ 2,499 ~ 151,14 ~ 2,499 ~ 150 0,08722 1,450 4,751 155 0,1006 1,591 5,555 154,90 ~ ~ 2,499 160 0,05512 0,8849 2,970 155 0,04659 0,7879 2,465 161,42 ~ ~ 2,499 160 0,02488 0,4275 1,283 165 0,03017 0,4915 1,596 164,38 ~ 0,2499 ~ 170 0,01651 0,2727 0,8492 165 0,01328 0,2317 0,6711 170,74 ~ 0,2499 ~ 170 0,007086 0,1254 0,3476 175 0,009031 0,1511 0,2711 172,57 ~ ~ 0,2499 179,80 ~ ~ 0,2499 175 0,003779 0,06780 0,1820
180 0,004938 0,08364 0,2440 180 0,002015 0,03661 0,0948 Tabel 2. Parameter desain dasar ruang / bangunan ruang papar irradiator-  BATAN 500K. Program yang digunakan Parameter I/O MCNP5 PensilBaris1.2 PensilBaris1.2 Bentuk ruang papar Kotak Kotak Kotak Panjang ruang bagian dalam, X î ï ð ñ ò ò ó ô õô ö 13,00 meter 13,00 meter Lebar ruang bagian dalam, Y î ÷ ñ ò ò ó ô õô ö 6,00 meter 6,00 meter Tinggi ruang bagian dalam, Z î ø ñ ò ò ó ô õô ö 4,00 meter 4,00 meter Panjang rak horisontal sumber, X ù ï ð ú ñ ò û ó 135,0 cm 135,0 cm Jarak antar pensil sumber, d ù ï ï ñ ü ú û ó 11,25 cm 11,25 cm Jarak antar rak sumber, Y ù ï ü ò ñ ò û ó 120,0 cm 120,0 cm Rapat massa beton ( ýþÿb ) ü ñ ø ú û ó 3 ü ñ ø ú û ó 3 ü ñ ð ú û ó 3 T ô ó ó ó ô õ ö sb- x ,untuk x 0,25 mrem/jam 145 cm 141,6 cm 147,4 cm
Tebal  minimum  dinding  beton  arah sb- y ,untuk y 0,25 mrem/jam 155 cm 164,4 cm 170,7 cm Tebal minimum atap beton arah sb- z , untuk z 2,50 mrem/jam (pilihan 1) 140 cm 154,9 cm 161,4 cm
Tebal minimum atap beton arah sb- z , untuk z 0,25 mrem/jam (pilihan 2) - 172,6 cm 179,8 cm Tabel 3. Parameter desain bentuk ruang / bangunan kolam irradiator-  BATAN 500K. Program yang digunakan Parameter I/O PensilBaris1.2 MCNP5 Bentuk ruang / bangunan kolam Segi-4,   = 90° Segi-4,   = 90° Panjang dalam arah- x 700 cm 700 cm Lebar dalam arah- y 200 cm 200 cm Kedalaman kolam dari lantai ruang 500 - 600 cm 600 - 650 cm Jarak bawah rak dari dasar kolam 50 cm 50 cm Jarak muka air dari lantai ruang 50 cm 50 cm Kedalaman benam rak dari muka air, untuk 2,50 mrem/jam (pilihan 1) 325 cm - Kedalaman benam rak dari muka air, untuk 0,25 mrem/jam (pilihan 2) 485 cm 400 cm
Bedasarkan  hasil  perhitungan  diatas  dibuat  desain  dasar  ruang  papar  iradiator- dengan 1 lubang bongkar/muat sumber- , rak sumber yang simetris terhadap ruang papar dan  kolam  penyimpan  sumber  yang  tidak  perlu  simetris  tetapi  cukup  praktis  dan ekonomis seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 6.
G ! " # $ % " & & ' #' ( *+ BATAN 500K.
Perlu  dikemukakan  di  sini,  bahwa  berdasarkan  SK  dari  Ka  Bapeten  No.  11/Ka- BAPETEN/VI-99 tentang Izin Konstruksi dan Operasi Iradiator aturan IAEA [11,12,13] disebutkan  bahwa  syarat  khusus  bahan  struktur  bangunan  iradiator-   adalah menggunakan  adonan  beton  dengan  rapat  massa  minimum  2,4  g/cm 3 ,  yang  mampu menerima tekanan sampai 3000 psi (210,9 kg/cm 2 ). Apabila menggunakan tegel porselin, rapat  massa  bahan  tegel  minimum  2,3  g/cm 3 .  Jika  kedua  kerapatan  tersebut  tidak terpenuhi  maka  dapat  dilkukan  dengan  menambah  ketebalan  dinding  dengan  syarat  laju dosis maksimum masih dalam batas yang diizinkan.

## KESIMPULAN
Telah  dilakukan  perhitungan  fasilitas  radiator  gamma  dengan  menggunakan program PinsilBaris 1.2, dan hasilnya tidak jauh berbeda  dibandingkan dengan program MCNP.  Bedasarkan  hasil  perhitungan,  telah  dibuat  desain  dasar  iradiator-   BATAN
500K  kelas  ekonomi  berkekuatan  0,5  MCi  yang    memenuhi  kriteria  keselamatan  sesuai dengan  yang dipersyaratkan  BAPETEN. Dengan selesainya desain dasar ini  maka dapat dilakukan desain lengkap sehingga dapat diaplikasikan untuk kepentingan masyarakat.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih  kepada  Kemenentrian  Riset  dan  Teknologi  yang  telah  membiayai penelitian ini melalui Program Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa (PIPKPP)  berdasarkan  SK  Menteri  Riset  dan  Teknologi  Nomor:  053/M/Kp/II/2010, tanggal: 09 Pebruari 2010.

## DAFTAR PUSTAKA ACUAN
1. John R. Lamarsh. Introduction to Nuclear Engineering. 2 nd Ed. Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts; 1983.
2. James  Wood  Computational  methods  in  reactor  shielding.  Pergamon  Press., Headington Hill Hall, Oxford OX3 OBW, England; 1982.
3. Pudjijanto  MS  et  all.  Rancangbangun  detil  dan  analisis  laju  dosis  radiasi iradiator  gamma  sebagai  pengawet  bahan  pangan/hasil  pertanian,  tahap  II. Laporan Teknis PRPN-BATAN  No. BATAN-RPN-L-2010-06-046; 2010.
4. Wilson  A.  P.  Calvo,  et  all.    A  small  size  continuous  run  industrial  gamma irradiator. ELSEVIER,  Radiation Physics and Chemistry. 2004; 71: 561-563.
5. Nelson  M.  Omi,  Paulo  R.  Rela.  Gemstone  dedicated  gamma  irradiator development.    2007  International  Nuclear  Atlantic  Conference  -  INAC  2007, Santos, SP, Brazil;  September 30 to October 5, 2007.
6. Pudjijanto  MS.  PensilBaris  Ver-1.2  –  Program  PC  dalam  Fortran-77  untuk perhitungan  laju  dosis  radiasi  dan  prakiraan  tebal  dinding  dan  atap  instalasi fasilitas  iradiator-   dan  kedalaman  benam  sumber  dalam  kolam  penyimpan sumber. 2525 rekord, 111 kb, runable, belum dipublikasi; 2010.
7. Setiyanto,  Pudjijanto  MS.  Ardani.  Analisis  laju  dosis  iradiator  gamma menggunakan  elemen  bakar  bekas  dengan  model  konfigurasi  sejajar.  Tri  Dasa Mega.  Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir. 2006; 8: 148 - 160
8. Monte  Carlo  Team.  MCNP-A  general  Monte  Carlo  neutral-particle  transport code. Version 5, X-5, Los Alamos National Laboratory; 2003.
9. Rogério  R.  RODRIGUES,  at  all.  Gamma  irradiator  dose  mapping:  A  Monte Carlo  simulation  and  experimental  measurements.  2009  International  Nuclear Atlantic  Conference  -  INAC  2009,  Rio  de  Janeiro,RJ,  Brazil,  September27  to
October  2,  2009.    Associação  Brasileira  De  Energia  Nuclear  -  ABEN,  ISBN:
978-85-99141-03-8,
http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/41/115/411157 58. pdf. Accessed January 2010.
10. Ka Bapeten.  Surat Keputusan Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir Republik Indonesia No. 11/Ka-Bapeten/VI-99, Tgl. 15 Juni 1999, tentang Izin Konstruksi dan Operasi Iradiator; 1999.
5 6 78 9 6 :8 ; 9 < = > 6 ? @9 A 6 Vol. 13 No.1 Februari 2011, Hal. 34-48
11. MDS Nordion.  Sciences advencing health.  The Standard. C-188 Cobalt-60, 447 March Road, Ottawa, ON K2IK 1X8, Kanada. Available from URL http://www. mds.nordion.com  documents/products/C-188_Brochure.pdf.  Accessed,  July
2010.
12. J. Kenneth Shultis , Richard E. Faw. Shldutil : A Code for useful shielding data. dept.  of  mechanical  and  nuclear  engineering.  Kansas  State  University,
Manhattan, KS 66506; Available from URL: http://http://
ww2.mne.ksu.edu/~jks/ pgms.htm. Accessed, October 2009.
13.
Kishor  Mehta,    Andrzej  G.  Chmielewski.  Gamma  irradiators  for  radiation processing.  IAEA’s Industrial Applications and Chemistry Section, Division of Physical and Chemical Sciences , 44 hlm., IAEA, WINA; Available from URL:: http://www-naweb.iaea.org/napc/iachem/Brochgammairradd.pdf. Accessed, October 2009.
14. J. Masefield , et all. Guidelines for industrial radiation sterilization of disposable medical  products  (Cobalt-60  Gamma  Irradiation).  IAEA-TECDOC-539,  IAEA, Wina,  1990;  Available  from  URL:  http://www-pub.iaea.org/  MTCD/ publications/PDF/te_539_web.pdf. Accessed June 2010.