I.
Pendahuluan.
Setelah mengetahui sifat-sifat, jenis serta bagaimana
cara kerja radiasi, maka dapat disimpulkan bahwa radiasi itu tidak dapat
dilihat, dirasakan, ditangkap. hanya dengan peralatan tertentu radiasi dapat
diketahui atau dideteksi. Alat pendeteksi radiasi itu disebut detektor.
Untuk mengetahui besaran-besaran dari radiasi diatas, detektor
dirangkaikan dengan peralatan elektronik sehingga keseluruhan peralatan dapat
juga disebut alat ukur. Satuan-satuan yang diukur adalah, laju paparan/ laju
dosis, dosis total, radioaktivitas. Alat ukur dibagi menjadi dua:
1. Alat Ukur Pasif.
Alat ukur yang mana pembacaan hasil pengukurannya tidak
dapat dibaca langsung melainkan harus melalui proses terlebih dahulu. Contoh:
Film badge, TLD badge.
2. Alat Ukur Aktif.
Alat ukur yang dapat menunjukkan
secara langsung hasil pengukuran radiasi yang diterima. Contoh: survey meter,
dosimeter saku.
Berdasarkan fungsinya alat ukur radiasi juga dibedakan
menjadi
dua yaitu:
a. Pemonitor Perorangan.
Pemonitor perorangan adalah suatu
alat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi yang diterima oleh tubuh manusia. Alat yang digunakan disini dapat
berupa alat ukur pasif dan juga alat ukur aktif. Pada prinsipnya jumlah
radiasi yang diterima oleh alat tersebut identik dengan jumlah radiasi yang
diterima oleh tubuh manusia.
b.
Pemonitor Lingkungan.
Prinsip dasar
kerja alat ukur lingkungan ini adalah adanya proses ionisasi, eksistasi dan
sintilasi di detektor dan hasil proses tersebut dirubah menjadi
pulsa-pulsa listrik yang diteruskan ke alat baca (elektronik). Reaksi-reaksi
yang terjadi apabila seberkas sinar (alpa, beta, gamma, atau X)
berinteraksi dengan medium didalam detektor.
Berkas
radiasi bila melalui suatu medium ia akan kehilangan sebagian atau
seluruhnya energinya melalui proses ionisasi dan eksitasi. Penyerapan
energi tersebut diatas mempunyai hubungan linier dengan banyaknya
partikel-partikel yang datang dan prinsip inilah yang digunakan dalam semua
instrumentasi nuklir. Intrumentasi didalam fisika kesehatan harus dapat
melayani berbagai macam kegunaan, misalnya mengukur partikel, mengukur
dosis akumulasi, mengukur laju dosis, energi rendah, energi tinggi,
pengukuran tanpa adanya pengaruh energi. Prinsip kerja dari alat ukur adalah
radiasi berinteraksi dengan detektor dan response yang ditimbulkannya
sebanding dengan efek radiasi yang datang.
Tabel Efek Radiasi Yang Dipergunakan Dalam Mendeteksi dan
Mngukur Radiasi.
EFEK
|
TIPE
INSTRUMEN
|
DETEKTOR
|
Elektris
Kimiawi
Cahaya
Thermoluminescence
Panas
|
1. Bilik Ionisasi
2.Penghitung Proporsional
3. Penghitung Geiger
4. Solid State
1. Film
2. Dosimeter Kimiawi
1. Penghitung Skintilasi
2. Penghitung Cerenkov
Thermoluminescence
Dosimeter.
Kalorimeter
|
1. Gas.
2. Gas
3. Gas
4. Semikonduktor
1. Emulsi Fotografi
2. Padat atau Cair.
1. Kristal atau cair
2. Kristal atau cair
Kristal
Padat atau cair
|
II.
DETEKTOR
a.
Penghitung Partikel Berisi Gas.
Apabila detektor yang berisi gas
terkena radiasi maka akan terjadi proses ionisasi gas dalam detektor tersebut.
Jika konstanta waktu RC jauh lebih besar dari waktu yang diperlukan untuk
mengumpulkan semua ion yang dihasilkan oleh lintasan partikel tunggal yang
melalui detektor maka tinggi pulsa dapat dihitung dengan rumus : V = Q/C
; dimana:
·
V
potensial
· Q
jumlah muatan yang dihasilkan dalam detektor
·
C
Kapasitas.
1. Penghitung Bilik Ionisasi (Ionization
Chamber Counter)
Ionization chamber ialah ruangan yang tertutup yang berisi
gas dimana ionisasi yang terjadi oleh radiasi dapat dikumpulkan dan
diukur. Medan listrik didalam ruangan sensitif menarik
elektron-elektron bebas dan ion-ion positip ke elektroda-elektroda
yang berbeda dan muatan total atau arusnya dapat diukur.
Seperti proses ionisasi diatas maka di dalam detektor akan terbentuk
ion-ion positif yang akan dikumpulkan oleh katoda di bagian dinding detektor
dan ion-ion negatif atau elektron yang akan dikumpulkan oleh anoda.
Apabila variable High Voltage Power
Supply kita hidupkan mulai dari (0) maka terbentuk suatu daerah tegangan
operasi yang kita namakan daerah bilik Ionisasi (Ionization chamber Region)
dimana tegangan operasi disini dapat dinyatakan relatif rendah, tetapi sudah
cukup untuk menarik elektron-elektron yang terbentuk dari proses
ionisasi ke anoda sebelum elektron-elektron tersebut kembali
bergabung dengan ion positif untuk membentuk atom netral.
Pergerakan elektron menuju anoda yang
dikarenakan perbedaan tegangan antara anoda dan katoda tidak memungkinkan untuk
menghasilkan proses ionisasi sekunder. Jadi jumlah elektron yang terkumpul pada
anoda merupakan proses ionisasi primer sehingga tinggi pulsa yang terbentuk
akan sebanding dengan jumlah ion primer yang dihasilkan pada proses ionisasi
primer atau dengan kata lain faktor penguatan gas pada detektor ini sama dengan
satu.
Dalam membuat ionization chamber maka
pengaruh dinding - dindingnya adalah sangat penting dan harus diketahui betul
karakternya. Jika material dari dinding ionization chamber mempunyai komposisi
atom yang sama dengan komposisi gas didalamnyamaka ionization chamber dikatakan
homogen.
Jenis dinding lain yang sering
dipergunakan juga ialah dinding plastik yang mempunyai komposisi atomik seperti
komposisi atomik jaringan-jaringan tubuh manusia dan diisi dengan gas yang
mempunyai komposisi atomik yang sama, ini disebut tissue equivalent ionization
chamber. Lihat gambar yang menunjukkan tegangan kerja dari ionization chamber.
Kelemahan untuk mengoperasikan ionization chamber adalah
pulsa yang terlalu kecil dan memerlukan penguatan yang besar serta sensitivitas
masukan yang tinggi pada pencacah karena jumlah total dari arus atau muatan
total merupakan parameter yang diukur. Karena satuan roentgen didefinisikan
dalam udara maka alat ini dapat dipakai untuk mengukur dosis radiasi. Dalam
digunakan untuk mengukur radiasi Alpha, Beta dan Gamma.
bilik
ionisasi
Proporsional
Geiger
|
|||
|
Tegangan kerja
Kurva Tinggi pulsa vs tegangan kerja pada
penghitung pulsa berisi gas.
2.
Penghitung Proporsional (Proporsional Counter).
Kelemahan pada sistim pengoperasian Bilik Ionisasi adalah
keluaran yang dihasilkan pada proses detektor yang relatif lemah sehingga
membutuhkan Amplifikasi/ penguatan yang besar atau tingkat kepekaan masukan
yang tinggi dalam sistim penghitung. Untuk mengatasi hal ini maka sistim Bilik
Ionisasi dioperasikan sebagai penghitung proporsional yaitu dengan menaikkan
daerah tegangan kerja dari Bilik Ionisasi.
Elektron-elektron primer yang terbentuk dari hasil proses
ionisasi dalam detektor yang dioperasikan pada daerah tegangan kerja
proporsional yang tertarik ke elektroda positif dan negatif akan mengakibatkan
proses ionisasi sekunder sehingga faktor amplifikasi akan menjadi lebih besar
dari satu yang dikarenakan bertambahnya ion sekunder atau dengan kata lain
terjadi multiplikasi gas dalam detektor yang kita kenal dengan nama “Avalance”.
Semakin besar tegangan kerja kita naikan maka akan makin
besar juga “avalancehe”nya melalui penyebaran di sepanjang anoda.
Selain tegangan tinggi dan detektor, amplifikasi juga tergantung pada diameter
anoda. Diameter anoda mengecil, amplifikasi akan membesar dan juga tergantung
pada tekanan gas dalam detektor.
Secara teoritias detektor yang sama dapat digunakan
sebagai ionization counter, proportional atau geiger counter yang hanya
berbeda pada tegangan kerja, tetapi pada kenyataannya dan karena alasan
ekonomis dan praktis maka dibuat alat ukur untuk masing-masing counter.
Proportional counter dapat dipergunakan untuk membedakan energi
partikel yang datang. Dapat digunakan untuk mengukur radiasi Alpha dan Beta.
3.
Penghitung Geiger (Geiger Counter)
Dengan menaikkan terus tegangan tinggi sampai melewati
tegangan daerah proporsional sehingga mengakibatkan “avalanche”
merentang sepanjang anoda. Bilamana hal ini terjadi maka daerah tegangan kerja
disebut daerah GEIGER.
Pada daerah tegangan kerja ini semua ukuran pulsa akan
sama tanpa membedakan sifat dari partikel penyebab proses ionisasi primer maka
operasi pada daerah ini tidak dapat membedakan macam radiasi dan tidak dapat
untuk mengukur energi.
Efisiensi dari detektor ini tentu tergantung pada energi
dari partikel sehingga tiap pemakai detektor counter ini harus menentukan
effisiensi dari detektor tersebut untuk berbagai energi sehingga hasil
pengukuran dapat diberi interpretasi yang tepat.
Apabila dilihat pada grafik antara angka hitungan/
cacah vs tegangan kerja akan terjadi Plateau dengan kemiringan slope yang
positif yaitu 3 % per 100 volt.
Setelah ion-ion negatif (elektron) ditarik ke anoda maka
ion-ion positif ditarik ke katoda. Pada waktu ion-ion positif ditarik ke katoda
ion-ion tersebut menumbuk dinding detektor sambil sebagian melepaskan energi
dalam bentuk panas dan sebagian lagi mengaktifkan atom-atom dari dinding
detektor.
Pada saat atom-atom dari dinding
detektor kembali ke keadaan normal, atom-atom tersebut melepaskan energi
pengaktifannya dengan memancarkan faton-faton ultra violet dan terjadi
interaksi antara faton-faton ultra violet dengan gas sehingga kemungkinan akan
menimbulkan suatu avalanche dan dengan demikian juga akan menimbulkan suatu “Spurious
Count” (hitungan/ cacahan lancung). Hitungan semacam ini dalam sistim
tersebut harus diredam/ dihilangkan dan sistim peredaman yang disebut
“QUENCHING” . Hal ini dapat dilakukan dengan cara menurunkan tegangan pada
anoda setelah suatu pulsa hingga semua ion-ion positif terkumpul pada katoda
atau secara kimiawi dengan menggunakan gas peredam diri yaitu suatu gas yang
dapat menyerap faton-faton ultra violet tanpa terjadi ionisasi misalnya dengan
memasukkan gas organik seperti alkohol atau ether.
Apabila ada dua buah partikel masuk
dalam suatu perhitungan dengan keberuntunan yang sangat cepat maka avalanche
ion-ion dari partikel pertama melumpuhkan sistim penghitung sehingga sistim
penghitung tidak dapat memberikan respon pada saat partikel kedua masuk. Untuk mengatasi hal tersebut
diperlukan suatu sistim yang disebut waktu pisah (Resolving Time).
Pergerakan ion-ion negatif
menuju anoda sangat sepat dibanding ion-ion positif menuju ke katoda sehingga
suatu saat memungkinkan ion-ion positif membentuk suatu selubung di sekitar
anoda yang mengakibatkan penurunan intensitas medan listrik disekitar anoda.
Hal ini juga akan mengakibatkan penurunan avalanche oleh partikel
penyebab ionisasi.
Apabila ion-ion positif selanjutnya bergerak menuju ke
katoda maka intensitas medan listrik disekitar anoda akan meningkatkan
kembali hingga ketitik seperti dimana avalanche lainnya dapat dimulai
kembali. Waktu yang diperlukan untuk mencapai intensitas medan listrik ini
disebut “Dead Time” (waktu mati).
b. Penghitung Skintilasi.
Detektor Skintilasi merupakan suatu transduser yang merubah
energi kinetik dari suatu partikel penimbul ionisasi menjadi suatu
kilatan cahaya. Kilatan-kilatan cahaya yang terbentuk dapat diamati
secara elektronis dengan menggunakan tabung-tabung foto multiplier dimana
pulsa-pulsa keluarannya dapat diperkuat,diperbanyak, disortir menurut ukuran
dan dihitung.
Detektor skintilasi adalah detektor
yang sangat baik untuk mencari spektrum dari suatu sumber radioaktif,
karena pulsa-pulsa yang dihasilkan, berbanding lurus dengan energi
partikel mula-mula. Skintilasi banyak dipergunakan untuk mencacah radiasi
gamma dan beta.
Tebel bahan-bahan scintilasi:
BAHAN
|
DENSITAS
|
PANJANG GELOMBANG
DARI EMISI MAKSIMUM (A)
|
TINGGI
PULSA
RELATIF
|
WAKTU PELURUHAN
(DETIK)
|
Na (TI)
CsI (TI)
KI (TI)
Anthracene
Trans-Stilene
Pastik
Cairan (Toluene)
P-Terphenyl
|
3,67
4,51
3,13
1,25
1,16
-
-
1,23
|
4100
Biru
4100
4400
4100
3550 - 4500
3550 - 4500
4000
|
210
55
50
100
60
28 - 48
27 - 49
40
|
0,25
1,1
1,0
0,032
0,0064
0,003 - 0,005
0,002 - 0,008
0,005
|
c. Derektor Semikonduktor.
Detektor semikonduktor bertindak sebagai suatu
bilik ionisasi padat. Partikel penimbul ionisasi seperti Alpha, Beta dan yang
lainnya berinteraksi dengan atom-atom dalam volume sensitif dari detektor untuk
menghasilkan elektron-elektron melalui ionisasi. Pengumpulan ion-ion ini
menghasilkan suatu pulsa keluaran. Bahan semikonduktor yang biasa digunakan
adalah silikon dan germanium.
III. MONITOR
PERORANGAN
a.
Dosimeter Saku.
Suatu alat yang
dipergunakan untuk mengukur dosis radiasi yang berdasarkan atas prinsip respons
dari instrumen sebanding dengan energi radiasi yang diserap oleh instrumen
tersebut. Biasanya menggunakan satuan mRem atau mSv. Alat ini terdiri dari
bilik ionisasi dinding udara yang dilengkapi dengan suatu alat yang bekerja
berdasarkan prinsip elektroskop dimana satu bagian lengannya tetap dan satu
bagian lainnya dapat bergerak bebas pada skala yang telah disiapkan pada
dosimeter tersebut.
Apabila
dosimeter saku “change” ini berarti kita memberi muatan positif kutub
alat elektroskop sehingga kedua lengan tadi akan saling tolak menolak
sampai lengan yang dapat bergerak bebas tadi menuju angka nol atau kalau kita
lihat pada dosimeter berarti jarum menunjukkan angka nol.
Gas dalam bilik ionisasi pada dosimeter saku apabila
terkena radiasi akan mengakibatkan ionisasi sehingga terjadi ion-ion positif
dan negatif dalam bilik ionisasi tersebut. Ion-ion positif akan tertarik ke
dinding dosimeter sedangkan ion negatif akan tertarik ke kutub dari alat
elektroskop dan menetralkan/ menurunkan muatan yang ada sehingga daya tolak
kedua lengan dari alat elektroskop tersebut juga semakin lemah. Dengan
melemahnya daya tolak kedua lengan tersebut berarti lengan yang dapat bergerak
bebas akan bergeser. Pergeseran ini dalam skala pada dosimeter akan terlihat
bergeser ke arah angka maksimum. Besarnya pergeseran pada skala dosimeter ini
sebanding dengan muatan negatif yang tertarik ke kutub alat elektroskop atau
dengan kata lain sebanding dengan energi radiasi yang diberikan pada proses
ionisasi.
b.
Film Badge.
Suatu alat yang
lazim dipergunakan sebagai personel monitoring yang terdiri dari sebuah paket
yang berisi dua lempeng film dental ( untuk sinar-x atau gamma) atau tiga buah
lempeng film dental (untuk sinar - x dan gamma, netron) yang
dibungkus dalam suatu kertas kedap sinar dan dikenakan dalam suatu wadah
plastik atau logam yang sesuai. Kedua film yang digunakan masing-masing terdiri
dari emulsi yang sensitif dan yang satu lagi emulsi yang kurang sensitif.
Proses yang
terjadi pada pemonitor perorangan yang mempergunakan film ini sama dengan
proses yang terjadi pada waktu melakukan radiografi pada bidang medis.
Prinsip dasar
yang terjadi pada film badge adalah adanya kehitam-hitaman pada film.
Kehitam-hitaman film tersebut yang kemudian diukur kerapatannya dan
dibandingkan atau diplot pada grafik standar antara kerapatan dengan dosis.
Pada umumnya minimum pencacahan hanya dapat dicapai pada dosis 0,1 mSv (10
mRem) hal ini diakibatkan pada kemampuan alat baca atau alat cacah yang
dipergunakan pada laboratorium-laboratorium proses film badge.
Pengukuran
dosis pda film badge didasarkan pada fakta bahwa radiasi pengion akan menyinari
perak bromida yang terdapat pada emulsi fotografi yang akan mengakibatkan
kehitaman pada film tersebut. Tingkat kehitaman yang juga disebut
sebagai densitas optis dari film tersebut secara tepat dapat diukur dengan
menggunakan densitometer fotolistrik yang pembacaannya dinyatakan sebagai
logaritma intensitas cahaya yang dipancarkan melalui film tersebut. Densitas
optis dari film yang terkena radiasi secara kualitatif berhubungan dengan
besarnya penyinaran radiasi.
Dengan
perbandingan densitas optis dari film yang dikenakan oleh seseorang yang
terkena radiasi terhadap densitas film yang terkena radiasi dengan jumlah yang
telah diketahui, maka penyinaran terhadap film yang dikenakan oleh seseorang
tersebut dapat ditentukan.
Karena adanya
variasi kecil dalam emulsi yang mempengaruhi respon kuantitatifnya terhadap
radiasi maka dalam hal ini satu film dalam setiap kelompoknya perlu
dikalibrasi.
c.
Efek Fotografis pada Film.
Pengaruh
radiasi pengion pada film fotografis adalah sama dengan pengaruh cahaya tampak
pada film fotografi. Film fotografi terdiri dari reaksi kristal AgBr.
Penyerapan energi pada butir-butir AgBr menghasilkan gumpalan-gumpalan kecil
logam perak yang dikatakan sebagai bayangan laten.
Setelah melalui
suatu pencucian (proses) maka akan tampak adanya perubahan kehitam-hitaman pada
film yang kemudian dinyatakan sebagai perbedaan kerapatan (density). Setelah
dilakukan pembacaan density dengan alat pembacanya, maka hasil pembacaan
tersebut diplot pada grafik standar sehingga bisa ditentukan besarnya dosis
yang diterima film.
Pada umumnya
sebelum sejumlah film dikirim kepada pemakai satu atau dua film diambil
dipergunakan untuk membuat grafik dengan cara menyinari film tersebut dan
membaca density kemudian tergambarlah suatu grafik standard. Sering terjadi adanya penyimpangan antara penyinaran dan
pembacaan film yang telah disinari, hal itu disebabkan antara lain:
1. Batas kemampuan terendah untuk mendeteksi suatu radiasi
dosis rendah. Pengukuran menjadi kurang akurat, batas minimum 0,1 Sv (10 mRem)
kemungkinan yang diterima lebih rendah dari 0,1 mSv (10 mrem).
2. Kesalahan bacaan yang berhubungan
dengan energi.
Kesalahan dapat
timbul sebesar 10 - 20 % apabila film tidak dipergunakan pada batas jangkauan
energi yang telah ditentukan. Dapat juga terjadi energi radiasi yang tidak
tepat jatuh pada daerah kompensasi pada film, kemungkinan yang mencapai daerah
tersebut hanya hamburannya saja, sehingga kesalahan baca dapat sangat besar.
3.
Kesalahan yang disebabkan oleh
adanya pengukuran bayangan laten antara penyinaran dengan pencucian (proses).
Peningkatan bayangan putih emulsi dari film cepat dapat sebagai penyebab utama
suatu kesalahan . tergantung pada tipe dari emulsi film (cepat atau
lambat) kondisi lingkungan, waktu pemakaian.
4. Kesalahan
pada waktu pengukuran kerapatan.
5. Kesalahan pada waktu pencucian (proses) film.
Pada waktu pembuatan grafis standar
dengan pencucian film keadaan bahan pencuci (developer) sudah berbeda atau
bahan sudah mengalami penggantian. Perbedaan waktu pencucian selama 4 menit
dapat menyebabkan kesalahan sebesar 10 - 25 % perbedaan suhu 1° c, kesalahan mendeteksi 10 %.
6. Kesalahan yang disebabkan oleh kalibrasi. Kesalahan dapat
mencapai kurang lebih 5 %.
7. Kesalahan yang disebabkan oleh temperatur pada
sensitivitas fitografik.
Sensitivitas
emulsi film terhadap sinar-x bertambah secara linear dengan temperatur,
kenaikan temperatur , dengan fluktuasi yang cukup besar pada pemakaian
yang digunakan akan berpengaruh. Umum terjadi pada para pekerja di alam tropik
yang bekerja diluar ruangan pada siang hari, dekat pemanas.
Pengaruh
panas pada film baik sebelum dan sesudah penyinaran dapat mengubah pemutihan
(fogging) dan adanya kehitaman.
d.
TLD BADGE (Thermoluminescence Dosimeter)
Beberapa
kristal termasuk CaF2 yang menggunakan Mn sebagai pencemar
(impuritas) dan LiF, memancarkan cahaya apabila kristal-kristal tersebut
dipanaskan setelah dikenai radiasi. Kristal-kristal tersebut dinamakan kristal
termoluminesens (kristal pendar panas).
Penyerapan energi radiasi oleh kristal mengakibatkan
timbulnya atom-atom dalam kristal sehingga menghasilkan elektron-elektron dan
lubang-lubang bebas dalam kristal pendar panas. Elektron-elektron ini ditangkap
oleh pemancar dalam kisi-kisi kristalin sehingga dapat menghalangi timbulnya
energi dalam kristal tersebut.
Kristal-kristal yang dipanaskan
melepaskan energi yang ditimbulkan sebagai cahaya. Pengukuran keluaran cahaya
bersamaan dengan meningkatnya suhu. Suhu dimana keluaran cahaya maksimum
terjadi merupakan suatu ukuran energi pengikat elektron pada lobang didalam
tangkapan tersebut. Jumlah cahaya yang diukur sebanding dengan jumlah elektron
yang ditangkap atau dengan kata lain sebanding dengan energi yang diserap dari
radiasi pengion.
Jadi intensitas cahaya yang dipancarkan
pada saat pemanasan kristal pendar panas secara langsung sebanding dengan dosis
radiasi yang diserap oleh kristal tersebu
Tidak ada komentar:
Posting Komentar