Tugas Mesin Konversi Energi

Aplikasi teknologi Nuklir Proteksi radiasi

dan Aplikasinya

DI SUSUN OLEH:

ARIS EKO SETYAWAN (115524225) PUNJUNG W ICAKSONO (115524226) GALIH WIBISONO (115524227)

S1 A4 2011

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2012

A. Proteksi Radiasi

Pada bagian ini akan diuraikan masalah proteksi radiasi yang merupakan bagian terpenting

yang harus diketahui dalam setiap pekerjaan yang melibatkan penggunaan zarah radiasi ataupun

zat radioaktif baik berupa sumber radoaktif terbuka maupun tertutup. Dengan kata lain

penggunaan zarah radiasi atau zat radioaktif dalam setiap kegiatan dijamin aman bagi manusia.

Untuk mengetahui permasalahan proteksi radiasi dengan baik, dalam bagian ini akan

dijelasskan terlebih dahulu masalah interaksi radiasi dengan materi.

1. Interaksi raadiasi dengan materi

Interaksi zarah radiasi bermuatan (radiasi alpha dan Beta)

Interaksi Zarah radiasi tak bermassa dan tak bermuatan (radiasi Gamma dan sinar_X)

Interaksi zarah radiasi bermassa dan tak bermuatan (radiasi neutron)

a. Interaksi zarah radiasi bermuatan (radiasi Alpha dan Beta)

Radiasi Alpha dan Beta, karena radiasi Alpha adalah Helium bermuatan positif

sedangkan Beta adalah elektron dan positron bermuatan negative positif. Maka efek

yang ditimblkan:

Ionisasi : adalah radiasi Beta yang bermuatan negatif lebih sedikit dibandingkan

dengan radiasi Alpha yang bemuatan positif.

Eksitasi : karena zarah radiasi bermuatan yang berinteraksi dengan materi yang

menyebabkan struktur atom bahan yang terganggu dalam keadaan exited state.

Absorsi : adalah perristiea terserapnya zarah radiasi oleh suatu bahan yang terkena

radiasi.

b. Interaksi zarah Radiasi Tak Bermassa dan Tak Bermuatan

(Radiasi Gamma dan Sinar-X)

Zarah radiasi tak bermuatan dan tak bermassa tidak lain adalah radiasi Gamma dan

radiasi Sinar-X. perbedaan yang menonjol adalah radiasi Gamma mempunyai panjang

gelombang yang lebih pendek daripada radiasi sinar-X, sehingga energy radiasi gamma

lebih tinggi dan ini berarti bahwa daya tembusnya atau penistrasinya lebih kuat daripada

radiasi sinar-X. tetapi kenyataannya keduanya dapat menimbulkan ionisasi yaitu dengan

cara dengan adanya elektron yang dihasilkan dari Gamma dan sinar-X dengan

menimbulkan ketiga efek yaitu efek photo listrik, efek Compton dan efek produksi

pasangan.

c. Interaksi Zarah Radiasi Bermassa dan tak Bermuatan (radiasi Neutron)

Karena sifatnya yang khas selain dari itu, interaksi radiasi neutron dengan materi juga

dipengaruhi oleh tampang lintang neutron suatu bahan atau Cross Section, tampang

lintang balik neutron atau Removal Cross Section.

2. Pengaruh Radiasi Terhadap Manusia

Ditinjau dari kata radiasi berarti pancaran , dapat digunakan untuk menyatakan radiasi

matahari yang menggambarkan adanya pancaran sinar matahari. Untuk memudahkan

pembahasan mengenai pengaruh radiasi terhadap manusia, maka dibagi menjadi :

Proses Kerusakan Akibat radiasi

Tahap kerusakan Akibat Radiasi

Radiosentivitas Organ Tubuh Manusia

Proses Kerusakan Akibat Radiasi

Pengaruh radiasi terhadap manusia perlu diperhatikan dengan seksama, karena

susunan tubuh manusia sangat kompleks. Yaitu bagian terkecil dari jaringan tubuh

manusia adalah sel. Dapat digambakan:

Keterangan :

1) Putih : membrane sel

2) Merah : ccytoplasma

3) Orange : membrane inti sel

4) Hitam : inti sel

Kerusakan sel dapat disebabkan oleh terpapar atau terkena senyawa kimia tertentu, terpapar oleh

panas, atau radiasi nuklir. Di bagian inti sel dan cytoplasma merupakan bagaian sel yang sangat

penting sebagian besar berupa 70% air.

Tahap kerusakan akibat radiasi

Yaitu ada 3:

Tahap kerusakan efek somatik yaitu disebabkan karena sel pembentuk jaringan

tidak mambelah lagi. Efeknya adalah:

Kerusakan pada system saraf pusat

Kerusakan pada system pencernaan

Kerusakan pada sumsum tulang

Keruskan pada organ reproduksi

Kerusakan kelenjar thyroid

Kerusakan mata

Kerusakan paru-paru

Kerusakan ginjal

Efek tertunda

Karena tenggang waktu lama maka tidak mudah untuk menentukan apakah

kelainan yang terjadi pada organ tubuh tersebut benar-benar merupakan akibat

dari radiasi.

Efek genetic

Terjadinya mutasi gen pada sel reproduksi dapat disebebkan oleh radiasi

nuklir. Akibatnya beberapa generasi lebih jelek daripada induknya.

3. Dosis radiasi aman

Adalah dosis maksimum yang dapat diterima oleh tubuh manusia tanpa menimbulkan

pengaruh terhadap manusia. Dalam membahas nilai batas radiasi yang diizinkan ata dosis

radiasi aman ada 2 yaitu :

1) Batas dosis yang diterima tubuh

Paparan radiasi yang tidak perlu hendaknya dihindari

Untuk paparan radiasi yang sama radiasi boleh menerima dosis akumulatif

yang lebih kecil dari dosis yang diterima pekerja

Dosis radiasi akumulatif boleh diterima pekerja dalam jangka waktu lama

dan merupkan dosis yang rendah

2) Batas paparan radiasi dilingkungan

Pada saat ini penggunaan zat radioaktif di berbagai bidang kegiatan industry,

kedokteran , pertanian. Oleh karena itupemanfaatan teknoligi nuklir dapat

memberikan jaminan keselamatan bagi manusia. Karena pencemaran zat

radioaktif dapat sampai ke manusia melalui pernafasan, makanan dan minuman.

4. Keselamatan kerja Radiasi

Keselamatan kerja radiasi yang dimaksudkan dalam hal ini adalah petunjuk pelaksanaan

kerja dengan zat radioaktif agar setiap orang terlibat dalam pekerjaan ini dapat bekerja

dengan aman. Demikian pula dengan zat radioaktif atau sumber radiasi, bila dimanfaatkan

dengan baik, maka zat radioaktif atau sumber radiasi menjadi sesuatu yang tidak perlu

ditakutkan. Karena manusia sudah tau cara memanfaatkan zat radioaktif atau sumber

radiasi itu demi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologiuntuk meningkatkan

kesejahteraan manusia.

B. Aplikasi Teknologi Nuklir

Kemajuan teknologi dewasa ini termasuk teknologi nuklir, telah mengantarkan umat manusia

kepada tingkat kehidupan yang lebih baik. Aplikasi ini telah dimanfaatkan dalam berbagai

bidang seperti bidang energy, indutri, kedokteran, pertanian, arkeologi, dan lain. Maka

pemanfaatan aplikasi teknologi nuklir yaitu:

1. Pemanfaatan teknologi nulklir tidak dimakdsudkan untuk mengganti teknologi

konvensional yang sudah ada.

2. Pemanfaatan teknologi nuklir harus dapat bersaing dengan teknologi konvensional.

3. Pemanfaatan teknologi nuklir harus dapat memberikan nilai tambah.

4. Pemanfaatan teknologi nuklir harus dapat memberrikan keuntungan jauh lebih besar

5. Pemanfaatan teknologi nuklir harus dapat memberikan jaminan keselamatan terhadap

manusia dan lingkungan.

Sedangkan radiasi nuklir dimanfaatkan pada berbagai macam kegiatan dan mempunyai

keuntungan antara lain adalah:

1. Radiasi nuklir dapat menembus benda padat sehingga radiasi nuklir dapat untuk melihat

dalam keadaan benda.

2. Radiasi tidak berubah walaupun telah mengalami proses kimia atau fisika. Dimanfaatkan

dalam teknik perunut.

3. Radiasi nuklir pendeteksinya sangat peka, walaupun diantara jutaan atom terdapat benda

cair, padat, gas.

4. Radiasi nuklir yang dipancarkan dari sumber radioisotop jenis radiasinya (Alpha, Beta,

Gamma, sinar -X). dan dipakai unuk tanda pengenal unsur sehingga dapat dimanfaatkan

untuk mengetahui jenis unsurnya.

5. Radiasi nuklir dapat mengubah sifat sifat bahan yang dikenai radiasi. Dan dimanfaatkan

dalam proses kimia, fisika, dan biologi.

i. Bidang Nuklir

Aplikasi teknologi nuklir dalam bidang energy adalah pemanfaatan yang paling dulu

dilakukan dibandingkan aplikasi teknologi nuklir dalam bidang lain. Dulu lewat pembuatan

bom atom yang dijatuhkan di Hirosima dan Nagasaki pada tahun 1945 dan mengakhiri

perang dunia kedua. Aplikasi tersebut diharapkan tidak pernah dilakukan lagi, karena

membuat malapetaka. Didalam reaktor nuklir, bahan bakar atau fosil yang breaksi dengan

neutron akan menghasilkan beberapa unsur radioaktif, seperti tampak pada reaksi inti

berikut ini :

X + n X1,X2,X3 + (2-3)n + Energi

Ket :

X = bahan bakar fosil

n = neutron

X1,X2,X3 = rasiodotop baru

(2-3)n =neutron baru

Energi =energy yang dihasilkan

Energy tersebut dimanfaatkan sebagai sumber panas yang pada proses berikutnya mirip

dengan memanfaatkan sumber panas konvensional. Energy yang ditimbulkan jauh lebih

tinggi dari panas yang dihasilkan pembakaran bahan fosil (minyak bumi dan batubara).

a) Energy listrik

Pembangunan reactor nuklir untuk pembangkit tenaga listrik di dunia, atau lebih

dikenal dengan nama pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Beberapa jenis

system reaktor yang digunakan dalam menjamin keselamatan antara lain:

Boiling water reactor

Pressured water reaktor

Pressured heavy water reaktor

High thermal gas cooled reaktor

Fast breeder reaktor

b) Baterai Nuklir

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh PLTN berasal dari reaksi fisi (pembelahan)

yang menghasilkan panas besar. Panas yang besar ini digunakan untuk

menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian uap tersebut digerakan turbin

ke generator, sehingga akan diperoleh energy listrik.

Beberapa macam model baterai nuklir yang sudah dikembangkan yaitu :

1. Baterai Nuklir High Speed electron Batery

Ket :

1. Insulator2. Sumber

radioisotope3. Tabung metal.4. Radiasi beta (B)

Battery nuklir ini bisa menghsilkan tegangan sampai beberapa ribu volt.

Tegangan yang tinggi ini dipengaruhi oleh kerapatan insulator yang

digunakan, sehingga idak terjadi kebocoran yang dapat menimbulkan

ionisasi udara di sekitar terminal elektrodanya.

2. Battery nuklir Contact Potential Difference Batery

Battery nuklir ini sering disingkat dengan baterai CPD (Contact Potential

Difference).eleektrode yang digunakan adalah 2 jenis bahan logam yang

mempunyai sifat work function yang sangat berbeda. Work function suatu

bahan adalah energy yang diperlukan untuk membebaskan elektron keluar

dari orbitnya. Radiosotop yang digunakan sama dengan battery nuklir

pertama yaitu Strontium 90 (Sr90)

3. Batery Nuklir PN Juntion

Baterai nuklir ini memanfaatkan sifat radiosotop yang dapat menimbulkan

berondongan elektron (avalanche) pada salah satu elemen diode

semikonduktor yang dipaasang di dalam wadah baterai. Sradiosotop yang

digunakan Prometium (Pm147).

4. Baterai Nuklir Termokople

Baterai nuklir jenis ini memanfaatkan panas yang ditimbulkan oleh

radiosotop yang ditempatkan pada bagian dalam wadah dilengkapi dengan

dua jenis loga yang bersifat sebagai termokopel.

5. Baterai Nuklir Secondary Emitter

Baterai nuklir jenis ini menggunakan radioisotope yang dapat menumbuk

bahan target yang peka terhadap radiasi akan menimbulkan elektron

skunder akibat tumbukan tersebut.

6. Baterai Nuklir Photo listik

Baterai ini memanfaatkan sifat bahan sintilator yang akan mengeluarkan

pendar cahaya (photon) bila terkena radiasi. Bahan sintilator yang

digunakan dapat berupa pospor, natrium iodide yang diberi thalium.

7. Baterai Nuklir Photon Junction

Baterai Nuklir ini menggunakan posfor radioakaktif (P32) sebagai sumber

radioisotope yang diapit oleh bahan semikonduktor.

ii. Bidang Kedoktean

Secara umum aplikasi teknologi nuklir dalam bidang kedokteran dapat dibedakan

menjadi 2 macam :

Radiologi, aplikasi teknologi nuklir dalam bidang kedokteran yang

memanfaatkan sumber radiasi tertutup.

Kedokteran Nuklir, aplkasi teknologi nuklir dalam bidang

kedokteran yang memanfaatkan sumber radiasi terbuka.

1. Contoh Sumber Radiasi dan Radiosotop serta Aplikasinya

Bidang Radiologi

Sumber radiasi sinar Gamma dari Co60 : digunakan dalam kasa, pembalut,

kapas.

Jarum Ra226 dan Co60: digunakan terapi penyakit kanker.

Pesawat sinar-X : digunakan untuk diagnosis penyakit melalui film hasil

rontgen

Teknik analisis aplikasi neutron: digunakakn untuk menentukan

kandungan mineral yang ada dididalam tubuh manusia.

Penentuan kerapatan tulang dengan bone densitometer: digunakan utuk

pengukuran kerapatan tulang dilakukan dengan cara menyinari tulang

dengan radiasi gamma atau sinar-X.

2. Ilmu kedokteran Nuklir Molekuler

Dengan masuknya teknologi nuklir ke dalam ilmu kedokteran maka saat ini mulai

berkembang suatu dislpin ilmu baru. Akibatnya akan terjadi perubahan cara panfang

penyakit organ menjadi cara pandang dari mulekuler.kemajua yang telah dicapai

dalam aplikasi teknologi nuklir dalam bidang kedokteran, tidak hanya meliputi

penemuan, produksi dam pemanfaatan radiosotop saja, akan tetapi juga peralatan

yang diperlukan dalam menuunjang kegiatan aplikasinya dalam bidang kedokteran.

iii. Bidang Pertanian

Aplikasi teknologi nuklir dalam bidang pertanian banyak dijumpai pada masalah:

1. Pasca Panen

Sebagai akibat dari cara pengolahan pertanian yang semakin baik, setiap kali

musim panen tiba, maka timbul masalah baru, yaitu bagaimana caranya agar hasil

panen yang melimpah dan belum sempat dipasarkan dapat tetap baik dan segar

dalam waktu lama. Untuk mengatasi hal ini, caranya adalah dengan mengawetkan

hasil panen sedemikian rupa sehingga tidak ttimbul tunas dan keadaan tetap

segar.pengawetan dilakukan dengan meradiasi hasil panen dengan sinar gamma.

2. Efesisensi Pemupukan

Untuk mendapatkan efesiensi pemupukan dengan baik. Cara yang digunakan

untuk mencari efesiensi pemupukan tanaman sebenarnya termasuk dalam teknik

perunut (tracer technique), yaitu dengan memasukan senyawa bertanda P32

keddalam pupuk tanaman. Posfor P32 yang menyatu dalam pupuk TSP(Triple

Super Phospat) akan diserap oleh tanaman.

iv. Bidang Lingkungan

Berbagai pencemaran yang menyebabkan kerusakan dan menurunnya daya dukung alam

bagi kelangsungan hidup manusia. Pencemaran lingkungan secara garis besar dapat

terjadi garis besar dapat melalui 3 cara :

1. Pencemaran udara

2. Pencemaran air

3. Pencemaran daratan

a) Analisis Pencemaran Udara

Udara di kota besar, utamanya kota industry sudah tercemar oleh gas COx, SOx,NOx,

HC, dan partikel. Untuk analisis logam berat Pb maka perlu diteliti keberadaan di

dalam udara, karena sebagai pencemar udara Pb akan berdampak kepada manusia

antara lain gangguan pada pembetukan sel darah merah, gangguan system saraf,

gangguan pencernaan, system produksi, menurunkan IQ pada anak.

Urutan pekerjaan adalah sebagai berikut :

1. Pengambilan cuplikan (sampel) udara dengan pompa hisap udara yang

dilengkapi dengan filter khusus. Digunakan untuk menangkap debu yang

terkandung Pb.

2. Perlakuan cuplikan (sampel) dengan memasukan ke dalam kantong plastic

yang sebelumnya ditimbang beratnya.

3. Culpikan (sampel udara) dan cuplikan standar diradiasi dengan fluks neutron.

4. Kalibrasi spektrometri Gamma dipakai untuk analisis sampel udara. Meliputi

kalibrasi energy gamma dan kalibrasi efesiensi.

5. Pencacahan cuplikan (sampel udara) dengan detector seperti Nal(Tl), detector

Ge(Li), detector Si(Li).

6. Analisis data hasil pencacahan :

a. Analisis kualitatif, mengetahui unsur-unsur yang terdapat dalam sampel

udara.

b. Analisis kuantitatif, untuk mengetahui kadar atau konsentrasi masing-

masing unsure.

b) Analisis pencemaran Udara

Pencemran air lingkungan, terutama air sungai, misalkan oleh logam berat misal

CO, Cr, Cu, Hg, dan Zn, maka biota air juga ikut tercemar. Oleh karena itu walapun

pencemaran perairan sangat kecil konsentrasinya tetapi akan menjadi berbahya bila

sampai ketubuh manusia.

Urutan pngerjaan sebagai berikut :

1. Pengambilan cuplikan

a. Ikan dan kepiting diambil pada musim kemarau agar tidak

mengalami pengeceran karena air hujan.

b. Iakn dan kepiting diambil masing-msing 20 buah.

c. Ikan dan kepiting dibersihkan dan diawetkan

2. Preparasi cuplikan

a. Ikan dan kepiting dikupas diambil dagingnya.

b. Daging dihaluskan

c. Keringkan dalam freezer dryer menggunakan centrifugal ball mill

d. Saring dengan saringan halus ditimbang 100 mg

3. Preparasi irradiasi

a. Saringan tersebut dimasukan dalam polyethylene

b. Masukan dalam reaktor radiasi

c. Fluks neutron diatur 1011n/cm2/detik

d. Atur iiradiasi 10 menit untuk radionuklida umur pendek dan 12 jam

umur panjang.

4. Analisis

a. Analisis kualitatif, mengatahui unsure yang terdapat dalam cuplikan

dengan cara radiasi energy Gamma.

b. Analisis kuantitatif, untuk mengetahui kadar atau konsentrasi

masing-masing unsur.

c) Analisis Pencemaran Daratan

Analisis pencemaran daratan seperti halnya pencaemaran udara dan air. Apabila

indicator biologis dipilih suatu tanaman tertentu, maka analisisnya sama dengan

analisi neutron.

Urutuan pengerjaan :

1. Pengambilan cuplikan

a. Tentukan lokasi tanah yang tercemar.

b. Ambil tanah dengan kedalaman 1 cm.

c. Masukan dalam kantong plastic.

2. Preparasi cuplikan

a. Bersihkan tanah dari batu dan akar

b. Keringkan tanah dengan lampu pemanas

c. Haluskan tanah dengan martil

d. Homogeny tanah dengan air suling kemudian keringkan lagi

3. Preparasi irradiasi

a. Tanah sebanyak 100 mg dimaksukan polyethylene

b. Maksukan dalam reaktor

c. Atur fluks neutron sebesar 1011n/cm2/detik.

d. Atur iiradiasi 10 menit untuk radionuklida umur pendek dan 12 jam

umur panjang.

Cara aktivasi neutron adalah dengan gambar sebagai berikut :

Pengambilan cuplikan lingkungan

Preparasi cuplikan

Proses aktivasi

Kalibrasi spektrometri Gamma

Kalibrasi energy Gamma Kalibrasi efesiensi detektor

Pencacahan

analisis

Analisis kuantitatifAnalisis kualitatif

Hasil

Daftar pustaka

- Winarno, E.Y , Diklat Proteksi Radiasi Tingkat Teknis, Pusdiklat BATAN, Jakarta- Wisnu Arya Wardana, “Aplikasi Teknik Nuklir ” , Pusdiklat - BATAN , Jogjakarta, 1987- Penerbit “Andi Jogjakarta”