Prosiding Seminar Nasional AAN 2010Serpong, 2-3 November 2010 ISSN : 2085-2797

VALIOASI SPEKTROMETER GAMMA01 LABORATORIUM SPEKTROSKOPI PUSOIKLAT BATAN

Sugino, Tulisna, Anda Sanusi dan Sugito

Pusat Pendidikan dan Pelatihan (Pusdiklat)-BATANJI. Lebak Bulus Raya, Pasar Jumat, Jakarta 12440

e-mail: sugino@batan.go.id

ABSTRAK

VALIDASI SPEKTROMETER GAMMA DI LABORATORIUM SPEKTROSKOPI PUSDIKLAT

BATAN. Spektrometer gamma digunakan untuk menentukan jenis dan aktivitas radionuklida pemancargamma, seperti pada pengukuran radioaktivitas lingkungan dan analisis aktivasi neutron (AAN). Supayadiperoleh hasil analisis kualitatif dan kuantitatif yang presisi dan akurat, maka spektrometer gammaharus divalidasi. Validasi terhadap spektrometer gamma yang dilakukan meliputi konfirmasi Identitas,linieritas diferensial, unjuk kerja, kalibrasi efisiensi, uji presisi, dan uji akurasi. Konfirmasi identitasdilakukan dengan pengujian kalibrasi energi dan memberikan penyimpangan energi terbesar 0,3 KeY.Pengujian linieritas diferensial memberikan perbedaan nilai cacahan terbesar6,9 %. Hasil Pengukuranresolusi selama 1 tahun menunjukkan nilai terkecil1 ,82 KeV, sesuai dengan resolusi awal sebesar1,8 KeY. Nilai PIC terkecil 59,8 sesuai dengan nilai PIC awal60. Nilai efisiensi relatif terendah 28,6 %,sesuai dengan nilai efisiensi awal 30 %. Bentuk kurva kalibrasi menunjukkan untuk energi lebihdari 200 KeV, hubungan Log Energi terhadap Log Efisiensi berupa garis lurus dengan persamaanLn(£) = 7,211-0,8173 Ln(E), sedangkan untuk energi kurang dari 100 KeV efisiensi turun denganpersamaan Ln(£) = -13,34+6,712 Ln(E)+0,06894 Ln(Ef, sesuai dengan teori dan acuan. uji presisimemberikan nilai chi square sebesar 10,6, masuk dalam peluang 5 % sampai dengan 95 %. Pengujianakurasi spektrometer gamma ditunjukkan dari hasil uji banding pengukuran aktivitas 1-131 padatahun 2009 dengan hasil baik, perbedaan hasil 2,35 % dengan ketidakpastian pengukuran 6 %.

Kata kunci : Validasi, Spektrometer gamma, Kalibrasi energi, Linieritas diferensial, Resolusi, Peak tocompton ratio, Kalibrasi efisiensi, Presisi, Akurasi

ABSTRACT

VALIDATION OF GAMMA SPECTROMETER IN SPECTROSCOPY LABORATORY OF

EDUCATION AND TRAINING CENTER BATAN. Gamma spectrometer used to determine the type andactivity of gamma emitting radionuclides, such as the measurement of environmental radioactivity andneutron activation analysis (NAA). In order to obtain precise and accurate qualitative and quantitativeanalysis, the gamma spectrometer should be validated. Validation of the gamma spectrometer wasconducted on the confirmation of identity, differential linearity, performance, efficiency calibration,precision test, and accuracy test. Confirmation of identity cunducted by energy calibration testingconducted and showed the largest energy deviation of 0.3 keY. Differential linearity testing showed thehighest count difference of 6.9 %. Test Results for 1 year showed the lowest resolution of 1.82 keV,in accordance with the initial resolution of 1.8 keY. Value of lowest PIC is 59.8, according to the firstPIC of 60. The lowest relative efficiency of 28.6 %, according to the initial efficiency of 30 %. Calibrationcurve shows that for more than 200 keV energy, the relationship of Ln Energy vs Ln Efficiency is astraight line with equation Ln(£) = 7.211-0.8173 Ln(E), while for less than 100 keV energy the theequation Ln(£) = -13.34+6.712Ln(E)+0.06894 Ln(E)2, in accordance with the theory and references.Precision test conducted by chi square value of 10.6, according to probability of 5% to 95%. Testingthe accuracy is shown from the results of comparative tests of measuring 1-131 activity in 2009 withgood results, the difference in the results of 2.35 % with the uncertainty of 6 %.

Key words: Validation, Gamma Spectrometer, Energy calibration, Differential linearity, Resolution,Peak to compton ratio, Efficiency calibration, Precision, Accuration

111

Validasi Spektrometer Gamma Oi LaboratoriumSpektroskopi Pusdiklat BATAN (Sugino)

PENDAHULUAN

Spektrometer gamma digunakan

untuk menentukan jenis dan aktivitas

radionuklida pemancar gamma, seperti

pada pengukuran radioaktivitas lingkungan

dan analisis aktivasi neutron (AAN). Supaya

memperoleh hasil analisis, baik kualitatif

atau jenis radionuklida, maupun kuantitatif

atau nilai aktivitas secara akurat, maka

spektrometer gamma harus divalidasi. Validasi

spektrometer gamma merupakan salah satu

validasi peralatan yang diperlukan dalam

validasi metode.

Dalam kegiatan ini validasi spektrometer

gamma ini dilakukan konfirmasi identitas, uji

linieritas diferensial, uji unjuk kerja, kalibrasi

energi, uji presisi dan uji akurasi, untuk

menentukan kelayakan spektrometer gamma

untuk analisis kualitatif dan kuantitatif.

METODE

1. Konfirmasi Identitas

Konfirmasi identitas pada spektrometer

gamma berhubungan dengan kalibrasi

energi, yang menghubungkan energi dengan

channel. Setelah dilakukan kalibrasi energi,

dilakukan pengujian menggunakan beberapa

radionukida. Kalibrasi energi didekati dengan

persamaan linier.

2. Diferensial non linieritas

Diferensial non linieritas (Defferential Non

Linearity=DNL) adalah parameter yang

menunjukkan kemampuan setiap kanal

menerima dan menyimpan informasi digital.

Pengujian dilakukan dengan memberikan

jumlah cacahan pad a setiap channel dari

sumber pulsa dengan frekuensi tetap.

112

ISSN : 2085-2797

3. Unjuk Kerja

Unjuk kerja spektrometer meliputi resolusi,

efisiensi relatif dan peak to compton ratio

(PIC) dengan nilai awal diberikan dalam

spesifikasi spektrometer dari pabrik. Untuk

melihat kinerja spektrometer, secara rutin

dilakukan pengecekan parameter tersebut.

Resolusi dinyatakan dalam nilai Full Width

at Half Maximum (FWHM) pada 1332 KeV

dari radionuklida Co-60. Efisiensi relatif

terhadap detektor Nal(TI) ditentukan pada

energi 1332 KeV pada jarak 25 em dari

detektor. PIC merupakan perbandingan

cacahan pada energi '1040 KeV sampai

dengan 1096 KeV terhadap area puneak

1332 KeV.

4. Kalibrasi Efisiensi

Kalibrasi efisiensi dilakukan menggunakan

sumber standar Eu-152 dan eampuran

8a-133, Cs-137, Co-60 pada jarak sumber

detektor 10 em dan 25 em.

5. Uji Presisi

Uji presisi dilakukan untuk melihat kestabilan

alat. Uji presisi pada spektrometer dilakukan

pad a energi rendah, sedang dan tinggi,

masing-masing dengan pengulangan 20 kali.

6. Uji Akurasi

Uji akurasi dilakukan melalui uji banding

pengukuran aktivitas.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kalibrasi energi didekati dengan

persamaan linier, seperti ditunjukkan pada

Gambar 1.

Hasil pengujian atau validasi kalibrasi

energi untuk konfirmasi identitas menggunakan

radionuklida 8a-133, Cs-137 dan Co-60

Prosiding Seminar Nasional AAN 2010Serpong, 2-3 November 2010

C:iW'''''''''- ~

ISSN : 2085-2797

;',' .,',' )< .•.•,_., ':' . ""',::._~iI>\o: ... :.. /:"

n6-..:;i!t.tH'.t"'~$lUI'r;tIC/wiUl.w;G.TJviI!J1~ I!11oi'mm:!••••!~I ••«~~!(J,·, . " ..rv,If.!. t~~lf\I.· .IWt@'("!n

OD t.-«! I Mttl ._ N:< I. ,-' .

Gambar 1. Hasil Kalibrasi Energi Gambar 3. Grafik kontrol Resolusi

id'i 101! :d1I ~. StJnW l1CUi!l1~

Olloi~e< I . I IrNi~ .,-J ....J

~ r~1.0:>

I."

,.....-- "'-- i J. I

II II

i!

!

I I -<>- FWHI.II\~VI -V- FV\lTI.U'.~V,II ,I

I

·1I I!

~

)-~J1---)----

I. I I~ ! 1

! , II ~ •• I I j £ •

memberikan penyimpangan energi antara data

energi dengan hasil pengukuran terbesar

0,3 KeY. Umumnya toleransi penyimpangan

energi gamma untuk ana lis is kualitatif atau

penentuan radionuklida toleransi ± 1 KeY.

Hasil pengujian diferensial non linieritas

(dnl) menggunakan pulser dengan frekuensi

250 Hz yang memberikan 10.000 cacahan pada

spektrum ditunjukkan pad a Gambar 2.

Hasil pengukuran dnl terkecil10,383 pada

ch 5891 dan terbesar 11,116 pad a ch 106.

Sehingga diperoleh nilai dnl sebesar6,9 %. MCA

yang baik nilai ndllebih kecil dari 1%. Perbedaan

terse but masih bisa diterima jika digunakan untuk

analisis kuantitatif secara komparatif, karena

perbandingan dilakukan pad a energi atau

channel yang sama. Akan tetapi Untuk AAN

metode ko' tidak dapat digunakan karena akan

•••.u~hltf+()

[!§~

-----L.----l~i

iL~

~--~-~_. "'-.•..~ ••••"""'=I••••••.••,. \ '1,'1 f'vtIIOI.I""1II ~.atI."IO""·

• .,.. M04. ~ 'a•... '-- ~_ '1.'Wc-r 'C'"" II1II1..-_. "11'" -.. •• ~

Gambar 2. Spektrum pulser

113

~

••.....•

. 1-+-1,<;1\1tJ ...•... M:~I"1I

I

I

I I

~<>ig qCD<> <>

~ ~q q5

'"t;Q• ~• ~••IS~ ~., '"0

M TM M,:,M M

Gambar 4. Grafik kontrol PIC dan Efisiensi

mengakibatkan kesalahan yang disebabkan oleh

ADC, sehingga perlu dilakukan pengkajian lebih

lanjut untuk mencari penyebab dan

peningkatannya.

Pengukuran resolusi selama 1 tahun

menunjukkan nilai terkecil 1,82 KeV, terbesar

1,94 KeV dengan rata-rata 1,87 KeV, tidak

berbeda jauh dengan resolusi awal sebesar

1,8 KeY. Nilai PIC terkecil 59,8, dan terbesar

63,1 dengan rata-rata 61.4, sesuai dengan nilai

PIC awal 60. Nilai efisiensi relatif terendah

28,6 %, terbesar 30,6 % dengan rata-rata

31,0 %, sesuai dengan nilai efisiensi awal30 %.

Grafik kontrol resolusi ditunjukkan pada

Gambar 3., sedangkan grafik kontrol PIC dan

efisiensi ditunjukkan pada Gambar 4.

Resolusi sistem FWHM sangat penting

diketah~i dan dipertahankan dengan melakukan

Validasi Spektrometer Gamma Di LaboratoriumSpektroskopi Pusdiklat BATAN (Sugino)

perawatan seeara rutin. Dengan nilai FWHM

1,8 KeV, dua puneak yang memiliki perbedaan

energi kurang dari 1,8 KeV akan tumpang tindih

dan diperlukan suatu eara dalam analisis

kuantitatif.

Nilai rasio dari puncak Compton (PIC ratio)

tidak kalah pentingnya dengan resolusi

mengingat dalam AAN hamburan Compton yang

keluar sangat besar, terutama pada energi kurang

dari 600 KeV yang menyebabkan sensitivitasnya

berkurang.

Dalam AAN atau dalam pengukuran

sam pel radioaktif menggunakan sistem

pencacah secara umum selalu berkaitan dengan

parameter efisiensi sistem peneaeah. Karena

pengukuran biasanya dHakukan dengan metode

komparatif atau membandingkan dengan sumber

standar, maka nilai efisiensi deteksi tidak muneul

seeara eksplisit. Dalam hal ini, nilai efisiensi

sistem peneaeah diperlukan untuk pengeeekan

unjuk kerja spektrometer dan berkaitan dengan

masalah limit deteksi pengukuran.

Dalam AAN berbasis teknologi ko atau

dalam pengukuran sampel radioaktif dengan

metode absolut, diperlukan nilai efisiensi sistem

peneacah.

ISSN : 2085-2797

Nilai tersebut dipengaruhi oleh banyak

faktor antara lain geometri pengukuran, geometri

sam pel, geometri detektor. HasH kalibrasi

ditunjukkan pada Gambar 5. Bentuk kurva

kalibrasi menunjukkan untuk energi lebih dari

200 KeV, hubungan Log Energi terhadap Log

Efisiensi berupa garis lurus dengan persamaan

Ln(E) = 7,211- 0,8173 Ln(E), sedangkan untuk

energi kurang dari 100 KeV efisiensi turun dengan

Persamaan (1):

Ln(E)= -13,34+6,712Ln(E)+0,06894Ln(E)2 .. (1)

Hasil pengukuran berulang diuji dengan

metode chi square. HasHuji presisi, memberikan

nilai chi square sebesar 10,6, masuk dalam

peluang 5 % hingga 95 %, yang berarti mengikuti

distribusi gauss dan layak digunakan.

Pengujian akurasi spektrometer gamma

Laboratorium Spektroskopi Pusdiklat dilakukan

dengan eara dengan mengikut uji banding

pengukuran aktivitas 1-131pada tahun 2009 yang

diselenggarakan oleh PTKMR BATAN dengan

hasH baik, perbedaan aktivitas 1-131 sebesar

2,35 % dengan ketidakpastian pengukuran 6 %.

Kt:SIMPULAN

10

6

" (:0

., ~I-- - •••• - •••.••••••..•

-- ---;~-..-t=---=:::......., ....-...•....

Berdasarkan hasH pengujian konfirmasi

identitas, diferensial non linieritas, unjuk kerja,

efisiensi, uji presisi dan akurasi, seeara umum

spektrometer gamma berfungsi dengan baik dan

layak digunakan untuk analisis kualitatif dan

kuantitatif dengan metode komparatif.

DAFTAR PUSTAKA

----- En~r·¢y ECkeV) -----

Gambar 5. Kurva Kalibrasi Efisiensi padaJarak Sumber dan Detektor 25 em

1. CM Lederes, Virginia Shierly. 1978. Table of

Isotopes 7th Edition. USA, Department of

Energy.

114

Prosiding Seminar Nasional AAN 2010Serpong, 2-3 November 2010

2. HH Tjahyono. 2009. Spektrometer Gamma.

Diktat Pelatihan Penyelia Analisis Aktivasi

Neutron. Jakarta, Pusdiklat SATAN.

115

ISSN : 2085-2797

3. YT Handayani. 2009. Ketidakpastian dalam

AAN. Diktat Pelatihan Validasi Metode

dalam AAN. Jakarta, Pusdiklat SATAN.

4. Canberra. 2002. Genie 2000 : Operation

Manual V2.1. USA, Canberra.