Pemanfaatan Nuklir Dalam Bidang Industri ( Teknik Gauging dan Radiografi )

Bidang Industri

Aplikasi teknologi nuklir dalam bidang industri merupakan salah satu bentuk pemanfaatan radiasi  yang ada pada zat radioaktif atau radioisotop. Radioisotop dapat diperoleh dari reaktor nuklir yang khusus memproduksi radioisotop ataupun reaktor riset, seperti terdapat di reaktor nuklir Bandung dan reaktor nuklir Serba Guna Serpong  walaupun Reaktor Kartini Yogya tidak diberi fasilitas untuk memproduksi radioisotop. Radioisotop yang menguntungkan tersebut radiasinya mempunyai kemampuan untuk menembus bahan, pendeteksiannya yang sangat peka, dan radioisotop bersifat selektif, banyak digunakan dalam bidang industri.

Pemanfaatan radiasi nuklir dalam bidang industri antara lain dalam :

1. Teknik radiografi
2. Teknik gauging
3. Teknik perunut atau teknik tracing
4. Teknik analisis aktivasi neutron

Teknik Radiografi

Aplikasi teknologi nuklir dalam bidang industri radiografi sebenarnya hampir mirip dengan pemakaian pesawat sinar-X pada bidang kedokteran, yaitu untuk melihat keadaan dalam tubuh manusia dengan cara di foto dengan sinar – X . Sedangkan dalam teknik radiografi yang di foto adalah benda atau obyek yang akan dilihat keadaan bagian dalamnya.

Sumber radiasi dalam teknik radiografi pada umumnya adalah :

1. Sumber radiasi sinar-X
2. Sumber radiasi sinar gamma
3. Sumber radiasi neutron

Ketiga sumber radiasi tersebut digunakan dalam teknik radiografi karena mempunyai daya tembus yang sangat  tinggi dan memiliki sifat-sifat  khusus yang diperlukan dalam teknik radiografi.

Sifat masing – masing sumber radiasi tersebut adalah sebagai berikut 

A. Sumber Sinar – X 

Sinar – X atau yang lebih dikenal sinar Rountgen adalah gelombang elektromagnet yang berasal dari kulit elektron. Sumber sinar X berasal dari mesin pembangkit sinar X yang energi dan intensitasnya dapat diatur sesuai keperluan.

Mesin pembangkit sinar – X ada 2 macam, yaitu :

    a. Tabung sinar – X berkatoda dingin ( Gas )

    b. Tabung sinar-X berkatoda panas ( Vakum )

Mengingat bahwa mesin pembangkit sinar – X bisa diatur energi dan intensitasnya  maka secara umum kualitas sinar – X dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu :

1. Sinar – X yang kuat
2. Sinar – X yang lemah

Kualitas sinar – X menentukan daya tembusnya. Semakin besar tegangan tabung sinar – X, semakin besar daya tembusnya dan makin pendek panjang gelombangnya. Dalam teknik radiografi, batas kualitas sinar X yang perlu diketahui adalah :

a. Sinar – X takbermuatan dan tak bermassa

b. Sinar  – X termasuk gelombang elektromagnetik  yang tak tampak

c. Sinar – X bergerak lurus, berkecepatan tinggi mendekati kece-patan cahaya.

d. Sinar – X tidak dapat dibelokkan oleh prisma maupun oleh len-sa, akan tetapi bisa disefraksi oleh kristal.

e. Sinar – X, walaupun tak bermuatan, tetapi dapat mengionisasi-kan medium yang dikenainnya, sehingga dapat merusak sel-sel manusia.

f. Sinar – X dapat menembus bahan.

g. Sinar – X bersifat polikromatis dengan spektrum yang sinam-bung ( Continue ).

B. Sumber Radiasi Sinar – Gamma (ɤ )

Dalam teknik radiografi, radiasi sinar gamma banyak digunakan karena daya tembusnya sangat kuat dan radioisotopnya relatif mudah dibuat dan umur paronya relatif cukup panjang, sehingga bisa dipakai  dalam waktu cukup lama. Beberapa sumber radiasi sinar gamma ( ɤ ) yang banyak digunakan dalam teknik radiografi adalah sebagai berikut : 

Tabel : Sumber radioisotop yang banyak digunakan dalam radiografi

No	Radioisotop   Gamma (ɤ)	Energi; MeV	Waktu paro	Keterangan
1	Co60	1,17  dan 1,33	5,24 tahun	Aktivitas jenis tinggi
2	Cs137	0,66	30 Tahun	Aktivitas jenis agak rendah
3	Ir192	0,1  ~ 0,6	75 Hari	Aktivitas jenis agak tinggi
4	Tl170	0,084	127 Hari	Aktivitas jenis tinggi

C. Sumber Radiasi Neutron (_on¹)

Sumber radiasi neutron seringkali juga digunakan dalam teknik radiografi karena daya tembusnya kuat. Pemakaian sumber radiasi neutron perlu kehati-hatian karena neutron walaupun tidak bermuatan tetapi neutron punya massa yang berdampak pada obyek  benda yang akan diperiksa dengan teknik radiografi. Sumber radiasi neutron ada tiga macam, yaitu :

1. Reaktor Nuklir
2. Akselerator
3. Radioisotop yang  dapat bereaksi menghasilkan neutron

Sumber neutron yang berasal dari reaktor nuklir dan akselerator pada umumnya bersifat stasioner sehingga pekerjaan radiografi harus dilakukan di tempat. Sedangkan sumber neutron yang berasal dari radioisotop bisa bersifat mobil, sehingga dapat dibawa keluar sesuai keperluan radiografi.

Sumber neutron yang berasal dari radioisotop dapat terbentuk berdasarkan reaksi inti ebagai berikut :

Sb¹²⁴    +    ɤ⁰            à           Be¹²³          +            ₀n¹

Energi    neutron    =    0,024  MeV

Waktu    paronya    =    60       hari

Atau  :

Am²⁴¹     +      β^-1      à       Be²⁴⁰      +      ₀n¹

Energi    neutron    =    4,4      MeV

Waktu    paro          =    462    tahun

Prinsip cara kerja teknik radiografi adalah sebagai berikut :  radiasi yang datang dari arah sumber radiasi diarahkan ke obyek yang akan diperiksa  dan dibalik obyek  sudah diletakkan film yang akan merekam hasil pemotretan radiografi.  Setelah melalui proses pencucian film, keadaan  dalam obyek tersebut dapat dilihat.

Teknik radiografi banyak digunakan dalam bidang industri karena alasan – alasan berikut ini :

a. Peralatan  mudah dibawa ke lapangan

b. Pengoperasiannya tanpa menggunakan listrik

c. Biaya perawatan alat-alat relatif rendah terlebih lagi sumber radiasi yang digunakan berumur paro panjang

d. Modal awal untuk pembelian peralatan relatif rendah

Walaupun  teknik radiografi banyak digunakan dalam bidang industri, akan tetapi ada beberapa faktor yang perlu diperhitungkan berkaitan dengan modal awal, yaitu :

1. Adanya radiasi yang berdampak kepada manusia. Oleh karena itu operator radiografi harus memahami masalah Proteksi Radiasi.
2. Pengoperasian alat yang dipakai ataupun tidak dipakai, sumber radiasi akan meluruh.
3. Energi radioisotop sudah tertentu besarnya, tidak seperti halnya sinar-X yang dapat diatur sesuai kepeluan.

Teknik Gauging 

Pemakaian radioisotop dalam bidang industri, khususnya dalam bidang teknik gauging  terbilang banyak dijumpai. Teknik gauging adalah teknik pengukuran dengan mengguna-kan radioisotop dan teknik pengukuran ini ada beberapa macam, yairu thickness gauging, level gauging dan density  gauging. Cara kerja teknik pengukuran ini berdasarkan  :

1. Cara Transmisi
2. Cara back scatering

A. Cara Transmisi

Teknik pengukuran dengan cara transmisi adalah dengan memanfaatkan  sifat atenuasi atau penyerapan radiasi oleh suatu bahan. Perbedaan intensitas radiasi sebelum melewati suatu bahan dan sesudah melewati suatu bahan digunakan “ untuk mengukur “ bahan tersebut. Oleh karena I₀ ; I ; dan μ bisa diketahui nilainya, maka harga X ( tebal ) suatu bahan dapat ditentukan.

Cara pengukuran tebal bahan ini yang digunakan dalam industri yang diubah menjadi proses penetapan tebal bahan secara otomatis. Gambar berikut ini menunjukan prinsip pengukuran tebal bahan secara otomatis dalam industri, misalkan yang dijumpai pada pabrik baja yang memproduksi baja lembaran ( roll ). Pelat baja roll dengan ketebalan tertentu akan terus berputar ke kiri dan akan berhenti secara otomatis bila ada perubahan tebal bahan. Perubahan tebal bahan akan menyebabkan intensitas radiasi yang ditangkap oleh detektor berubah dan perubahan ini akan diteruskan ke alat kontrol.

Cara kerja pengukuran tebal bahan secara otomatis tersebut juga dapat diterapkan pada pengukuran Level Gauging atau pengukuran volume cairan di dalam suatu wadah seperti gambar dibawah ini. 

I = I₀ e^-μx

μ    =    Koefisien atenuasi bahan

X    =    Tebal bahan

I₀   =     Intensitas radiasi sebelum melewati bahan  

I    =   Intensitas radiasi setelah melewati bahan  

 

Pancaran radiasi yang datang dari dasar tangki akan diserap oleh volume zat cair yang diatasnya dan kemudian diteruskan ke detektor yang ada diatasnya. Bila volume zat cair di dalam tangki terisi penuh, radiasi yang ditangkap detektor akan lebih rendah. Sebaliknya kalau volume zat cair berkurang, radiasi yang ditangkap  detektor akan lebih tinggi. Hasil tangkapan radiasi oleh detektor kemudian diubah dan dikalibrasi oleh alat pencatat dengan volume tangki yang sebenarnya.

Mengingat bahwa sifat atenuasi bahan dapat dikaitkan dengan harga koefisien penerapan massa suatu bahan ( μ_m ) yang besarnya sama dengan :

μ_m      = μ / ρ

              μ_m      = μ / ρ

Dengan catatan bahwa ρ  adalah berat  jenis suatu bahan, maka persamaan   :

      

 I =I0e^-μx   dapat diganti menjadi  I =I₀  e^-(μm.Ρ)x

Sehingga persamaan terakhir ini dapat juga diterapkan pada teknik density gauging atau pengukuran berat jenis ( density ) suatu bahan.

Prinsip kerja teknik density gauging sama dengan teknik level gauging.

Cara Back Scattering

Cara back scattering atau hamburan balik banyak digunakan dalam industri karena dapat dipakai  secara luas di berbagai bidang kegiatan dan hasilnya  dapat diperoleh dalam waktu yang singkat. Cara hamburan balik ini sering juga disebut dengan cara uji tak merusak, karena radiasi yang datang tidak  bereaksi dengan bahan yang diamati, tetapi hanya sekedar memanfaatkan pantulan radiasi atau hamburan balik dari radiasi yang mengenai bahan. Prinsip kerja back scattering secara sederhana dapat diterangkan sebagai berikut :

1. Zarah radiasi yang datang dapat digambarkan sebagai bola tenis.
2. Bola yang dilemparkan ke arah lantai marmer, pantulannya tentu lain dengan pantulan bola tenis ke tanah berpasir dan sudah barang tentu juga berbeda pantulannya bila bola tenis tersebut dilemparkan kearah kasur busa. 
3. Sifat pantulan bola tenis yang berbeda akibat mengenai benda yang berbeda kekerasan permukaannya dimanfaatkan untuk “ menganalisis dan memperkirakan “ benda tersebut.
4. Demikian pula bila zarah radiasi mengenai materi, yang akan dipantulkan dimana sifat pantulannya  tergantung pada sifat materi yang dikenai radiasi .

Cara hamburan balik yang pada umumnya digunakan adalah sesuai dengan sumber radiasi yang digunakan, yaitu :

1. Cara hamburan balik radiasi neutron
2. Cara hamburan balik fluorescensi sinar – X  ( XRF )
3. Cara hamburan balik radiasi sinar – X dan radiasi gamma
4. Cara hamburan balik radiasi Beta.

Analisis bahan dengan cara tak merusak yang banyak dijumpai dalam bidang industri dan hasilnya dapat diperoleh dalam waktu singkat adalah teknik fluorescensi sinar – X, karena peralatannya mudah dibawa  ke lapangan dan hasilnya segera dapat diketahui.