Identifikasi dan Penentuan Radioaktivitas Alam dalam Abu Dasar (Bottom Ash) Batubara dengan Spektrometer Gamma Detektor HPGe Chapter III V
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan
3.1.1. Alat Penelitian
Alat yang digunakan untuk pengukuran radionuklida alam dalam sampel adalah
yang sesuai dengan standar acuan IAEA (International Atomic Energy
Association) yaitu :
-Ayakan SS
200 mesh
-Beaker Marinelli
1L
-Neraca Analitik
Shimadzu
-Oven
Memmert
-Nampan
Stainless Steel
-Gamma Spektrometer ORTEC dengan detektor HPGe (High Purity Germanium)
-Kertas Label
-Spidol
-Plastik Klip
- Lem araldit
-Allu
-Lumpang
3.1.2. Bahan Penelitian
-Abu dasar (bottom ash) batubara KIM asal Palembang 200 mesh 1500 g
-Abu dasar (bottom ash) batubara KIM asal Padang 200 mesh 1500 g
3.2. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang digunakan sesuai dengan prosedur yang
dikeluarkan IAEA (International Atomic Energy Association) mulai dari
pengambilan sampel, preparasi sampel, kemudian sampel dicacah dengan
spektrometer gamma dengan detektor HPGe untuk analisa kuantitatifnya.
3.2.1. Pengambilan Sampel
Universitas Sumatera Utara
Pada
penelitian
ini
digunakan
dua
sampel
yaitu
abu
dasar
(bottom ash) batubara asal Palembang dan abu dasar (bottom ash) batubara asal
Padang. Masing-masing sampel diambil secara sembarang dari dua tempat
penimbunan limbah abu dasar batubara (ash disposal) di kawasan industri Medan
(KIM). Limbah abu dasar batubara ditimbun dalam suatu areal, pada pengambilan
sampel ini, abu dasar batubara diambil dari bagian atas timbunan, bagian tengah
timbunan dan bagian bawah timbunan. Abu dasar batubara diambil menggunakan
sekop semen kemudian abu dasar batubara dari masing-masing bagian timbunan
dimasukkan kedalam suatu karung lalu dicampurkan (dihomogenkan). Sampel
diambil secukupnya yang diperkirakan setelah dihaluskan akan memperoleh abu
dasar (bottom ash) batubara sebanyak masing-masing 1500 g dengan ukuran 200
mesh.
3.2.2. Preparasi Sampel
Sampel abu dasar batubara KIM asal palembang dan abu dasar batubara
KIM asal padang dikeringkan di bawah sinar matahari dengan tujuan supaya lebih
mudah saat proses penghalusan dan pengayakan. Sampel dihaluskan dengan
menggunakan alu (penumbuk) dan lumpang lalu disaring dengan ayakan 200
mesh sebanyak masing-masing 1500 g lalu masing-masing sampel disimpan di
dalam plastik klip dan diberi label. Selanjutnya masing-masing sampel
dimasukkan ke dalam sebuah nampan dan dipanaskan di dalam oven dengan suhu
105oC selama 5 jam dengan tujuan supaya kandungan air yang terdapat di dalam
sampel menguap dan sampel bebas dari air. Setelah 5 jam sampel dikeluarkan dari
oven dan didinginkan. Kemudian masing-masing sampel dimasukkan kedalam
beaker marinelli berukuran 1 Liter, lalu kedua beaker marinelli yang berisi sampel
abu dasar batubara palembang dan abu dasar padang direkatkan menggunakan
lem araldit pada bagian penutupnya kemudian di lapisi dengan solasiban.
Kemudian sampel didiamkan selama 39 hari untuk mencapai kesetimbangan
konsentrasi sekular dengan anak luruhnya.
Universitas Sumatera Utara
3.2.3. Kalibrasi Spektrometer Gamma
3.2.3.1.Peluruhan Sumber Standar
Sumber standar yang digunakan adalah radionuklida yang telah
tersertifikat (telah diketahui aktivitasnya) Eckert dan Zigler Analytics.Peluruhan
sumber standar dilakukan dengan mencacah sampel dalam beaker marinelli yang
telah diketahui aktivitas awalnya yang akan digunakan sebagai standar. Peluruhan
sumber standar dilakukan untuk mengetahui aktivitas standar yang digunakan
pada saat pencacahan (13 Maret 2017). Pencacahan sumber standar dilakukan
selama 3 jam. Adapun unsur sumber standar yang dicacah adalah Pb-210, Am241, Cd-109, Co-57, Ce-139, Hg-203, Sn-113, Cs-137, Y-88, Co-60, Co-60, Y88.
3.2.3.2. Kalibrasi Energi
Setelah dilakukan peluruhan sumber standar, maka nuklida yang dijadikan
sebagai sumber standar adalah nuklida yang aktivitasnya masih diatas 10 Bq.
Kalibrasi energi dilakukan dengan menghubungkan energi dari nuklida sumber
standar dengan nomor salur yang didapat dari hasil pencacahan sumber standar.
Hubungan dari energi dan nomor salur akan menghasilkan kurva berupa garis
lurus.
3.2.3.3. Kalibrasi Efisiensi
Kalibrasi Efisiensi dilakukan dengan memasukkan data hasil pencacahan
dari setiap nuklida standar, yaitu berupa net area, waktu cacah, aktivitas nuklida
sumber standar saat pencacahan dan kelimpahan eneri gamma kedalam suatu
persamaan. Kemudian dari persamaan akan diperoleh nilai efisiensi untuk masingmasing nuklida standar pada energi tertentu. Nilai efisiensi yang dihasilkan
digambarkan dalam bentuk kurva, sehingga akan menghasilkan dua kurva yaitu
pada energi tinggi (diatas 200 KeV) dan energi rendah (dibawah di 200 KeV), dari
kurva tersebut akan dihasilkan persamaan yang digunakan untuk menghitung
efisiensi dari masing-masing radionuklida pada energi tertentu. Persamaan yang
digunakan adalah persamaan dari kurva berenergi tinggi.
Universitas Sumatera Utara
3.2.4. Pengukuran Latar (Background)
Pengukuran Latar (background) dilakukan dengan cara mengukur secara terusmenerus beaker marinelli kosong selama 17 jam (61200 detik) menggunakan
Spektrometer gamma detektor HPGe.
3.2.5. Pengukuran Sampel Menggunakan Spektrometer Gamma
Sampel yang telah didiamkan selama 39 hari diukur menggunakan
spektrometer gamma detektor HPGe yang telah dikalibrasi terlebih dahulu dengan
suatu sumber standar. Sebelum dimasukkan, sampel terlebih dahulu dilapisi
dengan plastik supaya tidak terjadi kontaminasi dengan detektor. Sampel dicacah
selama 17 jam untuk masing-masing sampel dan kemudian dilakukan analisa
spektrum yang dihasilkan untuk mengetahui radionuklida alam apa yang terdapat
didalam sampel dan berapa radioaktivitasnya.
Universitas Sumatera Utara
3.3. Bagan Penelitian
3.3.1. Persiapan Sampel
3.3.2. Preparasi Sampel
Universitas Sumatera Utara
3.3.3. Peluruhan Sumber Standar
3.3.4. Pengukuran Latar (Background)
Universitas Sumatera Utara
3.3.5. Pengukuran Sampel dengan Spektrometer Gamma
Universitas Sumatera Utara
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Data Penelitian
4.1.1. Peluruhan Sumber Standar
Berikut persamaan yang digunakan dalam menentukan peluruhan sumber standar
At = Ao e − λt = Ao e
Dimana :
− 0,693t / T
(1)
At
: aktivitas pada saat pencacahan (Bq)
Ao
: aktivitas mula-mula (Bq)
t
: waktu tunda (hari)
T
: waktu paro (hari)
Tabel 4.1.1 Peluruhan sumber standar
Nuklida
Energi (KeV) Waktu paro (d)
A0 (1 0kt 2912 )
(Bq)
Pb-210
46,5
8,109 x 103
3621,80
Am-241
59,5
1,58 x 105
265,47
88,0
4,626 x 102
3936,60
Cd-109
2,718 x 102
Co-57
122,1
Y-88
898,0
1,066 x 102
382,56
Co-60
1173,2
1,925 x 103
182,60
Co-60
1332,5
1,925 x 103
182,60
Y-88
1836,1
1,066 x 102
382,56
88,99
Universitas Sumatera Utara
Setelah dilakukan peluruhan sumber standar, maka nuklida yang dapat digunakan
sebagai standar adalah nuklida yang aktivitasnya masih diatas 10Bq. Maka
nuklida yang dapat dijadikan sebagai sumber standarnya adalah sebagai berikut.
Tabel 4.1.2 Nuklida sumber standar
At ( 13 Maret 2017) (Bq)
Nuklida
Energy (KeV)
Pb-210
46,5
3152,435801
Am-241
59,5
263,5833081
Cs-137
661,7
103,1250931
Co-60
1173,2
101,7796094
Co-60
1332,5
101,7796094
4.1.2. Kalibrasi Energi
Setelah dilakukan peluruhan sumber standar, maka dihasilkan nuklida yang masih
dapat digunakan sebagai standar. Nomor salur didapatkan dari hasil pencacahan
nuklida sumber standar.
Tabel 4.1.3 Kalibrasi Energi
Nuklida
Nomor Salur
Energy
Pb-210
222
46,5
Am-241
289
59,32
Cs-137
3359
661,62
Co-60
5969
1173,2
C0-60
6780
1332,5
Universitas Sumatera Utara
Untuk menggambarkan kurva kalibrasi energi dapat dilakukan dengan
menggunakan persamaan berikut :
Y = a + bX
(2)
dengan:
Y
: Energy gamma ( KeV)
a dan b : bilangan konstanta linier
X
: Nomor salur ( channel)
Dengan memesukkan nilai nomor salur dan energi pada tabel 4.1.3 kedalam
persamaan 2, maka akan dihasilkan kurva kalibrasi energi sebaga berikut.
G
ambar 4.1. Kurva kalibrasi energi spektrometer gamma detektor HPGe
Pada gambar 4.1 dihasilkan persamaan untuk kalibrasi energi adalah
Y=0,01961x+3,0139.
Universitas Sumatera Utara
4.1.3. Kalibrasi Efisiensi
Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi :
εγ =
( N S / t S − N BG / t BG )
At ⋅ pγ
(3)
Dengan:
ε
: efisiensi pencacahan (%)
Ns
: cacah standar (cacah)
N BG : cacah latar (cacah)
ts
: waktu cacah standar (detik)
t BG
: waktu cacah latar (detik)
At
: aktivitas sumber standar pada saat pencacahan (Bq)
Pɣ
: kelimpahan energi gamma (%)
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka kita mendapatkan nilai efisiensi
dari nuklida standar sebagai berikut :
Tabel 4.1.4 Efisiensi Nuklida Standar
Nuklida Standar
Energi
Efisiensi
Pb-210
46,5
7,94 . 10-4
Am-241
59,33
4,02 . 10-3
Cs-137
661,62
6,9 . 10-3
Co-60
1173,2
4,04 . 10-3
Co-60
1332,5
3,7 . 10-3
Nilai efisiensi yang terdapat pada tabel 4.1.4 digambarkan ke dalam kurva,
sehingga menghasilkan dua kurva yaitu pada energi tinggi dan energi rendah,
seperti yang digambarkan pada gambar 4.2 berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2. Kurva Kalibrasi Efisiensi Spektrometer Gamma Detektor HPGe
Kurva kalibrasi efisiensi spektrometer gamma dengan detektor HPGe Gem 60-05
merupakan hubungan antara energi gamma dengan efisiensi yang menghasilkan
garis eksponensial dengan persamaan y = 2,624x-0,91, R2 = 0,998 seperti yang
terlihat pada gambar 4.2.
Persamaan yang diperoleh dari hubungan antara energi gamma dan efisiensi
pencacahan akan dipergunakan dalam penghitungan konsentrasi radionuklida
dalam sampel. Persamaan tersebut adalah
y = 2,624x-0,91
(4)
dengan:
y = ɛ γ = efisiensi pencacahan (%)
x = energi puncak nuklida (keV)
Pada penentuan Radioaktivitas radionuklida alam Pb-210, Th-232, Ra-226 serta
U-238, kita tidak langsung menghitung aktivitas dari radionuklida alam itu
melainkan dari anak luruhnya yang memancarkan radiasi gamma pada energi
tertentu terkecuali untuk Pb-210, Pb-210 ditentukan secara langsung pada energy
46,5 KeV.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1.5 Penentuan radioaktivitas radionuklida alam berdasarkan anak
luruhnya
Radionuklida
Anak luruh
Energy
Pɣ
46,5
0,0424
Pb-212
338,63
0,1226
Ac-228
911,16
0,27
Ac-228
968,97
0,1623
Bi-214
609,31
0,446
Pb-212
351,92
0,351
Pa-234
1001,03
0,0059
Pb-210
Th-232
Ra-226
U-238
(Sumber :SOP BATAN)
Dengan menggunakan persaman (4) maka kita dapat menentukan efisiensi dari
masing-masing radionuklida yang akan ditentukan aktivitasnya.
4.1.6 Efisiensi Radionuklida Alam dalam Sampel
Radionuklida Anak Luruh
Energi (KeV)
Efisiensi
Pb-210
46,5
0,07935805
Pb-212
338,63
0,0130367
Ac-228
911,16
0,005293965
Ac-228
968,97
0,005005308
Pb-214
351,99
0,001280827
Bi-214
609,31
0,007634319
Pa-234
1001
0,00485935
Th-232
Ra-226
U-238
Universitas Sumatera Utara
4.1.4. Hasil Pengukuran Latar (Background)
Tabel 4.1.7 Hasil Pengukuran Latar
ROI
RANGE (keV)
NET
+/-
CENTROID
LIBRARY
( keV)
1
44.81
47.16
31
23
45.79
Pb-210
46,54
2
60.90
65.22
56
46
61.69
Th-234
63,29
3
66.60
70.91
47
52
69.74
Th-230
67,67
4
91.72
94.86
63
43
92.31
Th-234
92,81
5
235.96
240.67
63
57
238.84
Pb-212
238,63
6
292.47
297.18
352
46
295.48
Pb-214
295,22
7
335.63
340.34
28
39
336.61
Pb-212
338,63
8
349.37
354.07
533
44
352.15
Pb-214
351,99
9
580.42
585.91
73
27
583.85
Tl-208
583,19
10
606.69
612.18
476
37
609.93
Bi-214
609,32
11
658.85
664.34
34
28
660.51
Cs-137
661,66
12
907.98
914.26
20
25
911.51
Ac-228
911,16
13
965.79
972.06
38
30
969.42
Ac-228
968,97
14
997.73
1004.00
36
27
999.33
U-238
1001
15
1117.04
1123.71
196
23
1121.00
Bi-214
1120,28
16
1456.81
1463.86
153
27
1460.35
K-40
1460,75
17
1759.57
1767.40
75
24
1764.76
Bi-214
1764,51
Universitas Sumatera Utara
18
2607.04
2615.84
198
20
2612.60
Tl-208
2614,53
Data yang ditunjukkan oleh tabel 4.1.7. merupakan hasil pencacahan latar yaitu
beaker marinelli kosong yang dicacah menggunakan spektrometer gamma
detektor HPGe selama 17 jam. Hasil pencacahan menunjukan net area dari
masing-masing radionuklida pada energi tertentu. Net area yang dihasilkan akan
digunakan pada proses penentuan aktivitas radionuklida alam dalam sampel abu
dasar batubara Palembang dan abu dasar batubara Padang.
4.1.5. Hasil Pengukuran Sampel
Tabel 4.1.8 Hasil Pencacahan Sampel Abu Dasar Batubara Palembang
RO
RANGE (keV)
NET
+/-
CENTROID
LIBRARY ( keV)
1
45.40
48.15
612
137
46.60
Pb-210
46,54
2
61.10
65.22
6241
258
63.14
Th-234
63,29
3
66.20
69.34
699
188
67.57
Th-230
67,67
4
90.74
94.47
14920
251
92.53
Th-234
92,81
5
236.55
240.28
19827
229
238.42
Pb-212
238,63
6
292.67
297.38
59538
301
295.00
Pb-214
295,22
7
336.03
340.34
4576
160
338.12
Pb-212
338,63
8
348.97
354.86
105469 384
351.78
Pb-214
351,99
9
581.20
585.51
8156
130
583.32
Tl-208
583,19
10
606.30
612.77
89988
331
609.45
Bi-214
609,32
11
658.65
664.34
-545
114
Could
Cs-137
661,66
I
Universitas Sumatera Utara
12
908.57
913.86
5700
115
911.15
Ac-228
911,16
13
966.77
971.28
3210
90
968.92
Ac-228
968,97
14
999.10
1003.22 1103
68
1001.00
U-238
1001
15
1116.85 1123.71 20486
174
1120.20
Bi-214
1120,28
16
1457.20 1463.27 2934
88
1460.41
K-40
1460,75
17
1759.38 1768.57 16366
150
1763.66
Bi-214
1764,51
18
2607.04 2616.81 4022
74
2611.54
Tl-208
2614,53
Tabel 4.1.8 merupakan hasil pencacahan sampel abu dasar batubara yang dicacah
selama 17 jam menggunakan spektrometer gamma detektor HPGe. Hasil
pengukuran menunjukan net area dari masing-masing radionuklida pada energi
tertentu. Net area yang dihasilkan akan digunakan pada proses penentuan aktivitas
radionuklida alam dalam sampel abu dasar batubara Palembang.
Tabel 4.1.9 Hasil Pengukuran Abu Dasar Batubara Padang
RO
RANGE (keV)
NET
+/-
I
CENTROI
LIBRAR
D
Y
( keV)
1
45.40
48.15
2548
414
47.03
Pb-210
46,54
2
61.10
65.22
40003
778
63.96
Th-234
63,29
3
66.20
69.34
3688
564
68.22
Th-230
67,67
4
91.52
95.25
125565
785
93.32
Th-234
92,81
Universitas Sumatera Utara
5
237.53
241.06
78018
585
239.27
Pb-212
238,63
6
293.26
298.36
585021
976
295.85
Pb-214
295,22
7
337.01
340.93
21367
433
339.00
Pb-212
338,63
8
349.76
355.25
1036522 117
352.63
Pb-214
351,99
8
9
582.18
586.30
31888
325
584.18
Tl-208
583,19
10
606.89
613.55
904746
104
610.30
Bi-214
609,32
6
11
658.65
664.34
263
306
661.37
Cs-137
661,66
12
909.36
914.84
24046
316
912.05
Ac-228
911,16
13
967.36
972.06
13317
243
969.81
Ac-228
968,97
14
999.10
1004.7
12247
277
1001.87
U-238
1001
210508
573
1121.09
Bi-214
1120,28
9248
253
1461.26
K-40
1460,75
170293
465
1764.60
Bi-214
1764,51
15687
142
2612.54
Tl-208
2614,53
9
15
16
17
18
1116.8
1124.8
5
8
1457.7
1464.4
9
4
1759.3
1768.5
8
7
2607.0
2616.8
4
1
Tabel 4.1.9 merupakan hasil pencacahan sampel abu dasar batubara yang dicacah
selama 17 jam menggunakan spektrometer gamma detektor HPGe. Hasil
pengukuran menunjukan net area dari masing-masing radionuklida pada energi
tertentu. Net area yang dihasilkan akan digunakan pada proses penentuan aktivitas
radionuklida alam dalam sampel abu dasar batubara Padang.
Universitas Sumatera Utara
4.1.6. Penentuan Radioaktivitas Rata-rata Zat Radioaktif dalam Sampel
Penentuan radioaktivitas rata-rata zat radioaktif dalam sampel di lakukan dengan
menggunakan persamaan berikut :
C a v =g
N S p− N B
ε γ ⋅ pγ ⋅ WS
G
p
dengan :
N Sp
: laju cacah sampel (cps)
N BG
: laju cacah latar (cps)
ƹɣ
: efisiensi pada energi gamma (%)
pɣ
: yield dari energi gamma (%)
W Sp
: volume atau berat sampel (lt atau kg)
Dimana penelitian ini Wsp yang digunakan adalah 0,87668 kg untuk abu dasar
batubara Palembang dan 1,256 kg untuk abu dasar batubara Padang. Dengan
menggunakan persamaan diatas maka akan didapatkan radioaktivitas alam ratarata dalam sampel sebagai berikut :
Tabel 4.1.10 Radioaktivitas Alam Rata-Rata dalam Sampel
Radionuklida
Konsentrasi rata-rata (C avg) (Bq/kg)
Bottom ash padang
Bottom ash palembang
Pb-210
9,87
3,26
Th-232
221,96
66,6
3253,56
468,95
Ra-226
Universitas Sumatera Utara
(5)
U-238
5540,90
696
4.1.7. Penentuan Nilai Ketidakpastian (Uncertainty)
Ketidakpastian merupakan besarnya kemungkinan kekeliruan yang terjadi dari
hasil penghitungan dengan hasil yang sebenarnya. Untuk menentukan besarnya
nilai ketidakpastian maka dilakukan dengan persamaan berikut :
UT = C avg x
(6)
dengan :
u N : ketidakpastian pencacahan sampel (%)
uB
: ketidakpastian pencacahan latar (%)
uε : ketidakpastian efisiensi pada energi gamma (%)
up
u
p
: ketidakpastian yield (%)
u w : ketidakpastian volume sampel (%)
Untuk memperoleh ketidakpastiaan efisiensi ( u ε ) pada energi gamma digunakan
diferensial dari persamaan ɛ γ = 2,624x-0,91 yang ditunjukkan dengan persamaan
berikut :
ɛ γ = 2,612x-0,91
u ɛγ = -2,3769x-1,91
(7)
Universitas Sumatera Utara
Ketidakpastian yield dapat kita peroleh dengan cara membagi nilai yield dengan
1000 sehingga kita akan menemukan nilai ketidakpastian yield. Nilai
ketidakpastian sampel diperoleh dengan cara membagi volume sampel dengan
100.
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka kita akan mendapatkan nilai
ketidakpastian (Uncertainty) pengukuran radioaktivitas alam dari masing-masing
unsur adalah sebagai berikut :
Tabel 4.1.11 Ketidakpastian Pengukuran Radioaktivitas Alam
Radionuklida
Uncertainty (Bq/kg)
Bottom ash Padang
Bottom ash Palembang
Pb-210
1,62
0,67
Th-232
3,62
1,93
Ra-226
35,33
5,1
U-238
137,23
43,44
4.1.8. Penentuan Radioaktivitas dalam Sampel
Untuk menghitung konsentrasi radionuklida yang terkandung dalam sampel (C sp)
digunakan persamaan berikut :
C (sp) = C avg ± U T
C (sp)
(9)
= konsentrasi zat radioaktif dalam sampel (Bq/kg)
C (avg) = konsentrasi rata-rata zat radioaktif dalam sampel (Bq/kg)
UT
= ketidakpastian pengukuran (Bq/kg)
Dengan memasukkan nilai radioaktivitas alam rata-rata pada tabel 4.1.10 dan nilai
ketidakpastian pada tabel 4.1.11 kedalam persamaan (9) maka diperoleh nilai
radioaktivitas alam dalam sampel seperti pada tabel 4.1.8 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1.12 Radioaktivitas Alam dalam Sampel
Radionuklida
Radioaktivitas dalam Sampel (Bq/kg)
Bottom Ash Padang
Bottom Ash Palembang
Pb-210
9,87±1,62
3,26±0,67
Th-232
218,67±3,62
66,6±1,93
Ra-226
3253,56±33,595
468,95±5,1
U-238
5540,90±137,23
696±18,1
4.1.9. Penentuan Konsentrasi Minimum Terdeteksi (MDC)
Besarnya konsentrasi minimum yang dapat dideteksi untuk suatu sistem
spektrometer gamma dipengaruhi oleh efisiensi pencacahan, cacah latar dan
massa sampel. Untuk menghitung MDC ( Minimum Detectable Concentration)
ditentukan
dengan
persamaan berikut :
N BG
2
t BG
MDC = 4,66 ⋅
ε γ ⋅ pγ ⋅ Fk ⋅ w
(10)
Dengan :
MDC : konsentrasi minimum terdeteksi (Bq/lt atau Bq/kg)
NB
: laju cacah latar (cps)
tB
: waktu cacah latar (detik)
εγ
: efisiensi pencacahan (%)
Universitas Sumatera Utara
pγ
: kelimpahan energi gamma (%)
Fk
: faktor koreksi serapan diri (jika ρ sampel berbeda dengan ρ
w
: volume atau berat sampel (lt atau kg)
sandar)
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka akan didapatkan Minimum
Detectable Concentration untuk masing-masing radionuklida adalah sebagai
berikut :
Tabel 4.1.13
Konsentrasi Minimum Terdeteksi
Radionuklida
Konsentrasi Minimum Terdeteksis (Bq/kg)
Bottom ash Padang
Bottom ash Palembang
Pb-210
0,10
0,15
Th-232
0,19
0,4
Ra-226
0,355
0,5
U-238
12,69
18,1
Universitas Sumatera Utara
4.2. Pembahasan
4.2.1. Radioaktivitas Radionuklida dalam Sampel
Berdasarkan tabel 4.1.12 dapat kita lihat bahwa untuk sampel abu dasar
batubara Padang, radioaktivitas alam tertinggi terdapat pada unsur U-238 yaitu
5540,90±137,23Bq/kg sedangkan radioaktivitas alam
terendah terdapat pada
unsur Pb-210 yaitu 9,87Bq/kg.
Sampel abu dasar batubara Palembang juga menunjukan hasil yang sesuai dengan
sampel abu dasar batubara Padang. Pada sampel abu dasar batubara Palembang,
radioaktivitas
alam
tertinggi
juga
terdapat
pada
unsur
U-238
yaitu
696±43,44Bq/kg.,dan radioaktivitas alam terendah juga terdapat pada unsur Pb210 yaitu sebesar 3,26±0,67Bq/kg.
Radioaktivitas alam tertinggi untuk kedua sampel abu dasar batubara Padang dan
abu dasar batubara Palembang terdapat pada unsur U-238, sedangkan yang
terendah terdapat pada unsur Pb-210.
Radioaktivitas menyatakan besarnya peluruhan partikel yang terjadi dalam satuan
detik. Untuk radionuklida Th-232 pada sampel abu dasar (bottom ash) batubara
palembang, radioaktivitasnya sebesar 66,6±1,93Bq/kg, angka ini menyatakan
bahwa terdapat peluruhan sebesar 74,06 partikel perdetiknya dalam 1 kg sampel.
Nilai 1,67 menyatakan nilai kekeliruan perhitungan radioativitasnya, jadi
peluruhan partikel yang terjadi perdetiknya dapat lebih 1,67 dari 74,06 atau dapat
kurang 1,67 dari 74,06.
Jika kita melihat pada tabel 4.1.12 kita dapat menyimpulkan bahwa radioaktivitas
alam untuk semua unsur yang diteliti lebih besar pada sampel abu dasar batubara
Universitas Sumatera Utara
Padang. Pada sampel abu dasar batubara Padang, terdapat unsur Ra-226 dan U238 yang radioaktivitasnya sudah melebihi dari standar telah ditetapkan oleh
pemerintah berdasarkan PP.No 104 tahun 2014 yaitu aktivitas maksimal untuk
radionuklida deret uranium dan thorium adalah 1000Bq/kg. Sesuai dengann
peraturan pemerintah ini, maka seharusnya limbah abu dasar batubara padang ini
sudah tidak dapat lagi dijadikan sebagai substitusi bahan baku, substitusi sumber
energi atau pun sebagai bahan baku. Seharusnya sudah harus dipikirkan
bagaimana untuk mengolah limbah abu dasar batubara padang ini supaya tidak
terkontaminasi dengan lingkungan sekitar. Sementara untuk sampel abu dasar
batubara Palembang, tidak terdapat unsur radionuklida alam yang aktivitasnya
melebihi 1000Bq/kg. Tetapi terdapat unsur U-238 yang aktivitasnya cukup tinggi
yaitu, 696±18,1Bq/kg, yang sudah hampir mencapai angka 1000Bq/kg. Sebaiknya
limbah abu dasar batubara Palembang ini juga dikelola secara serius supaya
aktivitasnya tidak meningkat.
Nilai MDC yang terbesar terdapat pada unsur U-238 pada sampel abu dasar
Palembang, dan yang terendah terdapat pada unsur Pb-210 pada sampel abu dasar
batubara Padang. Pada tabel 4.1.12. terlihat pada untuk semua unsur yang diteliti,
nilai MDC terbesar terdapat pada sampel abu dasar batubara Palembang. Salah
satu faktor penyebabnya adalah karena massa sampel abu dasar batubara
Palembang yang lebih sedikit dibandingkan massa sampel abu dasar batubara
Padang. Massa sampel abu dasar batubara Palembang 0,88kg sedangkan massa
sampel abu dasar batubara Padang 1,256kg.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut :
1.
Radioaktivitas radionuklida alam dalam abu dasar batubara adalah :
a. Abu dasar batubara (bottom ash) Palembang :
Pb-210, 3,26 ± 0,67Bq/kg
Ra-226, 468,95 ±5,1Bq/kg
Th-232, 66,6 ± 1,93Bq/kg
U-238, 696± 43,44Bq/kg
b. Abu dasar (bottom ash) batubara Padang :
Pb-210, 9,87 ± 1,62bq/kg
Ra-266,
3253,56±33,595bq/kg
Th-232, 218,67 ± 3,62bq/kg
2.
U-238, 5540 ± 137,23bq/kg
Berdasarkan PP RI. No 104 tahun 2014 maka abu dasar (bottom ash)
batubara palembang dan di tempat penimbunan limbah abu dasar batubara
masih dapat digunakan sebagai substitusi bahan baku, substitusi bahan
energi dan bahan baku karena radioaktivitasnya belum melebihi
1000bq/kg.Sedankan untuk limbah abu dasar (bottom ash) padang sudah
tidak dapat lagi digunakan sebagai substitusi bahan baku, substitusi bahan
energi dan sebagai bahan baku karena terdapat unsur U-238 dan Ra-226
yang radioaktivitasnya sudah melebihi 1000bq/kg.
3.
Nilai konsentrasi minimum terdeteksi dari alat yang digunakan pada saat
penelitian untuk masing-masing sampel adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Radionuklida
Minimum Detectable Concentration (Bq/kg)
Bottom ash Padang
Bottom ash Palembang
Pb-210
0,10
0,15
Th-232
0,19
0,4
Ra-226
0,355
0,5
U-238
12,69
18,1
5.2. Saran
Disarankan peneliti selanjutnya untuk menentukan radioaktivitas radionuklida
alam pada batubara sebelum pembakaran dan sesudah pembakaran, dengan
mengambil sampel abu dasar dan abu terbangnya.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad, R. 2004. Kimia Lingkungan. 99, Penerbit Andi Yogyakarta, Universitas
Negeri Jakarta : Jakarta
Edy, B. 2007. Fly Ash – Bottom Ash dan Pemanfaatannya.s
Finkelman, R. B. 1993. Trace And Minor Element in Coal, In Organic
Geochemistry (Engel, M.H & Macko, S.A). New York : Plenum Press
Universitas Sumatera Utara
METODE PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan
3.1.1. Alat Penelitian
Alat yang digunakan untuk pengukuran radionuklida alam dalam sampel adalah
yang sesuai dengan standar acuan IAEA (International Atomic Energy
Association) yaitu :
-Ayakan SS
200 mesh
-Beaker Marinelli
1L
-Neraca Analitik
Shimadzu
-Oven
Memmert
-Nampan
Stainless Steel
-Gamma Spektrometer ORTEC dengan detektor HPGe (High Purity Germanium)
-Kertas Label
-Spidol
-Plastik Klip
- Lem araldit
-Allu
-Lumpang
3.1.2. Bahan Penelitian
-Abu dasar (bottom ash) batubara KIM asal Palembang 200 mesh 1500 g
-Abu dasar (bottom ash) batubara KIM asal Padang 200 mesh 1500 g
3.2. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang digunakan sesuai dengan prosedur yang
dikeluarkan IAEA (International Atomic Energy Association) mulai dari
pengambilan sampel, preparasi sampel, kemudian sampel dicacah dengan
spektrometer gamma dengan detektor HPGe untuk analisa kuantitatifnya.
3.2.1. Pengambilan Sampel
Universitas Sumatera Utara
Pada
penelitian
ini
digunakan
dua
sampel
yaitu
abu
dasar
(bottom ash) batubara asal Palembang dan abu dasar (bottom ash) batubara asal
Padang. Masing-masing sampel diambil secara sembarang dari dua tempat
penimbunan limbah abu dasar batubara (ash disposal) di kawasan industri Medan
(KIM). Limbah abu dasar batubara ditimbun dalam suatu areal, pada pengambilan
sampel ini, abu dasar batubara diambil dari bagian atas timbunan, bagian tengah
timbunan dan bagian bawah timbunan. Abu dasar batubara diambil menggunakan
sekop semen kemudian abu dasar batubara dari masing-masing bagian timbunan
dimasukkan kedalam suatu karung lalu dicampurkan (dihomogenkan). Sampel
diambil secukupnya yang diperkirakan setelah dihaluskan akan memperoleh abu
dasar (bottom ash) batubara sebanyak masing-masing 1500 g dengan ukuran 200
mesh.
3.2.2. Preparasi Sampel
Sampel abu dasar batubara KIM asal palembang dan abu dasar batubara
KIM asal padang dikeringkan di bawah sinar matahari dengan tujuan supaya lebih
mudah saat proses penghalusan dan pengayakan. Sampel dihaluskan dengan
menggunakan alu (penumbuk) dan lumpang lalu disaring dengan ayakan 200
mesh sebanyak masing-masing 1500 g lalu masing-masing sampel disimpan di
dalam plastik klip dan diberi label. Selanjutnya masing-masing sampel
dimasukkan ke dalam sebuah nampan dan dipanaskan di dalam oven dengan suhu
105oC selama 5 jam dengan tujuan supaya kandungan air yang terdapat di dalam
sampel menguap dan sampel bebas dari air. Setelah 5 jam sampel dikeluarkan dari
oven dan didinginkan. Kemudian masing-masing sampel dimasukkan kedalam
beaker marinelli berukuran 1 Liter, lalu kedua beaker marinelli yang berisi sampel
abu dasar batubara palembang dan abu dasar padang direkatkan menggunakan
lem araldit pada bagian penutupnya kemudian di lapisi dengan solasiban.
Kemudian sampel didiamkan selama 39 hari untuk mencapai kesetimbangan
konsentrasi sekular dengan anak luruhnya.
Universitas Sumatera Utara
3.2.3. Kalibrasi Spektrometer Gamma
3.2.3.1.Peluruhan Sumber Standar
Sumber standar yang digunakan adalah radionuklida yang telah
tersertifikat (telah diketahui aktivitasnya) Eckert dan Zigler Analytics.Peluruhan
sumber standar dilakukan dengan mencacah sampel dalam beaker marinelli yang
telah diketahui aktivitas awalnya yang akan digunakan sebagai standar. Peluruhan
sumber standar dilakukan untuk mengetahui aktivitas standar yang digunakan
pada saat pencacahan (13 Maret 2017). Pencacahan sumber standar dilakukan
selama 3 jam. Adapun unsur sumber standar yang dicacah adalah Pb-210, Am241, Cd-109, Co-57, Ce-139, Hg-203, Sn-113, Cs-137, Y-88, Co-60, Co-60, Y88.
3.2.3.2. Kalibrasi Energi
Setelah dilakukan peluruhan sumber standar, maka nuklida yang dijadikan
sebagai sumber standar adalah nuklida yang aktivitasnya masih diatas 10 Bq.
Kalibrasi energi dilakukan dengan menghubungkan energi dari nuklida sumber
standar dengan nomor salur yang didapat dari hasil pencacahan sumber standar.
Hubungan dari energi dan nomor salur akan menghasilkan kurva berupa garis
lurus.
3.2.3.3. Kalibrasi Efisiensi
Kalibrasi Efisiensi dilakukan dengan memasukkan data hasil pencacahan
dari setiap nuklida standar, yaitu berupa net area, waktu cacah, aktivitas nuklida
sumber standar saat pencacahan dan kelimpahan eneri gamma kedalam suatu
persamaan. Kemudian dari persamaan akan diperoleh nilai efisiensi untuk masingmasing nuklida standar pada energi tertentu. Nilai efisiensi yang dihasilkan
digambarkan dalam bentuk kurva, sehingga akan menghasilkan dua kurva yaitu
pada energi tinggi (diatas 200 KeV) dan energi rendah (dibawah di 200 KeV), dari
kurva tersebut akan dihasilkan persamaan yang digunakan untuk menghitung
efisiensi dari masing-masing radionuklida pada energi tertentu. Persamaan yang
digunakan adalah persamaan dari kurva berenergi tinggi.
Universitas Sumatera Utara
3.2.4. Pengukuran Latar (Background)
Pengukuran Latar (background) dilakukan dengan cara mengukur secara terusmenerus beaker marinelli kosong selama 17 jam (61200 detik) menggunakan
Spektrometer gamma detektor HPGe.
3.2.5. Pengukuran Sampel Menggunakan Spektrometer Gamma
Sampel yang telah didiamkan selama 39 hari diukur menggunakan
spektrometer gamma detektor HPGe yang telah dikalibrasi terlebih dahulu dengan
suatu sumber standar. Sebelum dimasukkan, sampel terlebih dahulu dilapisi
dengan plastik supaya tidak terjadi kontaminasi dengan detektor. Sampel dicacah
selama 17 jam untuk masing-masing sampel dan kemudian dilakukan analisa
spektrum yang dihasilkan untuk mengetahui radionuklida alam apa yang terdapat
didalam sampel dan berapa radioaktivitasnya.
Universitas Sumatera Utara
3.3. Bagan Penelitian
3.3.1. Persiapan Sampel
3.3.2. Preparasi Sampel
Universitas Sumatera Utara
3.3.3. Peluruhan Sumber Standar
3.3.4. Pengukuran Latar (Background)
Universitas Sumatera Utara
3.3.5. Pengukuran Sampel dengan Spektrometer Gamma
Universitas Sumatera Utara
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Data Penelitian
4.1.1. Peluruhan Sumber Standar
Berikut persamaan yang digunakan dalam menentukan peluruhan sumber standar
At = Ao e − λt = Ao e
Dimana :
− 0,693t / T
(1)
At
: aktivitas pada saat pencacahan (Bq)
Ao
: aktivitas mula-mula (Bq)
t
: waktu tunda (hari)
T
: waktu paro (hari)
Tabel 4.1.1 Peluruhan sumber standar
Nuklida
Energi (KeV) Waktu paro (d)
A0 (1 0kt 2912 )
(Bq)
Pb-210
46,5
8,109 x 103
3621,80
Am-241
59,5
1,58 x 105
265,47
88,0
4,626 x 102
3936,60
Cd-109
2,718 x 102
Co-57
122,1
Y-88
898,0
1,066 x 102
382,56
Co-60
1173,2
1,925 x 103
182,60
Co-60
1332,5
1,925 x 103
182,60
Y-88
1836,1
1,066 x 102
382,56
88,99
Universitas Sumatera Utara
Setelah dilakukan peluruhan sumber standar, maka nuklida yang dapat digunakan
sebagai standar adalah nuklida yang aktivitasnya masih diatas 10Bq. Maka
nuklida yang dapat dijadikan sebagai sumber standarnya adalah sebagai berikut.
Tabel 4.1.2 Nuklida sumber standar
At ( 13 Maret 2017) (Bq)
Nuklida
Energy (KeV)
Pb-210
46,5
3152,435801
Am-241
59,5
263,5833081
Cs-137
661,7
103,1250931
Co-60
1173,2
101,7796094
Co-60
1332,5
101,7796094
4.1.2. Kalibrasi Energi
Setelah dilakukan peluruhan sumber standar, maka dihasilkan nuklida yang masih
dapat digunakan sebagai standar. Nomor salur didapatkan dari hasil pencacahan
nuklida sumber standar.
Tabel 4.1.3 Kalibrasi Energi
Nuklida
Nomor Salur
Energy
Pb-210
222
46,5
Am-241
289
59,32
Cs-137
3359
661,62
Co-60
5969
1173,2
C0-60
6780
1332,5
Universitas Sumatera Utara
Untuk menggambarkan kurva kalibrasi energi dapat dilakukan dengan
menggunakan persamaan berikut :
Y = a + bX
(2)
dengan:
Y
: Energy gamma ( KeV)
a dan b : bilangan konstanta linier
X
: Nomor salur ( channel)
Dengan memesukkan nilai nomor salur dan energi pada tabel 4.1.3 kedalam
persamaan 2, maka akan dihasilkan kurva kalibrasi energi sebaga berikut.
G
ambar 4.1. Kurva kalibrasi energi spektrometer gamma detektor HPGe
Pada gambar 4.1 dihasilkan persamaan untuk kalibrasi energi adalah
Y=0,01961x+3,0139.
Universitas Sumatera Utara
4.1.3. Kalibrasi Efisiensi
Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi :
εγ =
( N S / t S − N BG / t BG )
At ⋅ pγ
(3)
Dengan:
ε
: efisiensi pencacahan (%)
Ns
: cacah standar (cacah)
N BG : cacah latar (cacah)
ts
: waktu cacah standar (detik)
t BG
: waktu cacah latar (detik)
At
: aktivitas sumber standar pada saat pencacahan (Bq)
Pɣ
: kelimpahan energi gamma (%)
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka kita mendapatkan nilai efisiensi
dari nuklida standar sebagai berikut :
Tabel 4.1.4 Efisiensi Nuklida Standar
Nuklida Standar
Energi
Efisiensi
Pb-210
46,5
7,94 . 10-4
Am-241
59,33
4,02 . 10-3
Cs-137
661,62
6,9 . 10-3
Co-60
1173,2
4,04 . 10-3
Co-60
1332,5
3,7 . 10-3
Nilai efisiensi yang terdapat pada tabel 4.1.4 digambarkan ke dalam kurva,
sehingga menghasilkan dua kurva yaitu pada energi tinggi dan energi rendah,
seperti yang digambarkan pada gambar 4.2 berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.2. Kurva Kalibrasi Efisiensi Spektrometer Gamma Detektor HPGe
Kurva kalibrasi efisiensi spektrometer gamma dengan detektor HPGe Gem 60-05
merupakan hubungan antara energi gamma dengan efisiensi yang menghasilkan
garis eksponensial dengan persamaan y = 2,624x-0,91, R2 = 0,998 seperti yang
terlihat pada gambar 4.2.
Persamaan yang diperoleh dari hubungan antara energi gamma dan efisiensi
pencacahan akan dipergunakan dalam penghitungan konsentrasi radionuklida
dalam sampel. Persamaan tersebut adalah
y = 2,624x-0,91
(4)
dengan:
y = ɛ γ = efisiensi pencacahan (%)
x = energi puncak nuklida (keV)
Pada penentuan Radioaktivitas radionuklida alam Pb-210, Th-232, Ra-226 serta
U-238, kita tidak langsung menghitung aktivitas dari radionuklida alam itu
melainkan dari anak luruhnya yang memancarkan radiasi gamma pada energi
tertentu terkecuali untuk Pb-210, Pb-210 ditentukan secara langsung pada energy
46,5 KeV.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1.5 Penentuan radioaktivitas radionuklida alam berdasarkan anak
luruhnya
Radionuklida
Anak luruh
Energy
Pɣ
46,5
0,0424
Pb-212
338,63
0,1226
Ac-228
911,16
0,27
Ac-228
968,97
0,1623
Bi-214
609,31
0,446
Pb-212
351,92
0,351
Pa-234
1001,03
0,0059
Pb-210
Th-232
Ra-226
U-238
(Sumber :SOP BATAN)
Dengan menggunakan persaman (4) maka kita dapat menentukan efisiensi dari
masing-masing radionuklida yang akan ditentukan aktivitasnya.
4.1.6 Efisiensi Radionuklida Alam dalam Sampel
Radionuklida Anak Luruh
Energi (KeV)
Efisiensi
Pb-210
46,5
0,07935805
Pb-212
338,63
0,0130367
Ac-228
911,16
0,005293965
Ac-228
968,97
0,005005308
Pb-214
351,99
0,001280827
Bi-214
609,31
0,007634319
Pa-234
1001
0,00485935
Th-232
Ra-226
U-238
Universitas Sumatera Utara
4.1.4. Hasil Pengukuran Latar (Background)
Tabel 4.1.7 Hasil Pengukuran Latar
ROI
RANGE (keV)
NET
+/-
CENTROID
LIBRARY
( keV)
1
44.81
47.16
31
23
45.79
Pb-210
46,54
2
60.90
65.22
56
46
61.69
Th-234
63,29
3
66.60
70.91
47
52
69.74
Th-230
67,67
4
91.72
94.86
63
43
92.31
Th-234
92,81
5
235.96
240.67
63
57
238.84
Pb-212
238,63
6
292.47
297.18
352
46
295.48
Pb-214
295,22
7
335.63
340.34
28
39
336.61
Pb-212
338,63
8
349.37
354.07
533
44
352.15
Pb-214
351,99
9
580.42
585.91
73
27
583.85
Tl-208
583,19
10
606.69
612.18
476
37
609.93
Bi-214
609,32
11
658.85
664.34
34
28
660.51
Cs-137
661,66
12
907.98
914.26
20
25
911.51
Ac-228
911,16
13
965.79
972.06
38
30
969.42
Ac-228
968,97
14
997.73
1004.00
36
27
999.33
U-238
1001
15
1117.04
1123.71
196
23
1121.00
Bi-214
1120,28
16
1456.81
1463.86
153
27
1460.35
K-40
1460,75
17
1759.57
1767.40
75
24
1764.76
Bi-214
1764,51
Universitas Sumatera Utara
18
2607.04
2615.84
198
20
2612.60
Tl-208
2614,53
Data yang ditunjukkan oleh tabel 4.1.7. merupakan hasil pencacahan latar yaitu
beaker marinelli kosong yang dicacah menggunakan spektrometer gamma
detektor HPGe selama 17 jam. Hasil pencacahan menunjukan net area dari
masing-masing radionuklida pada energi tertentu. Net area yang dihasilkan akan
digunakan pada proses penentuan aktivitas radionuklida alam dalam sampel abu
dasar batubara Palembang dan abu dasar batubara Padang.
4.1.5. Hasil Pengukuran Sampel
Tabel 4.1.8 Hasil Pencacahan Sampel Abu Dasar Batubara Palembang
RO
RANGE (keV)
NET
+/-
CENTROID
LIBRARY ( keV)
1
45.40
48.15
612
137
46.60
Pb-210
46,54
2
61.10
65.22
6241
258
63.14
Th-234
63,29
3
66.20
69.34
699
188
67.57
Th-230
67,67
4
90.74
94.47
14920
251
92.53
Th-234
92,81
5
236.55
240.28
19827
229
238.42
Pb-212
238,63
6
292.67
297.38
59538
301
295.00
Pb-214
295,22
7
336.03
340.34
4576
160
338.12
Pb-212
338,63
8
348.97
354.86
105469 384
351.78
Pb-214
351,99
9
581.20
585.51
8156
130
583.32
Tl-208
583,19
10
606.30
612.77
89988
331
609.45
Bi-214
609,32
11
658.65
664.34
-545
114
Could
Cs-137
661,66
I
Universitas Sumatera Utara
12
908.57
913.86
5700
115
911.15
Ac-228
911,16
13
966.77
971.28
3210
90
968.92
Ac-228
968,97
14
999.10
1003.22 1103
68
1001.00
U-238
1001
15
1116.85 1123.71 20486
174
1120.20
Bi-214
1120,28
16
1457.20 1463.27 2934
88
1460.41
K-40
1460,75
17
1759.38 1768.57 16366
150
1763.66
Bi-214
1764,51
18
2607.04 2616.81 4022
74
2611.54
Tl-208
2614,53
Tabel 4.1.8 merupakan hasil pencacahan sampel abu dasar batubara yang dicacah
selama 17 jam menggunakan spektrometer gamma detektor HPGe. Hasil
pengukuran menunjukan net area dari masing-masing radionuklida pada energi
tertentu. Net area yang dihasilkan akan digunakan pada proses penentuan aktivitas
radionuklida alam dalam sampel abu dasar batubara Palembang.
Tabel 4.1.9 Hasil Pengukuran Abu Dasar Batubara Padang
RO
RANGE (keV)
NET
+/-
I
CENTROI
LIBRAR
D
Y
( keV)
1
45.40
48.15
2548
414
47.03
Pb-210
46,54
2
61.10
65.22
40003
778
63.96
Th-234
63,29
3
66.20
69.34
3688
564
68.22
Th-230
67,67
4
91.52
95.25
125565
785
93.32
Th-234
92,81
Universitas Sumatera Utara
5
237.53
241.06
78018
585
239.27
Pb-212
238,63
6
293.26
298.36
585021
976
295.85
Pb-214
295,22
7
337.01
340.93
21367
433
339.00
Pb-212
338,63
8
349.76
355.25
1036522 117
352.63
Pb-214
351,99
8
9
582.18
586.30
31888
325
584.18
Tl-208
583,19
10
606.89
613.55
904746
104
610.30
Bi-214
609,32
6
11
658.65
664.34
263
306
661.37
Cs-137
661,66
12
909.36
914.84
24046
316
912.05
Ac-228
911,16
13
967.36
972.06
13317
243
969.81
Ac-228
968,97
14
999.10
1004.7
12247
277
1001.87
U-238
1001
210508
573
1121.09
Bi-214
1120,28
9248
253
1461.26
K-40
1460,75
170293
465
1764.60
Bi-214
1764,51
15687
142
2612.54
Tl-208
2614,53
9
15
16
17
18
1116.8
1124.8
5
8
1457.7
1464.4
9
4
1759.3
1768.5
8
7
2607.0
2616.8
4
1
Tabel 4.1.9 merupakan hasil pencacahan sampel abu dasar batubara yang dicacah
selama 17 jam menggunakan spektrometer gamma detektor HPGe. Hasil
pengukuran menunjukan net area dari masing-masing radionuklida pada energi
tertentu. Net area yang dihasilkan akan digunakan pada proses penentuan aktivitas
radionuklida alam dalam sampel abu dasar batubara Padang.
Universitas Sumatera Utara
4.1.6. Penentuan Radioaktivitas Rata-rata Zat Radioaktif dalam Sampel
Penentuan radioaktivitas rata-rata zat radioaktif dalam sampel di lakukan dengan
menggunakan persamaan berikut :
C a v =g
N S p− N B
ε γ ⋅ pγ ⋅ WS
G
p
dengan :
N Sp
: laju cacah sampel (cps)
N BG
: laju cacah latar (cps)
ƹɣ
: efisiensi pada energi gamma (%)
pɣ
: yield dari energi gamma (%)
W Sp
: volume atau berat sampel (lt atau kg)
Dimana penelitian ini Wsp yang digunakan adalah 0,87668 kg untuk abu dasar
batubara Palembang dan 1,256 kg untuk abu dasar batubara Padang. Dengan
menggunakan persamaan diatas maka akan didapatkan radioaktivitas alam ratarata dalam sampel sebagai berikut :
Tabel 4.1.10 Radioaktivitas Alam Rata-Rata dalam Sampel
Radionuklida
Konsentrasi rata-rata (C avg) (Bq/kg)
Bottom ash padang
Bottom ash palembang
Pb-210
9,87
3,26
Th-232
221,96
66,6
3253,56
468,95
Ra-226
Universitas Sumatera Utara
(5)
U-238
5540,90
696
4.1.7. Penentuan Nilai Ketidakpastian (Uncertainty)
Ketidakpastian merupakan besarnya kemungkinan kekeliruan yang terjadi dari
hasil penghitungan dengan hasil yang sebenarnya. Untuk menentukan besarnya
nilai ketidakpastian maka dilakukan dengan persamaan berikut :
UT = C avg x
(6)
dengan :
u N : ketidakpastian pencacahan sampel (%)
uB
: ketidakpastian pencacahan latar (%)
uε : ketidakpastian efisiensi pada energi gamma (%)
up
u
p
: ketidakpastian yield (%)
u w : ketidakpastian volume sampel (%)
Untuk memperoleh ketidakpastiaan efisiensi ( u ε ) pada energi gamma digunakan
diferensial dari persamaan ɛ γ = 2,624x-0,91 yang ditunjukkan dengan persamaan
berikut :
ɛ γ = 2,612x-0,91
u ɛγ = -2,3769x-1,91
(7)
Universitas Sumatera Utara
Ketidakpastian yield dapat kita peroleh dengan cara membagi nilai yield dengan
1000 sehingga kita akan menemukan nilai ketidakpastian yield. Nilai
ketidakpastian sampel diperoleh dengan cara membagi volume sampel dengan
100.
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka kita akan mendapatkan nilai
ketidakpastian (Uncertainty) pengukuran radioaktivitas alam dari masing-masing
unsur adalah sebagai berikut :
Tabel 4.1.11 Ketidakpastian Pengukuran Radioaktivitas Alam
Radionuklida
Uncertainty (Bq/kg)
Bottom ash Padang
Bottom ash Palembang
Pb-210
1,62
0,67
Th-232
3,62
1,93
Ra-226
35,33
5,1
U-238
137,23
43,44
4.1.8. Penentuan Radioaktivitas dalam Sampel
Untuk menghitung konsentrasi radionuklida yang terkandung dalam sampel (C sp)
digunakan persamaan berikut :
C (sp) = C avg ± U T
C (sp)
(9)
= konsentrasi zat radioaktif dalam sampel (Bq/kg)
C (avg) = konsentrasi rata-rata zat radioaktif dalam sampel (Bq/kg)
UT
= ketidakpastian pengukuran (Bq/kg)
Dengan memasukkan nilai radioaktivitas alam rata-rata pada tabel 4.1.10 dan nilai
ketidakpastian pada tabel 4.1.11 kedalam persamaan (9) maka diperoleh nilai
radioaktivitas alam dalam sampel seperti pada tabel 4.1.8 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1.12 Radioaktivitas Alam dalam Sampel
Radionuklida
Radioaktivitas dalam Sampel (Bq/kg)
Bottom Ash Padang
Bottom Ash Palembang
Pb-210
9,87±1,62
3,26±0,67
Th-232
218,67±3,62
66,6±1,93
Ra-226
3253,56±33,595
468,95±5,1
U-238
5540,90±137,23
696±18,1
4.1.9. Penentuan Konsentrasi Minimum Terdeteksi (MDC)
Besarnya konsentrasi minimum yang dapat dideteksi untuk suatu sistem
spektrometer gamma dipengaruhi oleh efisiensi pencacahan, cacah latar dan
massa sampel. Untuk menghitung MDC ( Minimum Detectable Concentration)
ditentukan
dengan
persamaan berikut :
N BG
2
t BG
MDC = 4,66 ⋅
ε γ ⋅ pγ ⋅ Fk ⋅ w
(10)
Dengan :
MDC : konsentrasi minimum terdeteksi (Bq/lt atau Bq/kg)
NB
: laju cacah latar (cps)
tB
: waktu cacah latar (detik)
εγ
: efisiensi pencacahan (%)
Universitas Sumatera Utara
pγ
: kelimpahan energi gamma (%)
Fk
: faktor koreksi serapan diri (jika ρ sampel berbeda dengan ρ
w
: volume atau berat sampel (lt atau kg)
sandar)
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka akan didapatkan Minimum
Detectable Concentration untuk masing-masing radionuklida adalah sebagai
berikut :
Tabel 4.1.13
Konsentrasi Minimum Terdeteksi
Radionuklida
Konsentrasi Minimum Terdeteksis (Bq/kg)
Bottom ash Padang
Bottom ash Palembang
Pb-210
0,10
0,15
Th-232
0,19
0,4
Ra-226
0,355
0,5
U-238
12,69
18,1
Universitas Sumatera Utara
4.2. Pembahasan
4.2.1. Radioaktivitas Radionuklida dalam Sampel
Berdasarkan tabel 4.1.12 dapat kita lihat bahwa untuk sampel abu dasar
batubara Padang, radioaktivitas alam tertinggi terdapat pada unsur U-238 yaitu
5540,90±137,23Bq/kg sedangkan radioaktivitas alam
terendah terdapat pada
unsur Pb-210 yaitu 9,87Bq/kg.
Sampel abu dasar batubara Palembang juga menunjukan hasil yang sesuai dengan
sampel abu dasar batubara Padang. Pada sampel abu dasar batubara Palembang,
radioaktivitas
alam
tertinggi
juga
terdapat
pada
unsur
U-238
yaitu
696±43,44Bq/kg.,dan radioaktivitas alam terendah juga terdapat pada unsur Pb210 yaitu sebesar 3,26±0,67Bq/kg.
Radioaktivitas alam tertinggi untuk kedua sampel abu dasar batubara Padang dan
abu dasar batubara Palembang terdapat pada unsur U-238, sedangkan yang
terendah terdapat pada unsur Pb-210.
Radioaktivitas menyatakan besarnya peluruhan partikel yang terjadi dalam satuan
detik. Untuk radionuklida Th-232 pada sampel abu dasar (bottom ash) batubara
palembang, radioaktivitasnya sebesar 66,6±1,93Bq/kg, angka ini menyatakan
bahwa terdapat peluruhan sebesar 74,06 partikel perdetiknya dalam 1 kg sampel.
Nilai 1,67 menyatakan nilai kekeliruan perhitungan radioativitasnya, jadi
peluruhan partikel yang terjadi perdetiknya dapat lebih 1,67 dari 74,06 atau dapat
kurang 1,67 dari 74,06.
Jika kita melihat pada tabel 4.1.12 kita dapat menyimpulkan bahwa radioaktivitas
alam untuk semua unsur yang diteliti lebih besar pada sampel abu dasar batubara
Universitas Sumatera Utara
Padang. Pada sampel abu dasar batubara Padang, terdapat unsur Ra-226 dan U238 yang radioaktivitasnya sudah melebihi dari standar telah ditetapkan oleh
pemerintah berdasarkan PP.No 104 tahun 2014 yaitu aktivitas maksimal untuk
radionuklida deret uranium dan thorium adalah 1000Bq/kg. Sesuai dengann
peraturan pemerintah ini, maka seharusnya limbah abu dasar batubara padang ini
sudah tidak dapat lagi dijadikan sebagai substitusi bahan baku, substitusi sumber
energi atau pun sebagai bahan baku. Seharusnya sudah harus dipikirkan
bagaimana untuk mengolah limbah abu dasar batubara padang ini supaya tidak
terkontaminasi dengan lingkungan sekitar. Sementara untuk sampel abu dasar
batubara Palembang, tidak terdapat unsur radionuklida alam yang aktivitasnya
melebihi 1000Bq/kg. Tetapi terdapat unsur U-238 yang aktivitasnya cukup tinggi
yaitu, 696±18,1Bq/kg, yang sudah hampir mencapai angka 1000Bq/kg. Sebaiknya
limbah abu dasar batubara Palembang ini juga dikelola secara serius supaya
aktivitasnya tidak meningkat.
Nilai MDC yang terbesar terdapat pada unsur U-238 pada sampel abu dasar
Palembang, dan yang terendah terdapat pada unsur Pb-210 pada sampel abu dasar
batubara Padang. Pada tabel 4.1.12. terlihat pada untuk semua unsur yang diteliti,
nilai MDC terbesar terdapat pada sampel abu dasar batubara Palembang. Salah
satu faktor penyebabnya adalah karena massa sampel abu dasar batubara
Palembang yang lebih sedikit dibandingkan massa sampel abu dasar batubara
Padang. Massa sampel abu dasar batubara Palembang 0,88kg sedangkan massa
sampel abu dasar batubara Padang 1,256kg.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut :
1.
Radioaktivitas radionuklida alam dalam abu dasar batubara adalah :
a. Abu dasar batubara (bottom ash) Palembang :
Pb-210, 3,26 ± 0,67Bq/kg
Ra-226, 468,95 ±5,1Bq/kg
Th-232, 66,6 ± 1,93Bq/kg
U-238, 696± 43,44Bq/kg
b. Abu dasar (bottom ash) batubara Padang :
Pb-210, 9,87 ± 1,62bq/kg
Ra-266,
3253,56±33,595bq/kg
Th-232, 218,67 ± 3,62bq/kg
2.
U-238, 5540 ± 137,23bq/kg
Berdasarkan PP RI. No 104 tahun 2014 maka abu dasar (bottom ash)
batubara palembang dan di tempat penimbunan limbah abu dasar batubara
masih dapat digunakan sebagai substitusi bahan baku, substitusi bahan
energi dan bahan baku karena radioaktivitasnya belum melebihi
1000bq/kg.Sedankan untuk limbah abu dasar (bottom ash) padang sudah
tidak dapat lagi digunakan sebagai substitusi bahan baku, substitusi bahan
energi dan sebagai bahan baku karena terdapat unsur U-238 dan Ra-226
yang radioaktivitasnya sudah melebihi 1000bq/kg.
3.
Nilai konsentrasi minimum terdeteksi dari alat yang digunakan pada saat
penelitian untuk masing-masing sampel adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Radionuklida
Minimum Detectable Concentration (Bq/kg)
Bottom ash Padang
Bottom ash Palembang
Pb-210
0,10
0,15
Th-232
0,19
0,4
Ra-226
0,355
0,5
U-238
12,69
18,1
5.2. Saran
Disarankan peneliti selanjutnya untuk menentukan radioaktivitas radionuklida
alam pada batubara sebelum pembakaran dan sesudah pembakaran, dengan
mengambil sampel abu dasar dan abu terbangnya.
DAFTAR PUSTAKA
Achmad, R. 2004. Kimia Lingkungan. 99, Penerbit Andi Yogyakarta, Universitas
Negeri Jakarta : Jakarta
Edy, B. 2007. Fly Ash – Bottom Ash dan Pemanfaatannya.s
Finkelman, R. B. 1993. Trace And Minor Element in Coal, In Organic
Geochemistry (Engel, M.H & Macko, S.A). New York : Plenum Press
Universitas Sumatera Utara