Dapatkan informasi terbaru Radiologi
100+ Customers
Bersama membangun ekosistem radiologi Indonesia — subscribe sekarang!
Mengapa TLD-600 dan TLD-700 Dipasangkan dalam Dosimetri Neutron?
Analisis fisika isotopik 6Li vs 7Li pada TLD-600 dan TLD-700 untuk diskriminasi dosis medan campuran neutron-gamma sesuai Perka BAPETEN 11/2015.
Urgensi Fisika Dosimetri Medan Radiasi Campuran Neutron-Foton
Di lingkungan kerja medis dan industri tingkat tinggi — seperti fasilitas radioterapi akselerator linier (LINAC) energi di atas 10 MV, reaktor nuklir riset, dan industri pengolahan bahan tambang — pekerja radiasi menghadapi medan radiasi campuran yang terdiri dari sinar gamma/X-Ray dan radiasi neutron. Radiasi neutron membawa bobot radiasi (wR) yang tinggi (5–20) dibandingkan foton (wR = 1), sehingga estimasi dosis Hp(10) yang tidak tepat berpotensi menimbulkan under-estimation risiko biologis yang serius.
Tantangan utama dalam dosimetri pasif adalah bahwa sebagian besar materi termoluminesensi merespon radiasi foton. Untuk memisahkan komponen dosis foton dan dosis neutron secara legal dan metrologis, metode diskriminasi isotopik menggunakan pasangan kristal TLD-600 dan TLD-700 dikembangkan sebagai standar global yang banyak digunakan.
Komposisi Isotopik dan Fisika Deteksi TLD-600 (⁶LiF:Mg,Ti)
TLD-600 merupakan material dosimeter berbasis Lithium Fluoride yang diperkaya secara khusus dengan isotop Litium-6 (⁶Li) hingga konsentrasi 95,6%. Sisanya sebesar 4,4% merupakan isotop Litium-7 (⁷Li).
Nukleus ⁶Li memiliki penampang lintang (cross-section) penyerapan yang sangat besar terhadap neutron termal (En < 0,5 eV), yaitu sebesar 940 barn. Ketika neutron termal menumbuk kisi kristal TLD-600, terjadi reaksi inti eksotermik:
⁶Li + ¹n
Total energi reaksi (Q-value) sebesar 4,78 MeV ditransfer secara lokal dalam matriks kristal LiF:Mg,Ti. Ionisasi padat dari partikel alpha dan triton ini memicu eksitasi elektron dalam jumlah besar ke perangkap energi kisi. sinyal termoluminesensi dari TLD-600 merekam akumulasi paparan foton sekaligus radiasi neutron (R₆₀₀ = R_{γ} + Rₙ).
Karakteristik TLD-700 (⁷LiF:Mg,Ti): Kontrol Foton Murni
Sebaliknya, TLD-700 diproduksi dari Litium yang diperkaya secara ekstrem dengan 99,99% isotop Litium-7 (⁷Li). Isotop ⁷Li memiliki penampang lintang reaksi terhadap neutron termal yang sangat kecil, yaitu hanya 0,045 barn (hampir 21.000 kali lebih kecil dibandingkan ⁶Li).
Dengan respon neutron yang dapat diabaikan, TLD-700 berfungsi sebagai detektor kontrol yang hanya mengukur dosis radiasi foton (R₇₀₀ = R_{γ}). Karena matriks kristal LiF:Mg,Ti pada TLD-600 dan TLD-700 memiliki respon foton yang identik (nomor atom efektif Zeff = 8,14), pembacaan TLD-700 memberikan nilai representasi paparan gamma yang tepat pada posisi yang sama.
Matematika Subtraksi Dosis dan Formulasi Kalkulasi Dosis Neutron
Untuk mengekstrak besaran operasional dosis perorangan neutron Hp(10)_n dari medan radiasi campuran, laboratorium dosimetri teruji menerapkan formulasi matematika subtraksi:
Kalkulasi Dosis Neutron Hp(10)ₙ:
Hp(10)ₙ = (M₆₀₀ · ECC₆₀₀ − M₇₀₀ · ECC₇₀₀) × NₙDi mana:
- M₆₀₀, M₇₀₀: Sinyal mentah pembacaan TLD reader untuk TLD-600 dan TLD-700 (nC).
- ECC₆₀₀, ECC₇₀₀: Element Calibration Coefficient individual masing-masing chip kristal.
- Nₙ: Faktor kalibrasi sensitivitas neutron (mSv/nC) yang ditentukan melalui iradiasi acuan sumber neutron ²⁵²Cf atau Am-Be terkalibrasi di laboratorium metrologi.
Tabel 1: Perbandingan Spesifikasi Fisika dan Metrologi TLD-600 vs TLD-700
| Parameter Fisika / Metrologi | TLD-600 (⁶LiF:Mg,Ti) | TLD-700 (⁷LiF:Mg,Ti) |
|---|---|---|
| Komposisi Isotop Litium | 95,6%,⁶Li, 4,4%,⁷Li | 99,99%,⁷Li, 0,01%,⁶Li |
| Cross-Section (Neutron Termal) | 940 barn | 0,045 barn |
| Reaksi Inti Utama | ⁶Li(n,α)³H (Q=4,78 MeV) | Tidak ada reaksi bernilai tinggi |
| Respon Radiasi Foton (γ/X) | Ya (sensitif) | Ya (sensitif murni) |
| Sinyal Pembacaan | Foton + Neutron (R_{γ} + Rₙ) | Foton Murni (R_{γ}) |
| Fungsi Utama Badge | Deteksi Dosis Total Medan Campuran | Kontrol Subtraksi Dosis Foton |
Strategi Deteksi Neutron Cepat dan Penggunaan Moderat Hidrogen
TLD-600 secara alami sangat efisien menangkap neutron termal (En < 0,5 eV), namun efisiensinya menurun drastis pada neutron cepat (En > 1 MeV) yang dihasilkan LINAC medis atau reaktor.
Untuk memungkinkan pemantauan dosis neutron cepat, holder badge TLD dilengkapi dengan bahan pemoderasi hidrogenus (seperti High-Density Polyethylene / HDPE):
1. Mekanisme Termalisasi: Neutron cepat yang menembus pemoderasi HDPE mengalami tumbukan elastis berulang dengan atom Hidrogen, sehingga energinya terdegradasi menjadi energi termal (<0,5 eV).
2. Penangkapan oleh ⁶Li: Neutron yang telah mengalami termalisasi kemudian ditangkap oleh kristal TLD-600 dengan efisiensi penampang lintang 940 barn.
Kepatuhan terhadap prosedur pemantauan dosis perorangan neutron ini diatur ketat dalam Perka BAPETEN No. 11 Tahun 2015 untuk mendukung Nilai Batas Dosis (NBD) pekerja radiasi sebesar 20 mSv/tahun tidak terlampaui.
Respon Energi dan Koefisien Koreksi Kualitas Medan Radiasi Neutron (kqual)
Karakteristik deteksi TLD-600 (⁶LiF:Mg,Ti) terhadap radiasi neutron sangat dipengaruhi oleh distribusi energi neutron (spektrum energi).
Respon Energi Neutron TLD-600 dari Termal hingga Cepat
- Neutron Termal (En < 0,5 eV): Penampang lintang reaksi ⁶Li(n,α)³H mencapai 940 barn. Respon dosimeter sangat tinggi dan linier murni terhadap dosis serap.
- Neutron Epithermal (0,5 eV < En < 100 keV): Penampang lintang mengikuti hukum 1/v (berbanding terbalik dengan kecepatan neutron).
- Neutron Cepat (En > 0,1 MeV): Penampang lintang merosot di bawah 3 barn. Tanpa pemoderasi, TLD-600 hampir tidak dapat merekam neutron cepat dari LINAC medis 15 MV.
Tabel 2: Koefisien Koreksi Kualitas Spektrum Neutron (kqual) per Jenis Sumber
| Jenis Sumber Radiasi Neutron | Rentang Energi Rerata (En) | Faktor Pemoderasi HDPE | Faktor Koreksi (kqual) |
|---|---|---|---|
| Reaktor Nuklir Riset (Termal) | < 0,5 eV | Tanpa Moderasi | 1,00 |
| Sumber ²⁵²Cf Tertelanjung | 2,1 MeV | Spherical HDPE 12 cm | 1,42 |
| Sumber ²⁵²Cf Termoderasi | Termal + Cepat | Cylindrical Polyethylene | 1,15 |
| Sumber Am-Be Industri | 4,5 MeV | Moderat Polyethylene 15 cm | 1,68 |
| Fotoneutron LINAC Medis 15 MV | 0,5–2,0 MeV | Moderat Badge Holder | 1,30 |
Metode Pembacaan Puncak Glow Curve Pasangan TLD-600 dan TLD-700
Sistem TLD Reader otomatis Harshaw membaca pasangan TLD-600 dan TLD-700 secara simultan. Kurva pendaran cahaya dari kedua chip dianalisis untuk memastikan bahwa Puncak 4 (195°C) dan Puncak 5 (215°C) terintegrasi secara identik. Perbedaan tinggi puncak antara TLD-600 dan TLD-700 mengonfirmasi komponen dosis neutron setelah dikurangi kontribusi foton yang dicatat oleh TLD-700.
Prosedur Penyiapan Kartu TLD-600 dan TLD-700 Sebelum Pemakaian Lapangan
Prosedur penyiapan dosimeter neutron di laboratorium penguji melibatkan langkah-langkah kendali mutu:
1. Pemeriksaan Pasangan Kartu (Pairing): Kartu TLD-600 dan TLD-700 dipasangkan dalam satu holder badge khusus yang memiliki kompartemen terpisah.
2. Kalibrasi Sensitivitas Foton: Kedua kartu diiradiasi dengan dosis foton acuan 5 mSv dari sumber Cs-137 untuk mengonfirmasi bahwa respon foton kedua kristal identik sebelum disebarkan ke lingkungan radiasi campuran.
