konstruksi sistem pengukuran radioaktivitas …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...
TRANSCRIPT
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalwn Penelitian Sainsdon Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas
Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN
KONSTRUKSI SISTEM PENGUKURAN RADIOAKTIVITASLINGKUNGAN DENGAN MENGGUNAKAN TELEMETRI
Setyadi Ws*, Riil Isaris*, J. Kamadi***Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta - Badan Tenaga Atom Nasional
**PPNR - Badan Tenaga Atom Nasional
ABSTRAKKONSTRUKSI SISTEM PENGUKURAN RADIOAKTIVITAS LINGKUNGAN
DENGAN MENGGUNAKANTELEMETRI. Pengukuran tingkat radioaktivitas lingkungankhususnya tingkat radioaktivitas udara, selama ini dilakukandengan mengukur langsungdi lokasi pengukuran dengan membawa perala tan ukur radiasi. Pada kondisi normal dimanainterval pengukuran tidak terlalu sering cara ini mudah dalam pelaksanaannya. TeknologiTelemetri yang memungkinkan pengukuran secara jarak jauh tanpa mendatangi lokasimemungkinkan mengganti metode di atas. Sistem ini terdiri dari 2 bagian yaituj stasiunpengukur dan stasi un pengendali. Stasiun pengukur terdiri dari Nuclear Counting System.Pompa isap udara dengan filter dan perisai radiasi, pesawat komunikasi dan pengendali yangmenggunakan mikroprosesor Z-80. Stasiun pengendali berfungsi mengendalikan seluruhperalatan dengan komputer yang menggunakan bahasa Turbo Pascal vel' 5.0, terdiri darikomputer IBM PC-XT kompatibel beserta antarmuka dan pesawat komunikasi FM. Sistempengukuran dan pengendalian menggunakan metode 2 arah, yang memungkinkan pengaturan dilalukan dari stasi un pengendali. Kecepatan transimi data 400 Bit Per Second (BPS)cukup untuk pemantauan radioaktivitas lingkungan.
ABSTRACTTELEMETRI IN CONSTRUCTION OF ENVIRONMENT RADIOACTIVITY MEAS
UREMENT SYSTEM. Environment radioactivity measurement, especially air sampling isnormally done by on the spot measurement using nuclear counting system. Telemetry systemmay be used to subtitute this method. The telemetry system consist of two parts: measurementstation which consist of air sampling unit and shielding, radio communication system andcontrol unit utilizing microprocessor Z-80. Control satation consist ofIBM PC-XT compatible& interface, Radio communication system controlled by software using Turbo Pascal vel'. 5.0.Bidirectional methode is used in the system in order to be able to make ajustment from cantrallstasion. Data transmition speed 400 Bit Per Second (BPS) is adequate for environmentalradioactivity monitoring.
f'ENDAHULUANDi dalam alam ini ada bermacam-macam
sumber radiasi, baik dari jenis radiasi alamiatau radiasi buatan. Sumber radiasi alami dapat berupa sinal' kosmikatau radionuklidayangmasih ada dalam kerak bumi. Partikel sinal'kosmis mempunyai tenaga kira-kira lOll Mevdan dalam perjalanannya menuju bumi mengalami proses interaksi dengan atmosfer bumi sehingga menghasilkan radionuklida seperti 1H3,4Be7,11Na22dan 6C14.Yang berasal dari kerakbumi misalnya K140, deret ,U238, deret
2321] 19 9290Th ..
Sumber radiasi buatan dibuat dengan bermacam cara, misalnya melalui proses reaksiantara neutron dengan unsur stabil di dalamreaktor nuklir atau dengan cara reaksi antara
nuklida yang bukan radioaktip dengan partikelyang dipercepat di dalam Akselerator.
Sumber radioaktip selain bermanfaat bagikesejahteraan manusiajuga dapat membahayakan manusia dan lingkungan. Untuk itu perludipantau besarnya radioaktivitas lingkunganterutama di daerah sekitar fasilitas nuklir. Salah satu pengukuran yang penting untuk diketahui setiap saat adalah pengukuran radioaktivitas udara.1,2]
Salah satu cara mengukur radioaktivitasudara ialah dengan menghisap udara selamawaktu tertentu, menggunakan pompa isap yangdiketahui debitnya dan dilengkapi dengan filter.Kemudian filter tersebut dicacah dengan menggunakan alat cacah radiasi. Dalam beberapa hal
436
Proceedings Seminar Reaktor Nllklir dalam Penelitian SuinsdQJ~Teknologi Menlljll Era Tinggal LQJ~das
peralatan ukur harus dibawa ke tempat dimanaradioaktivitas udaranya akan diukur.
Cara ini memberikan hasil cukup baik dandapat memberikan gambaran mengenai radioaktivitas udara di suatu tempat, namun adabeberapa kendala yang ditemui, yaitu apabilapengukuran dilakukan pada beberapa tempatyang jauh jaraknya satu dengan lainnya daningin diketahui kondisi radioaktivitas dalamwaktu yang hampir bersamaan.
Sistem Telemetri menggunakan gelombang radio sebagai media dapat mengatasi kesulitan di atas karena pengukuran radioaktivitas lingkungan dapat dilaksanakan tanpa mendatangi lokasi pengukuran. Sistem ini terdiriatas 2 bagian yaitu stasiun pengukur dan stasiun pengendali, yang pada sistem ini satu stasi·un pengendali dapat mengendalikan beberapastasiun pengukur. Stasiun pengukur dilengkapimikroprosesor Z 80, yang mengatur kegiatanpengukuran antara lain menghidupkan pompa,mengganti filter, menghidupkan alat cacah radiasi dan sebagainya. Stasiun pengendali mengendalikan seluruh kegiatan beberapa stasiunpengukuran, demikian pula penanganan data,baik berupa pengukuran, penyimpanan, pembuatan laporan dan lain-lain. Dengan memanfaatkan komputer IBM PC ini memungkinkandibuat sistem jaringan komputer, khususnyasistem jaringan radiasi lingkungan dengan
Bandllng, 8 - 10 Oktobel'19DlPPTN - BATAN
peralatan lainnya seperti sistem pengumpulandata klimatologi, area monitor dan lain-lain.
TATA KERJA
Sistem pengukuran radioaktivitas lin!~kungan ini mempunyai 2 bagian utama yaitustasiun pengukur dan stasiun pengendali SBperti terlihat pada GambaI' 1.
CaraKerja
Operator yang menghendaki pengukuranradioaktivitas lingkungan dapat menghubungisalah satu pengukuran melalui komputer padastasiun pengendali. Komputer akan menampilkan menu yang berisi antara lain stasiun yangdikehendaki, saat pengukuran yang dikehendaki dan lain-lain.
Dengan mengeksekusi perintah pada menu tersebut maka secara otomatis kompute,rakan memerintahkan pesawat komunikasi untuk menyampaikan perintah tersebut ke stasiun pengukur berupa sinyal tone yang hanyadiketahui oleh satu stasiun penerima 4].
Pesawat Komunikasi pada stasiun peng\.!kur menerima sinyal tone tersebut segera mengaktipk'in mikroprosesor untuk mengeluarkanruntunan perintah yaitu, menghidupkan pompaisap selama berapa menit, kemudian menghidupkan alat cacah radiasi, memulai pencacahankemudian mengirim data pencacahan ke stasiun pengendali dan diakhiri dengan mengem-
Pel'isai
HTI
L;;J Ipo~~TJ
1
Y Pel'isa i
UTI Q ~9:J
Gambar 1. Diagram blok sistem pengukuran radioaktivitas lingkungan
437
PlOceedings Seminar Reaktor Nlddir dalam Penelitimz Sainsdan Telmologi Menuju Era 1~nggal La.ndas
Bmzdung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BAl'AN
MIC
HASIL DAN PEMBAHASAN
Grafik linieritas diperlihatkan oleh GambaI' 5
MODULATORFSK
(1)Y = 0,9878x + 0,0772
Pengujian Linieritas SistemPengujian ini dilakukan dengan membe
rikan pulsa masukan dari PulseI' yang dapatdiatur frekuensinya dan frekuensi tersebut diamati dengan menggunakan frekuensi meterTrio tipe FC 756. Pada stasiun pengendali hasilcacahan tersebut diamati. Dengan menggunakan regTesi linier didapatkan persamaan linieritas sistem adalah :
GMINVERTER
PEMBENTUKPULSA
GambaI' 3. Diagram blok stasiun pengukur
Perangkat keras stasiun pengukur terdiridari alat cacah radiasi dengan menggunakandetektor Geiger, pompa isap udara dengan filter.Mikroprosesor 2-80 akan mengendalikanjalannya operasi pengukuran apabila pesawat komunikasi pada stasiun menerima sinyal tone yangberasal dari stasiun pengendali. Untuk mengir~mkan data hasil cacahan dari alat cacah radiasi digunakan modulator FSK yang mengubah level °menjadi frekuensi 1100Hz, dlln level1 menjadi frekuensi 2200 Hz, dengan kecepatanpengiriman data sebesar 400 BPS, cukup untukpengiriman data radioaktivitas lingkungan.
Perangkat LUllak .Perangka t lunak yang ada di stasiun peng
ukur menggunakan bahasa assembler pada mikroprosesor 2-80, sedangkan pada stasiunpengendali menggunakan bahasa Turbo Pascalvel' 5.0. DiagTam aliI' perangkat lunak keduastasiun seperti pada GambaI' 4.
I ST 1 I
I ST2 I
SP I ST3 I
I ST4 II STN I
Perangkat Keras Pada Stasiun PengendaliStasiun pengendali berfungsi untuk me
ngembalikan stasiun pengukur agar melaksanakan operasi pengukuran tingkat radioaktivitas lingkungan: dan mengelola data pencacahanyang dikirim oleh stasiun pengukur. Diagramblok stasiun pengendali seperti pada GambaI' 2di bawah.
balikan keadaan stasiun penerima pada kondisimenerima, dan mematikan seluruh sistemkecuali pesawat komunikasi, siap melakukanperintah berikutnya.
Pada saat stasiun pengukuran mengirimkan data pencacahan, stasiun pengendali siapmenerima hasH cacahan yang ditampilkan padapenampil dan data itu disimpan pada alatpenyimpan yang berupa disket ataupun hard-dish.
GambaI' 2. Diagram blok stasiun pengendali
Sebagai pencacah pulsa yang berasal daristasiun pengukur digunakan IC 8253 PIT. IC8255 digunakan sebagai pengubah kondisi pesawat komunikasi pada posisi Transmit atauReceive.Demodulator FSK mengubah frekuensi1100 Hz menjadi sinyal level ° dan frekuensi2200 Hz menjadi sinyal level 1 dengan kecepatan pengiriman data sebesar 400BPS (BitPerSecond). Dekoder alamat menggunakan IC741s138dan 7420 yang menempati lokasi memori dari 3EOH sampai 3E6 H.
Perangkat Keras Stasiun PengukurPerangkat keras stasiun pengukur bel'
fungsi melakukan pengukuran radioaktivitaslingkungan dan mengirimkan hasil cacahan kestasiun pengendali dengan menggunakan media gelombang radio. Diagram blok stasiunpengukur terlihat pada GambaI' 3.
438
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir datum Penelitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era TInggal Landas
(a)(b)
Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BA1'AN
( START)
1
FORl TONSTASIUN PENGUKUR YANG
DIHUBUNGI
ALAMAT STASIUN KE NYANG DIHUBUNGI
ISI COUNTER 0HSB & LSB = 255
T
TAMPILKAN JUMLAHCACAH KE LAYARDAN BERI
SKALA WARNA
1SIMPAN HASIL CACAH
KE DISK
1
LAMA PENGISAPANUDARA OLEHPOMPAISAP
LAMA MENGIRIMKANDATA/TRANSMIT
1HIDUPKAN POMPA
SELAMA WAKTUPENGISAPAN UDARA
HITUNG PULSAMASUK HIDUPKAN HV
SELAMA WAKTU OPERAS I
_1
1
I MATIKAN POMPABACASISI IS!
ICOUNTER 0 1
1
' RADIO TRANSMIT
CACAH =
I 1255 - (255-HSB) - (255-LSB) I
RADIO OFFI
I0 (END)-
Gambar 4. Diagram alir perangkat lunak stasiun pengendali (a), dan stasiun pengukur (b).
Tabell. Pengujian pengukuran cacah latar se·lama 10 detik
31):)••>
~ lOD••
to 1001!,.0.. O.
o 5a 100 150 200 250 300 350 400 450 500Pulsa yang dikirlm I Transmit (Hz)
Gambar 5. Grafik linearitas sistem.
CacahlIO detik
Stasiun pengukur
Stasiun pengendali
7
78
89
96
65
56
67
7
439
Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwlagi Menuju Era Tinggal Landas
Pengujian untuk pencacahan [atarPencacahan lataI' dilakukan masing
masing setiap 10 detik, hasilnya seperti terlihatpada Tabel1.
Pengujian dengan menggunakan sumber Cs-137Pengujian dengan menggunakan sumber
Cr::i-137dilakukan dengan meletakkan sumberCr::i-137pada jarak 20 cm dari detektor, selama60 detik. Hasilnya disesuaikan pada Tabel 2.
Tabel2. Pengukuran sumber Cs-137 padajarak 20 em selama 60 detik
Cacah/60 detik
Stasiun pengukur
Stasiun pengendali
167
167
151
151
140
140
161
161
174
174
152
152
148
147
144
144
153
153
180
180
Pt'ngujian kecepatan transmisi dataPengujian kecepatan transmisi data dila
kukan seperti pada pengujian linieritas sistem,ya.itu dengan membeikan pulsa masukan dandicatat frekuensinya. Hasil pengujian terdapatpadaTabel 3.
Dari Tabel 3 di atas tampak bahwa untukfrekuensi <400 Hz mempunyai deviasi lebih kecil 0,83% tetapi untuk frekuensi <400 Hz deviar::inyalebih besar dari 1%.
KESIMPULAN
Dari hasil konstruksi dan pengujian sistempengukuran radioaktivitas lingkungan denganmenggunakan sistem Telemetri ini dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:- Sistem ini mampu melaksanakan operasi
pengukuran secara jarak jauh dan operatorcukup memerintahkan operasi dari kompu-
DAFTAR PUSTAKA
Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BA1'AN
Tabel 3. Data pengamatan kecepatan transmlSl.
StasiunStasiun penerima (Hz)/Pengukuran No.
pengukur (Hz)1
23456
0
000000
25
252525252525
50
494949505050
75
757475747575
100
99999810010099125
124124124125125125
150
151150150151151151
175
175175174174175174
200201200200200199199
225
226226225225224225
250
251250250251250249
275
277276275275274274
300
301301300300301300
325
327327326325325325
350
351351350351350350
375
376376375375376375
400
402402400401401400
425
428428427425426426
450
456454454456454454
500
508505505504506505
'tel' yang ada di stasiun pengendali yang diperlengkapi dengan menu yang sesuai dengan keinginan operator.
- f::istem ini mampu pula menangani datacacahan sehingga dari informasi yang telahada dapat dipelajari perilaku lingkungan disekitar fasilitas Nuklir.
- Kecepatan transmisi data 400 BPS cukup untuk pengukuran radioaktivitas lingkungan.
UCAPANTERIMAKASIH,
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada :1. II'. Koerniawan Prijambodo, Alumnus Ju
rusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik Industri ITS.
2. Jumari, Alumnus Pendidikan Ahli TeknikNuklir - BATANyang telah membantu dalam pembuatan alat dan pengambilan data.
1. Moe, H. J., Lasuk, SR. et aI., Radiation Safety Technician Training Course, Argone NationalLaboratory, Argone, Illinois.
2. Wisnu Arya Wardhana, Pengantar Teknik Radioaktivitas Lingkungan, Dep. Pendidikan danKebudayaan, Jurusan Teknik Nuklir, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (1984).
3. IAEA, Proceedings of a Symposium, Assesment of Airbone Radioactivity, Viena (1967).
4. Anonym, ICOM Model 02-ATTechnical Manual, Icom Co, Japan.
5. Joe Campbell, C Programmer's Guide to Serial Communications, Howard W. Sams & Company, USA (1988).
6. James, W. Coffron, Z-80Application, Sybex Inc, USA.
440
Proceedings Seminar Reahtor Nllhlir dulam Penelitiuu SainsdQJ~Tehnologi Menlljll Era 1Ynggal Lamias
Baudllng, 8 - 10 Ohtober 19:11PP1'N - BATAN
DISKUSIBudiono:1. Bagaimana cara sistem untuk membedakan tone setiap Penerima HT?2. Bagaimana setelah protokolnya komunisasi serta bagaimana cara menangani apabila adakesalahan data?3. Apakah termasuk sistem sinkron atau asinkron?4. Mengapa kalaujaraknya hanya 1 km saja menggunakan pemancar RF?Apa tidakcukup kabel?5. Apakah sudah difikirkan untuk pengiriman data secara otomatis bila ada data radiasi yangcukup tinggi?Setiadi:1. Pesawat komunikasi ICOM 02 ATtersedia fasilitas tone. Setiap stasiun pengukur mempunyaitone sendiri sendiri. Stasiun pengendali tone bisa diubah melalui I/O 8253.2. Protokol belum dibuat. Data yang dikirim tidak melebihi kapasitas modem, dibuat suatu pulseI'untuk mencek/kalibrasi sistem Telemetri.3. Asinkron4. Jarak yang diamati akan dikembangkan lebih jauh (tidak 1 km) dengan menggunakan stasiunReplater.5. Belum, berhubung stasiun pengukur dalam kondisi mati pada saat tidak dipakai.
Roocyta H:Kelebihan dari cara Telemetri untuk pengukuran radioaktivitas lingkungan yang disebut dalampresentasi ini memungkinkan pengukuran secara jarak jauh tanpa mendatangi lokasi.Bagaimana kelebihan/kekurangan metode ini dibandingkan metode lama (yang biasa dipakai diBATAN)bila ditinjau dari aspek-aspek biaya operasi alat dan tenaga kerja, harga peralatan da nketepatan hasil pengukuran?Setyadi:- Kelebihannya, biaya operasionallebih murah dan frekuensi pengukuran lebih sering danjugainformasi lebih akurat.- Dilihat dari tenaga kerja yang dipakai lebih sedikit (lebih ditekankan pada QC dan maintenance)- Dilihat dari ketepatan hasil karena unsur manusia/operator terlatih tidak/kurang berperanandalam pengambilan data, maka ketepatan hasil pengukuran dalam pengambilan data bergantung pada keandalan alat.- Dilihat dari harga alat, biaya investasi lebih besar karena pada sistem yang lama, 1 alat bisamelayani/dipergunakan untuk beberapa stasiun pengamat (bersifat mobil)- Kekurangannya, keandalan alat perlu ditingkatkan, karena pos- pos pengamatan berada padasuatu lokasi (bukan berada di lab) dengan kondisi tegangan jala-jala (PLN) temperatur yangbaik.
Munir:1. Bagaimana sistem untuk mengatasi gangguan frekuensi yang dikirim dari stasiun pengukurke stasiun pengendali?Setyadi:Pada prototip ini menggunakan frekuensi UHF di daerah frekuensi radio amatir, bila kelak alatini dipakai, akan digunakan frekuensi kondisi pada band UHF sehingga mempunyai band widthyang lebih lebar, dan gangguan terhadap frekuensi kondisi yang hanya dipakai untuk suatukeperluan tertentu.
441
P/'()c:eedil~gsSemi/to./' Reuktur Nllldir dalum jJe/telitia/t Sa insda/t 'l'eluwlogi Menl/jll Era Til~ggall.uJUjas
L<\MPIRAN
SPESIFIKASI:
Pesawat komunikasi:Merk : ICOMModel: 02 ATPower Output: 3 WattJEmis modulasi : Frekuensi Modulasi (FM)Tersedia fasilitas tone.
Nile/ear Counting System:Detektor : Geiger Muller (GM)rype : Side window, Merk VectoreenTegangan Tinggi : DIN 400GM Inverter: Transistor 2 tingkatPembentuk pulsa : Gerbang TTL
Bandu/tg, 8 - 10 Oktobe,.1991PPTN - BATAN
M ikroprosesor :Mikroprosesor : 2-80Input/Output: PIO 8543Bahasa: Assembler
Komputer :Komputer IBM PC-XT CompatibelAlamat interface 03EOh - 03E7hInput/Output: 8255Pencacah : 8253Perangkat lunak : Turbo Pascal Vel'. 5.0
Modulator/Demudulator:
Tipe: Frequency Shift Keying (FSK)Boudrate : 400 BPS.
442