0216-3128-2005-1-296.. - Digilib

40
ISSN 0216 - 3128
Rohadi Awaludin, dkk.
STUDI PENDAHULUAN PRODUKSI TEMBAGA-64 MELALUI AKTIVASI NEUTRON MENGGUNAKAN TEMBAGA
ALAM
Rohadi Awaludin, Hotman Lubis, Abidin, Sriyono, Hambali, Mohamad Subechi
P2RR - BATAN
ABSTRAK
STUDI PENDAHULUAN PRODUKSI TEMBAGA-64 MELALUI AKTIVASI NEUTRON MENGGUNAKAN
TEMBAGA ALAM. Tembaga-64 merupakan salah satu radioisotop penting dalam kedokteran nuklir.
Untuk itu, telah dilakukan studi pendahuluan produksi 64Cu melalui aktivasi neutron dengan sasaran
tembaga alam. Sasaran berupa tembaga (II) oksida (CuO) diiradiasi di reaktor G.A. Siwabessy pada
posisi pneumatic rabbit system (PRS) selama 30 menit dan di central irradiation position (CIP) selama 10
hari. Hasil iradiasi menunjukkan bahwa 64Cu dengan radioaktivitas jenis sebesar 35,2 dan 24,4 MBq/mg
Cu berhasil diperoleh dari iradiasi di posisi PRS berturut turut menggunakan bobot target 50 dan 10 mg.
Sedangkan iradiasi di posisi CIP berturut turut dengan target 10 dan 20 mg menghasilkan 64Cu dengan
radioaktivitas jenis 2379 dan 2420 MBq/mg Cu. Pengotor radionuklida tidak terdeteksi di dalam hasil
iradiasi. Secara teoritis, pengotor radionuklida berupa 66Cu dengan waktu paro 5,10 menit turut
dihasilkan dalam iradiasi ini dan segera meluruh habis setelah proses pasca iradiasi.
Kata kunci: tembaga-64, tembaga alam, aktivasi neutron.
ABSTRACT
PRELIMINARY STUDY ON PRODUCTION OF COPPER-64 BY NEUTRON ACTIVATION USING
NATURAL COPPER. Copper-64 is one of the important radioisotopes in the field of nuclear medicine. A
preliminary study on production of copper-64 by neutron activation using natural copper has been carried
out. Copper oxide target has been irradiated at pneumatic rabbit system (PRS) and central irradiation
position (CIP) of G.A. Siwabessy reactor for 30 minutes and 10 days respectively. Irradiation of 50 and 10
mg of CuO at PRS resulted in 64Cu with specific radioactivity of 35.2 dan 24.4 MBq/mg Cu. Irradiation of
20 and 10 mg of CuO at CIP resulted in 64Cu with specific radioactivity of 2379 and 2420 MBq/mg Cu.
Radionuclide impurities were not detected in the irradiated target. Theoretically, radionuclide impurity of
66
Cu with half life of 5,10 minutes was produced in the irradiation and decayed after post irradiation
process.
Key words: copper-64, natural copper, neutron activation
PENDAHULUAN
T
embaga-64 (64Cu) merupakan radioisotop
dengan waktu paro 12,7 jam. Radioisotop ini
meluruh dengan 3 jenis peluruhan, yaitu peluruhan
electron capture (EC) (45%), beta (37%) dan positron (18%). Radiasi beta dan beta positif (positron)
yang dipancarkan memiliki energi sebesar 0,578
MeV dan 0,653 MeV. Radioisotop ini
memancarkan pula radiasi gamma dengan energi
1,346 MeV dengan intensitas 0,5%. Selain itu, beta
positif yang dilepaskan akan segera bergabung
dengan elektron dan terjadi anihilasi sehingga
melepaskan radiasi elektromagnetik dengan energi
0,511 MeV. Radioisotop ini digunakan di bidang
kedokteran
nuklir
dengan
memanfaatkan
karaktekristik kimiawi
radioisotop 64Cu[1,2].
Cu
dan
karakteristik
Radioisotop 64Cu dapat diproduksi melalui
reaksi (n,p) dengan sasaran 64Zn dan dapat pula
melalui reaksi (n,) dengan sasaran 63Cu. Dari
reaksi pertama dapat diperoleh 64Cu dalam bentuk
bebas pengemban, namun reaksi ini menggunakan
neutron cepat dan memiliki tampang lintang reaksi
yang sangat kecil sebesar 10 b[2]. Reaksi kedua
merupakan reaksi yang lebih sederhana dan dapat
menggunakan tembaga alam sebagai sasaran.
Namun dari reaksi kedua perlu dilihat nilai
radioaktivitas jenis yang dapat diperoleh dari reaksi
ini. Radio-aktivitas jenis yang didapatkan sangat
tergantung pada besarnya fluks neutron fasilitas
Prosiding PPI - PDIPTN 2005
Puslitbang Teknologi Maju - BATAN
Yogyakarta, 12 Juli 2005
41
ISSN 0216 - 3128
iradiasi yang digunakan. Pada makalah ini
64
disajikan
hasil
penelitian
produksi
Cu
menggunakan fasilitas iradiasi di reaktor G.A.
Siwabessy dengan sasaran tembaga alam. Tujuan
dari penelitian ini adalah mendapatkan korelasi
antara karakteristik hasil iradiasi yang diperoleh
dengan parameter-parameter produksi.
TATA KERJA
Pada iradiasi ini digunakan tembaga dalam
bentuk tembaga (II) oksida (CuO). Pemilihan
senyawa ini didasarkan pada tingginya titik lebur,
kestabilan kimia serta radionuklida pengotor yang
dihasilkan dari unsur penyusun lainnya (oksigen)
serta kemudahan penanganan setelah iradiasi [3].
Pada penelitian ini digunakan CuO dari Aldrich
dengan kemurnian 99,999%. Pengotor utama
dalam sasaran berupa natrium, kalsium dan
magnesium dengan kandungan masing masing
sebesar 1,5 ppm, 0,4 ppm dan 0,2 ppm.
Sasaran tembaga oksida dengan jumlah yang
telah ditentukan dimasukkan ke dalam ampul
kuarsa dan ditutup dengan pengelasan. Pada
iradiasi di posisi pneumatic rabbit system (PRS),
ampul kwarsa tersebut dimasukkan ke dalam kapsul
iradiasi yang terbuat dari poliethilena. Polethilena
tersusun dari unsur karbon dan hidrogen sehingga
hampir tidak dihasilkan radioisotop dari material
ini akibat paparan neutron. Oleh karenanya, hasil
iradiasi dapat diproses lebih lanjut segera setelah
iradiasi. Namun, jika iradiasi menggunakan wadah
poli-ethilena, waktu iradiasi maksimum yang
diijinkan oleh P2TRR selama 30 menit didasarkan
pada ketahanan panas bahan tersebut [4]. Oleh
karenanya, iradiasi di PRS dilakukan selama 30
menit. Pada iradiasi di CIP, ampul kwarsa berisi
sasaran dimasukkan ke dalam kapsul aluminium
dan ditutup dengan pengelasan. Uji kebocoran
dilakukan terhadap hasil pengelasan sebelum
dimasukkan ke dalam kapsul luar yang terbuat dari
aluminium. Kapsul ini diletakkan ke dalam posisi
CIP di reaktor G.A. Siwabessy.
Rohadi Awaludin, dkk.
Setelah iradiasi, ampul kwarsa dibuka dan
tembaga oksida dilarutkan dengan asam klorida 1
N sebanyak 5 ml untuk mendapatkan larutan
tembaga klorida (CuCl 2). Setelah seluruh tembaga
oksida larut sempurna, total radioaktivitas yang
diperoleh diukur menggunakan Dose Calibrator
Atom Lab100 plus. Hasil pengukuran ini dihitung
balik ke saat akhir iradiasi (EOI), sehingga
didapatkan radio-aktivitas saat end of irradiation
(EOI). Untuk mendapatkan nilai kemurnian
radionuklida, hasil iradiasi diukur menggunakan
spektrometer gamma. Larutan induk diencerkan
100 kali dan sebanyak 20 l dari larutan tersebut
dicuplik untuk pengukuran spektrometer gamma.
Spektrometer gamma di-kalibrasi menggunakan
sumber standar berupa 133Ba, 137Cs dan 60Co.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah seluruh CuO larut ke dalam HCl,
radioaktivitas 64Cu diukur dan dihitung balik ke
saat akhir iradiasi sehingga diperoleh radioaktivitas
saat EOI. Radioaktivitas dan radioaktivitas jenis
64
Cu setelah iradiasi di PRS dan CIP ditunjukkan
oleh Tabel 1.
Tabel 1 menunjukkan bahwa dari 2 kali
iradiasi di PRS diperoleh radioaktivitas jenis 64Cu
sebesar 35,2 dan 24,4 MBq/mg Cu pada saat EOI.
Sedangkan dari iradiasi di posisi CIP didapatkan
64
Cu dengan radioaktivitas jenis 2379 dan 2420
MBq/mg Cu. Dari 2 kali iradiasi di tiap posisi
iradiasi terdapat perbedaan radioaktivitas yang
diperoleh. Hal ini dikarenakan radioaktivitas yang
didapatkan dipengaruhi oleh adanya fluktuasi fluks
neutron di posisi iradiasi, efek perisai diri (self
shielding) dari sasaran dan penyerapan neutron
oleh kapsul iradiasi. Selain faktor-faktor pada saat
iradiasi, faktor penanganan pasca iradiasi seperti
pembukaan ampul dan penuangan sasaran ke
wadah pelarutan dapat pula menyebabkan
perbedaan radioaktivitas yang didapatkan.
Tabel 1. Hasil iradiasi di pneumatic rabbit system (PRS) dan central irradiation position
(CIP) reaktor G.A. Siwabessy.
Berat sasaran
CuO (mg)
Posisi
iradiasi
Lama
iradiasi
Radioaktivitas saat
EOI (MBq)
Radioaktivitas jenis
(MBq/mg Cu)
50
PRS
30 menit
1405
35,2
10
PRS
30 menit
195,7
24,4
10
CIP
10 hari
19007
2379
Prosiding PPI - PDIPTN 2005
Puslitbang Teknologi Maju - BATAN
Yogyakarta, 12 Juli 2005
42
ISSN 0216 - 3128
Rohadi Awaludin, dkk.
20
CIP
10 hari
Iradiasi di PRS menghasilkan 64Cu dengan
radioaktivitas jenis lebih kecil dibandingkan
dengan iradiasi di CIP karena fluks neutron yang
lebih rendah dan waktu iradiasi yang lebih pendek.
Namun, ada beberapa kelebihan dari iradiasi di
PRS, yaitu kemudahan dalam penanganan pasca
iradiasi karena kecilnya paparan radiasi dari kapsul
iradiasi yang terbuat dari poliethilena dan dari
kapsul tersebut hampir tidak dihasilkan limbah
radioaktif. Oleh karenanya, untuk kebutuhan yang
tidak memerlukan radioaktivitas jenis yang tinggi,
iradiasi di posisi PRS dapat direkomendasikan.
Sedangkan untuk kebutuhan yang memerlukan
radioaktivitas jenis yang tinggi, iradiasi harus
dilakukan di posisi CIP. Namun perlu dicatat
bahwa ketika iradiasi dilakukan di posisi ini,
penanganan pasca iradiasi memerlukan waktu yang
lebih lama untuk pengangkutan dan pembukaan
kapsul iradiasi. Karena waktu paro 64Cu relatif
pendek (12,7 jam) maka perlu diperhitungkan
dengan baik waktu yang diperlukan untuk
penanganan pasca iradiasi sampai dengan 64Cu siap
digunakan.
Pengukuran menggunakan spektrometer
gamma pada hasil iradiasi menunjukkan adanya
puncak pada 511 keV dan 1346 keV. Net area
untuk masing masing puncak ditunjukkan pada
Tabel 2. Radiasi gamma dengan energi 511 keV
merupakan radiasi gamma hasil anihilasi positron
yang dipancarkan oleh 64Cu. Seperti telah
dipaparkan di depan bahwa 18% dari 64Cu meluruh
dengan melepaskan positron. Sedangkan radiasi
38650
2420
gamma dengan energi 1346 keV merupakan radiasi
gamma dari peluruhan 64Cu dengan intensitas
0,5%.
Selain isotop 63Cu, tembaga alam mengandung pula isotop 65Cu dengan kelimpahan 30,83%
seperti ditunjukkan oleh Tabel 3. Dari isotop 65Cu
dihasilkan 66Cu dari paparan neutron. Radioisotop
66
Cu ini memiliki waktu paro 5,10 menit, sehingga
radioaktivitasnya telah meluruh habis dalam waktu
singkat. Dalam waktu 1 jam saja, radioisotop ini
telah meluruh lebih dari 11 kali waktu paronya.
Oleh karenanya, pada saat pengukuran, radioisotop
ini sudah tidak terdeteksi lagi karena telah meluruh
habis saat penanganan pasca iradiasi.
Pengotor utama dalam sasaran berupa
natrium, kalsium dan magnesium dengan
kandungan masing masing sebesar 1,5 ppm, 0,4
ppm dan 0,2 ppm. Radioisotop dari unsur pengotor
sasaran ini tidak ditemukan dalam hasil iradiasi.
Unsur-unsur pengotor yang ada di dalam sasaran
dan radioisotop yang terbentuk serta tampang
lintang reaksi ditunjukkan oleh Tabel 4. Dari
Tabel 4 diketahui bahwa tampang lintang dari
seluruh reaksi inti isotop isotop tersebut tidak lebih
dari 1 barn kecuali reaksi 48Ca(n,)49Ca. Reaksi inti
ini pun hanya memiliki tampang lintang reaksi
1,09 barn. Radioisotop yang dihasilkan pun, yaitu
49
Ca, memiliki waktu paro yang sangat pendek
(8,72 menit), sehingga radioisotop ini meluruh
habis dalam waktu singkat. Oleh karenanya, dapat
dipahami bahwa dari unsur pengotor ini tidak
terdeteksi adanya radioisotop pengotor.
Tabel 2. Hasil pengukuran menggunakan spektrometer gamma.
Puncak energi
Net area dari iradiasi di PRS
Net area dari iradiasi di CIP
511
51072
272082
1346
319
1892
Tabel 3. Kelimpahan isotop dalam tembaga alam dan radioisotop yang dihasilkan
dari reaksi penangkapan neutron beserta waktu paro dan tampang
lintang reaksinya.
Isotop
63
Cu
Kelimpahan
(%)
Tampang Lintang
Reaksi (Barn)
69,17
4,50
Isotop Yang
Terbentuk
64
Cu
Prosiding PPI - PDIPTN 2005
Puslitbang Teknologi Maju - BATAN
Yogyakarta, 12 Juli 2005
Waktu Paro
12,70 jam
43
ISSN 0216 - 3128
65
Cu
30,83
Rohadi Awaludin, dkk.
66
2,17
Cu
5,10 menit
Sasaran CuO yang digunakan pada iradiasi ini memiliki kemurnian 99,999%.
Tabel 4. Kelimpahan isotop-isotop unsur pengotor sasaran dan radioisotop yang terbentuk
serta tampang lintang reaksinya.
Unsur
Isotop
natrium
23
kalsium
40
Na
42
43
44
46
48
magnesium
24
25
26
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Mg
Mg
Mg
Kelimpahan di
Alam (%)
Radioisotop yang
Terbentuk
Waktu Paro
Tampang Lintang
(Barn)
15,02 jam
0,53
100
24
96,94
41
Ca
10 tahun
0,4
0,65
43
Ca
stabil
-
0,14
44
Ca
stabil
-
2,09
45
Ca
164 hari
0,88
0,004
47
Ca
4,54 hari
0,74
0,19
49
Ca
8,72 menit
1,09
78,99
25
Mg
stabil
-
10,00
26
Mg
stabil
-
11,01
27
Mg
9,46 menit
0,06
KESIMPULAN
Dari hasil studi pendahuluan produksi 64Cu
melalui aktivasi neutron dengan sasaran tembaga
alam menggunakan fasilitas iradiasi di reactor G.A.
Siwabessy diperoleh hasil sebagai berikut:
1. Iradiasi di posisi PRS selama 30 menit
menghasilkan 64Cu dengan radioaktivitas jenis
35,2 dan 24,4 MBq/mg Cu pada saat EOI.
2. Iradiasi di posisi di CIP selama 10 hari
menghasilkan 64Cu dengan radioaktivitas jenis
2379 dan 2420 MBq/mg Cu pada saat EOI.
3. Pengotor radionuklida dari isotop 65Cu berupa
66
Cu tidak terdeteksi karena waktu paronya
hanya 5,1 menit sehingga radioaktivitasnya
telah meluruh habis setelah proses pasca
iradiasi.
4. Pengotor radionuklida dari pengotor sasaran
berupa unsur natrium, kalsium dan magnesium
tidak terdeteksi di dalam hasil iradiasi.
Na
5
2.
JAPAN RADIOISOTOPE ASSOCIATION,
Note Book of Radioisotope, Maruzen (1990).
3.
THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN,
Jikken Kagaku Kouza, Maruzen (1992).
4.
SARWANI, Komunikasi Pribadi (2003).
5.
IAEA, Manual for Reactor Produced
Radioisotopes, TECDOC-1340, 51 - 57 (2003).
TANYA JAWAB
Damunir
 Bagaimana
pendapat
saudara
tentang
penggunaan Cu-64 aktivitas lebih besar dan
umur paro lebih panjang. Apakah pada terapi
tubuh manusia.
Rohadi Awaludin
DAFTAR PUSTAKA
1.
N. SAITOH DKK, Handbook of Radioisotope,
Maruzen (1996).
 Besarnya radioaktivitas disesuaikan dengan
dosis radiasi yang diperlukan untuk terapi.
Sedangkan umur paro adalah tetap, jika perlu
Prosiding PPI - PDIPTN 2005
Puslitbang Teknologi Maju - BATAN
Yogyakarta, 12 Juli 2005
Rohadi Awaludin, dkk.
ISSN 0216 - 3128
waktu paro yang lebih panjang, digunakan
radioisotope lain.
Prosiding PPI - PDIPTN 2005
Puslitbang Teknologi Maju - BATAN
Yogyakarta, 12 Juli 2005
44