HAM BURAN PHOTON UNTUK PENGUKURAN KADAR SILT.

OIeh:

Prawoto, Wasito, Arjuno.

BATAN - PUSAT REAKTOR ATOM BANDUNG

Abstrak:

HAMBURAN PHOTON UNTUK PENGUKURAN KADAR SILT. Pengukuran kadar

lumpur (silt) dalam aliran sungai, sangat dibutuhkan dalam tata sungai negara tropis,terutama dalam pengendalian banjir dan denudasi muara-muara. Hamburan ener-si photon oleh inti atom seeara spesifik dapat digunakan untuk menghitung jum-lah material melayang, seeara sesaat dan teliti. Variasi maeam material sekaligusdapat ditentukan menurut fraksi beratnya. Enersi sekitar 0,600 MeV didapatkansebagai batas at as yang terbaik dalam hamburan Compton untuk keperluan ini.Sedangkan dibawah ini terbaik untuk hamburan transmisi. Karenanya telah digu­nakan, isotop radioaktip Cs-137 dan Am-24l untuk keperluan diatas.

Pendahuluan:

Material yang melayang dalam air sungai, atau solid suspended atau silt mempu­nyai jumlah 75% atau lebih dari seluruh material yang dibawa sungai.Untuk kepentingan pengukuran tersebut menu rut apa yang dibuat oleh Florkowski(1970), dibuat suatu alat yang terlihat dalam gambar-l.Sumber radioaktip dipakai Am-241, 60 KeV, yang diletakkan pada ujungnya. Alat ter­sebut kemudian dimasukkan kedalam sungai, hamburJn photon akan sesuai dengankonsentrasi dari silt. Alat tersebut pada ujung lainnya dihubungkan dengan detektorscintilasi. Jarak antara sumber dengan detektor yang dapat memenuhi persyaratan sen­sitivitas serta total caeahan (count rate) 40 eM.

Kabel

penggantung

kabel

46

Source Am- 241

X-tal Nal

Gambar 1

Pb.shield

Probe Am-241 Scattering.

Untuk kepentingan penghitungan kwantitatip, maka dilakukan kalibrasi denganmempergunakan Na2S0 4' NaCl dilaboratorium. Material-material tersebut. dianggapdapat mewakili silt yang terdapat dalam sungai. Hasil kalibrasi terlihat dalam gam­bar 2.

IGam bar 2 : Kalibrasi dengan Na2S0 4menurut Florkowski. - .

0.9

0.8

1. transmisi Am-241

2. transmisi Cd-l 09

3. scat. Arn-241.

Konsentrasi Na2S~ 4 dalam % -

0.7o 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Sampai batas-batas tertentu, 10% kadar besi, dapat dianggap bahwa perhitunganberdasarkan kalibrasi diatas adalah benar. Namun ternyata ada penyimpangan padaakhirnya. Oleh karenanya dilakukan koreksi "material parameter" sebagai berikut:

z.p = ~ Pi .2.

A.1

dimana Pi - berat fraksi komponenZ - nomor atom (atomic num­

ber)

A - berat massa dari kompo­nen (mass number).

47

0.9

/{- lro

/w 0.8

0.7

0.6

nonmorilonite feldspar

0.5

Am-241

-..••...••.

0.4

0.3

kaolinite

Gambar 3 a. (menurut Florkowski)

%Fe

10

Gambar 4

(menurut : 5

Florkowski )

20

NaG

30

CaCa 3

40 50

CaG2________ Material parameter.

o10 20 30 40 50

Material parameter.

Material parameter 8.000 (kaolinit) sampai 33.000 (kalsit). Bilamana besi dalamsedimen mencapai lebih besar dari 10% maka harga tersebut akan melonjak men­jadi 3 kali harga semula.Gambar 3, 4 menunjukkan hal tersebut diatas.

Dalam keadaan kadar besi yang ek~trim dengan variasi material dari kaolinit sam­pai kalsilt, maka material parameter menjadi 8.000 - 50.000. Metoda scatteringAm-24l, lebih baik dipergunakan untuk sungai yang dalam.

48

TEST:

Instrumen yang dibuat oleh Group Geofisika dan Hidrologi Nuklir, Pusat Re­aktor Atom Bandung, diubah jarak an tara sumber dan detektor, dari jarak yang di­anjurkan oleh Florkowski.

Kalibrasi dilakukan pad a keadaan tanpa aliran dcngan Na2S04 dan NaCl, ju­ga dalam keadaan air yang mengalir. Hasil test dicocokan dengan cara penyaringandan penimbarigna (Gambar 5).Kalibrasi dengan NaCl sangat berguna terutama untuk pengukuran kadar silt di dajerah muara dan untuk mencari intervensi air laut ke dalam air sungai, yang biasa­nya mencapai jarak lO kM at au lebih dari laut.Untuk suatu sungai maka pengukuran dilakukan pad a beberapa tempat. Pada suatutempat dicari variasi vertikalnya (Gambar 6).

Dibawah ini dicantumkan hasil pengukuran dari sungai di daerah Jakarta se·bagai berikut' :

Kadar silt & anorganikX103 ppm

Sungaialiran normal

air tinggikadar absolut max.

Sunter

0,41,852,40

Ciliwung

0,20,701,30

Untuk sungai Cimanuk dengan anak-anak sungainya maka dicari gradient da­ri kenaikan kadar silt dibagi pertambahan debit.

Kadar siltppm/M3 / det.

Sungai daerah air rendahdaerah air sedangdaerah air tinggi

Cilitung

13,60 27,5042,00Cipeles

14,5060,10131,40Cikeruh

72,70 90,9097,40Cimanuk Limbangan

9,00 11,709,70Cimanuk Monjot

4,70 7,4033,00Cimanuk Pamayahan

4,80 6,204,50

Kelihatan bahwa sungai Cipeles mempunyai gradient kenaikan terbesar;sedang harga absolutnya terbesar dicapai oleh sungai Cilutung: 10.000 - l5.000 ppm.

49

9CPM 1DO

10

J

019.103 000000 0

0 00DO 000 00

o 0018.103 ~

00o 0 0 0

000

o DO

00

0

0

017.103

~~

00

0.5

Gambar 5. Kalibrasi (statis) NaCl dan Na2SO 4Probe : Am-241 Scattering.Dilakukan: September 1972.

CPM

21103

0

8tJ

Cb

0 0

00

0Q

nO

0

20.103

0 00

0

0

0

0d

q8

LO

o

o 0

cone. NaG (%)

o = discriminator 00o ::: discriminator 20%.

o

oo

o 0

19.103

50'

Gambar 5 : Keterangan lihat di~tas.

0.51.0 cone. NarD4 (%)~

" Keda1aman air diatas dasar sungai.

(eM)

300 '

200

100 '

////

///."... - ..- -- •...•......

r- ....- ~,,,,,,,\

III

IIIIIIIIII1

I

IIIIIII

IIIII

IIIA'B

3 4 5 is 7 is 9 104 2CPM

A -----

B

Gambat 6

pinggiran sungai A' =" A - 16.500 cpm

tengah-tengah sungai B' =" B - 16.500 epm

Variasi kadar silt terhadap kedalaman, dengan probe Scattering.Am-241, sungai Cimanuk (Indramay"u) pada 5 - 8 - 1972.

51

D I SKU S I:

J.SOEGIJO:

Mengingat dalam pengukuran silt terdapat faktor-faktor yang mempengaruhimaka sampai berapa % ketelitian hasil tersebut.

WASITO

Ketelitian 5%

WIJONO HADIKUSUMO:

Apakah methoda yang dibicarakan ini telah pernah dibandingkan dengan me­thoda atau metlioda-methoda lain yang lebih konvensionil dalam arti apakah adadiskrepansi antara kedua methoda yang berlainan tersebut? Kalau ada apakah kira­nya penyebabnya?

WASITO:

Pernah, dengan penyimpangan yang dapat ditolerir ±. 5% diskrepansi.

SOEROTO R.:

Atas dasar apa anggapan (asumpsi) bahwa Na')SO 4 dapat mewakili zat-zat la­in mengingat Na2S0 4 adalah larut dalam air dan tlaak merupakan silt.

WASITO:

Interaksi gamma dengan inti yang mempengaruhi dalam hamburan Compton,jadi itu tidak tergantung bentuk visuil (larutan, silt). Dapat dilihat pada Gbr.3 bah­wa Na2 S04 mewakili material silt.

JAZIB HOSEN:

1) Berhubung dengan adanyakorelasi antara sifat aliran air sungai, debiet air de­ngan sedimentasi silt, apakah pada tehnik penelitian dilakukan pemeriksaansungai utama up dan down stream pada daerah-daerah muara anak sungainya(saran-saran hal ini sebaiknya/seharusnya dilakukan).

2) Apakah soal musim (hujan/kemarau) dalam pemeriksaan tersebut diperhatikan?

WASITO:

1) Ya, penelitian dilakukan pada sungai utama, anak sungai baik up maupun downstream.

2) Ya, soal musim diperhatikan. Adapun jarak 1. dan 12 kira-kira antara 4 km ­6 km.

SUTARYO SUPADI

Menanggapi design Florkowski, yaitu jarak antara detektor dan sumber radio­aktip sejauh 40 cm, saya ingin memberi komentar bahwa jarak-jarak tersebut pastiada hubungannya dengan scattering mean free path dari natrium sulfat pada enersitertentu (tergantung dari sumber yang digunakan) ..

52

Tambahan:

Selain metoda scatering Am-24 1, dipergunakan pula dalam pengukuran ter­sebut probe Am-241 transmisi dan probe Cs-137 scattering.Jumlah konsentrasi minimum yang dapat dideteksi oleh probe Scattering Am-241630 ppm sedangkan transmisi Am-241 1140 ppm.

Daftar bacaan:

1. T.FLORKOWSKI, 1970, Portable radioisotopes gauges for suspendedsediments. Proc. Symp.IAEA, Vienna, 9-13 March1970.

2. Laporan NGH-PRAB, BATAN; 1 Juni 1972Isotopic methods in tropical soil hydrology.

3. Laporan NGH-PRAB, BATAN; 20 Oktober 1972Nuclear applications in flood control researchover Jacarta capital territory.

4. Laporan NGH-PRAB, BATAN ; November 1972Progress report to the second year researchcontract RB-953 IAEA.

S3