DEVELOPMENT OF A DIFFUSIVE GRADIENT THIN FILM INSTRUMENT FOR CESIUM MONITORING

PRASETYO HARYO S, Dr. Ir. Andang Widiharto, MT

2019 | Tesis | MAGISTER TEKNIK FISIKA

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, Fasilitas Reprocessing, dan Senjata Nuklir adalah sumber radionuklida anthropogenic yang mungkin dilepaskan ke lingkungan saat uji coba senjata nuklir, kecelakaan nuklir, atau dalam pembuangan bahan bakar nuklir bekas. Khususnya cesium (137Cs) adalah salah satu radionuklida yang paling penting untuk dipertimbangkan karena afinitasnya dengan mineral lempung di dalam tanah. Selain itu, cesium merupakan elemen yang sangat mobile dan dapat tersebar untuk jarak jauh ketika tersuspensi di udara atau terlarut dalam air. Di lingkungan, jumlah cesium alam dalam air bervariasi 0,004 hingga 2 mikrogram/L dengan rata-rata 0,05 mikrogram/L yang setara dengan 3,762x10-10 mol/L. Nakanishi T.M. (2013) dalam Agricultural Implications of the Fukushima Nuclear Accident melaporkan bahwa cesium radioaktif di perairan di sekitar Fukushima kurang dari 0,01 Bq/L atau 1,58x10-17 mol/L. Detektor semikonduktor Germanium memiliki batas deteksi (LOD) 0,3 Bq /L, untuk pengukuran 12 jam. Oleh karena itu, penentuan langsung tidak dapat dilakukan. DGT adalah metode yang digunakan untuk menentukan konsentrasi dan fraksi labil dari elemen yang dilakukan in-situ yang dapat mengakumulasi elemen pada trace concentration. Perangkat DGT yang tersedia secara komersial tidak spesifik untuk cesium. Dalam penelitian ini, telah dikembangkan DGT khusus untuk cesium berdasarkan gel agarosa untuk Diffusive Layer dan Potassium Copper Ferrocyanide (KCuFC) sebagai resin. Untuk memungkinkan pengukuran simultan dari 133Cs dan 137Cs, metode treatment pada gel perlu dikembangkan. Proses pembersihan menggunakan Hidrogen Klorida (HCl) dan dan Potassium Copper Ferrocyanide (KCuFC) telah dikaji. Metode ini memungkinkan untuk menghilangkan 99% dari pengotor cesium di dalam gel.

Nuclear power plants, nuclear reprocessing facilities, and nuclear weapons are sources of anthropogenic radionuclides that may be released to the environment during nuclear weapon testing, nuclear accidents, or in spent fuel disposals. In particular cesium (137Cs) is one of the most important radionuclide to consider due to its high affinity with clay minerals in soil. Moreover, cesium is highly mobile and can travel long distances when suspended in the air onto aerosols or dissolved in water. In aquatic environments, the concentration of natural cesium varies from 0.004 to 2 microgram/L with an average of 0.05 microgram/L which is below 1 nmol/L. Furthermore, after the Fukushima nuclear accident, radioactive Cs activity in certain water samples is less than 0.01 Bq/L or below 0.02 fmol/L. As a comparison, germanium semiconductor detectors show a limit of detection of 0.3 Bq/L, for 12-hour measurement. Therefore, direct determination of radioactive Cs is therefore impossible. Diffusive gradients in thin films (DGT) technique allows for in-situ preconcentration of trace and ultra-trace labile compounds. Whereas this technique has been widely used to probe heavy metals and, more recently, the persistent organic pollutants or radionuclides, it is not customarily applied to Cs. This is because commercially available DGT devices are not fitted to the physicochemical properties of Cs. To tackle this limitation, a novel Cs-specific DGT device has been developed. This includes an agarose gel that serves as a diffusion layer and uses potassium copper ferrocyanide (KCuFC) resin as a binding agent. To allow simultaneous measurement of both the stable and the radioactive Cs, a preliminary cleaning of the diffusion gel was required. The proposed cleaning process involves HCl and KCuFC treatments. This resulted in the removal of > 99% of the diffusion gel layer impurities.

Kata Kunci : Diffusion Gradient in Thin Film, Cesium, Potassium Copper Ferrocyanide, Agarose