Articles

Radiation Level Measurement : Definisi, Cara Kerja, dan Aplikasi

Radiation Level Measurement  merupakan sensor level berbasis radiasi memiliki sumber radioaktif sebagai pemancar dan dipasangkan dengan detektor di bagian luar tangki yang berlawanan.

Definisi Radiation Level Measurement

Jenis radiasi nuklir tertentu dengan mudah menembus dinding bejana industri, tetapi dilemahkan dengan melewati sebagian besar bahan yang disimpan di dalam bejana tersebut. Dengan menempatkan sumber radioaktif di satu sisi bejana dan mengukur radiasi yang mencapai sisi lain bejana, indikasi perkiraan tingkat di dalam bejana tersebut dapat diperoleh.

Jenis radiasi lain disebarkan oleh bahan proses di dalam bejana, yang berarti tingkat bahan proses dapat dirasakan dengan mengirimkan radiasi ke dalam bejana melalui satu dinding dan mengukur radiasi yang dihamburkan kembali melalui dinding yang sama.

Baca Juga : Definisi, Cara Kerja, dan Jenis Level Switch

Cara Kerja Radation Level Measurement

Empat bentuk radiasi nuklir yang paling umum adalah partikel alfa (α), partikel beta (β), sinar gamma (γ), dan neutron (n). Partikel alfa adalah inti helium (2 proton yang terikat dengan 2 neutron) yang dilontarkan dengan kecepatan tinggi dari inti atom tertentu yang meluruh.

Partikel ini mudah dideteksi, namun memiliki daya tembus yang sangat kecil sehingga tidak digunakan untuk pengukuran tingkat industri. Partikel beta adalah elektron yang dilontarkan dengan kecepatan tinggi dari inti atom tertentu yang meluruh. Seperti partikel alfa, partikel beta memiliki daya tembus yang kecil sehingga tidak digunakan untuk pengukuran tingkat industri.

Sinar gamma bersifat elektromagnetik (seperti sinar-X dan gelombang cahaya) dan memiliki daya tembus yang besar. Radiasi neutron juga menembus logam dengan sangat efektif tetapi dilemahkan dan tersebar oleh zat apa pun yang mengandung hidrogen (misalnya air, hidrokarbon, dan banyak cairan industri lainnya), yang membuatnya hampir ideal untuk mendeteksi keberadaan banyak cairan proses.

Dua bentuk radiasi yang terakhir ini (sinar gamma dan neutron) adalah yang paling umum dalam pengukuran industri, dengan sinar gamma yang digunakan dalam aplikasi melalui kapal dan neutron yang biasanya digunakan dalam aplikasi hamburan balik. Aplikasi instrumen tingkat nuklir tembus bejana dan hamburan balik tampak kontras dalam dua ilustrasi ini:

Ilustrasi Radiation Level Measurement

Sumber radiasi nuklir terdiri dari sampel radioaktif yang terkandung dalam kotak berpelindung. Sampel itu sendiri adalah sepotong kecil zat radioaktif yang terbungkus dalam selubung baja tahan karat berdinding ganda, biasanya menyerupai pil obat dalam hal ukuran dan bentuk.

Jenis dan jumlah spesifik bahan sumber radioaktif tergantung pada sifat dan intensitas radiasi yang diperlukan untuk aplikasi. Aturan dasarnya di sini adalah lebih sedikit lebih baik: sumber terkecil yang mampu melakukan tugas pengukuran adalah yang terbaik untuk aplikasi tersebut.

Jenis sumber yang umum untuk aplikasi sinar gamma adalah Cesium-137 dan Cobalt-60. Angka-angka tersebut mewakili massa atom masing-masing isotop: jumlah total proton dan neutron dalam inti setiap atom. Inti isotop ini tidak stabil, meluruh dari waktu ke waktu menjadi elemen yang berbeda (Barium-137 dan Nikel-60). Cobalt-60 memiliki waktu paruh yang relatif singkat yaitu 5,3 tahun, sedangkan Cesium-137 memiliki waktu paruh yang lebih lama yaitu 30 tahun.

Baca Juga : Klasifikasi dan Prinsip Kerja Mechanical Level Indicator

Ini berarti sensor berbasis radiasi yang menggunakan Cesium akan lebih stabil dari waktu ke waktu (yaitu lebih sedikit penyimpangan kalibrasi) daripada sensor yang menggunakan Cobalt. Trade-off-nya adalah Cobalt memancarkan sinar gamma yang lebih kuat daripada Cesium, yang membuatnya lebih cocok untuk aplikasi di mana radiasi harus menembus bejana proses yang tebal atau menempuh jarak jauh (melintasi bejana proses yang lebar).

Salah satu metode yang paling efektif untuk melindungi diri dari radiasi sinar gamma adalah dengan zat yang sangat padat, seperti timbal atau beton. Inilah sebabnya mengapa kotak sumber yang menyimpan pelet radioaktif pemancar gamma dilapisi dengan timbal, sehingga radiasi hanya keluar ke arah yang diinginkan:

Prinsip Kerja Radiation Level Measurement

Sumber radioaktif secara alami memancarkan radiasi, tidak memerlukan sumber energi seperti listrik untuk melakukan tugasnya. Oleh karena itu, perangkat ini merupakan perangkat yang “selalu aktif” dan dapat dikunci untuk pengujian dan pemeliharaan hanya dengan menjatuhkan rana utama di atas “jendela” kotak.

Tuas yang menggerakkan rana biasanya memiliki ketentuan untuk mengunci/tag-out sehingga petugas pemeliharaan dapat memasang gembok pada tuas dan mencegah orang lain untuk “menyalakan” sumber listrik selama pemeliharaan. Untuk aplikasi level-titik (sakelar level), rana sumber berfungsi sebagai simulator sederhana untuk bejana penuh (dalam kasus pemasangan melalui bejana) atau bejana kosong (dalam kasus pemasangan hamburan balik).

Baca Juga : Definisi, Prinsip Kerja, dan Batasan Magnetic Level Indicator

Aplikasi Radiation Level Measurement

Bejana penuh dapat disimulasikan untuk instrumen hamburan balik neutron dengan menempatkan selembar plastik (atau bahan kaya hidrogen lainnya) di antara kotak sumber dan dinding bejana proses.

Detektor untuk instrumen berbasis radiasi sejauh ini merupakan komponen sistem yang paling kompleks dan mahal. Ada banyak desain detektor yang berbeda, yang paling umum pada saat penulisan ini adalah ruang ionisasi seperti tabung Geiger-Muller (G-M).

Pada perangkat tersebut, kawat logam tipis yang berpusat di dalam silinder logam yang disegel dan diisi dengan gas inert diberi energi dengan tegangan tinggi DC. Radiasi pengion seperti radiasi alfa, beta, atau gamma yang masuk ke dalam tabung menyebabkan molekul gas terionisasi, sehingga memungkinkan denyut arus listrik mengalir di antara kawat dan dinding tabung.

Sirkuit elektronik yang sensitif mendeteksi dan menghitung denyut nadi ini, dengan denyut nadi yang lebih besar sesuai dengan intensitas radiasi yang terdeteksi yang lebih besar.

Detektor radiasi tabung Geiger-Muller

Foto berikut ini menunjukkan tabung Geiger-Muller aluminium yang terhubung ke penghitung portabel bertenaga baterai. Penghitung Geiger ini dapat digunakan sebagai alat uji untuk mengukur intensitas radiasi sekaligus mendiagnosis masalah dalam sistem pengukuran tingkat nuklir:

Geiger-Muller Tube

Detektor radiasi gaya Geiger yang digunakan sebagai bagian dari sistem pengukuran tingkat yang dipasang secara permanen ditempatkan dalam rumah yang kokoh, secara internal mirip dengan tabung G-M portabel yang ditunjukkan pada foto tetapi dirancang untuk penggunaan yang keras dan terus menerus di lingkungan industri yang keras.

Radiasi neutron sangat sulit dideteksi secara elektronik, karena neutron tidak mengion. Tabung ionisasi yang secara khusus dibuat untuk mendeteksi radiasi neutron biasanya didasarkan pada desain Geiger-Muller, tetapi menggunakan tabung yang diisi dengan zat khusus yang diketahui bereaksi dengan radiasi neutron untuk menghasilkan radiasi pengion (sekunder).

Salah satu contoh detektor semacam itu adalah apa yang disebut ruang fisi, yang merupakan ruang ionisasi yang dilapisi dengan bahan fisil seperti uranium-235 (235U). Ketika neutron memasuki ruang dan ditangkap oleh inti fisil, inti tersebut mengalami fisi (terpecah menjadi beberapa bagian) dengan emisi sinar gamma dan partikel bermuatan, yang kemudian dideteksi oleh ionisasi di dalam ruang.

Baca Juga : Definisi, Prinsip Kerja, dan Aplikasi Sight Glass Level Meter

Variasi lain dari tema ini adalah mengisi tabung ionisasi dengan gas boron trifluorida. Ketika inti boron-10 (10B) menangkap neutron, inti tersebut bertransmutasi menjadi litium-7 (7Li) dan mengeluarkan partikel alfa dan beberapa partikel beta, yang keduanya menyebabkan ionisasi yang dapat dideteksi di dalam ruang.

Keakuratan instrumen level berbasis radiasi bervariasi dengan stabilitas densitas fluida proses, lapisan dinding bejana, laju peluruhan sumber, dan penyimpangan detektor. Banyaknya variabel kesalahan dalam pengukuran level berbasis radiasi merupakan salah satu alasan mengapa instrumen ini lebih banyak ditemukan sebagai perangkat level titik (misalnya, sakelar level) daripada aplikasi pengukuran level kontinu (misalnya, pemancar).

Dengan keakuratannya yang umumnya buruk dan kebutuhan tambahan akan lisensi NRC (Komisi Regulasi Nuklir) untuk mengoperasikan instrumen semacam itu di fasilitas industri, instrumen radiasi biasanya digunakan jika tidak ada instrumen lain yang praktis.

Contohnya termasuk pengukuran tingkat cairan proses yang sangat korosif atau beracun di mana penetrasi ke dalam bejana harus diminimalkan dan di mana persyaratan perpipaan membuat pengukuran berbasis berat menjadi tidak praktis (misalnya pemisah hidrokarbon / asam dalam proses alkilasi dalam industri penyulingan minyak), serta proses di mana kondisi internal bejana terlalu keras secara fisik bagi instrumen apa pun untuk bertahan hidup (misalnya bejana kokas yang tertunda di industri penyulingan minyak, di mana kokas “dibor” dari bejana dengan semburan air bertekanan tinggi).

Baca Juga : Jenis dan Teknologi dari Servo Operated Float Level

Kesimpulan

dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Radiation Level Measurement : Definisi, Cara Kerja, dan Aplikasi” dapat di tarik kesimpulan sebagai berikut :

  • Radiation Level Measurement  merupakan sensor level berbasis radiasi memiliki sumber radioaktif sebagai pemancar dan dipasangkan dengan detektor di bagian luar tangki yang berlawanan.
  • Jenis radiasi nuklir tertentu dengan mudah menembus dinding bejana industri, tetapi dilemahkan dengan melewati sebagian besar bahan yang disimpan di dalam bejana tersebut.

Sumber : instrumentationtools.com

Naufal

a member of SEO Team at Wiratama Mitra Abadi. He loves to learn something new everyday.