PEMANFAATAN TEKNIK PERUNUT RADIOAKTIF DI BERBAGAI BIDANG.
I. Pendahuluan
Teknik perunut adalah suatu teknik yang digunakan untuk tujuan mendapatkan informasi perilaku dari obyek dengan cara menandai obyek tersebut dengan suatu bahan tertentu. Yang dimaksud dengan obyek disini adalah suatu sistem yang dinamis, artinya bahwa sistem atau bagian dari sistem tersebut mengalami perubahan sebagai fungsi dari ruang dan/atau waktu. Sebagai contoh dari sistem dinamis itu misalnya aliran suatu populasi masa atau material induk. Sedang yang dimaksudkan dengan bahan tertentu adalah bahan perunut itu sendiri. Dalam sistem yang dinamis bahan perunut bercampur dengan aliran populasi masa. Informasi yang ingin diketahui dari sistem tersebut diperoleh dengan cara mendeteksi perunut yang telah bercampur homogen dengan aliran populasi masa dari sistem yang diselidiki.
Jadi teknik perunut ini dapat diaplikasikan apabila dalam kondisi dimana ada suatu aliran populasi masa. Selain itu agar teknik perunut ini dapat secara sempurna diaplikasikan maka perlu dipenuhi beberapa persyaratan lain, misalnya bahwa bahan perunut yang digunakan harus mempunyai sifat-sifat dan berkelakuan sama dengan bahan dari populasi masa yang diselidiki namun mempunyai identitas khusus dimana bahan perunut tersebut harus dapat dideteksi dengan suatu alat deteksi.
Perunutan merupakan suatu proses pemanfaatan senyawa yang telah ditandai dengan isotop atau radioisotop untuk menjadi bagian dari sistem biologi/mekanik sehingga diketahui mekanisme yang terjadi atau diperoleh suatu hasil pengukuran. Teknik perunut dapat menggunakan isotop atau radioisotop.
Dasar aplikasi dari teknik perunut dengan isotop stabil adalah sifat kimia spesifik dari unsur yang digunakan dengan berat molekul yang berbeda. Contoh isotop stabil adalah N-15, Cr-52, C-13, dan lainnya. Alat yang digunakan untuk mengukur isotop stabil seperti mass atomic spektrofotometer , X-ray flourescene (XRF), dan Neutron Atomic Absorbtion (NAA). Sedangkan dasar aplikasi dari teknik perunut dengan radioisotop adalah paparan aktivitas dari masing-masing unsur yang digunakan. Contoh radioisotop adalah C-14, Ca-45, P-32, H-3, dan lainnya. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur aktivitas paparannya adalah Liquid Scintilation Counter (LSC), Gamma Counter , HPGe, dan lainnya.
Atas dasar itulah, penulis terdorong untuk mengetahui lebih lanjut mengenai pemanfaatan teknik perunut radioaktif. Teknik ini dapat diterapkan dalam mengungkap fenomena-fenomena yang terjadi seperti di bidang pertanian, peternakan, kedokteran dan hirologi.
II. Isi
1. Pemanfaatan Teknologi Perunut Radioaktif Di Bidang Peternakan
Pemanfaatan teknik perunut untuk peternakan berdasarkan sifat pengaplikasiannya dibagi menjadi dua, yaitu pemanfaatan yang bersifat in vivo dan in vitro. Aplikasi perunut secara in vivo bertujuan untuk menggambarkan proses biologi yang terjadi di lingkungan asalnya atau langsung menggunakan hewan ternak. Yang perlu diperhatikan adalah waktu paruh biologis, yaitu waktu yang diperlukan (radio) isotop untuk keluar atau diekskresikan keluar tubuh. Sedangkan aplikasi perunut secara in vitro bertujuan untuk menggambarkan proses biologi yang terjadi di luar tubuh hewan, tetapi di laboratorium. Yang perlu diperhatikan adalah waktu paruh fisika, yaitu waktu yang diperlukan oleh radioisotop untuk meluruh hingga mencapai separuh aktivitasnya.
Hasil-hasil teknologi yang memanfaatkan teknik perunut adalah suplemen pakan urea multinutrient molasses block (UMMB) dan radioimmuno assay (RIA).
Suplemen pakan UMMB merupakan suplemen pakan (SP) untuk ternak ruminansia, seperti sapi, kerbau, kambing, domba dan lainnya. Ciri khas dari ternak ruminansia adalah adanya rumen yang merupakan ekosistem mikroba yang berperan dalam penguraian bahan pakan dan mikroba pun berfungsi sebagai bahan protein bagi ternak. Agar teknologi suplemen tersebut dapat diterapkan oleh peternak dan mudah dalam penyimpanan serta transportasinya, maka suplemen tersebut dibuat dalam bentuk padat dari komposisi bahan tertentu (urea, dedak, onggok, tepung tulang, lakta mineral, garam dapur, tepung kedelai, dan kapur). UMMB memiliki lebih dari 10 formula agar saat penerapan di daerah lebih mudah karena setiap daerah memiliki potensi yang berbeda-beda.
Pakan lokal berupa hasil samping pertanian, industri pertanian dan pangan, mudah didapat dan spesifik di daerah setempat. Pakan komersial yang dijual di toko pakan ternak mempunyai potensi untuk mendukung ketersediaan pakan lokal. Hasil samping pertanian meliputi daun singkong, kacang tanah (sumber protein), sumber karbohidrat berserat kasar tinggi (jerami padi, jagung, sorghum, pucuk tebu, bagase dan daun kedelai, kulit kedelai). Hasil industri pertanian berupa dedak padi, gandum/pollard, sorghum, onggok, molases kulit coklat (sumber karbohidrat berserat kasar rendah), sedangkan yang sumber protein yaitu bungkil kedelai, bungkil kelapa, bungkil biji kapok, bungkil kelapa sawit, ampas tahu dan ampas kecap. Hasil limbah/samping industri pangan berupa produk-produk roti, bubur bayi dan susu bubuk yang waktu berlaku penjualannya sudah habis.
Pemberian SP merupakan strategi untuk meningkatkan konsumsi pakan oleh ternak pada kondisi pemeliharaan tradisional. SP tersusun dari kombinasi bahan limbah sumber protein dengan tingkatan jumlah tertentu yang secara efisien dapat mendukung pertumbuhan, perkembangan, dan kegiatan mikroba secara efisien di dalam rumen.
Analisis secara in vitro menggunakan isotop P-32, S-35, dan C-14 sebagai perunut radioisotop untuk mengukur sejumlah parameter. Isotop P-32dan S-35 digunakan untuk mengukur sintesa protein mikroba di dalam rumen, sedangkan C-14 untuk mengukur efisiensi pemanfaatan energi oleh mikrobarumen. Saat ini teknologi UMMB telah banyak diterapkan di berbagai daerah sebagai hasil introduksi teknologi melalui kerja sama litbang, koperasi, peternak langsung, dan iptekda.
RIA merupakan salah satu metode deteksi yang paling sensitif yang didasarkan pada interaksi antigen-antibodi. Antigen (hormon) yang berlabel radioaktif dapat digunakan untuk mendeteksi kandungan hormon dalam sampel. Isotop yang dapat digunakan untuk teknik RIA adalah H-3, C-14, I-125, dan lainnya. Pada teknik ini sejumlah antibodi dimobilisasi pada suatu fase padat, misalnya dinding tabung plastik. Sampel yang mengandung antigen (hormon progesteron) ditambahkan dengan sejumlah tertentu molekul berlabel (I-125) yang akan berinteraksi dengan antibodi pada tabung. Intensitas sinyal radiasi dari biomolekul berlabel radioaktif yang terikat pada antibodi yang menempel pada dinding tabung akan berbanding terbalik dengan konsentrasi biomolekul dalam sampel.
Aplikasi RIA untuk litbang peternakan adalah untuk mengukur konsentrasi hormon progesteron dalam sampel serum darah atau susu. Tujuan pengukuran progesteron ini adalah untuk mendeteksi pubertas ternak, mendeteksi gejala birahi, diagnosa kebuntingan dini, mendukung program inseminasi buatan, dan diagnosa kelainan reproduksi ternak. Dampak sosial ekonomi dari pengaplikasian teknik RIA adalah penghematan pelayanan IB, bunting tepat waktu, produksi susu stabil, dan perbaikan keturunan.
2. Pemanfaatan Teknologi Perunut Radioaktif Di Bidang Pertanian
Dalam bidang pertanian, teknik perunut digunakan antara lain untuk mempelajari hubungan tanah dan tanaman, baik dengan metoda langsung maupun tidak langsung. Metode langsung dimaksudkan bahwa isotop digunakan untuk melabel bahan yang mengandung hara tanaman yang ingin dipelajari, misalnya pupuk urea, bahan tanaman dan sebagainya dilabel dengan N-15. Metode tidak langsung artinya bahan yang ingin dipelajari tidak dilabel dan pada metode ini diperlukan adanya referensi.
Isotop stabil ( misal N-15) maupun isotop radioaktif (misalkan P-32, Zn-65, Rb-86, C-14 dan S-35) digunakan sebagai tracer untuk mempelajari kelakuan hara tanaman dalam tanah.
Beberapa kegiatan penelitian menggunakan teknik nuklir yang dapat dilakukan antara lain untuk menentukan kondisi optimal bagi penggunaan pupuk (pola perakaran aktif tanaman , jenis dan takaran pupuk ), untuk menentukan fiksasi N 2 -udara bagi tanaman legum, untuk mempelajari proses dekomposisi dan mineralisasi bahan organik, serta untuk mempelajari proses fotosintesis tanaman.
3. Pemanfaatan Teknologi Perunut Radioaktif Di Bidang Hidrologi
Penggunaan radioisotop sebagai perunut untuk suatu penyelidikan bertujuan untuk mendapatkan suatu informasi atau jawaban suatu permasalahan hidrologi tertentu. Data atau informasi yang diperoleh akan menjadi masukan untuk tindak lanjut perbaikan (problem solving) dari masalah yang dihadapi. Prinsip dasar dari teknik perunut adalah penandaan (pelabelan) terhadap suatu sistem (hidrologi) atau bagian dari sistem yang akan diselidiki, segala kelakuan dan peristiwa yang dialami oleh sistem tersebut diketahui dari hasil pemonitoran perunut yang memberikan informasi tentang kelakuan dari sistem secara keseluruhan. Untuk dapat dipakai sebagai perunut, suatu bahan harus memenuhi kriteria tertentu dimana bahan perunut tersebut harus dapat menyatu atau menjadi bagian dari sistemnya, dan kehadirannya dalam sistem tidak boleh mengganggu, mengubah atau mempengaruhi sistem yang diselidiki.
1. Aplikasi isotop buatan (Artificial radioisotopes).
Dalam bidang hidrologi banyak dijumpai masalah yang menyangkut dinamika air dimana teknik perunut dengan radioisotop sering sangat berperanan dalam memberikan informasi tentang masalah yang menyangkut dinamikanya dan mengungkapkan anomali yang terjadi. Masalah utama dalam bidang hidrologi yang sering dijumpai dapat dikelompokkan ke dalam 3 kegiatan sebagai berikut:
a. Pengukuran kecepatan aliran
Prinsip dari teknik pengukuran ini adalah metoda pengenceran isotop, yaitu larutan isotop dengan aktivitas tertentu di-injeksikan ke dalam aliran sungai pada segmen yang akan ditentukan debitnya. Kemudian dilakukan pengukuran terhadap tingkat aktivitas isotop di bagian hilir dari tempat injeksi. Ada dua metoda pengukuran yaitu constant rate injection dan instantinuous injection.
b. Kebocoran dan rembesan
Masalah yang sering timbul pada suatu reservoir air, misalnya bendungan, waduk dan lain-lain adalah adanya kekhawatiran adanya kebocoran yang melebihi toleransi yang keluar dari suatu reservoir. Untuk mengetahui apakah bocoran itu berasal dari air waduk ataukah dari sumber lain (misalnya dari air tanah), teknik perunut radioisotop dapat membantu memberikan jawaban yang pasti dan lebih lanjut dapat memberikan informasi dimana lokasi daerah bocorannya. Radioisotop yang digunakan sebagai perunut harus memenuhi persyaratan tertentu, antara lain: tidak berbahaya bagi manusia atau mahkluk hidup lain di sekelilingnya, aktivitasnya rendah, waktu paronya pendek, larut dalam air, tidak diserap oleh tanah atau tubuh bendungan/dam dan oleh tumbuhan.
Radioisotop dilepaskan pada tempat tertentu di reservoir (air dam) yang diperkirakan sebagai tempat terjadinya rembesan/bocoran pada dam/bendungan. Apabila terjadi kebocoran pada bendungan tersebut, maka air yang telah diinjeksi/dilepas, radioisotop akan masuk mengikuti arah bocoran. Dengan mengikuti/mencacah air yang keluar dari mata air, sumur-sumur pengamat yang terdapat di daerah downstream, maka akan dapat diketahui adanya bocoran/rembesan dan arah dari rembesan dam tersebut.
c. Inter-koneksi
Inter-koneksi ini adalah masalah di lapangan minyak dan lapangan panas bumi, dimana ingin diketahui apakah ada hubungan antara satu sumur (sumur minyak/panas bumi) dengan sumur lainnya lapangan tertentu.
Di bidang perminyakan informasi tentang inter-koneksi antara sumur-sumur minyak diperlukan dalam usaha meningkatkan produksi minyak bumi yang dinamakan kegiatan enhanced oil recovery yaitu suatu kegiatan peng-injeksian air secara terus menerus kedalam salah satu sumur untuk meningkatkan tekanan reservoir minyak sehingga memudahkan pemompaan dari sumur produksi yang lain. Test dengan perunut radioaktif yang dilakukan ini berguna untuk mendapatkan informasi tentang hubungan antar sumur injeksi dengan sumur produksi di sekitarnya serta time breakthrough-nya.
Pada lapangan panas bumi inter-koneksi antar sumur produksi uap perlu diketahui, terutama antara sumur re-injeksi kondensat uap dan sumur-sumur produksi uap. Perunut radioaktif yang digunakan untuk penelitian inter-koneksi di lapangan panas bumi ini terutama adalah Tritium dan Xenon-133
2. Aplikasi isotop alam
Untuk studi suatu sistem hidrologi yang mencakup daerah yang luas tersebut dapat memanfaatkan isotop alam, baik yang radioaktif maupun yang stabil. Isotop alam yang dimaksud disini ialah isotop alam yang dapat berasosiasi dengan molekul air atau menjadi bagian dari molekul air itu sendiri (H-2, H-3, O-18, C-13, C-14). Deuterium (H-2) dan O-18 keberadaan dan konsentrasinya di dalam sistem hidrologi di alam dipengaruhi oleh variabel fisis yang terjadi di alam ini, misalnya suhu udara, tekanan udara, kelembaban udara, lokasi geografis dan ketinggian (altitude). Kedua isotop tersebut merupakan perunut yang sangat ideal karena merupakan bagian dari molekul air itu sendiri, sedang C-14 biasanya terdapat dalam persenyawaan karbonat yang larut dalam air.
Prinsip studi tentang fenomena hidrologi dengan isotop stabil H-2 dan O-18 adalah mempelajari adanya variasi komposisi isotop stabil dari molekul air dari sampel-sampel yang diambil dari berbagai tempat pada sistem hidrologi yang diselidiki. Karena variasi kandungan isotop stabil ini berkaitan dengan variabel fisis dan proses yang dialami dalam sistem hidrologinya (evaporasi dan kondensasi) maka interpretasi dari fenomena-fenomena yang dijumpai dapat dikaitkan dengan faktor yang mempengaruhi perubahan fisis yang menyertai sistem hidrologinya. Untuk analilsis isotop stabil H-2 dan O-18 digunakan spektrometer masa.
Tritium (H-3) dan C-14 yang ada di alam ini terjadi dari radiasi sinar kosmik pada atom nitrogen di atmosfer. Kedua isotop alam yang bersifat radioaktif ini berguna untuk menentukan umur air tanah. Dari data tentang umur air tanah maka dapat di-interpretasikan residence time dari masa air tanah ini berada dalam sistem akuifernya.
a. Studi daerah resapan
Faktor utama yang mempengaruhi fraksinasi isotop stabil dalam proses evaporasi dan kondensasi yang terjadi dalam suatu sistem hidrologi adalah suhu udara. Fenomena ini digunakan untuk studi mengetahui lokasi daerah resapan dari suatu akuifer. Dari membandingkan nilai komposisi isotop stabil dari akuifer dengan nilai komposisi isotop stabil air hujan yang dikumpulkan dari berbagai ketinggian maka daerah resapan air hujan dapat diketahui. Dengan demikian dapat diketahui asal-usul dari suatu sumber air.
b. Inter-koneksi antara air tanah dan air permukaan
Pada contoh kasus diatas dikemukakan bahwa pengisisan sumber air tanah terjadi atau berasal dari lokasi yang lebih tinggi. Dalam kasus lainnya, misalnya apakah sungai yang mengalir dalam suatu daerah tertentu, atau suatu danau pada suatu lokasi mempunyai kontribusi mengisi sumber air tanah dibawahnya? Hal ini dapat dipastikan dengan menganalisis konsentrasi isotop stabil air tanah dan konsentrasi isotop stabil dari air sungai, danau. Apabila komposisi isotop stabilnya mempunyai korelasi maka dapat dipastikan adanya hubungan antara air tanah dengan air permukaan tersebut.
c. Penanggalan (dating) air tanah.
Isotop alam radioaktif C-14 dan H-3 dialam terlarut sebagai senyawa karbonat dan senyawa air dalam atmosfer. Air hujan yang membawa kedua unsur radioaktif tersebut meresap dalam lapisan tanah menjadi air tanah sehingga aktivitas unsur radioktifnya akan meluruh (decay) sesuai dengan umur parohnya. Dengan menganalisis aktivitas sisa dari unsur radioisotop sample air tanah akan diperoleh data berapa lama air tanah berada dalam system akuifernya sejak ia meresap didaerah resapannya. Dengan kata umur air tanah tersebut dapat diketahui.
d. Penentuan Gerakan Sedimen di Pelabuhan dan Daerah Pantai.
Pendangkalan pelabuhan dan alur pelayaran yang menyangkut kelangsungan pelayaran perhubungan laut merupakan masalah yang cukup serius. Pergerakan dan pengendapan lumpur tanah ini merupakan peristiwa alam, oleh karena itu tidak dapat dihentikan, namun hanya diusahakan mengurangi dampaknya terhadap alur dan kolam pelabuhan. Terjadinya pendangkalan alur pelabuhan dan kolam pelabuhan, mengakibatkan kapal-kapal besar tidak dapat merapat ke dermaga, sehingga bongkar muat barang akan terganggu, sedangkan untuk mengeruk lumpur itu membutuhkan biaya yang cukup besar.
Salah satu usaha untuk memperkecil kecepatan terjadinya pendangkalan (endapan lumpur) adalah dengan cara mengetahui dari mana asal dan kemana arah gerakan sedimen tersebut. Untuk estimasi laju pendangkalan alur pelabuhan dapat diterapkan teknik nuklir dengan menggunakan teknik perunut radioisotop. Radioisotop yang digunakan berupa pasir tiruan, bentuk dan ukurannya menyerupai pasir yang terdapat pada pelabuhan yang akan diteliti. Radioisotop yang sering digunakan adalah Iridium-192, Aurum-198, dan Scandium-46.
Setelah radioisotop diinjeksikan ke dasar laut, kemudian radiasi yang dipancarkan dilacak dengan detektor dan responnya akan dicatat dengan mesin pencatat radiasi (recorder). Pemantauan terhadap radioisotop yang dilepas ke dasar laut dilakukan beberapa kali dengan jangka waktu tertentu. Dari hasil pemantauan itu secara kumulatif dapat ditentukan arah gerakan sedimen, tebal lapisan sedimen, dan kecepatan rata-rata lapisan sedimen. Data yang diperoleh ini dapat pula digunakan untuk menentukan pembangunan pelabuhan baru yang sesuai dan tidak memerlukan biaya pengerukan yang tinggi.
4. Pemanfaatan Teknologi Perunut Radioaktif Di Bidang Kedokteran
Pengggunaan teknik nuklir dalam bidang kedokteran terus menunjukkan peningkatan dari waktu ke waktu. Dalam bidang ini, teknik nuklir dimanfaatkan untuk tindakan-tindakan radio-diagnosis, radio-terapi dan kedokteran nuklir.
1. Kedokteran nuklir
Ilmu kedokteran nuklir adalah cabang ilmu kedokteran yang menggunakan sumber radiasi terbuka berasal dari desintegrasi inti radionuklida buatan, untuk mempelajiri perubahan fisiologis, anatomi, dan biokimia, sehingga dapat digunakan untuk tujuan diagnostik, terapi dan penelitian kedokteran. Pada kedokteran nuklir, radioisotop dimasukkan ke dalam tubuh pasien (in-vivo) maupun hanya direaksikan saja dengan bahan biologis antara lain darah, cairan lambung, urine dan sebagainya, yang diambl dari tubuh pasien yang dikenal dengan studi in-vitro.
Beberapa instrumen yang digunakan dalam kedokteran nuklir antara lain:
a. Renograph
Renograph berfungsi untuk pemeriksaan fungsi ginjal dengan menggunakan sediaan radiofarmasi sebagai perunut. Pasien disuntik dengan 0,2-0,3 mCi hipuran Radio Iodium I-131 per kilogram berat badan, yang kemudian disekresi melalui urine. Dua detektor sintilasi dipakai untuk mendeteksi kedua ginjal. Perubahan radioaktivitas yang diukur dengan spektrometer ditampilkan pada rekorder pengamat selama 20-30 menit. Bentuk kurva yang dihasilkan merupakan karakteristik fungsi ginjal. Isotop yang dapat digunakan antara lain I-125, Tc-99, I-133, dan In-113.
b. Uji Tangkap Gondok
Uji tangkap gondok untuk pemeriksaan prosentase penangkapan yodiun oleh kelenjar gondok dengan menggunakan perunut sediaan radiofarmasi I-131. Isotop I-131 dalam bentuk iodida diberikan kepada pasien kemudian ditelusuri dalam kelenjar gondok. Kecepatan penangkapan I-131 dan laju pelepasan yodium dari kelenjar gondok menunjukkan perubahan konsentrasi iodium dan tingkat produksi hormon kelenjar gondok.
c. Pencacah RIA
Pencacah RIA (Radioimunoassay) berfungsi untuk menentukan kadar zat tertentu seperti vitamin, hormon, dll. Dengan daya urai sampai orde pikogram. Senyawa T-4 yang ditandai dengan Iodium-125 berkompetisi dengan T-4 dalam cuplikan darah pasien memperebutkan sejumlah antibodi yang tertentu jumlahnya. Setelah mengalami inkubasi beberapa lama, T-4 bertanda yang terikat dan yang bebas dipisahkan dengan metode PEG. Selanjutnya endapan yang mengandung fraksi yang terikat pada antibodi dicacah dengan sistem spektrometer, konsentrasi T-4 dalam darah pasien dapat dibaca dari kurva baku.
2. Radio-diagnosis
Radiasi memiliki kemampuan untuk menghitamkan film setelah melalui suatu materi dengan ketebalan tertentu. Hal ini dimanfaatkan secara luas dalam diagnosis kesehatan pasien, yaitu foto sinar-X. Sedang radioisotop I-131 yang berumur pendek (8 hari) digunakan untuk mendiagnosa kanker pada kelenjar gondok dan prostat.
3. Radio-terapi
Sel kanker lebih aktif pertumbuhannya dibandingkan sel normal. Dengan mengiradiasi sel kanker dengan dosis radiasi yang terkendali maka sel kanker akan terbunuh, sedangkan sel normal tidak akan terpengaruh dan akan bertahan terhadap radiasi. Yang banyak digunakan dalam radioterapi adalah Cobalt-60
4. Pengukuran distribusi unsur-unsur yang diperlukan oleh tubuh.
Sejumlah mineral diperlukan oleh tubuh manusia untuk kesehatan dan pertumbuhan. Beberapa mineral diperlukan tubuh dalam jumlah relatif besar, lebih dari 100 mg sehari. Mineral kelompok ini disebut makromineral, seperti Ca, P, Na, Cl, K, Mg dan S. Kelompok mineral lainnya disebut mineral perunut/kelumit (trace elements) yang diperlukan oleh tubuh dalam jumlah sangat sedikit. Dalam tubuh manusia ada 14 unsur kelumit yang termasuk esensial bagi manusia, yaitu : Co, Cr, Cu, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Se, Si, Sn, V dan Zn. Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk mengetahui dirtribusi unsur kelumit antara lain:
a. Analisa Pengaktivan Neutron
Proses aktivasi adalah proses reaksi inti dimana unsur-unsur yang semula tidak radioaktif berubah sifat fisikanya menjadi radioaktif sehingga dapat memancarkan radiasi. Proses aktivasi yang paling umum disebabkan oleh penyerapan neutron oleh inti atom suatu unsur, dan unsur yang teraktivasi akan menjadi radioaktif yang dapat memancarkan radiasi, umumnya adalah radiasi gamma. Reaksi pengaktifan jenis ini juga sering disebut sebagai reaksi neutron-gamma, karena penyerapan neutron oleh unsur akan diikuti oleh pemancaran radiasi gamma dari unsur tersebut.
Salah satu pemanfaatan teknik nuklir dalam bidang kedokteran adalah untuk memeriksa kandungan unsur-unsur kelumit di dalam tubuh dengan teknik analisa pengaktivan neutron (APN). Unsur kelumit biasanya terdapat dalam jumlah yang sangat kecil sehingga sulit untuk diidentifikasi dengan cara pemisahan kimia biasa. Teknik APN mampu mengidentifikasi unsur kelumit dalam orde bagian per juta (part per million, ppm), bahkan untuk beberapa kasus mampu hingga orde bagian per milyar (part per billion, ppb).
Di samping itu, teknik APN tidak terpengaruh oleh perlakuan kimia dan tidak merusak terhadap bahan yang dianalisa.
Dalam bidang kedokteran, teknik APN dapat dimanfaatkan untuk menentukan kandungan mineral-mineral dalam tubuh, terutama terhadap unsur-unsur yang kadarnya dalam plasma darah maupun jaringan sangat rendah.
Dengan teknik APN dapat diperoleh informasi yang akurat mengenai distribusi unsur-unsur kelumit dalam berbagai organ. Dengan teknik APN dimungkinkan analisa terhadap sekitar 50 jenis unsur yang berbeda dalam satu sampel yang dianalisa. Demikian tinggi kepekaannya sehingga teknik APN mampu menganalisa 76 jenis unsur dengan berat 10-6 gram, 53 jenis unsur dengan berat 10-9 gram dan 11 jenis unsur dengan berat 10-12 gram.
b. Teknik PGNAA
Untuk keperluan dalam bidang kedokteran, dewasa ini telah dikembangkan teknik APN secara in-vivo (pengukuran langsung di dalam tubuh). Kandungan mineral di dalam tubuh dapat diperiksa secara langsung dengan pertolongan instrumentasi yang disebut prompt gamma neutron activation analysis (PGNAA). Alat ini mampu mendeteksi radiasi gamma yang dipancarkan oleh suatu atom langsung dalam selang waktu 10-15 detik. Dalam bidang kedokteran, teknik PGNAA dipakai untuk menganalisa seluruh tubuh secara in-vivo dalam memperkirakan kandungan calsium (Ca) dalam tulang serta kandungan iodin (I) dalam kelenjar gondok. Unsur-unsur vital lainnya dalam tubuh seperti hidrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), kalium (K) dan besi (Fe) juga dapat diukur menggunakan metode ini. Metode ini juga dapat dipakai untuk menentukan kandungan cadmium (Cd) dalam hati dan ginjal.
Untuk keperluan irradiasi tubuh pasien dengan neutron, pada alat ini dilengkapi dengan dua buah sumber neutron energi rendah 238Pu (+Be). Sumber neutron dipasang di bagian atas dan bawah tubuh pasien sehingga terjadi proses aktivasi dari dua arah, seperti diperlihatkan pada gambar. Penyerapan neutron oleh unsur-unsur di dalam tubuh akan disertai dengan pemancaran radiasi gamma oleh unsur tersebut. Pada instrumen PGNAA juga dilengkapi dengan pasangan detektor radiasi gamma NaI(Tl) yang dipasang di sebelah kiri dan kanan tubuh pasien. Setiap radiasi gamma yang dipancarkan oleh unsur-unsur teraktivasi di dalam tubuh langsung di deteksi oleh kedua detektor tersebut. Detektor radiasi NaI yang diaktivasi dengan 0,1 – 0,2 persen thallium (Tl) merupakan jenis detektor yang hingga kini digunakan secara luas untuk pemantauan sinar gamma. Kerapatan NaI yang tinggi (3,7 g/cm3) dan nomor atom (Z) yang tinggi dari iodine (I) menjadikan interaksinya dengan radiasi gamma cukup baik.
c. Spektrometri Sinar Gamma
Mengingat teknik PGNAA memanfaatkan reaksi neutron-gamma, dimana setelah irradiasi neutron sampel yang akan dianalisa berubah menjadi zat radioaktif pemancar radiasi gamma, maka untuk keperluan analisa sampel tersebut digunakan spektrometer gamma. Apabila radiasi gamma memasuki tabung detektor, maka akan terjadi interaksi antara radiasi gamma dengan bahan NaI(Tl). Interakasi itu dapat menghasilkan efek foto listrik, hamburan Compton dan produksi pasangan. Karena interaksi ini maka elektron-elektron atom bahan detektor akan terpental keluar sehingga atom-atom itu berada dalam keadaan tereksitasi. Atom-atom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan dasarnya sambil memancarkan kerlipan cahaya. Cahaya yang dipancarkan itu selanjutnya diarahkan ke foto katoda sensitif. Apabila foto katoda terkena kerlipan cahaya, maka dari permukaan foto katoda itu akan dilepaskan elektron.
Antara foto katoda dan anoda terdapat dinoda-dinoda yang diberi tegangan tinggi dan diatur sedemikian rupa sehingga tegangan dinoda yang dibelakangnya selalu lebih tinggi dari pada tegangan dinoda di depannya. Perbedaan tegangan antar dinoda kira-kira 100 Volt. Elektron yang dilepaskan oleh foto katoda akan dipercepat oleh medan listrik dalam tabung pelipat ganda elektron menuju dinoda pertama. Dalam proses tumbukan antara elektron dan dinoda akan dilepaskan elektron-elektron lain yang kemudian dipercepat menunju dinoda kedua dan seterusnya. Dinoda terakhir yang terdapat dalam tabung pengganda elektron berperan sebagai anoda.
Hasil akhir jumlah pelipat gandaan elektron bergantung pada jumlah dinoda. Tabung pelipat ganda elektron yang mempunyai 10 tingkat dinoda misalnya, pada anoda (dinoda terakhir yang sekaligus berperan sebagai pelat pengumpul elektron) bisa didapatkan faktor penggandaan elektron antara 107 - 108. Dengan demikian, sinar gamma yang dipantau akan menghasilkan pulsa listrik sebagai keluaran dari detektor NaI(Tl). Tenaga elektron yang dilepaskan ini bergantung pada intensitas sinar gamma yang mengenai detektor. Makin tinggi energi elektron, makin tinggi pula pulsa listrik yang dihasilkannya, sedang makin banyak elektron yang dilepaskan makin banyak pula cacahan pulsanya.
d. Analisa Kualitatif dan Kuantitatif
Pulsa listrik dari detektor akan diproses lebih lanjut oleh penguat awal dan peralatan elektronik berupa penganalisa saluran ganda (multi channel analyzer, MCA) sehingga pada layar penganalisa itu dapat ditampilkan spektrum radiasi gamma yang ditangkap detektor. Nomor salur pada MCA sebanding dengan energi radiasi gamma yang tertangkap oleh detektor. Semakin besar energi radiasi gamma, semakin besar pula nomor salur tempat munculnya spektrum radiasi radiasi tersebut, demikian pula sebaliknya. Pada layar MCA akan ditampilkan spektrum radiasi gamma yang muncul pada beberapa nomor salur yang berlainan.
Data tampilan spektrum tersebut dapat dipakai untuk menganalisa unsur-unsur yang terkandung dalam sampel teraktivasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Setiap unsur radioaktif memancarkan radiasi dengan energi yang berbeda-beda. Oleh sebab itu, analisa kualitatif dapat dilakukan dengan cara menentukan letak (nomor salur) munculnya spektrum radiasi gamma. Dari analisa ini dapat diketahui jenis-jenis unsur yang terdapat di dalam sampel. Analisa kuantitatif dilakukan melalui pengukuran tinggi atau luas kurva spektrun radiasi gamma tersebut. Dari analisa ini dapat ditentukan jumlah unsur-unsur yang terdapat di dalam sampel.
Baik analisa kualitatif maupun kuantitatif mampu memberikan hasil pengukuran yang sangat teliti karena saat ini telah berhasil dikembangkan instrumentasi spektrometri radiasi dengan resolusi yang sangat tinggi. Hingga saat ini teknik APN merupakan teknik analisa yang paling sempurna untuk mendeteksi dan mengestimasi sejumlah besar unsur-unsur dalam suatu bahan dengan kadar yang sangat rendah (unsur kelumit).
III. Penutup
Berdasarkan hasil telaah pustaka dan literatur mengenai teknologi perunut radio aktif dapat disimpulkan bahwa teknologi ini merupakan suatu teknologi yang menjanjikan berbagai manfaat bagi manusia. Manfaat dari teknik ini yaitu terungkapnya berbagai fenomena-fenomena alam yang rumit sehingga diperoleh pengetahuan yang berguna untuk meningkatkan kesejahtraan manusia.
