zulhajji lubis

  • Published on
    25-Oct-2015

  • View
    26

  • Download
    3

Embed Size (px)

Transcript

<p>LAPORAN PRAKTIKUMALAT DETEKSI DAN PENGUKURAN RADIASIMATERI :DETEKTOR GEIGER-MULLER</p> <p>Disusun Oleh :Nama: Zulhajji LubisNIM: 011200324Jurusan: Teknokimia NuklirKelompok : Rekan Kerja: 1. Salman YasirTanggal Praktikum : 29 oktober 2013Asisten: Maria Christina P.</p> <p>SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIRBADAN TENAGA NUKLIR NASIONALYOGYAKARTA2013</p> <p>DETEKTOR GEIGER-MULLER</p> <p>I. TUJUAN1. Menggambar daerah plato serta menentukan tegangan kerja detektor2. Menguji kestabilan system pencacah yang digunakan3. Menentukan waktu mati detektor4. Menentukan efisiensi detektor5. Menentukan aktivitas suatu sumber radiasiII. DASAR TEORI2.1. Definisi DetektorRadiasi merupakan suatu cara perambatan energi dari sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium atau bahan penghantar tertentu. Radiasi nuklir memiliki dua sifat yang khas : tidak dapat dirasakan secara langsung dan dapat menembus berbagai jenis bahan.Oleh karena itu untuk menentukan ada atau tidak adanya radiasi nuklir diperlukan suatu alat, yaitu pengukur radiasi, yang digunakan utuk mengukur kuantitas, energi, atau dosis radiasi. Panca indera manusia secara langsung tidak dapat digunakan untuk menangkap atau melihat ada tidaknya zarah radiasi nuklir, karena manusia memang tidak mempunyai sensor biologis untuk zarah radiasi nuklir. Walaupun demikian, dengan bantuan peralatan instrumentasi nuklir maka manusia dapat mendeteksi dan mengukur radiasi nuklir. Jadi manusia sepenuhnya tergantung pada peralatan instrumentasi nuklir untuk mengetahui dan memanfaatkan zarah radiasi nuklir tersebut.Detektor merupakan suatu bahan yang peka terhadap radiasi, yang bila dikenai radiasi akan menghasilkan tanggapan mengikuti mekanisme yang telah dibahas sebelumnya. Perlu diperhatikan bahwa suatu bahan yang sensitif terhadap suatu jenis radiasi belum tentu sensitif terhadap jenis radiasi yang lain. Sebagai contoh, detektor radiasi gamma belum tentu dapat mendeteksi radiasi neutron. (Anonim, 2011)2.2. Tipe Detektor RadiasiDetektor radiasi bekerja dengan cara mengukur perubahan yang disebabkan oleh penyerapan energi radiasi oleh medium penyerap. Sebenarnya terdapat banyak mekanisme yang terjadi di dalam detektor tetapi yang sering digunakan adalah proses ionisasi dan proses sintilasi.Apabila dilihat dari segi jenis radiasi yang akan dideteksi dan diukur, diketahui ada beberapa jenis detektor, seperti detektor untuk radiasi alpha, detektor untuk radiasi beta, detektor untuk radiasi gamma, detektor untuk radiasi sinar-X, dan detektor untuk radiasi neutron. Kalau dilihat dari segi pengaruh interaksi radiasinya, dikenal beberapa macam detektor, yaitu detektor ionisasi, detektor proporsional, detektor Geiger muller, detektor sintilasi, dan detektor semikonduktor atau detektor zat padat.Walaupun jenis peralatan untuk mendeteksi zarah radiasi nuklir banyak macamnya, akan tetapi prinsip kerja peralatan tersebut pada umumnya didasarkan pada interaksi zarah radiasi terhadap detektor (sensor) yang sedemikian rupa sehingga tanggap (respon) dari alat akan sebanding dengan efek radiasi atau sebanding dengan sifat radiasi yang diukur.Jadi detektor radiasi dapat dibedakan menjadi 3 yaitu :a) Detektor Isian Gasb) Detektor Sintilasi c) Detektor Semikonduktor 2.3. Detektor Geiger MullerPencacah Geiger atau yang biasa disebut detektor Geiger Muller merupakan salah satu detektor yang menggunakan prinsip ionisasi. Detektor Geiger muller ditemukan oleh seorang Fisikawan bernama Hans Geiger bersama seorang ilmuwan bernama Ernest Rutherford pada tahun 1908. Pada awalnya, detektor ini hanya terdiri atas sebuah kawat di dalam sebuah tabung yang diselubungi oleh logam dengan jendelanya yang berupa gelas atau mika. Kawat dan tabung logam tersebut terhubung pada sebuah power supply.Pada mulanya, detektor ini hanya dapat mendeteksi radiasi alpha, baru kemudian dikembangkan oleh Walther Muller (murid Geiger) sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi bebrapa jenis radiasi yang lain. Pada tahun 1948, detektor ini disempurnakan oleh Sydney H. Liebson dengan mengganti gas dalam tabungnya menggunakan gas halogen sehingga dapat berumur lebih panjang.Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Mller adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-Mller, sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor ketika partikel atau foton radiasi menyebabkan gas (umumnya Argon) menjadi konduktif. Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bisa berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi tertentu, pencacah Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun tingkat reliabilitasnya kurang. Pencacah geiger tidak bisa digunakan untuk mendeteksi neutron. (Prima, 2011)Bagian bagian Detektor Geiger Muller :</p> <p>Gambar 1. Detektor Geiger Muller Katoda yaitu dinding tabung logam yang merupakan elektroda negatif. Jika tabung terbuat dari gelas maka dinding tabung harus dilapisi logam tipis. Anoda yaitu kawat tipis atau wolfram yang terbentang di tengah tengah tabung. Anoda sebagai elektroda positif. Isi tabung yaitu gas bertekanan rendah, biasanya gas beratom tunggal dicampur gas poliatom (gas yang banyak digunakan Ar dan He).</p> <p>Prinsip kerja Detektor Geiger Muller :Detektor Geiger Muller meupakan salah satu detektor yang berisi gas. Selain Geiger muller masih ada detektor lain yang merupakan detektor isiann gas yaitu detektor ionisasi dann detektor proporsional. Ketiga macam detektor tersebut secara garis besar prinsip kerjanya sama, yaitu sama-sama menggunakan medium gas. Perbedaannya hanya terletak pada tegangan yang diberikan pada masing-masing detektor tersebut.Apabila ke dalam labung masuk zarah radiasi maka radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya pasangan eleklron-ion yang lerjadi pada deleklor Geiger-Muller tidak sebanding dengan tenaga zarah radiasi yang datang. Hasil ionisasi ini disebul elektron primer. Karena antara anode dan katode diberikan beda tegangan maka akan timbul medan listrik di antara kedua eleklrode tersebut. Ion positif akan bergerak kearah dinding tabung (katoda) dengan kecepatan yang relative lebih lambat bila dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak kea rah anoda (+) dengan cepat. Kecepatan geraknya tergantung pada besarnya tegangan V. sedangkan besarnya tenaga yang diperlukan untuk membentukelektron dan ion tergantung pada macam gas yang digunakan. Dengan tenaga yang relatif tinggi maka elektron akan mampu mengionisasi atom-atom sekitarnya. sehingga menimbulkan pasangan elektron-ion sekunder. Pasangan elektron-ion sekunder inipun masih dapat menimbulkan pasangan elektron-ion tersier dan seterusnya. sehingga akan terjadi lucutan yang terus-menerus (avalence).Kalau tegangan V dinaikkan lebih tinggi lagi maka peristiwa pelucutan elektron sekunder atau avalanche makin besar dan elektron sekunder yang terbentuk makin banyak. Akibatnya, anoda diselubungi serta dilindungi oleh muatan negative elektron, sehingga peristiwa ionisasi akan terhenti. Karena gerak ion positif ke dinding tabung (katoda) lambat, maka ion-ion ini dapat membentuk semacam lapisan pelindung positif pada permukaan dinding tabung. Keadaan yang demikian tersebut dinamakan efek muatan ruang atau space charge effect.Tegangan yang menimbulkan efek muatan ruang adalah tegangan maksimum yang membatasi berkumpulnya elektron-elektron pada anoda. Dalam keadaan seperti ini detektor tidak peka lagi terhadap datangnya zarah radiasi. Oleh karena itu efek muata ruang harus dihindari dengan menambah tegangan V. penambahan tegangan V dimaksudkan supaya terjadi pelepasan muatan pada anoda sehingga detektor dapat bekerja normal kembali. Pelepasan muatan dapat terjadi karena elektron mendapat tambahan tenaga kinetic akibat penambahan tegangan V.Apabila tegangan dinaikkan terus menerus, pelucutan alektron yang terjadi semakin banyak. Pada suatu tegangan tertentu peristiwa avalanche elektron sekunder tidak bergantung lagi oleh jenis radiasi maupun energi (tenaga) radiasi yang datang. Maka dari itu pulsa yang dihasilkan mempunyai tinggi yang sama. Sehingga detektor Geiger muller tidak bisa digunakan untuk mengitung energi dari zarah radiasi yang datang. (Diah, 2012)Kalau tegangan V tersebut dinaikkan lebih tinggi lagi dari tegangan kerja Geiger Muller, maka detektor tersebut akan rusak, karena sususan molekul gas atau campuran gas tidak pada perbandingan semula atau terjadi peristiwa pelucutan terus menerusbyang disebut continous discharge. Hubungan antara besar tegangan yang dipakai dan banyaknya ion yang dapat dikumpulkan dapat dilihat pada gambar dibawah ini:</p> <p>Gambar 2. Grafik hubungan antara tegangan kerja dan ion yang dikumpulkan</p> <p>Pembagian daerah tegangan kerja tersebut berdasarkan jumlah ion yang terbentuk akibat kenaikan tegangan yang diberikan kepada detektor isian gas. Adapun pembagian tegangan tersebut dimulai dari tegangan terendah adalah sebagai berikut:I= daerah rekombinasi II= daerah ionisasi III= daerah proporsional IV= daerah proporsioanl terbatas V= daerah Geiger MullerKurva yang atas adalah ionisasi Alpha, sedangkan kurva bawah adalah ionisasi oleh Beta. Kedua kurva menunjukkan bahwa pada daerah tegangan kerja tersebut, detektor ionisasi dan detektor proporsional masih dapat membedakan jenis radiasi dan energi radiasi yang datang. Dengan demikian, detektor ionisasi dan detektor proporsional dapat digunaknan pada analisis spectrum energi. Sedangkan detektor Geiger Muller tidak dapat membedakan jenis radiasi dan energi radiasi.Tampak dari gambar tersebut bahwa daerah kerja detektor Geiger Muller terletak pada daerah V. pada tegangan kerja Geiger Muller elektron primer dapat dipercepat membentuk elektron sekunder dari ionisasi gas dalam tabung Geiger Muller. Dalam hal ini peristiwa ionisasi tidak tergantung pada jenis radiasi dan besarnya energi radiasi. Tabung Geiger Muller memanfaatkan ionisasi sekunder sehingga zarah radiasi yang masuk ke detektor Geiger Muller akan menghasilkan pulsa yang tinggi pulsanya sama. Atas dasar hal ini, detektor Geiger Muller tidak dapat digunakan untuk melihat spektrum energi, tetapi hanya dapat digunakan untuk melihat jumlah cacah radiasi saja. Maka detektor Geiger Muller sering disebut dengan detektor Gross Beta gamma karena tidak bisa membedakan jenis radiasi yang datang.Besarnya sudut datang dari sumber radiasi tidak mempengaruhi banyaknya cacah yang terukur karena prinsip dari detektor Geiger Muller adalah mencacah zarah radiasi selama radiasi tersebut masih bisa diukur. Berbeda dengan detektor lain misalnya detektor sintilasi dimana besarnya sudut datang dari sumber radiasi akan mempengaruhi banyaknya pulsa yang dihasilkan.Kelebihan Detektor Geiger Muller, antara lain:1. Konstruksi simple dan Sederhana 2. Biaya murah3. Operasional mudah Kekurangan Detektor Geiger Muller, antara lain:1. Tidak dapat digunakan untuk spektroskopi karena semua tinggi pulsa sama.2. Efisiensi detektor lebih buruk jika dibandingkan dengan detektor jenis lain.3. Resolusi detektor lebih rendah.4. Waktu mati besar, terbatas untuk laju cacah yang rendah.Tegangan kerja (HV) yang diberikan pada detektor Geiger Muller (GM) dapat mempengaruhi laju cacah yang dihasilkan. Hal ini merupakan salah satu karakteristik dari setiap detektor GM. Adapun perubahan laju cacahnya mengikuti kurva karakteristik seperti gambar.3 dibawah ini:</p> <p>Gambar 3. Kurva plato detektor GMTegangan kerja detektor dipilih pada daerah plato atau tepatnya pada 1/3 lebar plato. Kemiringan daerah plato juga perlu diketahui untuk melihat keandalan detektor. Hal ini dapat ditentukan dengan persamaan berikut:</p> <p>Dimana:Lp= Kemiringan plato (% per volt atau % per 100 volt)N1= Laju cacah pada awal daerah plato, V1 (cpm atau cps)N2= Laju cacah pada akhir daerah plato, V2 (cpm atau cps)</p> <p>Nilai kemiringan yang masih dianggap baik adalah lebih kecil dari 0,1 %per volt.Kestabilan suatu alat ukur radiasi dapat ditentukan dengan menggunakan prinsip chi square test. Nilai chi square nya dapat dihitung dengan persamaan berikut :</p> <p>Dimana : = Nilai chi square = Laju cacahan rata-rata (cpm atau cps) = Laju cacahan setiap pengukuran (cpm atau cps)Untuk pengujian dengan melakukan sepuluh kali pengukuran berulang (N=10), system pencacah masih bisa dikatakan stabil bila nilai chi square nya berkisar antara 3,33 hingga 16,9.Detektor GM termasuk detektor yang lambat sehingga unuk pencacahan aktivitas tinggi, hasil cacahnya harus dikoreksi terhadap waktu mati detektor tersebut, yang dapat ditentukan berdasarkan persamaan di bawah ini:</p> <p>Dimana : = Waktu mati detektor (menit atau detik)N1 = Laju cacah sumber 1 (cps)N2 = Laju cacah sumber 2 (cps)N12 = Laju cacah sumber 1 dan sumber 2 secara bersama-sama (cps)Nb = Laju cacah latar belakang (cps)Adapun untuk mengoreksi hasil cacah terhadap waktu digunakan persamaan seperti di bawah ini:</p> <p>Dimana :No= Laju cacah sebelum dikoreksi (menit atau detik)N1= Laju cacah setelah dikoreksi (menit atau detik)Oleh karena tidak seluruh radiasi yang dilepaskan sumber dapat tercacah oleh detektor, maka efisiensi detektor perlu ditentukan untuk menunjukkan korelasi antara nilai cacah yang ditunjukkan system pencacah GM dan aktivitas sumber sebenarnya. Nilai efisiens ini dapat ditentukan dengan persamaan di bawah ini: (Tim Asisten ADPR, 2009)</p> <p>Dimana : = Efisensi detektor (cps/Bq)R = Laju cacah (cps)A = Aktivitas sumber sebenarnya (Bq)P = Probabilitas pancaran radiasi Nilai efisiensi dari setiap detektor sangat dipengaruhi oleh faktor geometri antara sumber dan detektor, sehingga apabila jarak antara sumber dan detektor berubah, nilai efisiensinya juga berubah.Detektor GM merupakan detektor yang banyak dipakai baik sebagai system pencacahan maupun dalam kerja lapangan (surveymeter). GM seperti halnya detektor gas lain yang bekerja berdasarkan ionisasi gas bila dikenai radias. Bila detektor ini diberikan tegangan daerah GM, elektron-elektron terkumpul di anoda dan pulsa-pulsanya dicacah. Keuntungan GM adalah dapat menghasilkan pulsa listrik yang sangat besar dibandingkan dengan detektor-detektor lain. Akan tetapi, detektor GM tidak dapat membedakan energy radiasi yang mengenainya. Jadi, energy radiasiyang mengenai detektor akan tercacah. GM sangat baik dipakai untuk mendeteksi partikel beta, sedangkan jika dipakai untuk mendeteksi partikel alpha dan gamma kurang efisien. Gas isian yang dipakai pada tabung GM adalah Hc, Ar, Kr, atau Xe. Biasanya gas yang digunaka dicampur dengan gas peredam seperti uap etil alcohol, klor, brom dan kejenuhan ionisasi. Permukaan detektor yang peka biasanya adalah lapisan tipis dari mika (1,5-0,5 mg/cm2), alumunium (Al-7 mg/cm2) atau gelas (15 mg/cm2). Tekanan campuran gas dalam detektor biasanya kurang dari 1 atm.III. ALAT DAN BAHAN3.1 Alat yang digunakan, antara lain:1. Detektor GM2. Inverter3. Sumber teganga...</p>