1

Laporan Praktikum Fisika Eksperimental Lanjut

Laboratorium Radiasi

PERCOBAAN R2

EKSPERIMEN RADIASI β DAN γ

Dosen Pembina : Drs. R. Arif Wibowo, M.Si

Septia Kholimatussa’diah* (080913025), Mirza Andiana D.P.* (080913043), Lailatul

Badriyah* (080913056)

*Program Studi S-1 Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Abstrak

Terdapat tiga jenis peluruhan radioaktif, yakni peluruhan partikel alfa, beta, dan

gamma. Telah dilakukan Eksperimen Radiasi β dan γ yang bertujuan untuk mempelajari

spektrum energi radiasi dan menentukan energi puncak radiasi β dan γ. Eksperimen

dilakukan menggunakan inti Na-22 sebagai sumber radiasi partikel beta positif atau positron

dan inti Sr-90 sebagai sumber radiasi partikel beta atau elektron. Berdasarkan analisis data

pengamatan, diperoleh bahwa pada proses peluruhan Na-22 menjadi Ne-22 didapat energi

partikel beta positif sebesar dengan resolusi 8,2143%. Sedangkan pada

proses peluruhan Sr-90 menjadi Y-90 dihasilkan partikel beta dengan energi sebesar

dengan resolusi 375%. Pada percobaan kali ini, tidak dilakukan pengambilan

data untuk sumber radiasi gamma.

Kata kunci : beta, beta positif, elektron, energi, gamma, partikel, peluruhan, positron,

resolusi, spektrum

1. METODE PENELITIAN

Pada eksperimen kali ini, praktikan

mencoba mempelajari spektrum radiasi β

dan γ dengan menggunakan MCA (Multi

Channel Analyzer) yang memiliki prinsip

kerja hampir sama dengan SCA (Single

Channel Analyzer) yakni dengan

mencacah pulsa-pulsa yang tinggi

amplitudonya tidak melebihi dari ambang

atas dan ambang bawah dari alat pencacah

tersebut. Hanya saja MCA terdiri dari

beberapa komponen yang lebih rumit

dibandingkan dengan SCA. Selain itu,

MCA juga dapat membuat spektrum

radiasi-β dan radiasi-γ secara sekaligus

karena memiliki pencacah lebih dari 1

saluran.

2

Dalam eksperimen yang telah

dilakukan, praktikan menyiapkan dan

mensetting alat-alat yang akan digunakan

dalam eksperimen ini. Setelah selesai kami

menyiapkan bahan atau unsur radioaktif

yang akan dicacah yakni Co-60,Sr-90 dan

Na-22. Dalam pencacahan unsur radioaktif

ini harus dilakukan secara berurutan agar

tidak terjadi kesalahan pengambilan data.

Unsur yang pertama adalah Co-60 yang

kemudian diletakkan pada detektor

sintilator (Leybold 559 90). Setelah

selesai, komponen komputer dihidupkan

dan program MCA yang ada pada

komputer diaktifkan. Untuk memperolah

spektrum radiasi bahan, power supply

dinyalakan dan ditentukan tegangannya

sehingga program MCA dapat membaca

spektrum radiasi yang dikeluarkan oleh

bahan. Dalam hal ini tegangan yang

digunakan adalah 825 Volt. Setelah

tegangan ditentukan, program MCA

dijalankan dan didapatkan spektrum

radiasi dari Co-60 yang kemudian setiap

nilai cacahan disimpan datanya untuk

dibuat grafik. Dari data grafik yang

didapatkan, nantinya akan dibandingkan

dengan spektrum radiasi bahan yang lain.

Setelah pengambilan data dari Co-60

selesai, berikutnya adalah Na-22 dengan

langkah-langkah yang sama seperti yang

dilakukan pada Co-60. Begitupun dengan

Sr-90.

2. DATA DAN ANALISIS

(terlampir)

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Resolusi merupakan salah satu

parameter penting pada pencacahan radiasi

menggunakan detektor. Resolusi atau daya

pisah energi radiasi menunjukkan

kemampuan detektor untuk membedakan

spektrum dengan energi yang berbeda-

beda. Sehingga semakin besar resolusinya,

semakin baik kinerja detektor tersebut

dalam membedakan spektrum.

Pada eksperimen kali ini, sumber

radiasi Co-60 digunakan sebagai kalibrator

untuk menentukan spektrum terbaik yang

ditandai dengan tingginya resolusi

(mendekati 100%). Berdasarkan analisis

data, didapat :

Sumber HV (Volt) Resolusi

Co-60

650 733,3%

700 270,6%

750 20,00%

800 10,96%

825 189,6%

850 168,4%

Maka yang dipakai sebagai spektrum

kalibrator adalah sumber Co-60 dengan

HV 850 Volt. Persamaan regresi linear

yang diperoleh adalah

; dengan y adalah energi, dan x

3

adalah nomor kanal. Persamaan inilah

yang selanjutnya akan digunakan sebagai

patokan untuk mencari energi awal (E0)

peluruhan inti yang lain.

a. Peluruhan beta (β)

Sinar beta (β) merupakan radiasi

partikel yang bermuatan negatif. Sinar

partikel beta merupakan elektron yang

berasal dari inti atom. Energi sinar ini

sangat bervariasi, selain itu memiliki daya

tembus yang lebih besar dibandingkan

dengan sinar partikel alfa, tetapi daya

peng-ion-nya lebih lemah. Sinar beta

sangat energik dan dapat menembus

sampai 300 cm dalam udara.

Dalam peluruhan beta, sebuah

proton berubah menjadi inti atau

sebaliknya. Jadi Z dan N masing-masinng

berubah satu satuan, tetapi A tidak

berubah. Pada peluruhan beta, yang paling

utama adalah sebuah netron meluruh

menjadi sebuah proton dan sebuah

elektron. Ketika proses peluruhan ini

pertama kali dipelajari, partikel yang

dipancarkan disebut partikel beta,

kemudian baru diketahui bahwa partikel

itu adalah elektron. Elektron yang

dipancarkan pada peluruhan beta bukanlah

elektron kulit atom dan juga bukan

elektron yang semula berada dalam inti.

Tetapi elektron ini diciptakan oleh intidari

energi yang ada. Jika ada beda energi diam

sekurang-kurangnya, maka penciptaan

elektron sangat mungkin terjadi.

Grafik distribusi energi partikel beta

(absis : energi kinetik, ordinat : jumlah elektron)

Grafik distribusi energi partikel beta Sr-90

(absis : energi kinetik, ordinat : jumlah elektron)

Unsur 11Na22

merupakan salah satu

unsur radioaktif yang memancarkan radiasi

beta pada proses peluruhannya menjadi

inti 10Ne22

. Pada proses peluruhan beta ini,

dihasilkan suatu partikel beta positif (+1β0)

atau disebut sebagai positron (e+). Reaksi

peluruhan yang terjadi adalah :

11Na22

10Ne22

+ +1β0 + υe

e+

adalah elektron positif atau positron

yang merupakan antipartikel dari elektron.

Positron memiliki massa sama dengan

elektron, tetapi memiliki muatan elektrik

-1000

0

1000

2000

3000

0 200 400

Sr-90, HV 825 Volt

4

yang berlawanan. Apabila positron

bertemu dengan elektron, keduanya akan

bergabung dan musnah. Proses ini

dinamakan anhilasi. Energi keduanya

berubah menjadi gelombang

elektromagnetik.

Grafik distribusi energi positron

(absis : energi kinetik, ordinat : jumlah positron)

Grafik distribusi energi positron Na-22

(absis : nomor kanal, ordinat : jumlah cacahan)

Berdasarkan literatur, energi

kinetik positron hasil peluruhan Na-22

diperoleh dari :

Sedangkan berdasarkan analisis

data pengamatan diperoleh bahwa nilai

energi puncak positron dari peluruhan Na-

22 sebesar sehingga

persentase kesalahan hitung adalah sebesar

17,16%. Resolusi atau daya pisah energi

radiasi untuk unsur Na-22 diperoleh

sebesar 8,2143%.

Selain 11Na22

, unsur lainnya yang

juga menghasilkan partikel beta dalam

proses peluruhan adalah 38Sr90

. Reaksi

peluruhannya adalah sebagai berikut :

38Sr90

39Y90

+ -1β0 +υe

Berdasarkan literatur, energi

kinetik positron hasil peluruhan Na-22

diperoleh dari :

Sedangkan berdasarkan analisis

data pengamatan diperoleh bahwa nilai

energi puncak elektron dari peluruhan Sr-

90 sebesar sehingga

persentase kesalahan hitung adalah sebesar

87,29%. Resolusi atau daya pisah energi

radiasi untuk unsur Sr-90 diperoleh

sebesar 375%.

Satu hal yang menarik, karena

partikel beta bermuatan listrik dan

bergerak dengan kecepatan tinggi, apabila

-100

0

100

200

300

400

0 200 400

Na-22, HV 825 Volt

5

melintas dekat inti atom, maka gaya

elektrostatik inti menyebabkan partikel

beta membelok dengan tajam. Peristiwa ini

partikel beta kehilangan energinya dengan

memancarkan gelombang elektromagnetik

yang dikenal sebagai sinar-X

Bremsstrahlung.

b. Peluruhan gamma (γ)

Sinar gamma (ɤ) adalah bentuk

radiasi elektromagnetik yang berenergi

tinggi, tidak memiliki muatan dan tidak

memiliki massa. Sinar gamma diproduksi

oleh radioaktif atat proses nuklit seperi

penghancuran positron-elektron. Sinar

yang membentuk spektrum

elektromagnetik ini adalah energi tertinggi

dibandingkan dengan sinar alfa dan beta.

Sinar gamma mempunyai daya tembus,

tetapi kurang bisa mengionisasi.

Peluruhan gamma terjadi bila suatu

inti atom metastabil bertransformasi

menjadi inti atom stabil dengan

memancarkan partikel gamma. Partikel

gamma tidak bermassa dan tidak

bermuatan, atau disebut foton, yaitu paket

energi elektromagnetik diskrit.

Salah satu contoh unsur yang akan

menghasilkan partikel gamma ketika

meluruh adalah Cs-137, namun praktikan

tidak mengambil data untuk peluruhan

gamma.

4. KESIMPULAN

1. 11Na22

merupakan inti yang

memancarkan partikel beta positif atau

positron dalam proses peluruhan

menjadi inti 10Ne22

. Berdasarkan

analisis data, energi puncak positron

yang dihasilkan adalah

dengan persentase kesalahan 17,16%.

Daya pisah energi radiasi Na-22

sebesar 8,2143%.

2. 38Sr90

merupakan inti yang

memancarkan partikel beta atau

elektron dalam proses peluruhan

menjadi inti 39Y90

. Berdasarkan

analisis data, diperoleh energi puncak

radiasi elektron sebesar

dengan persentase kesalahan sebesar

87,29% dan resolusi Sr-90 sebesar

375%.

5. DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 1987. Konsep Fisika

Modern. Jakarta : Penerbit

Erlangga.

http://id.wikipedia.org/

http://staff.undip.ac.id/fisika/ekohidayanto/

files/2009/11/07-peluruhan-

gamma.pdf Tanggal akses : 13

Mei 2012.

Krane, Kenneth. 2008. Fisika Modern.

Jakarta : Penerbit Erlangga.

Pramuditya, Syeilendra. 2005. Analisis

Neutronik, Termal Hidrolik, dan

Termodinamik pada Perancangan

6

Pressurized Water Reactor.

http://syeilendrapramuditya.word

press.com. Tanggal akses : 13

Mei 2012.

Sulaiman, dkk. 2007. Pemisahan dan

Karakterisasi Spesi Senyawa

Kompleks Ytrium-90 dan

Stronsium-90 dengan

Elektroforesis Kertas. JFN, Vol. 1

No. 2 November 2007.

6. TENTANG PENULIS

Penulis : Septia Kholimatussa’diah

NIM. 080913025

Anggota 1 : Mirza Andiana Devita P.

NIM. 080913043

Anggota 2 : Lailatul Badriyah

NIM. 080913056

7

LAMPIRAN I

Data Hasil Pengamatan

a. Penentuan jumlah cacahan latar (background)

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 100 200 300 400 500 600 700

Background, HV 650 Volt

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Background, HV 700 Volt

8

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Background, HV 750 Volt

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800 1000

Background, HV 800 Volt

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700

Background, HV 825 Volt

9

b. Penentuan jumlah cacahan Co-60 sebagai kalibrator

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700

Background, HV 850 Volt

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 100 200 300 400 500 600 700

Co-60, HV 650 Volt

10

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 100 200 300 400 500 600 700

Co-60, HV 700 Volt

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 100 200 300 400 500 600 700

Co-60, HV 750 Volt

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

0 200 400 600 800 1000

Co-60, HV 800 Volt

11

-100

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600 700

Co-60, HV 825 Volt

-100

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600 700

Co-60, HV 850 Volt

12

c. Penentuan jumlah cacahan radiasi sumber Na-22

d. Penentuan jumlah cacahan sumber radiasi Sr-90

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 100 200 300 400 500 600 700

Na-22, HV 825 Volt

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 100 200 300 400 500

Sr-90, HV 825 Volt

13

LAMPIRAN II

Analisis Data

a. Penentuan resolusi optimum

No. HV (Volt) FWHM x2 – x1 R

1. 650 66 9 733,3%

2. 700 46 17 270,6%

3. 750 6 30 20,00%

4. 800 8 73 10,96%

5. 825 110 58 189,6%

6. 850 128 76 168,4%

b. Kalibrasi dengan sumber Co-60

Energi (keV) Nomor kanal

1173,208 539

1331,464 615

c. Kurva kalibrasi dengan sumber Co-60

Persamaan garis linear yang akan digunakan untuk kalibrasi selanjutnya adalah :

; dengan y adalah energi, dan x adalah nomor kanal.

y = 1,1297x + 6,0924 R² = 1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

ener

gi

nomor kanal

Kurva kalibrasi dengan Co-60, HV 850 Volt

14

d. Energi puncak sumber radiasi Na-22

e. Daya pisah energi radiasi (resolusi) Na-22

f. Energi puncak sumber radiasi Sr-90

g. Daya pisah energi radiasi (resolusi) Sr-90