EKSPERIMEN SPEKTROSKOPI ENERGI RADIASI BETA () DAN GAMMA () UUM YULIANI (1127030072)FISIKA SAINSUNIVERSITAS ISLAM NEGERI

SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG

TAHUN 2015e-mail : uum.yuliani22@gmail.com(Abstrak: Telah dilakukan Eksperimen Radiasi dan yang bertujuan untuk mempelajari spektrum energi radiasi dan menentukan energi puncak radiasi dan . Untuk memeriksa radiasi gamma dibutuhkan alat yang disebut spektrometer yang terdiri dari detektor radiasi gamma, rangkaian elektronika penunjang, dan alat yang digunakan dalam praktikum adalah multichannel pulse-height analyzer (MCA). Bahan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah inti Co-60, Am-241, dan Ra-226. Untuk memperolah spektrum radiasi bahan, power supply dinyalakan dan ditentukan variasi tegangannya dan variasi jaraknya sehingga program MCA dapat membaca spektrum radiasi yang dikeluarkan oleh bahan. Berdasarkan analisis data pengamatan, resolusi yang baik pada tegangan rendah dan pada jarak yang jauh.

Kata Kunci :Radiasi, spektometer,detektor, pulse-height analyzer (MCA), spektrum dan resolusi .

1.PENDAHULUAN

Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi.

Suatu sumber radioaktif yang meluruh akan memancarkan partikel atau atau secara acak. Partikel-partikel ini memiliki energy tertentu. Partikel dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang manusia, karena itulah dibutuhkan detector untuk mendeteksi energy yang dipancarkan oleh suatu sumber radioaktif.

Ada banyak jenis detector radiasi sumber radioaktif. Diantaranya adalah detector isian gas, detector kamar ionisasi, detector proporsional, detector Geiger-Muller, dan detector sintilasi. Untuk bisa menampilkan spectrum energy radiasi nuklir, diperlukan suatu detektor yang tidak hanya mampu mencacah intensitas radiasi yang memasukinya, namun juga harus bisa memberikan stimulant yang linear dengan energy radiasi yang memasukinya, misalnya detector stimulasi NaI(TL).

Detector ini termasuk dalam jenis detector sintilasi. Dalam detektor Sintilasi, radiasi dirubah menjadi Kilatan cahaya. Radiasi berinteraksi dengan material sintilasi,seluruh energi kinetik radiasi diserap oleh sintilator untuk menghasilkan pulsa-pulsa cahaya yang jumlahnya sebandingan dengan energi radiasi.

Output dari detector ini dihubungkan pada program MCA. Multi Channel Analyzer (MCA) adalah instrumen yang dapat menghitung distribusi dari sinyal input yang terdiri dari pulsa-pulsa. MCA menyediakan display visual dari hasil distribusi tersebut dan dapat menghasilkan output data pada computer atau printer untuk dianalisis lebih lanjut. Pada eksperimen ini dipelajari spectrum energy radiasi dan , serta energy radiasinya1.1 Landasan Teori

Salah satu metode analisis yang dipergunakan untuk menentukan kandungan suatu unsur dalam bahan adalah dengan cara aktivasi netron. Sampel atau bahan yang akan dianalisis ditembak netron sehingga unsur- unsur yang terdapat didalam bahan tersebut menjadi aktif dan setiap unsur yang ada di dalam sampel memancarkan sinar gamma yang spesifik. Sinar gamma yang dihasilkan kemudian dianalisis dengan menggunakan Spektrometri Sinar Gamma Salur Ganda atau lebih dikenal dengan Multichannel Analyzer. Untuk memeriksa radiasi gamma dibutuhkan alat yang disebut spektrometer yang terdiri dari detektor radiasi gamma, rangkaian elektronika penunjang, dan alat yang disebut multichannel pulse-height analyzer (MCA). Pulsa dalam bentuk analog dirubah menjadi digital melalui ADC(Analog to Digital Converter ).

Sebelum membahas tentang salur ganda, sebaiknya perlu tahu terlebih dahulu tentang penganalisis salur tunggal (SCA = Singgel channel analyzer). Penganalisis salur tunggal mempunyai satu salur pencacahan yang dibatasi oleh suatu ambang atas (upper level), dan ambang bawah (lower level) yang jarak antara keduanya dapat diiatur dan disebut dengan cendela. Hanya pulsa-pulsa yang mempunyai tinggi amplitudonya berada dalam cendela saja yang akan melewati dan diteruskan ke alat pencacahsedangkan yang tingginya diluar cendela maka tidak akan tercacah. Lebar tegangan antara upper level dan lower level dikenal sebagai lebar cendela. Posisi cendela inin bisa diset mulai dari tinggi pulsa yang paling rendah sampai tinggi yang dikenal dengan nama nomor kanal. Nomor kanal ini akan sebanding dengan energi partikel radiasi. Interaksi radiasi gamma dengan Materi

Radiasi gamma termasuk salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang mempunyai energi paling besar. Radiasi ini dipancarkan dari inti radioaktif yang masih berada dalam keadaan tereksitasi yang masing masing isotopnya mempunyai karakteristik energi masing masing. Bila radiasi ini melewati suatu materi maka akan terjadi interaksi antara radiasi gamma dan atom pembentuk materi tersebut. Ada tiga macam kemungkinan interaksi yang akan terjadi jika foton gamma melewati suatu materi yaitu proses hamburan compton, efek fotolistrik dan produksi pasangan (pair production).

Hamburan Compton

Peristiwa hamburan compton akan terjadi jika foton menumbuk elektron bebas atau elektron yang terikat lemah pada atomnya. Keadaan ini menyebabkan energi foton tidak akan terserap seluruhnya oleh elektron tersebut tidak seperti dalam perisitiwa fotolistrik sehingga elektron hanya akan menyerakhan sebagain energinya kepada elektron dan kemudian foton akan terhambur dengan sudut terhadap arah gerak mula mula dan tentunya dengan energi yang lebih rendah dari energi semula.Elektron yang terlepas dikenal juga dengan nama elektron Compton. Energi radias gamma yang dihamburkan setelah melewati materi merupakan fungsi energi radiasi gamma awal dan sudut yang dibentuk antara arah radiasi semula dan radiasi setelah dihamburkan.

Dengan me adalah massa elektron.

Efek FotolistrikEfek fotolistrik akan terjadi jika radiasi gamma menumbuk elektron yang terikat kuat pada atomnya dan energi radiasi gamma lebih besar jika dibandingkan dengan energi ikat elektron pada atom tersebut. Energi radiasi akan terserap seluruhnya oleh elektron sehingga elektron mampu melepaskan ikatannya dari atom dan kelebihan energi yang diserap digunakan sebagai energi gerak elektron tersebut.

dengan Ek adalah energi kinetik elektron, E adalah energi radiasi gamma yang menumbuk elektron dan Eb adalah energi ambang atau energi ikat elektron.Elektron yang dilepaskan disebut fotoelektron sedangkan atom yang telah kehilangan elektron ini berada dalam keadaan tereksitasi sehingga untuk menjadi stabil elektron yang berada di tingkat energi yang lebih tinggi akan berpindah menuju ke tingkat energi yang lebih rendah dengan melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk energi sinar X dan elektron yang bergerak turun ini dikenal dengan elektron Auger.

Peristiwa Produksi Pasangan (Pair Production)

Bila radiasi gamma memiliki energi yang cukup besar sehingga menuju mendekati inti atom. Radiasi gamma akan lenyap dan sebagai gantinya muncul sepasang elektron positron (e + dan e -). Peristiwa ini dikenal dengan istilah produksi berpasangan elektron positron. Massa elektron dan postiron masing masing setara dengan energi sebesar 0,511 MeV yang merupakan massa diam elektron. Dengan demikian efek pembentukan pasangan ini tidak akan terjadi kecuali bila energi radiasi gamma menimal sama dengan 2 x 0,511 MeV = 1,022 MeV. Bila energi radiasi gamma melebihi 1,022 MeV maa kelebihan energinya akan dibagi oleh elektron dan positron sebagai energi geraknya.

Dengan Ek + merupakan eenrgi kinetik positron dan Ek merupakan energi kinetik elektron.

Detektor Radiasi Nal(Tl)

Untuk bisa menampilkan spektrum energi radiasi nuklir, diperlukan suatu detektor yang tidak hanya bisa mencacah intensitas radiasi yang memasukinya seperti detektor Geiger-Muller, tetapi juga harus bisa memberikan stimulan yang linier dengan energi radiasi yang memasukinya, misalnya detektor sintilasi Nal(Tl). Detektor Nal(Tl) terbuat dari bahan yang dapat memancarkan kilatan cahaya apabila berinteraksi dengan sinar gamma.

Sinar gamma yang masuk ke dalam detektor berinteraksi dengan atom-atom bahan sintilator menurut efek foto listrik, hamburan compton dan pasangan produksi, yang akan dihasilkan kilatan cahaya dalam sintilator. Kilatan cahaya oleh pipa cahaya dan pembelok cahaya ditransmisikan ke fotokatoda dari photomultiplier tube (PMT) kemudian digandakan sebanyak-banyaknya oleh bagian pengganda elektron pada PMT. Arus elektron yang dihasilkan membentuk pulsa tegangan pada input penguat awal (preamplifier) . Pulsa ini setelah melewati alat pemisah dan pembentuk pulsa dihitung dan dianalisis oleh Mulichannel Analyzer (MCA) dengan tinggi pulsa sebanding dengan energi gamma.

Penganalisis Salur Ganda (Multi Channel Analyzer)

Sebelum membahas mengenai salur ganda, sebaiknya perlu tahu terlebih dahulu tentang penganalisis salur tunggal SCA (Single Channel Analyzer). Penganalisis salur tunggal mempunyai satu jalur pencacahan yang dibatasi oleh suatu ambang batas (upper level) dan ambang bawah (lower level) yang jarak antara ambang tadi bisa diukur dan disebut dengan jendela (window). Hanya pulsa pulsa yang mempunyai tinggi amplitudonya berada didalam jendela saja yang akan diteruskan menuju alat pencacah. Sedangkan semua pulsa yang tingginya diluar jendela tidak akan tercacah.

Contoh di modul akan tercacah sebanyak 5 pulsa yang akan diteruskan ke pencacah. Lebar tegangan antara upper level dan lower level dikenal sebagai lebar jendela. Posisi jendela ini bisa diset mulai dari tinggi pulsa yang paling rendah sampai tinggi yang digunakan yang dikenal dengan nomor kanal. Nomor kanal ini akan sebanding dengan energi partikel radiasi.

Spektrum energi radiasi gamma bisa dibuat dengan cara membuat kurva hubungan antara nomor kanal dan besar intensitas yang tercacah pada masng masing nomor kanal. Penganalisis salur ganda boleh dianggap sebagai gabungan dari banyak SCA dan dapat membuat spektrum energi radiasi gamma secara sekaligus. Penganalisis salur ganda adalah sebuah alat yang lebih rumit dan terdiri dari beberapa bagian :

1) Unit Analog to Digital Converter (ADC)

2) Unit Memori

3) Unit tambahan : Unit Pengolah data, amplifier, dll. Daya Pisah Energi Radiasi (Resolusi) Kemampuan sistem spektrometer radiasi untuk memisahkan antar energi radiasi yang masuk sangat penting diketahui, karena akan memberikan informasi seberapa valid informasi energi radiasi yang muncul dalam spektrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi merupakan salah satu parameter pemting pada pencacahan radiasi menggunakan detektor. Resolusi atau daya pisah energi radiasi menunujukkan kemampuan detektor untuk membedakan soektrum dengan energi yang berbeda-beda. Resolusi energi radiasi tergantung dari berbagai variabel, diantaranya adalah jenis bahan yang digunakan sebagai detektor radiasi, dan tegangan tinggi (HV) yang dioperasikan, semakin jelas dua buah energi radiasi berdekatan yang dipisahkan, maka semakin baik unjuk kerja spektrometer tersebut. Nilai resolusi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

R = resolusi

FWHM = lebar tinggi tengah

E = jarak antar dua energi (E2 E1)

Kalibrasi Energi Radiasi-Untuk memperoleh spektrum energi radiasi- yang bersatuan KeV atau MeV, perlu dilakukan kalibrasi energi terlebih dahul, dengan menggunakan detektor Nal (Tl) tinggi pulsa yang dihasilkan oleh detektor akan sebanding dengan energi radiasi- yang masuk ke dalam detektor. Tinggi pulsa akan berada dalam cendela tertentu akan dicatat dalam nomor kanal tertentu yang juga sebanding dengan energi radiasi-. Sehingga satuan nomor kanal bsa diubah dengan cara membuat persmaan garis lurus antara nomor kanal dan energi radiasi. Untuk mengkalibrasinya perlu digunakan sumber radiasi pemancar- yang energinya diketahui.

Tujuan

Praktikum ini bertujuan untuk mempelajari spektrum radiasi Beta dan gamma, menentukan besar resolusi energi radiasi beta dan gamma, dan Membandingkan besar resolusi radiasi beta dan gamma.1.3 metode percobaan1.3.1 Waktu dan Tempat

Praktikum ini dilaksanakan pada hari Kamis, tanggal 21 Mei 2015, pukul 08.00-17.00 WIB. Bertempat di Lab Energi dan Neklir UIN Sunan Gunung Djati Bandung1.3.2 Alat dan Bahan

Pada praktikum ini kita menggunakan alat dan bahan, yaitu: 1. Power supply 1,5 kV.2. Preamplifier (MCA box)3. Detektor Sintilator4. Komputer5. Software Cassy Lab1.3.3 Prosedur Percobaan1. Menyiapkan alat dan bahan.2. Menyalakan semua alat yang akan digunakan.3. Menyambungkan alat kedalam aplikasi MCA melewati direktor Cassy/MCA.4. Menjalankan program MCA sehingga sistem siap melakukan perekaman spektrum radiasi yang akan diuji.5. Menggunakan Co-60 sebagai isotop kalibrator.6. Mengatur nilai HV antara 675-825 V sehingga diperoleh nilai resolusi yang optimal (pastikan peralatan bekerja secara optimal).7. Mengganti sumber Co-60 dengan sumber lain, baik dengan sumber pemancar gamma ataupun beta dan diamati hasil spektrum energinya.2. Data, Hasil dan pembahasanNoSumber Radiasit

(s)V (volt)x

(cm)FWHM E

R

(%)

1Co-60300650 1551050

2Co-603007501591752,94

3Co-60300650106875

4Co-6030075010131872,23

5Co-6030065056966,67

6Co-603007505112152,38

NoSumber Radiasit

(s)V (volt)x

(cm)FWHM E

R

(%)

1Am-241300650153742,85

2Am-2413007501581553,34

3Am-241300650104757,14

4Am-24130075010111668,75

5Am-24130065054944,5

6Am-241300750591656,25

NoSumber Radiasit

(s)V (volt)x

(cm)FWHM E

R

(%)

1Ra-2263006501541233,34

2Ra-2263007501591850

3Ra-2263006501081172,72

4Ra-2263007501092339,13

5Ra-226300650581361,53

6Ra-226300750551050

Dari hasil percobaan diatas dapat dilihat pada tabel dengan menggunakan sumber radiasi cobal 60 dengan waktu 300 s, variasi tegangan dan variasi jarak dapat dihitung nilai FWHM dan Resolusi (R) dengan resolusi yang paling besar/paling jelek pada jarak 10 cm sebesar 75% pada tegangan 650 volt dan pada tegangan 750 volt Resolusinya sebesar 72,23%. Dan yang paling bagus pada jarak 15 cm dengan tegangan 650 volt resolusinya sebesar 50% dan pada tegangan 750 volt sebesar 52,94 %, Jadi yang paling baik pada tegangan 750 volt.

pada tabel dengan menggunakan sumber radiasi Amersium dengan waktu 300 s, variasi tegangan dan variasi jarak dapat dihitung nilai FWHM dan Resolusi (R) dengan resolusi yang paling besar/paling jelek pada jarak 10 cm sebesar 57,14% pada tegangan 650 volt dan pada tegangan 750 volt Resolusinya sebesar 68,75%. Dan yang paling bagus pada jarak 15 cm dengan tegangan 650 volt resolusinya sebesar 42,85% dan pada jarak 5 cm sebesar 44,5%

pada tabel dengan menggunakan sumber radiasi Radium dengan waktu 300 s, variasi tegangan dan variasi jarak dapat dihitung nilai FWHM dan Resolusi (R) dengan resolusi yang paling besar/paling jelek pada jarak 10 cm sebesar 72,72% pada tegangan 650 volt dan pada jarak 5 cm dengan tegangan 650 volt Resolusinya sebesar 61,53%. Dan yang paling bagus pada jarak 15 cm dengan tegangan 650 volt resolusinya sebesar 33,34% dan pada jarak 10 cm sebesar 39,13%.

Puncak Backscatter disebabkan oleh foton yang telah dihamburkan keluar ternyata didefleksi balik kedalam detektor sehingga terdeteksi ulang. Dengan Compton edge, titik batas antara interaksi Compton dan efek foto listrik menghasilkan puncak energi, Isotop dan FWHM (Full Width at Half Maximum) dengan besar cacah.

jadi, besar jarak antara detektor dan sumber radiasi dapat mempengaruhi nilai Resolusinya. Suatu detektor diharapkan mempunyai resolusi yang sangat kecil (high resolution) sehingga dapat membedakan energi radiasi secara teliti. Resolusi detektor disebabkan oleh peristiwa statistik yang terjadi dalam proses pengubahan energi radiasi, noise dari rangkaian elektronik, serta ketidak-stabilan kondisi pengukuran.Nilai resolusi pada tegangan 650 memiliki nilai yang kecil/lebih bagus sedangkan pada tegangan 750 volt menjadi lebih besar karena adanya perlebaran puncak pada tegangan 750 volt sehinga mengakibatkan nilai FWHM yang lebih besar hal itu disebabkan photomultiplier tube (PMT) yang bergantung pada tegangan sehingga ketika tegangannya diperbesar maka semakin melebar pula pulsanya. 3. PENUTUP3.1 KesimpulanDari percobaan di atas diperoleh kesimpulan: Pada tegangan rendah nilai resolusinya lebih baik karena lebar puncaknya lebih kecil sehingga nilai FWHM nya juga lebih kecil hal itu disebabkan photomultiplier tube (PMT) yang bergantung pada input tegangan. Resolusi detektor bergantung oleh peristiwa statistik yang terjadi dalam proses pengubahan energi radiasi, noise dari rangkaian elektronik, serta ketidak-stabilan kondisi pengukuran.4.2 Saran

Dalam praktikum ini dibutuhkan kesabaran dan ketelitian dalam pengambilan data baik pada saat pembacaan chanel saat penandaan chanel untuk FWHM.DAFTAR PUSTAKA

1. Khan, Faiz M. 2010. The Physics of Radiation Therapy. Lippincott Williams and Baltimore.

2. Pedoman keselamatan dan Proteksi Radiasi Kawasan Nuklir Serpon. 2011. Batan: Serpong.3. Beiser, Arthur. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

4. Krane, Kenneth. 2008. Fisika Modern. Jakarta : Penerbit Erlangga.

5. http://veethaadiyani.blog.uns.ac.id/files/2012/06/spektroskopi-ceb3-gamma.pdf 6. Haditjahyono, Hendriyanto. 2006. Prinsip Dasar Pengukuran Radiasi7. http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/_private/prinsip_dasar.pdfLampiran

Gambar 2.1 Proses Produksi Pasangan

PAGE