Laporan Praktikum Detektor NaI(TI)

Penentuan Energi Sumber Radioaktif Ba-133 dengan Metode Regresi Linear Menggunakan Detektor NaI(TI)


I. Latar Belakang 
    Gejala radioaktivitas tidak dapat langsung diamati oleh indra penglihatan manusia, maka dari itu dibutuhkan suatu instrumen untuk dapat mendeteksi fenomena tersebut. Salah satunya adalah spektrometer nuklir. Instrumen ini berfungsi untuk menganalisis suatu radio isotop atau sumber radiasi yang digunakan (Trikasjono, 2006). 
    Sebagian besar aplikasi teknik nuklir sangat bergantung pada pengukuran radiasi, khususnya pengukuran intensitas ataupun dosis radiasi. Alat pengukur yang digunakan untuk hal ini yaitu sistem pencacah, selain spektrometer yang telah disampaikan pada percobaan ini akan dibahas mengenai spektroskopi MCA (Multi Channel Analyzer).

II. Tujuan 
2.1. Melakukan kalibrasi energi dengan sumber Co-60 dan Cs-137
2.2. Menentukan energi Cs-137, Ba-133, Co-60
2.3. Menentukan nilai FWHM dari sumber radioaktif Cs-137, Co-60, Ba-133

III. Dasar Teori
    Sinar-X pada dasarnya lebih lemah dari sinar gamma, namun keduanya hampir sama. Sinar gamma dihasilkan oleh bahan radioaktif, dan tidak dapat dilihat oleh mata sehingga membutuhkan suatu detektor untuk mendeteksinya. Apabula sinar gamma mengenai detektor maka akan terjadi efek fotolistrik, efek compton, dan produksi pasangan. Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma mengenai elektron di kulit K dari sebuah atom yang menghasilkan hole, maka hole tersebut akan diisi oleh elektron dari kulit lain. Transisi elektron ini lah yang menghasilkan efek fotolistik. Efek compton adalah efek yang yang terjadi apabila sinar gamma mengenai elektron bebas atau elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangat kecil sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma memancar ke elektron bebas ini maka akan terjadi hamburan yang disebut sebagai hamburan compton. Sedangkan efek produksi pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju didekat inti atom sehingga akan terbentuk pasangan positron dan elektron (Beiser, 1982). 
    Pada umumnya, detektor yang digunakan dalam spektroskopi gamma adalah detektor NaI(TI). Detektro ini terbuat dari bahan yang dapat memancarkan kilatan cahaya apabila berinteraksi dengan sinar gamma. Efisiensi detektor meningkat dengan bertambahnya volume kristal Sedangkan resolusi energi tergantung pada kondisi pembuatan waktu pengembangan kristal. Sinar gamma yang masuk kedalam detektor berinteraksi dengan atom-ato bahan sintilator. Menurut efek fotolistrik, efek compton, dan produksi pasangan yang akan menghasilkan kilatan cahaya dalam sintilator. Keluaran cahaya yang dihasilkan oleh kristal sintilasi sebanding dengan energi sinar gamma (Ardisasmita, 2002). 
   Kilatan cahaya oleh pipa cahaya dan pembelok cahaya ditransmisikan ke fotokatoda dari photomultiplier tube (PMT), kemudian digandakan oleh pengganda elektron pada PMT. Arus elektron yang dihasilkan membentuk pulsa tegangan pada input penguat awal (pre amplifier). Pulsa ini setelah melewati alat pemisah dan pembentuk pulsa dihitung dan dianalisis oleh MCA dengan tinggi pulsa sebanding dengan energi sinar gamma (Khofal, 2003).
    Titik batas antara interaksi compton dan fotolistrik menghasilkan puncak energi yang disebut compton edge. Puncak back scatter disebabkan oleh foton yang telah dihamburkan keluar ternyata didefleksi balik dalam detektor sehingga terdeteksi ulang (Krane, 1992). 
    Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan lamda tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas yang ditransmisikan atau diabsorbsi. Suatu spektrometer tersusun dari suatu spektrum sinar tampak yang dinambung dan monokromatis. Sel pengabsorbsi untuk mengukur perbedaan absorbsi antara cuplikan dengan blanko ataupun pembanding (Olmos, 1991).

IV. Metodologi Percobaan
4.1. Alat dan Bahan 
  • MCA ,berfungsi untuk menampilkan grafik cacah
  • Detektor NaI(TI), berfungsi untuk mengubah radiasi sinar gamma menjadi pulsa
  • Sumber Radiasi, berfungsi sebagai sampel percobaan 
  • Penjepit, berfungsi untuk mengambil sampel
4.2. Langkah Kerja

4.3. Metode Grafik

V. Data Percobaan


VI. Analisa Data 
     Kalibrasi energi dengan menggunakan sumber Co-60 dan Cs-137, menentukan nilai FWHM dan resolusi Ba-133 dengan spektroskopi gamma adalah  tujuan yang akan dicapai dalam percobaan ini. Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini adalah melakukan pencacahan pada sumber radioaktif dengan detektor NaI(TI). Perangkat penganalisa yang digunakan untuk menginformasikan spektrum energi suatu sumber adalah MCA (Multi Channel Analyzer). Prinsip dari detektor NaI(TI) yaitu apabila terdapat sinar gamma yang masuk kedalam detektor lalu berinteraksi dengan atom-atom bahan sintilator akan terjadi 3 efek yaitu fotolistirk, compton, dan produksi pasangan yang akan menghasilkan kilatan cahaya. Kilatan cahaya ini akan ditransmisikan ke fotokatoda dan akan digunakan oleh pengganda elektron. Pulsa-pulsa yang terbentuk secara analog diubah menjadi digital lalu dianalisis menggunakan MCA. Tinggi pulsa tersebut berbanding lurus dengan energi radiasi gamma yang masuk kedalam detektor. Sinyal-sinyal yang ditangkap oleh detektor akan membentuk spektrum puncak yang sesuai dengan tegangan dan intensitas. 
    Pengamatan cacah latar dilakukan pada percobaan pertama. Dalam percobaan ini didapatkan data berupa CH dan CT. CH adalah channel (nomor cacah), CT adalah Current Transmitter. Data cacah latar digunakan untuk mengurangi jumlah intensitas cacahan dengan sumber radioaktif. 
    Percobaan keduan adalah pengamatan cacah sumber radioaktif Co-60. Sama seperti percobaan pertama, data yang didapatkan adalah CH dan CT. Berikut adalah grafik CH sebagai fungsi CT : 

    Sumber Co-60 dicacah selama 120 s dengan jarak 3,5 x 10^-2 m . Dari grafik dapat diamati puncak-puncak energi tertinggi yang terjadi pada CH 125 dan 144 dengan energi masing-masing 1173 dan 1333 KeV. Pada sumber Co-60 terdapat 2 puncak (xp), literatur yang didapatkan untuk sumber Co-60 energi nya sebesar 1173,2 KeV dan 1332,9 KeV. 
    Percobaan berikutnya adalah pengamatan cacah sumber radioaktif Cs-137. Berikut adalah grafik data dari CH dan CT yang didapatkan : 

    Pada sumber Cs-137 hanya terdapat 1 puncak energi yaitu pada rentang CH 56. Percobaan selanjutnya yaitu pengamatan cacah sumber radioaktif Ba-133 : 

Berikutnya adalah pengkalibrasian detektor dengan sumber radiasi Cs-137 dan Co-60. Kedua sumber tersebut sudah didapatkan puncak-puncak energinya, maka grafik hubungan CH dan energi dapat dibuat sebagai berikut : 

Dari grafik dapat diketahui energi dari setiap sumber, untuk sumber Cs-137 yaitu 662 KeV, sedangkan pada sumber Co-60 yaitu 1173 KeV dan 1333 KeV. Dengan melakukan pengkalibrasian maka energi dari sumber lain dapat ditentukan juga dengan menggunakan metode regresi linear. Didapatkan energi sumber Ba-133 yaitu sebesar 334,68 KeV, sedangkan menurut literature sebesar 356 KeV. 
    Setelah didapatkan nilai energi dari masing-masing sumber maka selanjutnya nilai FWHM dapat ditentukan. Nilai FWHM dari sumber Cs-137 yaitu sebesar 189,147 sedangkan untuk sumber Co-60 sebesar 103,224 (puncak pertama) dan 92,56 (puncak kedua), untuk sumber Ba-133 yaitu sebesar 257,45. 
    Nilai FWHM ini dapat digunakan untuk menentukan nilai resolusi. Nilai resolusi digunakan untuk menunjukkan daya pisah energi radiasi yang mengindikasikan kemampuan detektor untuk membedakan spektrum dengan energi berbeda-beda. Resolusi untuk sumber Cs-137 yaitu sebesar 28,57 % ,sumber Co-60 sebesar 8,8 % dan 6,94 % ,sumber Ba-133 sebesar 76,92%. 

VII. Kesimpulan
7.1. Cacah latar digunakan untuk mengurangi jumlah intensitas cacahan dengan sumber radioaktif yang berada disekitar lingkungan. 
7.2. Kalibrasi energi menggunakan persamaan y = mx + c . Dimana energi dari Ba-133 didapatkan sebesar 334,68 KeV. 
7.3. Nilai FWHM : Ba-133 = 257,45 KeV ; Cs-137 = 189,147 KeV ; Co-60 sebesar 103,224 KeV untuk puncak pertama dan 92,56 KeV untuk puncak kedua. Nilai resolusi Ba-133 adalah 76,92 %. 

VIII. Daftar Pustaka
Ararasasmita, M.S. 2002. Pengembangan Spektrometer Sinar Gamma dengan Sistem Identifikasi Isotop Radioaktif Menggunakan Metode Jaringan Syarat Tiruan. Jakarta : BATAN. 

Beiser, A. 1982. Konsep Fisika Modern Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga. 

Khofal. 2003. Deteksi Radiasi dan Pengukuran. Jakarta : UI Press. 

Krane, K. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Erlangga. 

Trikasjono, T. 2006. Pengantar Instrumentasi Nuklir. Jogjakarta. 

Olmos, P. 1991. New Approach to Automatic Radiation Spectrum Analysis. IEEE Transactions on Nuclear Science : 971-975. 

Lampiran 

Posting Komentar

0 Komentar