TABUNG DETEKTOR GEIGER MULLER DARI BAHAN GELAS

Transkripsi

1 PEMBUATAN TABUNG DETEKTOR GEIGER MULLER DARI BAHAN GELAS Sumarmo PTAPB-BATAN Yogyakarta ABSTRAK PEMBUA TAN TABUNG DETEKTOR GEIGER MULLER DARI BAHAN GELAS. Bahan tabung detektor dibuat dari pipa gelas diameter 16 mm panjang 100 mm dan untuk saluran vakum dibuat dari pipa gelas diameter 6 mm. Dinding dalam detektor dilapisi dengan logam yang terbuat dari tembaga dengan cara diuapkan yang berfungsi sebagai katode. Terminal katode terbuat dari kawat femiko yang dilas pada tabung detektor. Parameter dalam proses pelapisan meliputi, tekanan vakum dalam orcfe 10-5 torr, suhu pemanas tabung detektor antara 150'C sampai dengan 200'C, arus pelapisan 3 amper dan tegangan 0,7 volt. Pada kondisi ini diperoleh hasil pelapisan yang baik dengan ditandai lapisan tembaga menempel kuat pada permukaan dinding dalam tabung detektor Geiger Muller. ABSTRACT FABRICA non OF GEIGER MULLER DETECTOR'S TUBE FROM GLASS MA TERIAL. The detector's tube is made of glass pipe with diameter 16 mm, length 100 mm and the vacuum line is made of glass pipe with diameter 6 mm. Vaporized copper are used for coating the inner side of the detector which function as a catode. Catode's terminal is made of femiko wire welded at the tube. The parameters in the pmcess of coating are vacuum pressure at 10-5 scale, tube's temperature between 1500 C C, 3 amperes of coating current and 0,7 volt of coating voltage. At this conditions, the result is good, this is indicated by the coated copper stick tightly on the surface of the inner side of the Geiger Muller detector's tube. PENDAHULUAN Adadigunakan beberapa untuk jenis alat mengetahui deteksi nuklir besamya yang intensitas radiasi maupun unsur yang terkandung di dalam suatu radioisotop. Seperti misalnya Nal(Tl), Ge(Li), Si(Li) adalah merupakan jenis detektor yang digunakan untuk mengetahui intensitas maupun unsur yang terkandung dalam radiasi tersebut. Sedangkan untuk jenis detektor Geiger Muller hanya dapat untuk mengetahui intensitasnya. Oetektor Geiger Muller ada dua tipe yaitu tipe jendela samping (side window) dan jendela ujung (end windowlj Oetektor Geiger Muller jenis jendela samping digunakan untuk mendeteksi radiasi sinar gamma (y) dan beta (P), sedangkan jenis jendela ujung digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha (a). Tabung detektor Geiger Muller ini dapat dibuat dari bahan logam maupun gelas. Untuk membentuk tabung detektor Geiger Muller dari bahan logam maupun gelas dibutuhkan peralatan sesuai dengan bahan yang digunakan. Oalam kegiatan ini tabung yang digunakan dari bahan gelas jenis gelas lunak. Ada beberapa jenis bahan gelas, yaitu gelas lunak, gelas pirek, gelas timah (lead glass) dan gelas kwarsa. Masingmasing jenis gelas tersebut mempunyai daerah kerja, titik leleh dan angka muai yang berbeda. Untuk jenis gelas lunak daerah kerjanya sekitar 350 C-450 C dan angka muai sebesar 9,6 x 10-6/oC [2.3]. Pemilihan bahan tabung dari gel as lunak disebabkan panas yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi serta mudah dalam pengerjaan untuk membentuk tabung sesuai dengan yang diinginkan. Pada prinsipnya detektor Geiger Muller ini dapat bekerja jika diberikan bed a tegangan antara anode dan katode. Anode terletak ditengah-tengah tabung detektor, sedangkan katode pada dinding tabung detektor. Jika tabung detektor Geiger Muller ini dibuat dari bahan gelas maka untuk membuat Sumarmo ISSN

2 katode diperlukan lapisan logam pada dinding dalam tabung detektor. Cara melapisi logam dinding dalam tabung detektor tersebut dengan teknik penguapan. Dalam proses penguapan logam, tabung detektor terse but perlu dihampakan. Dalam teknik hampa ada beberapa tingkat kehampaan yaitu tekanan hampa rendah, sedang dan tinggi[6j Dalam pelaksanaannya jika bahan lapisan telah dimasukkan ke dalam tabung detektor, tabung dihampakan kemudian bahan lapisan dialiri tegangan listrik, kemudian bahan lapisan akan meleleh dan menguap menuju keseluruh permukaan dinding dalam tabung detektor Geiger Muller. Untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik (Iapisan logam menempel merata) pada permukaan dinding dalam tabung detektor dibutuhkan tingkat kehampaan yang cukup tinggi sekitar 10-5toor. TAT A KERJA Bahan yang digunakan : tabung gelas diameter 16 mm dan 6 mm, kawat tembaga diameter 0,7 mm dan tembaga lembaran tebal 0, I mm, kawat femiko diameter 0,4 mm, kawat wolfram diameter 0,08", kawat wolfram diameter 0,25 ", bahan bakar (bensin), plastik steel, cairan kalium bikromat, kertas gosok, kertas tissue, air dan alkohol 70 %, gas oksigen dan elpiji. Perala tan yang digunakan : pinset, tang cucut, kawat tembaga diameter 1,5 mm, pisau pengores kaca, korek api, pembakar gelas jenis meja, pembakar gelas jenis tangan, martil, tabung bensin dan gelas elemeyer, hair dryer, alat pelacak kebocoran vakum, unit vakum pelapisan. Untuk membentuk tabung detektor tabung detektor dan untuk memasang kawat ferniko yang berfungsi sebagai terminal katoda pada tabung detektor Geiger Muller dibutuhkan alat pembakar gelas jenis meja. Foto pembakar gelas jenis meja disajikan seperti pada Gambar I. Sedangkan untuk menyambungkan tabung detektor yang akan dilapisi tembaga maupun yang akan diisi dengan gas isian serta digunakan untuk memperbaiki unit vakum jika terjadi kebocoran dibutuhkan pembakar gelas jenis tangan. Foto pembakar gelas jenis tangan disajikan pada Gambar 2. Gambar 2. Pembakar gelas jenis tangan Langkah kerja a. Persiapan bahan b. Pembentukan tabung detektor Geiger Muller c. Persiapan proses pelapisan d. Pelapisan tabung detektor Geiger Muller e. Pemasangan anode detektor Geiger Muller a. Persiapan bahan I. Dalam proses persiapan bahan ini yang dilakukan adalah memotong tabung gelas panjang 1500 mm diameter 16 mm menjadi panjang 130 mm dengan cara menggoresi melingkar pada tabung gel as dengan menggunakan pisau penggores kaca 2. Membakar gelas diameter 6 mm, kemudian menempelkan gelas panas tersebut pada bagian tabung kaca yang telah dilukai, maka tabung gelas tersebut akan terpotong 3. Demikian hal tersebut diulangi sehingga tabung gelas yang telah digores semuanya dapat terpotong 4. Memotong tabung gelas diameter 6 mm panjang 100 mm sebanyak 10 buah 5. Mencuci potongan tabung gelas terse but dengan air detergen, dibilas dengan air mengalir kemudian dikeringkan dengan menggunakan hair dryer Foto bahan tabung detektor dari gelas disajikan pada Gambar 3. Gambar 3. Bahan tabung detektor dari gelas Geiger Muller Gambar I. Pembakar gelas jenis meja b. Pembentukan tabung detektor Geiger Muller Dalam proses pembentukan detektor ini yang dilakukan sebagai berikut : 468 ISSN Sumarmo

3 I. Membakar salah satu ujung tabung gelas diameter 16 mm jika gelas telah menjadi panas dan lunak dengan ditandai merah keputihputihan, maka ujung yang dibakar tersebut ditarik sambil diputar agar ujung yang ditarik tersebut tetap lurus. 2. Kemudian merapikan pada pangkai tabung dengan eara dibakar dan ditiup untuk membentuk pangkal dari tabung tersebut 3. Dengan eara yang sarna membakar ujung pada sisi lainnya 4. Menyambung tabung gelas diameter 16 mm dengan tabung gelas diameter 6 mm dengan eara dibakar. 5. Dengan eara yang sama menyabungkan tabung gelas sisi lainnya 6. Menyambungkan gelas diameter 6 mm dengan salah satu ujung tabung dengan eara membakar, sambungan ini digunakan untuk menyambungkan dengan unit vakum 7. Menumbuk kawat ferniko diameter 0,5 mm dengan martil sehingga menjadi pipih dengan panjang sekitar 1 em 8. Menempelkan kawat ferniko pada tabung gelas diameter 16 mm dengan eara membakarnya, kawat ini berfungsi sebagai terminal katode. Gambar 4. Bentuk tabung detektor Geiger Muiler yang telah ditempeli terminal katode sebelum dilapisi logam c. Persialpan proses pelapisan Dalam persiapan proses pelapisannya dilakukan sebagai berikut : I. Melilitkan bahan pelapis dari tembaga pada kawat wolfram diameter 0,25 ", setiap kelompok lilitan terdiri dari 4-5 kali putaran. 2. Memotong kawat tembaga diameter 0,7 mm panjang sekitar 12 em kemudian membersihkan lapisan nya 3. Meneelupkan kawat wolfram yang telah di!iliti bahan pelapis dan kawat tembaga diameter 0,7 mm pada eairan kalium bikromat yang dieampur dengan HNOJ 2N kemudian dieuei pad a air yang mengalir, untuk membebaskan dari lemak yang menempelnya. 4. Membersihkan terminal katoda pad a tabung detektor dengan eara membersihkan kerak yang menempel dan meneueinya, kemudian mengeeek kontaknya dengan menggunakan multi meter. 5. Mengeringkan tabung detektor yang akan dilapisi dengan alat hair dryer. 6. Memasukkan kawat wolfram yang telah dililiti bahan pelapis ke dalam tabung detektor, kemudian pada kedua ujung tabung dibakar menggunakan pembakar gelas jenis tangan. Gambar 5. Tabung detektor Geiger Muller yang akan dilapisi logam d. Proses pelapisan Lapisan logam dinding dalam tabung detektor Geiger Muller berfungsi sebagai katode. Dalam proses pelapisan tersebut dilakukan sebagai berikut : 1. Tabung detektor yang telah dipasang bahan pelapis di dalamnya disambungkan pada unit vakum pelapisan dengan eara mengelas saluran vakum tabung detektor dengan unit vakum pelapisan. 2. Menghidupkan pompa rotari dan setelah penghampaan berlangsung selama kurang lebih 10 menit, tabung detektor maupun sambungan las dieek keboeorannya dengan menggunakan alat pelaeak keboeoran vakum. 3. Memasang alat pemanas tabung detektor serta menghubungkan dengan sumber daya listrik, kemudian menaikkan tegangan listrik pada regulator sampai 100 volt 4. Jika tekanan vakum telah meneapai sekitar 2 x 10.3 torr, pompa difusi dihidupkan 5. Menghidupkan unit pendingin dan mengalirkan air pendingin pada pompa difusi 6. Apabila tekanan vakum telah meneapai sekitar 2 x 10.5 torr dan suhu pemanas tabung meneapai sekitar 150 C sampai dengan 200 C proses pelapisan dapat dimulai dengan eara pada kedua ujung tabung detektor yang terpasang kawat tembaga dialiri dengan listrik dengan arus sekitar 3 Amper dan tegangan 0,7 volt. 7. Terjadinya proses pelapisan ditandai dengan memijamya kawat wolfram dan bahan pelapis meleleh serta menguap menempel pada dinding dalam tabung detektor Geiger Muller. 8. Proses pelapisan ini ditunggu sampai dinding dalam tabung detektor terlapisi seeara merata Sumarmo ISSN

4 PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahan Vogyakarta, 28 Agustus Jika seluruh dinding tabung detektor telah terlapisi merata proses pelapisan dihentikan dengan cara menurunkan tegangan proses pelapisan sampai 0 volt, kemudian menurunkan suhu tabung dengan cara menurunkan tegangan pemanas sampai 0 volt. 10. Setelah suhu pemanas tabung detektor dingin, alat pemanas dilepas dari tabung detektor, kemudian tabung yang telah terlapisi dilepas dari unit vakum pelapisan dengan cara dibakar. Gambar 7. Tabung detektor Geiger Muller siap diisi dengan gas isian HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 6. Tabung detektor Geiger Muller setelah proses pelapisan e. Pemasangan anode detektor Geiger Muller Pada proses pemasangan anode pada detektor Geiger Muller ini dilakukan sebagai berikut : I. Memotong kedua ujung tabung detektor yang telah terlapisi untuk mengeluarkan kawat wolfram dan bahan pelapis yang masih tersisa dari tabung detektor. 2. Membuat per dari bahan wolfram diameter 0,25" yang digunakan agar kawat anode tetap lurus dan kuat terpasang pada tabung detektor 3. Membersihkan kawat femiko dengan cara mencelupkan pada cairan kalium bikromat kemudian dicuci dengan air mengalir dan dikeringkan dengan menggunakan hair dryer 4. Memotong kawat wolfram diameter 0,08" panjang disesuaikan dengan panjang tabung detektor, kemudian disambungkan dengan kawat ferniko. 5. Memasang kawat anode di dalam tabung detektor kemudian dibakar menggunakan alat pembakar gelas. 6. Tabung detektor Geiger Muller telah jadi dan siap disambungkan dengan unit vakum pengisian kemudian diisi gas isian yang dikehendaki. Dalam proses pembuatan tabung detektor Geiger Muller dari bahan gelas ini ada beberapa faktor yang menentukan untuk mendapatkan hasil yang baik, antara lain: 1. Kandungan oktan di dalam bahan bakar (bensin) 2. Suhu pemanas tabung detektor Geiger Muller 3. Tekanan hampa Pengaruh kandungan oktan di dalam bahan bakar (bensin) terhadap pembentukan tabung detektor Geiger Muller Pada setiap proses pengelasan gelas termasuk pembentukan tabung detektor Geiger Muller, dibutuhkan pemanasan awal dan pendingin akhir. Pemanasan awal adalah pemberian suhu pada benda kerja secara bertahap, hal ini dapat dilakukan dengan cara memanasi benda kerja dengan api tanpa ditambahkan tekanan udara atau gas oksigen. Secara fisik dapat dilihat bahwa pada benda kerja akan menjadi hitam karena adajelaga (Ianges) yang menempel, kemudian secara bertahap api disembur dengan udara atau gas oksigen maka jclaga yang menempel pada benda kerja perlahan-iahan akan hilang. Jika suhu telah memenuhi untuk membentuk bend a kerja yang ditandai dengan benda kerja melunak, maka penambahan tekanan udara atau gas oksigen dihentikan. Hal ini sangat penting dilakukan karena jika gelas mendapatkan panas tinggi secara mendadak pasti terjadi retak atau bahkan pecah. Demikian halnya pada setiap akhir pengelasan gelas baik dalam proses pembentukan tabung detektor maupun penyambungan dengan unit vakum dibutuhkan pendinginan secara perlahan. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengurangi semburan udara atau gas oksigen secara bertahap pad a api pembakaran sehingga dengan demikian suhu benda kerja turun secara perlahan-iahan, sampai benda kerja kelihatan hitam karena ada jelaga yang menempel pada benda kerja. Hal ini sangat penting dikakukan karena jika gelas mendapatkan pendingin secara mendadak gelas tersebut akan menjadi retak atau pecah. 470 ISSN Sumarmo

5 PusotTeknologi Akselerotor don ProsesBahan Proses pemanasan awal maupun pendinginan akhir dapat dilakukan dengan sempurna jika bahan bakar (bensin) masih dalam keadaan baik (nilai oktannya masih eukup tinggi). Jika bensin sudah dipakai eukup lama maka pembakarannya sudah tidak dapat digunakan untuk proses pemanasan awal dan pendingin akhir dengan sempurna. Hal ini ditandai bahwa jika api dinyalakan tanpa disemburkan udara atau gas oksigen pada ujung lidah api tersebut tidak menghasilkan jelaga. Untuk mendapatkan hasil pekerjaan yang optimum, maka jika nyala api sudah tidak dapat menghasilkan jelaga bensin harus ditambahkan atau diganti dengan yang baru. Hubungan suhu pemanas tabung detektor Geiger Muller dengan hasil pelapisan Pada proses pelapisan dinding dalam tabung dl~tektor dilakukan dengan menghampakan tabung d(:tektor jika tekanan vakum meneapai 10.5 torr atau lebih dan suhu pemanas tabung detektor telah meneapai antara 150 C sampai 200 C proses pelapisan dapat dimulai dengan memberikan tegangan listrik pada kawat wolfram yang telah dililiti dengan bahan pelapis dengan eara menaikkan tegangan pada regulator sehingga kawat wolfram memijar dan bahan pelapis meneair serta menguap ke segala arah menuju dan menempel dinding dalam tabung detektor. Pada saat terjadi penguapan bahan pelapis suhunya eukup tinggi. Jika dinding dalam tabung detektor suhunya kurang tinggi, maka lapisan tembaga yang men em pel akan mudah mengelupas. Hal ini terjadi karena selain angka muai tembaga berbeda dengan angka muai gelas, angka muai tembaga 17 x 10 6/oC [4.5] sedangkan angka muai gelas 9,6 x 10 6/oC [1.3] sehingga jika suhu gelas yang kurang tinggi menyebabkan angka muainya belum meneapai maksimal. Jika dengan selesainya proses pelapisan tabung pemanas dilepaskan dari tabung detektor terjadi penurunan suhu yang eukup drastis, maka baik lapisan tembaga dan tabung gelas muainya akan turun dan masing-masing kembali pada O. Karena angka muainya memang berbeda maka akan terjadi pergeseran pada permukaan dinding dalam tabung gelas dengan lapisan tembaga yang menempel yang menyebabkan lapisan tembaga tersebut akan mengelupas. Hal tersebut dapat dihindari dengan jalan memberikan suhu yang eukup tinggi pada pemanas tabung detektor yaitu antara i50 C sampai dengan 200 C keeuali itu apabila proses pelapisan selesai, alat pemanas tidak segera dilepas dari tabung detektor serta suhu pemanas diturunkan seeara bertahap dengan eara menurunkan tegangan pada regulator sampai 0 volt. Tabung pemanas dilepas jika suhunya sudah mencapai suhu kamar. Jika suhu pemanas tabung detektor kurang dari 150 C dari pengalaman selama ini hasil pelapisan tidak baik, yaitu akan mengelupas. Sebaliknya jika suhu pemanas tabung detektor lebih dari 200 C hasilnyapun tidak baik, yaitu tabung detektor menjadi rusak. Hal ini disebabkan karena suhu pemanas terlalu tinggi, sehingga tabung gelas menjadi lunak sementara itu proses penghampaan terus terjadi yang menyebabkan tabung gelas tersedot ke dalam yang mengakibatkan bentuk tabung menjadi rusak dan proses pelapisan tidak dapat dilanjutkan. Hubungan tekanan vakum dengan hasil pelapisan Pada saat terjadi proses pelapisan dinding dalam tabung detektor Geiger Muller, tabung detektor dalam keadaan hampa. Penghampaan' tabung detektor ini dengan menggunakan pompa rotari dan difusi. Jika tekanan kehampaan kurang tinggi yaitu dalam orde 10.3 torr maka hasil pelapisan tidak akan sempurna, pada umumnya hasilnya terdapat bereak-bereak hitam/ warna hitam pada salah satu ujung tabung atau bahkan pada kedua ujung tabung tersebut. Kurangnya tinggi tekanan kehampaan ini darat terjadi karena adanya keboeoran pada sambungan unit vakum atau pada tabung detektor itu sendiri. Kemungkinan lain penyebab keboearan adalah pada kran-kran gelas. Hal ini ditandai jika kran-kran tersebut diputar sudah eukup berat berarti pelumasan sudah kurang dan menjadikan sistem vakum tersebut boear. Hal ini dapat diperbaiki dengan eara melepaskan kran-kran tersebut dari tempatnya, kemudian kran dan tempatnya dieuei dengan bensin, dikeringkan dengan hair dryer dan diberi apizon grase seeukupnya kemudian dipasang kembali pada tempatnya. Sedangkan jika terjadinya keboeoran disebabkan sambungan tabung detektor dengan unit vakum atau terjadi pada pipa gelas, maka untuk memperbaiki dengan eara dilas pada bagian yang boeor. Pada umumnya proses pelapisan tembaga ini akan mendapatkan hasil yang baik,jika tekanan vakum meneapai dalam orde 5 torr atau lebih. KESIMPULAN Oalam pembuatan tabung detektor Geiger Muller yang terbuat dari bahan gelas ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : I. Untuk membuat tabung detektor Geiger Muller dari bahan gelas dibutuhkan kandungan oktan di dalam bahan bakar (bensin) yang eukup tinggi 2. Untuk mendapatkan pelapisan tembaga pada dinding dalam tabung detektor dengan hasil yang baik, tekanan kehampaan harus cukup tinggi yaitu dalam orde 10-5 torr atau lebih Sumarmo ISSN

6 3. Selain tekanan kehampaan yang cukup tinggi, untuk mendapatkan hasil pelapisan yang baik dibutuhkan pula suhu tabung detektor Geiger Muller antara 150 C sampai dengan 200 C. 6. DRS. PETER SOEDOYO, B. Sc., DR. G.H DULFER, "Pengantar Teknik Vakum", Gadjah Mada University Press UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs. Tjipto Sujitno, MT., Bapak Ir. Suprapto, Bapak Sayono, ST yang telah memberikan bimbingan dan Wiwien Andriyanti, S.ST yang telah membantu penulis sehingga makalah ini dapat diselesaikan. Semoga segal a kebaikannya diberkati oleh Tuhan Yang Maha Pengasih. DAFTAR PUSTAKA 1. MUJIONO, SUMARMO, "Pembuatan dan Karakterisasi Detektor Geiger Muller Tipe Jendela Samping untuk Survey Meter", Prosiding Pertemuan dan Presentasi I1miah Teknis Jabatan Fungsional Pranata Nuklir, Yogyakarta SURAKHMAN, AGUS SANTOSO, "Petunjuk Praktikum Tiup Gelas", PATN-BATAN Yogyakarta one. IndoskripsLcom, diakses tgl. 10 Juli diakses tgl. 10 Juli diakses tgl. 8 Juli 2008 TANYA JAWAB Emy Mulyani ~ Mengapa pada setiap kelompok lilitan bahan pelapis yang dililitkan pada kawat wolfram hanya dibatasi dari 4 lilitan? Sumarmo ~ Sebab jika jumlah /ilitan pada setiap kdompok /ililan lebih dari 4 /ilitan misalnya 6 atau 7 /ililan, maka pada saat berlangsungnya proses pelapisan. bahan lapisan sebelum menguap akan mencair dan menggantung pada kmvat wolfram. Karena jumlah /ilitanya cllkllp banyak sehingga menjadi berat dan kemungkinan besar akan jatuh dan menempel pada dinding dalam tabung detector sehingga mengaki-batkan tabung menjadi retak dan proses pelapisan tidak dapat dilanjutkan. Sebaliknya jika jumlah /ililan kllrang da"; 4 Iilitan, yang terjadi biasanya bahan lapisan telah habis menguap dan menempel pada dinding dalam tabung detector tetapi lapisannya belum rata dan cukup lebal. 472 ISSN Sumarmo