LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL ii

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL ii Percobaan : Eksperimen Pengukuran Spektrum Differensial dengan SCA Pelaksanaan Praktikum Hari : Senin Tanggal : 16 September 2014 Jam : 9-10 Oleh : Nama : Mei Budi Utami Nim : Anggota Kelompok : 1. Imroatul Maghfiroh ( ) 2. Hanu Lutvia ( ) 3. Mei Budi Utami ( ) 4. Dewi Karmila Sari ( ) 5. M. Patria Mahardika ( ) Dosen Pembimbing : Khusnul Ain S.T, M.Si LABORATORIUM Radiasi UNIVERSITAS AIRLANGGA

2 A. TUJUAN PERCOBAAN 1. Menentukan spectrum deferensial energi α dengan menggunakan sca detector semikonduktor. 2. Menghitung resolusi energi α B. ALAT DAN BAHAN 1. Detektor semikonduktor (559 92) 2. Discriminator preamplifier (559 93) 3. SCA (Singgle Chanel Analyser/559 95) yang termasuk di dalamnya: -Preamplifier -Amplifier -DAC (digital to analog converter) -Diskriminator 4.XY-YT recorder ( ) 5.Sumber radiasi- α Ra-226 dan Am-241 C. DASAR TEORI Pengukuran spektrum energi deferensial dengan mengukur jumlah partikel yang berada dalam interval energi E tertentu,yang hal ini akan sama dengan mengukur jumlah pulsa yang berda dalam interval ΔV tertentu. Hal ini dapat diperoleh dngan cara mengoperasikan SCA sebagai mod diferensial. Jika batas SCA di set pada mode V1 (ataue1) dan jendela memiliki lebar ΔV (atau ΔE) maka hanya pulsa dengan tinggi antara V1 dan V1+ΔV yang akan dicatat. Semua pulsa diluar itu akan dibuang. Resolusi energi Untuk kerja detektor yang digunakan untuk pengukuran energi ditentukan oleh lebar distribusi pulsa sumber energi tunggal,yang ditunjukkan oleh Г Atau FWMH (fulkl with half maximum). Kemampuan detector untuk mengidentifikasi pertikel dengan energi yang berbeda disebut resolusi energi yang dinyatakan dalam, R(E O ) = Г E O...(1) Dengan Г Dalam suatu energi,sedang R(E O ) dalam persen. Ada tiga faktor penting yang memepengaruhi resolusi energi: 1.Fluktuasi statistic dalam sejumlah muatan yang dihasilkan dalam detector 2.Derau elektronik dalam detektor,preampifier dan amplifier 3.Tidak lengkapnya muatan yang dihasilkan dalam detektor

3 N(E) atau n(v) N O N O 2 E O Distribusi tinggi pulsa E atau V D. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Demonstrasi distribusi energi dengan osiloskop 2. Susun peralatan percobaan seperti pada gambar di bawah ini 3. Hidupkan sca selama 15 menit sebelum eksperimen di mulai 4. Letakkan potensiometer (c) untuk integral diskriminator pada skala tengah 5. Periksa setting peralatan yang digunakan seperti berikut a. Setting osiloskop Timer Base Y deflection Triggering :1 ms/cm : 1V/cm : automatic

4 b. Setting SCA swith (d) Switch (e) : Manual : Reset Base potensiometer (f) :0,00 Window potensiometer(g): 30% 6. Amati spektrum energi-alfa (distribusi energi ) yang terlihat pada osilospkop. II. Perekaman spektrum energi dengan xy-recorder 1. Periksalah rangkaian percobaan, apakah sedah seperti pada gambar 2. Buatlah sumbu X:0,1 V/cm,dan sumbu Y : V/cm 3. Sebelum menggunakan pena XY rekorder,saklar (s) di start dan di amati bentuk puncak-puncak dan lebar spektrum. 4. Berkaitan dengan lebar dan tinggi puncak spektrum, berikut ini perlu diperhatikan -spektrum terlalu lebar kecilkan amplifikasi (i) -spektrum terlalu perbesar amplifikasi (i) -puncak terlalu tinggi kurangi lebar window (g) -puncak terlalu rendah perbesar lebar window(g) 5. Ambil sumber am dan amati spektrumnya.hitung resolusinya,dan cari konstanta yang menghubungkan antara energi dan tinggi pulsa. 6. Ganti sumber dengan yang lain,cari tegangan puncak spektrum yang dihasilkan,tentukan energi spektrum alfa tersebut E. DATA PENGAMATAN 1. Data Spektrum Energi-α-Am-241 No. Cacah Cacah Cacah Cacah Cacah Jumlah Kanal

5

6 Jumlah Cacahan Grafik Energi α-am ; No. Kanal 2. Data Spektrum Energi -α-ra-226 No. Cacah Cacah Cacah Cacah Cacah Jumlah Kanal

7

8

9 Jumlah Cacahan Grafik Energi α-ra ; No. Kanal ANALISIS PERHITUNGAN 1) Untuk Am-241

10 Jumlah Cacahan Jumlah Cacahan Grafik Energi α-am ; No. Kanal Grafik Energi α-am ; No. Kanal Series1 Pada Am-241 jumlah rerata cacahan terbanyak terdapat pada kanal 370,sehingga diperoleh skala untuk jarak tiap kanalnya adalah : Diketahui: kanal = 5,6 MeV 370 = MeV Dengan menggunakan interpolasi Lagrange, didapatkan nilai X 1 dan X 2 sebagai berikut : Untuk X 1 diambil nomor kanal 230 dan 240 sebagai intervalnya y C 1 = 1 = 177 = 17,7 x 1 x

11 y C 2 = 1 = 236 = 23,6 x 2 x 1 10 Nilaipolinomialnya P1= 215 Sehingga, P 1 = C 1 (X-X 2 ) + C 2 (X-X 1 ) 215= -17,7 ( X 240 ) + 23,6 ( X 230 ) 215=5,9X X 1 = 236,44 Untuk X 2 diambil nomor kanal 430 dan 440 sebagai intervalnya C 1 = C 2 = y 1 = 235 = 23,5 x 1 x y 1 = 188 = 18,8 x 2 x 1 10 Nilaipolinomialnya P1 = 215 sehingga P 1 = C 1 ( X - X 2 ) + C 2 ( X - X 1 ) 215= -23,5( X 440 ) + 18,8 ( X 430 ) 215=-4,7X X 2 = 434,25 Maka nilai FWHM-nya adalah FWHM = (X 2 X 1 ) x 5,6 MeV 370 kanal FWHM = (434,25 236,44) (0,015 MeV) FWHM = 2,96 MeV Resolusi Energi radiasi yang di dapat : R = FWHM E 0 x 100% R = 2,96 5,6 MeV R = 52,85 % x 100% Jadi, nilairesolusiuntuk Am-241 adalah 52,85 % 2) Untuk Ra-226

12 Jumlah Cacahan Jumlah Cacahan Grafik Energi α-ra ; No. Kanal Grafik Energi α-ra Series ; No. Kanal Jika di perbesar lagi grafik tersebut mempunyai lima puncak yang berturut-turut yakni : Puncak pertama 210, 324 Puncak kedua 250, 298 Puncak ketiga 300,225 Puncak keempat 320,210 Puncak kelima 360, 142

13 Berdasarkan grafik yang kita peroleh untuk Energi puncak system pada : 1. Padatitik1 Energi puncak tertinggi pada kanal x 0,015 = 3,15 MeV 2. Pada titik2 Energi puncak tertinggi pada kanal x 0,015 = 3,75MeV 3. Pada titik3 Energi puncak tertinggi pada kanal x 0,015 = 4,5MeV 4. Pada titik 4 Energi puncak tertinggi pada kanal x 0,015 = 4,8MeV 5. Pada titik 5 Energi puncak tertinggi pada kanal x 0,015 = 5,4 MeV F. PEMBAHASAN Suatu sumber radioaktif yang memiliki nomor atom lebih dari 82 maka secaras pontan akan meluruh menjadi inti turunan memancarkan inti Helium (H 4 2 ) atau yang disebut dengan partikel alfa. Partikel ini sangat massif dan berenergi tinggi serta dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang memiliki rasio neutron terhadap proton yang terlalu rendah. Pada Eksperimen kali ini digunakan sumber radioaktif Am-241 dan Ra-226 dan juga sebuah detector semikonduktor.detektor ini bekerja fotoida silikon yang berupa lapisantipis yang akan menyerap semua energy partikel alfa. Apabila partikelalfa menumbuk lapisantipis tersebut, maka akan terjadi interaksi yang akan menghasilkan pulsa keluaran yang tingginya sebanding dengan energy radiasi alfa tersebut. Lapisan tipis fotoida silicon akan menyerap seluruh partikel alfa yang akan menghasilkan pulsa yang dibangkitkan dari peristiwa terbentuknya pasangan hole-elektron saat partikel alfa menumbuk lapisan silicon. Pulsa yang dihasilkan ini akan sebanding dengan energy alfa, sehingga bisa menentukan energy radiasi yang belum diketahui oleh : Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon peluruhan α memenuhi reaksi yang dinyatakan A I Z A-4 T Z-2 +α

14 dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Sedangkan untuk peluruhan radioaktif 226 Ra menjadi 206 Pb. Dalam eksperimen ini dapat diperoleh turunan peluruhannya: 226 Ra 222 Rn+α 222 Rn 218 Po+α 218 Po 214 Po+α 214 Po 210 Po+α 210 Po 206 Pb+α Dari penurunan peluruhan 226 Ra menjadi 206 Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-masing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda. Dari grafik terlihat spectrum energinya memiliki 5 puncak yang menunjukkan besarnya energi yang dihasilkan partikel α tersebut selama meluruh. Pada eksperimen ini untuk menentukan energy dari partikel α dari Ra-226 digunakan kalibrator Am- 241 yang memiliki spectrum mono energetic radiasi α sebesar 5,6 MeV. Besarnya energy partikel puncak pada spectrum energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206 didapatkan dengan menganalisis spectrum energi Am-241. Puncak energy partikel α pada peluruhan Am-241 terjadi pada kanal 370, sehingga dapat diketahui bahwa 1 kanal mewakili besarny aenergi yang dipancarkan partikel α sebesar 0,015 MeV atau 0,015 x 10 6 ev. Kemudian untuk mengetahui besarnya energy tiap partikel alfa hasil peluruhan, yang dilakukan adalah dengan mencari nomor kanalnya lalu dikalikan dengan 0,015 MeV. Berdasarkan analisis data, diperoleh hasil perhitungan energy partikel alfa untuk masing-masing peluruhan sebagai berikut Nama Energy (MeV) Ra-226 3,15 Rn-222 3,75 Po-218 4,5 Po-214 4,8 Po-210 5,4 Tabel energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206

15 Berdasarkan, seperti yang terlihat pada grafik spektrum energy diatas pada titik 1 yang menunjukan Ra-226 didapatkan E= 1 MeV. Jika dibandingkan dengan nilai pada literature pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: nilai literatur nilai hasil eksperimen nilai literatur X 100% 1 3,15 100% = 68, 25 % 3,15 Pada titik 2 yang menunjukan Po-210 didapatkan E= 3,75 MeV. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahanny asebesar: nilai literatur nilai hasil eksperimen nilai literatur X 100% 5, % = 49,20 % 5,30 Pada titik 3 yang menunjukan Rn-222 didapatkan E= 4,5 MeV. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: nilai literatur nilai hasil eksperimen nilai literatur X 100% 5,48 4,5 100% = 31,11 % 5,48 Pada titik 4 yang menunjukan Po-218didapatkan E= 4,8 MeV. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: nilai literatur nilai hasil eksperimen nilai literatur 100% % = 38,09 % Pada titik 5 yang menunjukan Po-214 didapatkan E= 5,4 MeV. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: nilai literatur nilai hasil eksperimen nilai literatur 100% 7,68 5,4 7,68 100% = 73,38 % FWHM merupakan lebar peak pada setengah energy puncaknya. Resolusi energy radiasi alfa merupakan kemampuan system spectrometer energy radiasi untuk memisahkan antar energy radisai. Hal ini sangat penting karena dapat memberikan informasi seberapa valid informasi energy radiasi yang muncul dalam spectrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi yang kami peroleh dalam percobaan ini 52,85 %.

16 Adanya presentase kesalahan yang cukup besar disebabkan oleh faktor alat maupun faktor praktikan. Selain itu, bisa juga dari sumber radiasi yang sudah sering kali digunakan dalam eksperimen, dan juga eksperimen hanya dilakukan sekali sehingga tidak sesuai dengan nilai literature yang sudah dilakukan eksperimen berkali.kali G. KESIMPULAN Dari eksperimen tersebut didapatkan bahwa: 1.Pada peluruhan inti turunan 226 Ra menjadi 206 Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masingmasing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda 2. Berdasarkan analisis, diperoleh energy partikel tiap alfa tiap puncak dan presentase kesalahannya adalah : Nama Energy Presentase (MeV) kesalahan Ra-226 3,15 68,25 Rn-222 3,75 49,20 Po-218 4,5 31,11 Po-214 4,8 38,09 Po-210 5,4 73,37 3. Besarnya Resolusi Energi radiasi Am-241 sebesar 52,85 % H. DAFTAR PUSTAKA Leybold, General Cataloque of Physics Experiments,1998. Federal Republik of Germany: Technical alterations reserved. Krane,keneth, Modern Physics, John WileySons,inc.,1992. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press). Tipler, Paul A dan Ralph A.Liewellyn.ModernPhysics. Fourth Edition New