Penentuan Spektrum Energi dan Energi Resolusi β dan γ Menggunakan MCA (Multi Channel Analizer)

Transkripsi

1 Penentuan Spektrum Energi dan Energi Resolusi β dan γ Menggunakan MCA (Multi Channel Analizer) 1 Mei Budi Utami, 2 Hanu Lutvia, 3 Imroatul Maghfiroh, 4 Dewi Karmila Sari, 5 Muhammad Patria Mahardika Abstrak Laboratorium Radiasi, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya Dosen Pembina : Drs. R. Arif Wibowo, M.Si Telah dilakukan Eksperimen Radiasi β dan γ yang bertujuan untuk mempelajari spektrum energi radiasi dan menentukan energi puncak radiasi β dan γ. 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 pulseheight analyzer (MCA). Bahan yang digunakan dalam eksperimen ini adalah inti Co-6 sebagai sumber radiasi partikel beta positif atau positron dan inti Cs-137 sebagai sumber radiasi partikel beta atau elektron. Untuk memperolah spektrum radiasi bahan, power supply dinyalakan dan ditentukan tegangannya sehingga program MCA dapat membaca spektrum radiasi yang dikeluarkan oleh bahan. Berdasarkan analisis data pengamatan, resolusi spektroskopi sebesar 33,93 % dengan unsur Co-6 pada HV 825. Dan juga energy radiasi unsure Cs-137 sebesar. dengan presentase kesalahan sebesar.. Kata kunci : Detektor Geiger-Muller, Sumber Co-6; Cs-137, multi channel anailezer DASAR 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 1

2 tinggi yang dikenal dengan nama nomor kanal. Nomor kanal ini akan sebanding dengan energi partikel radiasi. I. 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. II. 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 = FWHM x 1% E R FWHM = resolusi = lebar tinggi tengah ΔE = jarak antar dua energi (E 2 E 1 ) 2

3 FWHM E 1 E 2 III. Kalibrasi Energi Radiasi-γ Untuk memperoleh spektrum energi radiasi-γ 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-γ yang masuk ke dalam detektor. Tinggi pulsa akan berada dalam cendela tertentu akan dicatat dalam nomor kanal tertentu yang juga sebanding dengan energi radiasi-γ. 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-γ yang energinya diketahui. (K 1,E 1) (K 2,E 2 ) (,C) E= m x K +c m = (E 2 E 1 ) / (K 2 K 1 ) METODE PRAKTIKUM Telah dilakukan eksperimen β dan γ menggunakan Multi Channel Analizer(MCA) yang bertujuan untuk mempelajari spectrum radiasi β dan γ. Eksperimen ini dilakukan di Laboratorium Radiasi, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga pada hari Rabu, tanggal 15 September

4 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-6 dn Cs-137. Dalam pencacahan unsur radioaktif ini harus dilakukan secara berurutan agar tidak terjadi kesalahan pengambilan data. Unsur yang pertama adalah Co-6 yang kemudian diletakkan pada detektor sintilator (Leybold 559 9). 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 675 sampai 825 Volt dengan kelipatan 25. Setelah tegangan ditentukan, program MCA dijalankan dan didapatkan spektrum radiasi dari Co- 6 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-6 selesai, resolusi terbaik pada tegangan 825. Selanjutnya diganti denga Cs-137 pada tegangan resolusi terbaik 825 dan akan didapatkan sebuah data seperti sebelumnya. DATA DAN ANALISIS PERHITUNGAN Dari data yang telah kami peroleh yaitu titik-titik yang membentuk sebuah gelombang, kami hanya mengambil beberapa data yang sekiranya terdapat dua buah gelombang berdekatan yang dapat digunakan untuk menghitung resolusinya, data beserta grafiknya adalah sebagai berikut : 1. Unsur Co 6 pada 675 HV x N1 x N1 x N ; ;

5 Unsur Co 6 pada 7 HV x N2 x N2 x N ; ; Unsur Co 6 pada 725 HV x N3 x N3 x N

6 ; ; ) Co-75 x N4 x N4 x N4 x N4 x N4 x N

7 ; ; ) Co-775 x N5 x N5 x N5 x N5 x N5 x N5 x N ; ;

8 6) Co-8 x N6 x N6 x N6 x N6 x N6 x N6 x N ; 267 4; ) Co-825 x N7 x N7 x N7 x N7 x N7 x N7 x N

9 ; ; ) Cs-137 x N8 x N8 x N8 x N8 x N8 x N8 x N8 x N ;

10 Dari Grafik yang diperoleh di atas, maka akan didapatkan data sebagai berikut yang digunakan untuk mencari nilai resolusi optimal dari sumber Co 6 : No H.V. FWHM X 2 -X 1 R = FWHM x 2 x 1 x 1% = = 12 58,33 % = = 15 6 % = = % = = 28 53,6 % = = 32 53,125 % = = 48 47,9 % = = 56 33,93 % Keterangan : FWHM didapat dari tinggi pulsa dibagi dua, itulah lebar FWHM Berikutnya menentukan kurva kalibrasi antara nomor kanal dan energi Co 6. No E (KeV) Nomor Kanal , , Grafik Hubungan antara nomor kanal dan Energi Radiasi y = 1,139x - 3, Penentuan Energi Radiasi unsur Cs 137 : y = 1,139x 3,96 1

11 Dengan x = nomor kanal Cs = 127, maka : y = 1,139x 3,96 = 1, ,96 = 278,512 Energi Radiasi unsur Cs 137 = 278,512 PEMBAHASAN Praktikum kali ini bertujuan untuk menentukan spektrum energi radiasi dari sumber radiasi γ serta menentukan energi radiasi γ (Energi puncaknya), kami hanya menggunakan sumber radioaktif dan unsur daru sinar γ yaitu Co 6 dan Cs 137. 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 gamma (ɤ) adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang berenergi tinggi, tidak memiliki muatan dan tidak memiliki massa. Peluruhan gamma terjadi bila suatu inti atom metastabil bertransformasi menjadi inti atom stabil dengan memancarkan partikel gamma. 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 penentuan resolusi terbaik dari sumber radiasi Co-6, Didapatkan hasil seperti gambar table di bawah ini. Detektor pada percobaan mempunyai nilai resolusi terbaik sebesar 33,93 % yaitu pada HV 825. No H.V. FWHM X 2 -X 1 R = FWHM x 2 x 1 x 1% = = 12 58,33 % = = 15 6 % = = % = = 28 53,6 % = = 32 53,125 % = = 48 47,9 % = = 56 33,93 % Maka yang dipakai sebagai spectrum kalibrator adalah sumber Co dengan HV 825 Volt. Pada H.V 825 dapat diketahui 2 nomor kanal (x puncaknya) unsur Co 6 adalah x 1 = 487 dan x 2 = 431. Unsur Co 6 ini telah diketahui besar energi puncak radiasinya yaitu E 1 = 1173,28 KeV dan E 2 = 1332,464 KeV. Pengkalibrasian dilakukan dengan cara membuat persamaan grafik fungsi dari hubungan nomor kanal dan energi radiasinya. Persamaan yang didapat adalah y = 1,139x 3,96. Resolusi 33,93 % selanjutnya dipakai dalam penentuan energi radiasi unsur Cs 137. Dengan resolusi ini maka akan didapatkan pola distribusi yaang menyerupai gelombang dengan 11

12 satu puncak. Nilai x puncak merupakan nomor kanal dari unsur Cs 137 yaitu 248. Nomor kanal ini kemudian dimasukkan dalam persamaan garis y = = 1,139x 3,96. Hasil inilah yang dinamakan Energi Puncak Radiasi unsur Cs 137 yaitu sebesar E = 278,512 KeV. Menurut literatur yang telah saya temukan besarnya Energi radiasi unsur Cs 137 adalah sebagai berikut : Dari literatur yang ada, maka besarnya prosentase kesalahannya adalah : %kesalahan = 278, x1% = 57,92 % Besarnya presentase kesalahan yang didapat dalam eksperimen ini disebabkan oleh beberapa faktor. Faktor tersebut dari alat yang digunakan maupun faktor praktikan dalam mengolah data. Faktor alat mungkin dikarenakan detektor sintilasi mempunyai kekurangan dalam resolusinya, sehingga tidak dapat memisahkan antar puncak radiasi yang berdekatan. Sedangkan faktor praktikan karena kurangnya praktikan dalam ketelitian menentukan puncak gelombang (nomor kanal) yang akan berpengaruh pada nilai energinya, dan ketidaktepatan dalam penentuan FWHM dan ΔE yang berpengaruh pada pemilihan resolusi terbaiknya. Selain itu, karena eksperimen hanya dilakukan sekali, karena butuh eksperimen berkali-kali agar tidak adanya presentase kesalahan yang cukup besar. KESIMPULAN Dari hasil percobaan maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Resolusi spektroskopi unsur Co 6 sebesar 33,93 % pada HV Energi radiasi unsur Cs 137 sebesar 278,512 KeV dengan prosentase kesalahan sebesar 57,92 % DAFTAR PUSTAKA Beiser, Arthur Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga. 2. Krane, Kenneth. 28. Fisika Modern. Jakarta : Penerbit Erlangga. 3.

13 13 EKSPERIMEN β dan γ