RANCANG BANGUN SISTEM PENAMPIL DIGITAL PENCACAH LUDLUM

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PENAMPIL DIGITAL PENCACAH LUDLUM TOTO TRIKASJONO, MUHAMAD JAFAR, NUGROHO TRI SANYOTO Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional Jl. Babarsari P.O.Box 6101 YKBB Yogyakarta Telp : (0274)48085, ; Fax : (0274) tototrikasjono@yahoo.com Abstrak Rancang bangun sistem penampil digital pencacah ludlum merupakan penambahan suatu sistem dari alat yang sudah ada, yaitu pencacah Ludlum Inti dari pembuatan alat ini adalah mengubah hasil cacahan yang ditampilkan pada sistem pencacah yang berupa analog menjadi digital. Dalam pembuatan tampilan digital tersebut diperlukan IC mikrokontroler AT89S52 yang berisi program untuk mengolah pulsa dari sistem pencacah, LCD 16x2 sebagai media penampil dan tombol push-on sebagai masukan perintah untuk mikrokontroler. Dalam sistem tampilan yang dibuat ini hasil cacahan ditampilkan dengan satuan cps, cpm dan juga dikonversikan ke mr/jam dan msv/jam. Dengan nilai pengkonversiannya 1 cacah = 0,01836 mr/jam. Pada sistem penampil ini juga telah dilakukan pengujian secara statis dengan nilai penyimpangan 1,99%; 3,74%; dan 2,37%. Selain itu juga dilakukan pengujian dinamis dengan sumber radioaktif dan didapatkan nilai chi square test 14,77 dengan tingkat keyakinan 95%. Berdasar hal tersebut, maka sistem penampil yang telah dibuat ini dapat dikatakan dapat diandalkan secara statistik. Kata kunci : Sistem pencacah Ludlum177-50, Mikrokontroler AT89S52, LCD 16x2, tombol push-on. Abstract Design and construct digital displayed ludlum counter is the addition of a system of tools that already exist, namely Ludlum counter system. The purpose of the tool is to change the results of the digital display on the counter system in the form of analog into digital. In the view of making the digital IC is needed microcontroller AT89S52 that contains the program to process credit system counter, LCD 16x2 as media and a push-button on the command as an input to microcontroller. In view of the system made this result with digital display unit cps, cpm, and also converted to mr/hr and msv/hr. With the value of convertion 1 count = mr / hr. On a system this has also done a static test with a value of 1.99% aberration; 3.74% and 2.37%. In addition, dynamic testing is also done with the radioactive source was found and chi square test value of with 95% confidence level. By doing so, then a system that has been created it can be said this can be statistically reliable. Keywords : Ludlum counter system, Microcontroller AT89S52, 16x2 LCD, Push the button-on. PENDAHULUAN Seperti telah diketahui bahwa suatu zat radioaktif mempunyai suatu pancaran radiasi nuklir berbahaya yang tidak dapat diketahui/dideteksi secara langsung menggunakan panca indera manusia, oleh karena itu maka diperlukannya suatu peralatan untuk mengetahui ada tidaknya suatu pancaran radiasi dari zat radioaktif. Peralatan yang dimaksud mutlak diperlukan untuk hal-hal yang berkaitan dengan bahan radioaktif dan juga halhal lain yang berhubungan dengan pemanfaatannya. Misalnya pada pengukuran Toto Trikasjono, dkk 299 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

2 radiasi dan tingkat kontaminasi, baik dari sumber alfa, beta, gamma/sinar-x maupun neutron. Salah satu dari beberapa alat untuk mendeteksi adanya zat radioaktif tersebut diatas adalah sistem pencacah (counter), yaitu jenis alat pantau kontaminasi yang dirancang untuk maksud-maksud tertentu, misalnya dirancang untuk pemantauan kadar kontaminasi zat radioaktif dalam udara yang dipasang secara tetap (fix monitor) atau dirancang khusus untuk pemantauan kontaminasi permukaan. Hal-hal yang berkaitan dengan zat radioaktif dan pemanfaatannya terus mengalami kemajuan seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat yang tentunya akan lebih memudahkan manusia dalam mencari atau menerima informasi berkaitan dengan zat radioaktif tersebut. Kemajuan teknologi tersebut salah satunya dapat diterapkan pada alat ukur pendeteksi radiasi yaitu berupa tampilan digital hasil cacahan dari sistem pencacah. Inovasi atau pengembangan merupakan suatu cara untuk meningkatkan kualitas dan menjawab tuntutan jaman. Inovasi yang dilakukan adalah melengkapi peralatan yang sudah ada dengan komponen baru, sehingga dihasilkan unjuk kerja yang lebih baik serta sesuai dengan kebutuhan saat ini. Dalam penelitian ini dirancang suatu penampil digital dari sistem pencacah Ludlum model yang masih berupa analog dan juga penambahan sistem pewaktu (timer) semi otomatis. Proses pengkonversian sistem penampil analog ke digital yaitu menggunakan mikrokontroler AT89S52 yang akan ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display) begitu juga untuk sistem pewaktunya menggunakan mikrokontroller yang sama. Di dalam sebuah AT89S52 sudah terdapat fasilitas counter sebagai pencacah dan timer sebagai pewaktunya, sehingga untuk merancang penampil pencacah ke LCD beserta pewaktunya cukup dengan menggunakan sebuah mikrokontroler AT89S52. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan unjuk kerja alat, juga dapat memudahkan dalam pembacaan hasil cacahan dari sistem pencacah Ludlum dan mengurangi tingkat kesalahan yang terjadi pada saat pembacaan dengan tampilan analog. DASAR TEORI Sistem Pencacah Sistem pencacah nuklir merupakan peralatan pengukur radiasi yang sangat mutlak diperlukan pada suatu fasilitas nuklir, yaitu suatu alat yang dipakai untuk mengukur intensitas radiasi beta dan gamma. Pada dasarnya yang diukur oleh sistem pencacah adalah intensitas radiasi yang memasuki detektor, jadi bukan aktivitas sumber sebenarnya [1]. a. Detektor Detektor radiasi bekerja dengan cara mendeteksi perubahan yang terjadi di dalam bahan penyerap, karena adanya perpindahan energi ke bahan tersebut. Setiap jenis radiasi mempunyai cara berinteraksi yang berbedabeda terhadap detektor, sehingga suatu bahan yang sensitif terhadap suatu jenis radiasi belum tentu sensitif terhadap jenis radiasi yang lain [2]. Detektor akan bekeja secara optimum jika beroperasi pada tegangan kerja yang menjadi spesifikasinya. Pada detektor Geiger Muller tegangan kerja yang demikian disebut daerah plato. Dari gambar 1 tegangan kerja detektor V0 dipilih pada daerah plato V2-V1 atau tepatnya pada 1/3 sampai 1/2 lebar plato [3]. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN 300 Toto Trikasjono, dkk

3 b. HV (High Voltage) Rangkaian ini berfungsi sebagai pencatu daya untuk detektor. Setiap detektor memerlukan tegangan searah (DC) yang cukup tinggi dengan nilai yang berbeda-beda tergantung dari tegangan kerja dari detector yang dipakai. Sumber tegangan ini dapat memberikan tegangan searah yang dapat diatur (variabel) sesuai tegangan kerja dari detector yang dipakai. c. Pre amp (penguat awal) Oleh karena daya dari pulsa listrik yang dihasilkan sebagian besar detektor masih terlalu lemah, maka diperlukan rangkaian penguat awal ini untuk menghindari hilangnya pulsa tersebut pada transfer impedance dengan rangkaian berikutnya. d. Amplifier (penguat utama) Fungsi rangkaian ini adalah untuk memperkuat pulsa listrik sampai tingkat yang sesuai untuk proses selanjutnya. e. Diskriminator Rangkaian ini digunakan untuk membedakan pulsa yang memasukinya berdasarkan ketinggian pulsa. Gambar 1. Kurva Plato Detektor GM f. Pencacah (counter) Berfungsi untuk menghitung dan menampilkan jumlah pulsa listrik yang memasuki detektor dalam selang waktu tertentu. g. Timer Rangkaian ini berfungsi untuk menghentikan pencacahan bila selang waktu yang ditetapkan sudah tercapai. h. Inverter Rangkaian ini hanya digunakan pada detektor GM untuk membalik pulsa negatif yang dihasilkan detektor menjadi positif. Sistem Pencacah Ludlum Merupakan sistem pencacah dengan alarm yang diproduksi oleh Ludlum Measurements Inc,. Alat ini dirancang multipurpose, yaitu dapat digunakan untuk berbagai macam jenis detektor, seperti Geiger Muller (GM), sintilasi dan juga proporsional dengan tegangan kerjanya 200 sampai 2500 volt. Pencacah model ini menggunakan sumber tegangan listrik 220 volt AC atau 6 volt DC dari baterai. Jenis pencacah ini mempunyai tampilan Toto Trikasjono, dkk 301 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

4 hasil cacah dalam meteran analog dengan satuan cpm yang jangkauannya 10 1M cpm. Gambar 2. Tampilan Pencacah Ludlum Dalam pencacah ini terdapat beberapa panel di bagian depan maupun belakangnya dengan fungsi masing-masing. Seperti untuk pengaturan HV, pengaturan alarm, pengecekan catu daya, dan sebagainya. Mikrokontroler AT89S52 Mikrokontroler AT89S52 memiliki 40 kaki dan dilengkapi dengan 8K byte memori flash internal, 256x8 bit RAM internal, serta tiga buah timer/counter 16 bit. Dari 40 kaki tersebut 2 kaki adalah sumber daya, 2 kaki dihubungkan ke Kristal, 1 kaki untuk reset, 3 kaki untuk fungsi kontrol yang meliputi EA, ALE dan PSEN, 32 kaki sisanya merupakan bagian yang paling penting dari mikrokontroler yang dinamakan port. Masing-masing port memiliki 8 jalur yaitu : port 0, port 1, port 2 dan port 3. Liquid Crystal Display (LCD) LCD merupakan suatu modul display yang tersusun dari susunan dot matrik kristal cair. Suatu LCD tersusun dari dot matrix LCD Controller, segment driver, serta LCD Panel. Dimana controller LCD telah terintegrasi dengan RAM/ROM pembangkit karakter atau CGRAM (Character Generator RAM) dan DDRAM (Display Data RAM). CGRAM merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter di mana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Bahasa Pemrograman Dalam penelitian ini, program pada mikrokontroler dibuat menggunakan software BASCOM 8051, yaitu software untuk membuat program mikrokontroler dengan bahasa BASIC. Didalam software BASCOM 8051 ini terdapat fasilitas compile untuk mengkompilasi menjadi file-file dengan ekstensi.hex dan.bin. salah satu file tersebut nantinya akan ditanamkan (didownload) ke dalam IC mikrokontroler AT89S52 menggunakan downloader. Konversi Satuan Radiasi Berdasarkan teorinya, hasil cacahan (cps atau cpm) yang didapatkan dari suatu pencacah dapat dikonversikan ke satuan laju paparan (mr/jam). Dengan menggunakan beberapa persamaan berikut. R Eff At. p Dengan : Eff = Efisiensi detektor R = Laju cacah (cpm atau cps) At P = Aktivitas sumber radioaktif (Ci) = Probabilitas sumber radioaktif 1 Selanjutnya ditentukan nilai laju paparannya At X 2 d Dengan : X = Laju paparan radiasi (mr/jam) = Faktor gamma sumber radioaktif (mr.m 2 /Ci.jam) At = Aktifitas sumber radioaktif (Ci) d 2 = Jarak pengukuran (m) PELAKSANAAN PENELITIAN Pada penelitian ini merupakan pengembangan dari peralatan yang sudah ada, maka dalam pelaksanaan penelitiannya sistem yang dibuat dijadikan satu atau digabung dengan peralatan yang sudah ada, yaitu sistem pencacah Ludlum Dalam pelaksanaanya, pembuatan alat ini terdiri dari dua bagian yaitu rancang bangun rangkaian (hardware) dan pembuatan program penampil (software). Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN 302 Toto Trikasjono, dkk

5 Pembuatan Hardware Gambar 3. Blok Diagram Penampil Digital Ludlum Gambar 4 merupakan konfigurasi mikrokontroler dengan rangkaian LCD dan tombol. Port-port yang dihubungkan disini berpengaruh terhadap konfigurasi program yang akan dimasukkan pada mikrokontroler AT89S52, oleh karena itu pada program harus disesuaikan agar tombol dan LCD dapat match dengan sistem mikrokontrolernya. Gambar 4. Rangkaian Minimum Sistem Penampil Digital Dengan adanya mikrokontroler, dapat dibuat sistem pewaktuan pencacahan sesuai dengan yang diinginkan, yaitu dengan memasukkan program kedalam mikrokontroler tersebut. Selain itu, dalam mikrokontroler AT89S52 juga terdapat fasilitas counter yang digunakan untuk mencacah sinyal masukan dari sistem pencacah Ludlum Untuk tampilan hasil cacahan dalam AT89S52 juga terdapat fasilitas keluarannya yaitu berupa portport I/O yang dapat dihubungkan dengan rangkaian LCD. Rangkaian tombol berfungsi sebagai masukan perintah terhadap mikrokontroler untuk melakukan program tertentu yang sesuai dengan konfigurasi dari program yang diisikan ke dalam mikrokontrolernya. Sedangkan LCD adalah sebagai media penampil hasil cacahan terhadap pulsa masukan pada mikrokontroler, adapun pulsa masukan dihubungkan ke mikrokontroler pada Timer1 (P3.5). Toto Trikasjono, dkk 303 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

6 Pembuatan Software Pembuatan software adalah program yang ditanamkan ke mikrokontroler, berupa program cacah yang diatur pewaktuannya selama selang waktu tertentu, setelah selesai akan ditampilkan hasil cacah tersebut dalam satuan cps dan cpm, dan jika ditekan tombol stop akan tertampil hasil konversi cacah tersebut menjadi laju dosis dengan satuan mr/jam dan msv/jam. Untuk bahasa program yang digunakan adalah bahasa Basic dengan software Bascom 8051, program yang akan diisikan ke mikrokontroler didownload menggunakan software ISP programmer. Cara mendownloadnya adalah dengan menghubungkan kaki MOSI, MISO dan SCK pada mikrokontroler dengan konektor DB25 pada komputer. Didalam program yang diisikan juga terdapat pengaturan konfigurasi tombol dan LCD yang terhubung dengan mikrokontrolernya dan konfigurasinya dibuat sama agar komunikasi antara mikrokontroler dengan keduanya bisa dilakukan. Adapun rangkaian tombol yang dihubungkan ke mikrokontroler, pengaturan dalam programnya difungsikan sebagai : 1. Tombol Reset berfungsi untuk membuat mikrokontroler menjadi nol dari keadaan sebelumnya. 2. Tombol Time berfungsi sebagai pengatur waktu, apakah manual atau diatur selang waktu tertentu. Penekanan tombol ini 1x berarti waktu diatur manual, tekan 2x = waktu 10 detik, tekan 3x = waktu 1 menit, tekan 3x = waktu 10 menit, tekan 4x = 30 menit. 3. Tombol Rise berfungsi sebagai pelipat dari waktu yang diatur pada tombol Time. Penekanan 1x berarti waktu dari Time dikali 1, begitu seterusnya hingga kelipatan 5x. 4. Tombol Start berfungsi untuk memulai pencacahan sesuai dengan waktu yang sudah diatur pada tombol sebelumnya. 5. Tombol Stop berfungsi untuk menghentikan proses pencacahan, penekanan tombol stop saat pencacahan akan menghentikan waktu pencacahan pada tampilan LCD dan kemudian akan berganti menjadi hasil cacahan dengan satuan cps dan cpm. Jika penekanan tombol Stop dilakukan satu kali lagi maka akan tertampil hasil laju dosis dalam satuan mr/jam dan juga msv/jam, nilai tersebut merupakan hasil konversi dari besar cacahan yang didapat. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian Statis Pengujian dilakukan dengan membandingkan respon sistem penampil dengan frekuensi masukan yang dapat diatur nilainya seperti pada function generator. 1. Waktu 10 detik Tabel 1. Hasil cacahan untuk t =10 detik No Frekuensi (Hz) Cacah (cps) Cacah (cpm) Error (%) , , , , , , , ,1 Rata-rata penyimpangan (error) 1,99 Dari data tabel 1, diperoleh grafik pada Gambar 5. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN 304 Toto Trikasjono, dkk

7 waktu 10 detik cacah sistem y = x R 2 = cacah LDC 2. Waktu 1 menit Gambar 5. Grafik Kelinieritasan Pencacah dengan t =10 detik Tabel 2. Hasil cacahan untuk t =1 menit No Frekuensi (Hz) Cacah (cps) Cacah (cpm) Error , , , , , , , , , ,79 Rata-rata penyimpangan (error) 3,74 Gambar 6. Grafik kelinieritasan pencacah dengan t = 1 menit Toto Trikasjono, dkk 305 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

8 3. Waktu 10 menit No Tabel 3. Hasil cacahan untuk t = 10 menit Frekuensi (Hz) Cacah (cps) Cacah (cpm) Error (%) , , , , , , , , ,6 Rata-rata penyimpangan (error) 2, waktu 10 menit y = 1.027x R 2 = 1 cacah sistem cacah LDC Gambar 7. Grafik Kelinieritasan dengan t = 10 menit Berdasarkan dari ketiga grafik yang diperoleh, diketahui bahwa sistem pencacah mikrokontroler mempunyai kelinieran yang cukup bagus terhadap perubahan frekuensi, begitu juga untuk penyimpangan yang terjadi tidak terlalu besar. Pengujian Dinamis Pengujian dinamis dilakukan yaitu dengan membandingkan hasil cacahan dari sistem mikrokontroler terhadap cacahan pencacah Ludlum Sumber radiasi yang digunakan Cs-137, dengan jarak pengukuran 5 cm dan waktu cacah 10 detik. Detektor yang digunakan adalah detektor jenis Geiger Muller merk Ludlum Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN 306 Toto Trikasjono, dkk

9 Tabel 4. Hasil pengujian dengan t = 10 detik No Xi = Cacah mikro (cpm) Xii = Cacah alat (cpm) E = Error (%) Xi , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , N=20 Xi = E = 1,02 Xi 2 = Dari data pada Tabel 4, dapat ditentukan nilai chi square test untuk mengetahui kestabilan dari sistem penampil. Harga Chi square test (X 2 ) didefinisikan sebagai : X 2 Xi N = 20 Xi = Xi 2 = Xi 2284 ( Xi) 2 = Xi ( N Xi) X X = 14, Didapatkan harga Chi square test = 14,77 Untuk tingkat keyakinan (Confidence level) sebesar 95%, harga X 2 harus terletak diantara dua batas yang ditentukan oleh jumlah pengukuran (N) [7]. Harga batas X 2 dengan beberapa harga N dapat terlihat pada tabel berikut. Tabel 5. Beberapa harga batas Chi square test [7] Jumlah pengukuran (N) Harga batas X 2 Minimum Maksimum 10 3,3 16, ,1 30, ,7 42,6 Jika dari nilai Chi square test yang didapat diatas dibandingkan dengan harga batas pada tabel 5, maka ternyata 14,77 terletak pada jangkauan yang baik (10,1 30,2). Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sistem Toto Trikasjono, dkk 307 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

10 penampil yang dibuat dapat diandalkan secara statistik. PEMBAHASAN Untuk satuan hasil dari cacahan dalam sistem yang dibuat terdapat satuan cps dan cpm, sedangkan dari sistem pencacahnya menggunakan satuan cpm. Dalam sistem yang dibuat, hasil cacahan juga dikonversikan ke satuan laju dosis yaitu mr/jam dan msv/jam. Pengkonversian yang dilakukan adalah dengan mengacu dari tampilan skala logaritmik model lain pada tipe pencacah yang sama. Seperti yang terlihat dalam Gambar 8. Gambar 8. Tampilan skala logaritmik Dengan jenis tampilan tersebut diatas, dapat diketahui nilai korelasi antara cpm dengan mr/jam, yaitu dengan melihat skala pada posisi full scale. Penghitungan nilai konversi yang didapat adalah : Posisi full scale 0,2 mr/h = 660 cpm 0,003 mr/m = 660 c/m 1 c = 5 x 10-6 mr x 3600 maka : 1 c = 0,01836 Nilai tersebut dimasukkan ke dalam program yang akan didownload ke sistem mikrokontroler, sehingga setiap hasil cacahan yang diproses dapat terkonversi secara langsung. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Dari sistem penampil yang telah dibuat beserta pengujian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal antara lain 2. Dari pengujian statis yang dilakukan, didapatkan persentase penyimpangan 1,99% untuk waktu 10 detik, 3,74% untuk waktu 1 menit, dan 2,37% untuk waktu 10 menit. Nilai koefisien korelasi untuk ketiga waktu pencacahan tersebut = Dari pengujian dinamis, didapatkan nilai Chi square test = 14,77. Untuk tingkat keyakinan (confidence level) 95%, nilai tersebut sudah memasuki range yang ditentukan, yaitu 10,1 14,77 30,2. Dengan demikian sistem yang dibuat dapat diandalkan secara statistik. 4. Nilai konversi satuan cpm ke mr/jam pada sistem ini adalah 0,01836, berdasarkan pada korelasi skala tampilan yang lain pada jenis alat yang sama. 5. Berdasarkan analisa data dari hasil pengujian yang dilakukan, maka dapat dikatakan bahwa sistem penampil digital yang dibuat dapat mengkonversi hasil cacahan dari pencacah Ludlum yang berupa skala logaritmik, sehingga akan lebih memudahkan dalam pembacaan. Saran 1. Sistem tampilan digital yang dibuat ini masih terbatas pada hasil cacahan yang diubah ke digital, untuk ke depannya diharapkan semua nilai yang ditampilkan pada sistem pencacah Ludlum dapat diubah ke digital, seperti untuk pengaturan HV, tes BAT, dan lain sebagainya. 2. Untuk kedepannya agar lebih dilengkapi dengan menambahkan mesin cetak untuk data yang diperoleh, sehingga data akan lebih dapat dipertanggung jawabkan dan dipercaya. DAFTAR PUSTAKA 1. AKHADI, MUKHLIS, 1994, Monitor Radiasi, Diklat Petugas Proteksi Radiasi PUSDIKLAT BATAN, Jakarta. 2. PUSDIKLAT, 1991, Sistem Pengukuran Radiasi, Diklat Keahlian Dasar Bidang Tenaga Atom PUSDIKLAT BATAN, Jakarta. 3. STTN-BATAN, 2007, Alat Deteksi dan Pengukuran Radiasi, Petunjuk Praktikum ADPR, STTN BATAN Yogyakarta Maret 2009, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN 308 Toto Trikasjono, dkk

11 5. KRISNA, SARI NILA, 2008, Rancang Bangun Penampil Cacah Untuk Penentuan Plato Detektor Geiger muller Berbasis Personal Computer, Tugas Akhir STTN BATAN, Yogyakarta AT89S MURSITI, 2005, Pembuatan Sistem Pencacah Nuklir Berbasis Mikrokontroler AT89C51, Tugas Akhir STTN BATAN, Yogyakarta. 8. AMINJOYO, SURATMAN, 1997, Pengukuran Radioaktivitas Beta, Pusat Penelitian Nuklir BATAN, Yogyakarta eter AT89S52. Toto Trikasjono, dkk 309 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

12 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir BATAN 310 Toto Trikasjono, dkk