Perbandingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek

Transkripsi

1 76 Dewita,dkk / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time(ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Perbandingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Dewita*, Siswanti Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jl. Babarsari Kotak Pos 1601 ykbb, Yogyakarta * dewit@batan.go.id Abstrak Analisis Aktivasi Neutron (AAN) merupakan satu metode pengukuran untuk menentukan unsur yang terkandung dalam cuplikan lingkungan. Cuplikan hasil aktivasi kemudian dicacah menggunakan sistem spektrometri gamma. Sistem ini mempunyai waktu mati (dead ). Makin tinggi intensitas signal yang mengenai detektor nilai waktu mati akan meningkat dan cacah yang hilang meninggi. Cuplikan lingkungan hasil aktivasi yang terdiri dari beberapa unsur memiliki umur paruh berbeda-beda. Pada saat pengukuran cuplikan hasil aktivasi yang memiliki unsur dengan umur paruh pendek harus segera dicacah sementara itu intensitas radiasi cukup tinggi. Mode ZDT (zero dead ) diberikan oleh sotware Maestro untuk mengatasi hal ini. Makalah ini membandingkan hasil cacah dengan menggunakan LTC (live clock) dan ZDT mode yang diterapkan pada perhitungan umur paruh sejauh mana kedua mode tersebut menyimpang dari nilai yang diharapkan. Hasil eksperimen menunjukan mode ZDT lebih baik dibanding mode LTC untuk pengukuran radioaktivitas umur paruh pendek. Kata kunci: AAN, LTC, ZDT, spektrometri gamma. Abstract Neutron Activation Analysis (NAA) was one of the measurement methods to determine elements in the environmental sample. The activated sample was then being counted by a gamma spectrometry system, which had a dead. When the high signal intensity was came to the detector, the dead will increase and signal lost will be high. The activated environment samples that consist of several elements had varies of half-lives. The measurement of activated samples which have elements with short half-live should be counted immediately, while on the other hand sample s radiation intensity is still high. The ZDT (zero dead ) mode developed by Maestro software could overcome this problem. This paper compared the results of the radiation counting using LTC (live clock) and ZDT mode applied to the calculation of half-life, and examined how far these two modes was deviate from the expected value. The Experiment result showed that the ZDT mode was better than LTC mode especially for the measurement of short half-live radioactivities. Keywords: NAA, LTC, ZDT, gamma spektrometri I. PENDAHULUAN Sistem spektromeri gamma digunakan pada AAN yaitu teknik analisa unsur yang terkandung dalam suatu cuplikan, misalnya cuplikan lingkungan, setelah diaktivasi dengan neutron. Sample hasil aktivasi ini intensitasnya cukup tinggi dan bervariasi [1]. Pada proses pencacahan spektrum energi suatu sumber radioaktif nilai dead mempengaruhi banyaknya cacah yang hilang. Makin tinggi dead (karena intensitas tinggi) makin banyak cacah yang hilang [2]. Oleh karena itu harus diusahakan dead sekecil mungkin. Tetapi bila intensitas radioaktif rendah akan mempengaruhi statistik pencacahan oleh kerena itu cuplikan dicacah dalam waktu yang cukup lama. Pencacahan sumber radioaktif dengan umur paruh panjang, maupun pendek, waktu pencacahan diset lebih pendek dari umur paruhnya[3]. Hal ini diharapkan akan menghasilkan laju cacah dan dead yang tetap. Permasalahan muncul kalau sumber radioaktif dengan umur paruh pendek berada bersama-sama dengan sumber radioaktif umur paruh panjang atau sedang misalnya cuplikan hasil aktivasi, maka pencacahan biasanya dilakukan dengan dead yang lebih tinggi [4] dan waktu cacah yang lebih rendah dari umur paruhnya. Mode zero dead (ZDT) dihadirkan untuk memecahkan masalah ini. Makalah ini membahas perbandingan hasil pencacahan pada mode LTC dan ZDT, yang diterapkan pada pencacahan cuplikan hasil aktivasi neutron. Hasil pencacahan dengan kedua mode tersebut dianalisa sejauhmana ketepatan perhitungan umur paruh sumber radioaktif dengan umur paruh pendek tersebut didapat dengan kedua mode tersebut. Hasil perbandingan diharapkan menjadi informasi bagi operator alat yang selama ini menggunakan mode LTC untuk pencacahan hasil aktivasi. II. LANDASAN TEORI A. Live Time Clock (LTC) Dalam proses pencacahan spektrum energi oleh sistem spektrometri Gamma biasanya membutuhkan waktu antara 1-10 s, dan pada saat itu sistem tidak dapat memproses sinyal yang masuk [3], sehingga sinyal yang tercacah lebih kecil dari cacah yang datang. Waktu pengumpulan atau pencacahan spektrum disebut real (T R), total waktu sistem tidak dapat menerima sinyal

2 Dewita / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas 77 disebut dead (T D) sehingga total waktu hidup (TL) didapat dari persamaan. (1) Biasanya DT (dead dalam %) dinyatakan dalam persen seperti pada persamaan Pencacahan sumber radioaktif umur paruh panjang akan memiliki laju cacah dan dead yang tetap sehingga laju cacah (R i) dapat dinyatakan seperti pada persamaan %. (2).. (3) buffer 0 berisi spektrum LTC sedang buffer 1 berisi spektrum ZDT [3,5]. Pencacahan dilakukan terhadap cuplikan hasil aktivasi 1. Cuplikan Au (emas) yang diaktivasi (sebagai sumber radioaktif umur paruh sedang tunggal). 2. Cuplikan lingkungan hasil aktivasi (sebagai sumber radioaktif campuran dengan umur paruh yang bervariasi pula). Cuplikan Au setelah diaktivasi menjadi Au-198 yang aktif dengan tenaga 411,8 kev waktu paruh 2,6935 hari [6], dicacah selama 5 menit (300 detik). Cuplikan lingkungan menjadi sumber campuran dengan waktu paruh yang berbeda-beda, diambil unsur Al-28 dengan energi 1778,99 kev waktu paruh 2,2406 menit [6], dicacah selama 36 detik. Maka cacah yang diterima oleh detektor atau cacah yang telah dikoreksi N c seperti pada persamaan dengan N u adalah hasil pencacahan. Nilai r = T R/T L yaitu rasio Real /Live adalah tetap untuk laju cacah yang tetap. Apabila dead di atas 65% maka pencacahan makin lama akan berkurang karena efek paralyzable, sehingga persamaan (3) menjadi tidak berlaku [3]. (4) B. Zero Dead Time (ZDT) Seperti telah dijelaskan di atas bila material/bahan radioaktif yang dicacah memiliki umur paruh pendek maka dead akan berubah cepat dan persamaan (3) menjadi tidak berlaku juga. Mode ZDT tetap berpegang pada persaman (4) di mana variabel dead tidak ada, agar persamaan tersebut tetap berlaku maka selama dead dibagi dengan waktu yang sangat sempit 0,1-1,5 ms, sehingga nilai diferensialnya menjadi sama. Pada selang waktu tersebut nilai r diukur. Bila pada saat tersebut ada pulsa masuk maka pada memori selain ditambah 1 juga dikalikan r. Bila tidak ada sinyal yang masuk maka hanya dikalikan r. Apabila MCA yang digunakan tipe Wilkinson maka dead ime tergantung pula pada tinggi pulsa yang datang sehingga dead bervariasi terhadap amplitudo dan intensitas pulsa yang datang. Pencacahan spektrum pada eksperimen ini menggunakan MCA ASPEC 927 buatan ORTEC yang memiliki ADC type Successive- Approximation dengan linearity sliding scale sehingga dead proses pencacahan hanya tergantung intensitas pulsa yang datang. III. TATA KERJA Diagram pencacahan seperti pada Gambar 1. MCA ASPEC 927 menggunakan software MAESTRO memiliki 3 pilihan setting pada mode ZDT yaitu OFF, NORM_CORR dan CORR_ERR. Software ini menyiapkan 2 buffer untuk tempat spektrum. Pada eksperimen ini mode ZDT diset NORM_CORR sehingga Gambar 1. Diagram pencacahan. Penentuan Region of Interest (ROI) mengikuti analisis yang difasilitasi oleh perangkat lunak dalam hal ini MAESTRO. Rumus yang digunakan untuk mencari waktu paruh. (5) N t = laju cacah pada pengukuran akhir N 0 = laju cacah pada pengukuran awal t = selisih waktu antar 2 pencacahan Dicari hasil T ½ yang didapat dari spektrum LTC dan ZDT sejauh mana penyimpangan yang terjadi dari kedua pencacahan tersebut. Ralat menggunakan perambatan ralat σ T1 2 2 t = (ln ( N ( (( σ t)) N 2 N ) + ( 1 2 σ t N N0 ) )) 0 0 = ralat umur paruh T ½ dan = ralat N t dan N 0..(6)

3 78 Dewita,dkk / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time(ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Spektrum Gambar 2 merupakan spektrum unsur Au- 198 yang dicacah selama 5 menit (N 0) setelah selang waktu 911 detik dicacah lagi selama 5 menit (N t). Gambar 3 spektrum cuplikan lingkungan yang diaktivasi sehingga menjadi sumber campuran dengan umur paruh Gambar 2. Spektrum Energi Au-198 saat dicacah mode dengan Mode ZDT pada saat N0 dan dengan t 1211 detik Gambar 3. Spektrum Energi sebagai sumber campuran dengan Mode ZDT pada saat N0 dan, dengan t 893detik bervariasi pula. Terlihat puncak unsur Al-28 setelah 893 detik tidak tampak lagi. Dari data pada Tabel 1 terlihat hasil pencacahan ZDT dan LTC, untuk sumber radiasi umur paruh sedang dan hanya ada satu unsur yang domi nan. Keduanya akan memiliki hasil yang sama bila dead sangat kecil (mendekati 0). Nilai real dan live juga hampir sama akibatnya hasil perhitungan dead pun akan sama. Hal ini menunjukan umur paruh orde hari dan unsur radioaktif tunggal jumlah hasil pencacahan tidak menunjukan perbedaan antara ke dua mode tersebut. Jadi untuk umur paruh sedang dan panjang apalagi dead pencacahan rendah hasil yang didapat akan tidak jauh berbeda. Untuk spektrum energi dengan sumber campuran dan memiliki umur paruh yang berbeda ditunjukan pada Gambar 3, terlihat setelah 893 detik atau 14,88 menit unsur Al-28 sudah tidak tampak lagi. Tabel 1. Hasil pencacahan mode LTC dan ZDT sumber Au-198 Mode T startn0 Cacah Net Err Net real detik live detik dead % LTC 10:58: , ,06 ZDT 10:58: , ,06 LTC 11:13: , ,06 ZDT 11:13: , ,06 Tabel 2 merupakan hasil pencacahan sumber radioaktif campuran dengan mode LTC dan ZDT yang dilakukan selama 5 kali pencacahan dengan waktu cacah 36 detik. Diamati khusus untuk unsur Al-28 terlihat adanya

4 Dewita / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas 79 perubahan real dan dead. Pencacahan pertama dianggap sebagai N 0 sedang pencacahan berikutnya sebagai N t. Pada pencacahan ke 4 untuk LTC, software sudah tidak dapat mendeteksi (me-roi), puncak energi 1778,9 kev sedang pada mode ZDT software masih dapat. Oleh karena itu batas ROI LTC menggunakan batas ROI ZDT. Pencacahan ke 5 yaitu setelah 14,88 menit puncak Al-28 sudah tidak tampak/hilang atau sama dengan cacah latar sehingga tidak diperhitungkan. Tabel 2. Hasil pencacahan mode LTC dan ZDT sumber Al-28. real live dead T Cacah Err Mode startn0 Net Net detik detik % LTC1 10:33: , ,36 ZDT1 10:33: , ,36 LTC2 10:37: ,75 ZDT2 10:37: ,75 LTC3 10:40: ,29 ZDT3 10:40: ,29 LTC4 10:43: , ,79 ZDT4 10:43: , ,79 Tabel 3. Perbedaan laju cacah mode LTC dan ZDT sumber Al- 28 Laju % dead Mode N0 Cacah Err % LTC ,69 1,54 75,36 ZDT ,97 0,72 75,36 (detik) LTC ,86 2,56 65,75 ZDT ,23 1,52 65,75 LTC ,16 4, ZDT ,13 3, LTC ,25 7,12 58,79 ZDT ,95 4,83 58,79 Tabel 3 memberi gambaran persentasi ralat ZDT lebih rendah daripada LTC. Cacah ZDT atau LTC makin rendah, ralatnya makin tinggi. Untuk umur paruh pendek laju cacah antara LTC dan ZDT tetap ada selisihnya (laju cacah, cacah ZDT dibagi real, cacah LTC dibagi live ) tetapi secara statistik pada dead 61% dan 58% nilainya sama (masuk dalam jangkau ± ralat). Tabel 4 merupakan hasil perhitungan waktu paruh Al- 28 antara mode ZDT dan LTC dengan N 0 pada dead 75% dan N t pada dead 65,75% (1), 61,29% (2), dan 58,79% (3). Dari Tabel 4 terlihat pencacahan dengan mode ZDT didapat nilai umur paruh lebih mendekati dengan yang diharapkan, ralatnyapun lebih kecil. Pencacahan dengan dead 61% memberikan hasil yang terbaik. Dengan dead yang makin menurun secara statistik masih masuk dalam jangkau nilai yang diharapkan (selisih terhadap nilai yang diharapkan lebih kecil dari ralatnya). Sedang dengan dead yang tinggi, nilainya menjauh dari yang harapkan tetapi ralatnya makin kecil. Tabel 4. Perhitungan umur paruh sumber Al-28. No Umur Paruh eksperimen (menit) Ralat (menit) Selisih*(menit) Mode Mode Mode LTC ZDT LTC ZDT LTC ZDT 1 2,80 2, ,39 0,16 2 2,48 2, ,07-0,04 3 2,54 2, ,13 0,03 * Selisih umur paruh hasil perhitungan (eksperimen) dengan umur paruh sesungguhnya. Umur paruh Al-28 = 2,41 menit [6] (sesungguhnya). V. KESIMPULAN Pencacahan dengan mode ZDT lebih akurat dibanding mode LTC untuk radioaktifitas umur paruh pendek pada suatu cuplikan campuran dan dapat diterapkan pada dead 75-58%. PUSTAKA [1] M. Blaauw, R. F. Fleming, R. Keyser, Digital signal processing and zero-dead- counting, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 248, no. 2, 2001, pp [2] Amol Patil, Dead Time And Count Loss Determination for Radiation Detection Systems In High Count Rate Applications, Ph.D. dissertation, Missouri University Of Science And Technology, Missouri, [3] Dale Gedcke, Simply Managing Dead Time Errors in Gamma-Ray Spectrometry, Application Note AN63, application%20notes/an63.pdf?la=en, diakses tanggal 17 Juli [4] S Pommé, R Fitzgerald and J Keightley, Uncertainty of nuclear counting, IOP science, metrologia vol. 52, 2015, pp. S3-S17. [5] ----, Loss Free Counting with Uncertainty Analysis Using ORTEC s Innovative Zero Dead Time Technique, Application Note AN pdf?la=en, diakses 17 Juli [6] Menno Blaauw, The k0 Consistent IRI Gamma-ray Catalogue for INAA, Interfacultair Reactor Instituut van de Technische Universiteit Delf TANYA JAWAB Argo Satrio W, BATAN Apakah dilakukan variasi jarak sampel ke detektor dalam setting sistem pencacah yang dilakukan saat eksperimen? Jika tidak, mengapa dilakukan? Tidak, karena dijauhkan untuk unsur umur paruh pendek akan cepat hilang, sementara dengan jarak 0 terhadap detektor mungkin masih dapat dideteksi

5 80 Dewita,dkk / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time(ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Dwi Satya Palupi, UGM Apakah dead hanya pada detektor GM saja ataukah terdapat pada detektor lain, faktor apa yang mempengaruhi besarnya dead apakah hanya detektor atau ada faktor lain? Juga terdapat pada detektor lain. Tidak hanya detektor tetapi sistem instrumentasi atau sistem elektroniknya, instensitas sinyal yang datang bila rendah dead rendah, juga mempengaruhi.