SPEKTROSKOPI-γ (GAMMA)

Transkripsi

1 SPEKTROSKOPI-γ (GAMMA)

2

3 SPEKTROSKOPI-γ (GAMMA) Veetha Adiyani Pardede M , Program Studi Fisika FMIPA UNS Jl. Ir. Sutami 36 A, Kentingan, Surakarta, Jawa Tengah ABSTRAK Aras-aras inti dipelajari guna [engamatan radiasi-γ yang dipancarkan oleh inti anak hasil peluruhan yang bersifat radioaktif maupun yang stabil. Sinar γ memiliki daya tembus yang tinggi serta merupakan gelombang electromagnet dan relative mudah dideteksi. Detektor sintilasi mampu untuk mendeteksi sinar γ dalam satua mempunyai resolusi 24% dalam menangkap energy radiasi γ.. Detektor NaI(Tl) dan digunakan sebagai sumber dalam menentukan energy radiasi γ yang dipancarkan oleh radiasi γ dan. Besar, sehingga radiasi γ yang dipancarkan. Kata kunci: radioaktif barium, radiasi sinar γ, peluruhan cesium radioaktif 1. PENDAHULUAN digunakan 1.1 LATAR BELAKANG Unsur radiaoaktif alam dan buatan menunjukkan aktivitas kemudian untuk dapat mengidentifikasi unsure atau isotop-isotop radioaktif yang yang ada di dalamnya. Hasil pengukuran sama yaitu radiasi sinar-α, sinar-ß, dan intensitas radiasi suatu sumber selalu sinar-γ. Salah satu sifat menguntungkan

4 merupakan gabungan antara radiasi yang dari daya berasal dari sumber dan lingkungan Kekuatan sekitarnya. Oleh karena itu diperlukan sinar radioaktif tembusnya tembus yang sinar-sinar radiasi yang adalah tinggi. ini suatu percobaan spekstroskopi sinar dipengaruhi oleh daya ionisasinya. Sinar gamma guna mengetahui energy gamma radioaktif terdapat pula di udara. yang dipancarkan oleh bahan radioaktif, Tersebar secara

5 distribusi acak. gamma dapat Spektrometer sinar radioaktif, digunakan untuk menganalisis sumber 1 dan. maka 1.2 TUJUAN - Mempelajari cacah latar Mempelajari spectrum isotop - Mempelajari pengaruh terhadap beberapa jenis isotop Jenis Energi Probabilitas radionuklida Cd kev 3,70% Cs keV 85% Co kev 99% dan 1332 kev 100% (Hendriyanto Haditjahyono: 2006) waktu spectrum isotop - Mempelajari spectrum isotop -

6 Mengkalibrasi - detektor dengan Dalam menghitung energy partikel dan kalibrasi alpha dan beta yang dipancarkan dalam detektor untuk menentukan energy perluruhan radioaktif di depan diangap gamma dari suatu sumber radioaktif tidak ada sinar gamma yang dipancarkan. yang belum diketahui energinya Jika ada sinar gamma yang dipancarkan Menggunakan (isotop hasil dalam peluruhan radioaktif, dianggap ) tidak ada sinar gamma yang dipancarkan, 1.3 DASAR TEORI maka energy yang ada (Q) harus dibagi Secara definisi, radiasi merupakan bersama antara partikel dengan sinar salah satu cara perambatan energi dari gamma. Ada tiga proses utama yang suatu sumber energi ke lingkungannya

7 dapat terjadi apabila radiasi melewati tanpa membutuhkan medium atau bahan bahan, yaitu efek fotolistrik, hamburan penghantar tertentu. Radiasi memiliki Compton dan produksi pasangan. Ketiga dua sifat yang khas, yaitu tidak dapat proses tersebut melepaskan elektron dirasakan secara langsung oleh panca yang selanjutnya dapat mengionisasi indra manusia dan beberapa jenis radiasi atom-atom lain dalam bahan. (Beiser: dapat menembus berbagai jenis bahan. 1999) Energi radiasi (E) merupakan kekuatan dari setiap oleh bergantung Tabel Probabilitas dan energi - isotop radiasinya kepada tegangan anoda (kv). (background counting) pencacahan energi Detektor yang umum digunakan radiasi yang dipancarkan sumber

8 radiasi. Bila dalam sumber terbuat tingkat atau nilai energi radiasi yang tergantung pada radionuklidanya. Kalau radiasinya pesawat berupa gamma adalah detektor sintilasi NaI(Tl). Detektor ini radiasinya berupa radionuklida maka dipancarkan spektroskopi dari bahan yang dapat memancarkan kilatan cahaya apabila jenis berinteraksi sumber dengan sinar

9 gamma. Efisiensi detektor bertambah dengan sinar-x, 2 meningkatnya volume Kristal sedangkan Titik batas antara interaksi Compton resolusi energy tergantung pada kondisi dan efek foto listrik menghasilkan pembuatan pada saat pengembangan puncak energi yang disebut Compton Kristal. Sinar gamma yang masuk ke edge. Puncak Backscatter disebabkan dalam detektor berinteraksi denganatomoleh foton yang telah dihamburkan atom bahan sintilator menurut efek keluar ternyata didefleksi balik kedalam fotolistrik, hamburan Compton dan detektor pasangan produksi, yang akan sehingga Sebagian besar

10 terdeteksi energi foton ulang. 137 Cs menghasilkan kilatan cahaya dalam (89,98%) dipancarkan dengan energi sintilator. Jika energi radiasi yang 661,65 kev, tetapi ada juga foton yang dipancarkan oleh unsur radioaktif Csdipancarkan dengan energi masing- 137 diserap seluruhnya oleh elektronmasing: 4,47 kev (1,04%), 31,82 kev elektron pada kristal detektor NaI(Tl) (2,07%), 32,19 kev (3,82%) dan 36,40 maka efek kev (1,39%). Energi foton sebesar 4,47 fotolistrik yang menghasilkan puncak kev terlampau kecil untuk terdeteksi energi oleh detektor NaI(Tl). Tiga energi interaksi ini (photopeak) disebut pada

11 spektrum gamma pada daerah energi 661,65 kev. berikutnya (31,82, 32,19 dan 36,40 kev) Apabila berinteraksi terlalu dekat untuk dapat dipisahkan dengan sebuah elektron bebas atau yang oleh detektor NaI(Tl) sehingga muncul terikat lemah, misal elektron pada kulit sebagai terluar suatu atom, maka sebagian energi rata photon akan diserap oleh elektron dan karakteristik spektra dari isotop kemudian setiap isotop mempunyai karakteristik foton gamma terhambur. Interaksi ini disebut dengan hamburan Compton. multiplet dengan energi rata- 32,89 kev. Demikian

12 contoh, pola spektral yang berbeda-beda yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi isotop-isotop tersebut. (M. Syamsa: 2002) Gambar Spektrum Gamma 137 Cs 3 2. METODE PENELITIAN 2.1 Alat dan Bahan - Seperangkat alat spectrometer gamma (1 Set) o MCA o Detektror NaI(Tl) - Sumber Radiasi o Cs buah o Co-60 1 buah o Ba buah Gambar MCA dan Layar 3. DATA 2.2 Flowchart Percobaan Terlampir MCA, layar, detektor dihidupkan Tabel 3.1 Puncak-puncak Energi Tiap MCA TIME Sumber Radioaktif Detektor Dihidupkan Cs-137 Co-60 CH

13 Cs-Ba KeV menit START 4. PEMBAHASAN Sinar-sinar radioaktif memiliki Analisis Spektrum karakteristik yang unik dan berbeda satu 2.3 Gambar Alat sama lainnya, walaupun berasal dari sumber yang sama. Salah satu sifat menguntungkan dari sinar radioaktif adalah daya tembusnya yang tinggi. Kekuatan tembus sinar-sinar radioaktif ionisasinya. kemampuan ini dipengaruhi Daya sinar oleh daya ionisasi adalah radioaktif menarik elektron dari atom-atom yang dilewatinya. Partikel-γ memiliki daya ionisasi paling lemah. Untuk mengionisasi, atom sinar Gambar Detektor NaI(Tl) radioaktif akan menggunakan energi yang dimilikinya, sehingga semakin kuat daya 4 ionisasinya semakin banyak energinya yang Percobaan diawali dengan mencacah

14 hilang. Hal ini tentu saja berpengaruh pada udara daya tembusnya. Sinar-γ memiliki daya counting. Foton yang bergerak di udara tembus paling kuat, Di udara terbuka sinar-γ merupakan tidak kehilangan banyak energi karena daya seperti ionisasi untuk molekul-molekul udara lemah. gelombang Sinar menumbuk gamma (γ) elektromagnetik adalah berenergi radiasi tinggi, tidak sebagai cacah latar/background gelombang sinar-γ elektromagnetik, yang

15 juga merupakan elektromagnetik. lapisan Peristiwa materi Sinar-γ detektor yang NaI(Tl). dikenai oleh bermuatan dan tidak bermassa. Sinar gamma energy/foton akan menghasilkan salah satu dinyatakan dengan notasi dari tiga peristiwa efek fotolistrik, efek. gamma Compton, dan produksi pasangan. Ketiga bertujuan untuk mencari pola distribusi, peristiwa tersebut menghasilkan elektron mengamati mempelajari akibat eksitasi elektron. Sebuah foton berarti, serta satu kelipan berarti satu sinar-γ yang berarti Percobaan spektroskopi cacah latar,

16 spectrum isotop dan satu buah elektron. Ketika sebuah atom yang pengaruh waktu terhadapnya. elektronnya tereksitasi, maka terjadi kekosongan pada kulit elektron tadi. Akibat kekosongan tadi, maka akan terjadi deeksitasi, dimana proses deeksitasi elektron selalu menghasilkan foton. Foton tersebut Gambar 4.1 Bagian Detektor Sintilator1 memasuki foto layar elektrik sehingga terjadi Detektor yang digunakan merupakan efek detektor sintilasi, sintilasi merupakan kelipan, suatu bahan yang dapat Detektor terdapat dynode (banyak diode), yang mana ketika sebuah elektron menumbuk diode sintilasi pertama yang mempunyai beda potensial mempunyai lapisan permukaan berbahan NaI(Tl). Setelah

17 permukaan (berarti jumlah proton banyak), maka sebuah merupakan elektron lapisan foto layar elektrik, dan PMT (Photonics Multiplayer Tube), fotolistrik menghasilkan elektron. Di dalam PMT sinar-γ, sinar-α, maupun sinar-β disebut sintilator. Efek menghabiskan energy dari foton tadi, dan memancarkan kelipan cahaya apabila berinteraksi dengan dengan fotolistrik. tersebut (tergandakan), tabung akan sehingga termultiplikasi akan banyak elektron yang dihasilkan dari diode tersebut, pengganda. dan diode selanjutnya. Hasil elektron dari 1

18 sinar-γ yang menumbuk detektor sintilasi , James H. Wittke g/pmtube.gif tadi akan dilewatkan ke penguat muka 5 preamplifier untuk diubah menjadi pulsa detektor untuk membedakan energi radiasi tegangan. Amplitude pulsa tegangan yang yang berdekatan. Suatu detektor diharapkan keluar dari penguat muka masih sangat kecil mempunyai resolusi yang sangat kecil (high (dalam orde milivolt). Oleh karena itu, pulsa resolution) sehingga dapat membedakan tegangan menggunakan energi radiasi secara teliti. Resolusi detektor rangkaian penguat amplifier sehingga pulsa disebabkan oleh peristiwa statistik yang tegangan keluaran sekitar beberapa volt dan terjadi dalam proses pengubahan energi ditampilkan dalam bentuk histogram melalui radiasi, noise dari rangkaian elektronik, serta MCA (Multi Channel Analyzer). Tinggi ketidak-stabilan ini diperkuat kondisi pengukuran.

19 percobaan mempunyai pulsa (CH), sebanding dengan tenga radiasi γ, Detektor pada dan banyaknya pulsa (CT). Dari data yang (lampiran). Jika dibandingkan dihasilkan selama, terlihat bahwa dengan puncak distribusi cacah latar bersifat acak. Keacakan waktu pencacahan, maka dapat dilihat bahwa ini dikarenakan udara terus bergerak karena banyaknya cacah ketika pengaruh angin, dan angin terus bergerak kali lipat dengan dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih ini dikarenakan banyaknya sinar-γ di sekitar rendah. udara yang memasuki detektor semakin Percobaan kedua mempelajari spectrum isotop hampir dua ketika. Hal

20 banyak seiring lamanya waktu pencacahan.. Dari data, dapat ditentukan Percobaan kedua menggunakan bahan backscatter-nya (2395) pada channel 6. radioaktif Puncak Backscatter disebabkan oleh foton channel 6 sebanyak 3096 cacah, Compton yang telah dihamburkan keluar ternyata edge pada channel 35 sebesar 2402 cacah. didefleksi balik kedalam detektor sehingga mempunyai puncak pada channel 152 terdeteksi ulang. Dengan Compton edge, titik dan 178 dengan cacah 3123 dan batas antara interaksi Compton dan efek foto Pada listrik menghasilkan puncak energi, pada dan Terlihat bahwa puncak cacah bernilai 7866 dan FWHM (Full Width at. bernilai dengan nomor channel 71. Puncak Half Maximum) pada channel 63 serta 80 channel dengan besar cacah Dari data tersebut cacah dapat ditentukan resolusi detektor (R), adalah

21 selanjutnya, secara bergantian dalam waktu mempunyai puncak pada channel 71 detektor percobaan menggunakan bahan radioaktif channel (2653) pada channel 21. Isotop Resolusi. Dengan backscatter pada 151 dan 177 dengan banyak masing-masing Banyaknya cacah pada kemampuan dan 2213., tidak terlalu jauh dengan dengan yang tidak digabung. Pengkalibrasian dilakukan pada channel amplifier mengkalibrasi dengan energinya (lampiran). sinar-γ detekor 40. Cara

22 mengkalikan Gambar 4.2 Peluruhan2 memancarkan sebesar Dari puncak energy (sinar-γ) yang dan dipancarkan oleh. Masing-masing puncak dari berarti cesium memiliki besar energy γ yang dipancarkan oleh barium, 55 didapat persamaan garis proton. Salah satu isotop cesium, memiliki neutron, dibuat sebuah grafik (grafik 7) untuk menentukan energy tersebut 82 dan atau =. Dari perhitungan (lampiran) besar 137 energy γ barium senilai "nukleon". Isotop ini disebut 137Cs. Sebuah

23 Perbedaan nukleus dari 137 Cs tidak stabil dan akhirnya besar. energy γ yang akan meluruh ke inti energi yang lebih dihasilkan dari percobaan dengan sumber rendah, 137 Ba, yang memiliki 56 proton dan yang tertera di kotak penyimpanan radioaktif, 81 β. dikarenakan detektor sintilasi mempunyai Namun elektron yang dipancarkan tidak kekurangan dalam resolusinya, sehingga dapat pergi jauh, karena diserap di dalam tidak dapat memisahkan antar puncak radiasi sampel atau di dinding detektor. Ada juga yang berdekatan. neutron dengan peluruhan neutrino yang dipancarkan, yang bergerak 5. KESIMPULAN menjauh dengan kecepatan cahaya dan - sangat tidak mungkin untuk berinteraksi

24 Cacah latar/ background counting dengan apa pun. Dalam beberapa menit merupakan terjadi peluruhan menjadi inti barium ke detektor tanpa ada bahan radioaktif. keadaan dasar dengan memancarkan foton Cacah berenergi cukup tinggi (sinar-γ memiliki mengurangi energi 0,66 MeV). Energi sinar-γ senilai detektor. dengan perbedaan antara energi dari keadaan tereksitasi dan dasar, dan hal ini dipancarkan oleh cacahan digunakan dari untuk cacah dari serapan - Pola distribusi bersifat random. - Resolusi spektroskopi sebesar 24% dengan radioaktif 137Cs sesuai dengan percobaan dimana sinar-γ yang latar hasil

25 bernilai 2. ity_lab.html Besarnya energy gamma untuk Metode unsure Jakarta: Erlangga. terletak Haditjahyono, Hendriyanto Prinsip pada jumlah CT (cacah) hampir Dasar dua kalinya. M. Radiasi. ning/pengukuran_radiasi/_private/prin Syamsa. sip_dasar.pdf Pengembangan Spektrometer Sinardioactivity_lab.html

26 Gamma Dengan Sistem Identifikasi Isotop Pengukuran DAFTAR PUSTAKA Ardisasmita, Tiruan. Beiser, Arthur Konsep Fisika Modern. dengan dan Syaraf KSTN_13/M%2520Syamsa2.pdf Pengaruh variasi waktu pada pencacahan Jaringan Radioaktif Menggunakan mg/pmtube.gif LAMPIRAN 1. GRAFIK Grafik 1. Cacah Latar t=60s

27 Grafik 2. Cs-137, t=60s 71; CT CH Grafik 3. Co-60, t=60s ; ;

28 Grafik 4. Cs-137 & Co-60, t=60s 71; ; ;

29 Grafik 5. Ba-133, t=60s ; Grafik 6. Cs-137, t=120s 72;

30 Energi Grafik 8. Cs 137 dan Co y = x R² = CH 2. PERHITUNGAN Resolusi detektor Puncak barium pada channel

31