p~ ~ N~ H~ N~ ~ ~X ~ c" ISSN 1c,10-')6g6 RANCANG BANGUN PENGANALISIS KANAL TUNGGAL Herry Mugirahardjo dan Eddy Santoso Puslitbang Iptek Bahan BATAN, Kawasan PuspiptekSerpong, Tangerang ABSTRAK RANCANG BANGUN PENGANALISIS KANAL TUNGGAL Telah dirancang-bangun alai penganalisis kanal tunggal (single channel analyzer-sca ) Alat ini selalu digunakan pada sistem pencacah spektrometer maupun difraktometer neutron Alat ini terdiri alas diskriminator, anti koinsiden dan pembentuk pulsa yang dibuat dengan menggunakan rangkai~n terpadu (IC) dan komponen tertentu dengan toleransi yang tinggi Untuk menganalisis tinggi pulsa, alai ini menggunakan dua buah diskriminalor yaitu Lower Level Discriminator (LLD) dan Upper Level Discriminator (ULD) Untuk mendapatkan ketelitian yang tinggi pada pembacaan (level) diskriminator maka dipakai potensiomeler 10 putaran Keluaran Penganalisis Kanal Tunggal berbentuk pulsa segi empat dengan tinggi :!: 4 volt dan lebar :!: 0,5 Jls yang merupakan pulsa standar sebagai masukan rangkaian pencacah berikutnya ABSTRACT ENGINEERING OF SINGLE CHANNEL ANAL YZERSingle Channel Analyzer (SCA) has been developed This kind of analyzer has been used frequently at either Spectrometer or Difractometer Neutron counting system The SCA consists of discriminator, anti coincident and pulse shaper using integrated circuits and some high precision components Two discriminators (LLD and ULD) are used to analyzed the pulses They are using a 10 turn potensiometer to get a precision reading on discriminator level Output of the SCA is a standard pulse (square pulse with :t 4 volts high and:t 05 Ils wide) as an inputo the next counter PENDAHULUAN Penganalisis kanal tunggal adalah alat yang selalu dipakai pacta sistem pencacah radiasi bahan radioaktif Alat ini berfungsi untuk memilih tinggi pulsa yang diinginkan sesuai dengan kebutuhan dalam penelitian Pacta umumnya diagram blok sistem pencacah radiasi dapat dilihat pacta Gambar 1 Untuk mengukur intensitas radiasi maupun untuk mendapatkan kurva distribusi energi dari suatu bahan radioaktif, pacta umumnya digunakan sistem pencacah radiasi dengan diagram blok seperti pacta Gambar 1 Detektor akan bekerja dengan adanya sumber tegangan tinggi yang dicatu oleh sumber tegangan tinggi Tegangan ini dapat diatur sesuai dengan tegangan kerja dari jenis detektor yang dipakai Energi radiasi bahan radioaktif diubah oleh detektor menjadi pulsa-pulsa listrik, kemudian dikuatkan beberapa kali oleh penguat awal Setelah melalui kabel yang cukup panjang dari lokasi pengukuran ke tempat pencacahan, pulsa-pulsa dikuatkan dengan menggunakan penguat berikutnya Penguat ini selain berfungsi sebagai penguat, juga berfungsi untuk membentuk pulsa sehingga keluarannya berbentuk gaussian dan amplitudonya akan sebanding dengan energi radiasi yang dideteksi oleh detektor Untuk memiiih tingkatan radiasi bahan radioaktif dapat dilakukan dengan memilih tinggi pulsa dari penguat dengan menggunakan Penganalisis Kanal tunggal atau Single Channel Analyzer (SCA)Keluaran penganalisis kanal tunggal ini kemudian dicacah dalam waktu tertentu dengan menggunakan pewaktu Untuk memilih tinggi pulsa yang dikehendaki dilakukan dengan mengatur dua buah potensiometer yang berfungsi sebagai diskriminator level rendah (LLD) clan diskriminator level tinggi (ULD) Pulsa masukan yang amplitudonya berada diantara batas tegangan LLD clan ULD akan menghasilkan keluaran, sedangkan yang amplitudonya diluar batas tersebut akan diredam Keluaran dari rangkaian ini lebarnya :t 0,5 ~s clan tingginya :t 4 volt dimana kondisi ini sesuai dengan masukan alat pencacah Alat ini banyak digunakan di Balai Spektrometri -P3IB, selain untuk memilih tinggi pulsa, juga dipakai sebagai peredam pulsa gangguan (noise) pada sistem pencacah neutron Alat ini dirancang bangun dengan menggunakan komponen-komponen yang ada di pasaran sehingga alat 154 ~, ~ J-: 2001
~~P~~T~ H~""~,~ ini murah harganya serta perbaikannya mudah untuk melakukai1 PRINSIP KERJA Gambar 1 Diagram blok sistem pencacah radiasi TEORI Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa masukan dihubungkan dengan komparator LLD dad ULD, Keluaran komparator LLD diubah bentuknya oleh pembentuk pulsa menjadi pulsa persegi dengan lebar :!: 0,5 ~s dad tinggi :!: 4 volt Kalau amplitudo masukan acta diantara tegangan preset LLD(Vpl) dad ULD(Vp2), maka pada komparator ULD tidak ada keluaran sehingga rangkaian anti-koinsiden akan meneruskan pulsa dati pembentuk pulsa sebagai keluaran Kalau masukan melebihi tegangan Vp2 maka akan ada keluaran pada komparator ULD dad rangkaian anti-koinsiden akan meredam pulsa dati rangkaian pembentuk pulsa, sehingga tidak ada keluaran pada penganalisis kanal tunggal Bentuk pulsa dati penganalisis kanal tunggal dapat dilihat pada Gambar 3 Rangkaian lengkap penganalisis kanal tunggal yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 4 dad prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: Sinyal masukan melalui pembagi tegangan RIo dad R11 dad masuk ke IC pada masukan tidak membalik (non inverting) Komparator AI dad A2 yang berfungsi sebagai ULD dad LLD, masukan membaliknya (inverting) dihubungkan dengan tegangan preset ULD dad LLD yaitu keluaran IC pengikut tegangan ~ dad A3 Tegangan preset LLD diperoleh dari rangkaian pembagi tegangan (RI, VR1 dad potensiometer PJ yang dilewatkan IC A3 dad preset ULD merupakan penjumlahan dari tegangan preset LLD dad pembagi tegangan upper level (R3, V~ dad P2 ) untuk skala 10 Volt dad skala I Volt diseri dengan R2 dad VR3 pada rangkaian penjumlah IC4o Ada 3 kemungkinan tinggi amplitudo masukan terhadap tegangan preset LLD dad ULD yaitu: Amplitudo masukan lebih rendah dari preset LLD, maka pada kedua komparator tidak ada keluaran sehingga tidak ada perubahan pada penganalisis kanal tunggal Amplitudo masukan berada di antara preset LLD dan ULD, maka hanya ada pulsa keluaran pada komparator LLD ( kaki 9 IC AV Saat pulsa ini turun maka pada keluaran monostabil Asb ada keluaran dengan lebar :t 0,5 ~s Karena komparator A I tidak ada keluaran maka keluaran Q RS flip-flop yang dibentuk oleh IC A6 akan menjadi logik I dan membuka gerbang AND (IC A7) untuk meneruskan pulsa dari Asb sehingga pada penganalisis kanal tunggal ada keluaran dengan tinggi :t 4 Volt dan lebar :t 0,5 ~s Amplitudo masukan melebihi tinggi preset ULD, maka pacta kedua komparator timbul pulsa keluaran Keluaran komparator A I akan men-set RS flip-flop dan keluaran Q akan menjadi 0 sehingga gerbang AND akan tertutup, maka tidak acta keluaran pacta penganalisis kanal tunggal HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian dilakukan untuk mengetahui linieritas clan sensitivitas dari penganalisis kanal tunggal yang telah dibuat, dengan menggabungkannya dengan peralatan penunjang pengujian seperti pada Gambar 5 Langkah Pengujian Linieritas LLD adaiah sebagai berikut: ~, 6 J~ 2001 155
Amplitudo pembangkit pulsa di-set dati 0-10 volt dengan langkah 0,5 volt Preset OLD di set 0,025 volt dan posisi helipot LLD diatur dari minimum sampai maksimum sehingga keluaran penganalisis kanal tunggal muncul di layar osiloskop Setiap perubahan amplitudo pulsa, posisi dad tegangan preset LLD dibaca Hasil pengujian linieritas LLD dapat dilihat pada Tabel 1 dad graflk seperti pada Gambar 6a dad 6b Langkah Pengujian Linieritas ULD adalah sebagai berikut: Amplitudo pembangkit pulsa di-set dati 0-10 volt dengan langkah 0,5 volt Preset LLD diset 0,4 volt dad posisi helipot ULD diatur dari minimum sampai maksimum sehingga keluaran penganalisis kanal tunggal muncul dad hilang lagi di lajar osiloskop Setiap perubahan amplitudo pulsa, posisi dan tegangan preset OLD dibaca Hasil pengujian linieritas OLD dapat dilihat pacta Tabel 2 dad grafik seperti pacta Gambar 6a dad 6b Pengujian Semi/wi/as Sensitivitas LLD adalah tinggi amplitudo pulsa minimum yang masih dapat menghasilkan keluaran pada penganalis kanal tunggal dad sensitivitas OLD adalah selisih minimum antara tegangan preset OLD dad LLD Dengan menggunakan diagram blok Gambar 5 dilakukan pengujian sensitivitas LLD dad ULD sebagai beritcut Pengujian sensitivitas LLD dengan cara: Tegangan preset LLD di-set pada 0 volt dan ULDdi-set 1,0 volt Amplitudo pembangkit pulsa diatur sampai tidak ada keluaran pada penganalisis kanal tunggal yang dimonitor oleh osiloskop Dari hasil pengujian didapatkan sensitivitas LLD sebesar 10 mvolt, Pengujian sensitivitas ULD dengan tara: Tegangan preset LLD di-set pada 1,0 volt, Amplituda pembangkit pulsa diatur sedikit lebih besar dati 1,0 volt 156 ~I 6 J~ 2001
~~P~~T~ H~ H~, ~ Tegangan perset ULD diatur sampai minimum dimana masih ada keluaran pada penganalisis kanal tunggal Dari pengujian didapat sensitivitas ULD adalah 20 mvolt Pengujian Reso/usi Karena di fasilitas kami tidak mempunyai alat untuk mengukur resolusi maka resolusi didapat dengan cara pendekatan yaitu 3 kali lebar pulsa keluaran penganalisis kanal tunggal = 3 x 0,5 ~s Tabel1 Data pengujian linieritas LLD Amplitudo masukan (voltl 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 s:s ~ 95W Posisi helipot LLD foutaranl 05 10 15 20K~ 35 40 45 50 55 60 649 7012 80 is1 9:0-95 10 Tegangan preset LLD rvoltl 0250 0501 0750 1000 1248 1499 1747 1997 2248 2497 2749 2999 3248 3498 3747 3998 4247 4497 4746 4997 0 0 2 4 6 8 10 Amplitudo Masukan [volt] Tabel 2 Hasil pengujian linieritas ULD Amplitudo masukan [volt) 05 10 15 20 25~ 35 40U -s:o- 55M 6-:5 70 75 s:o!1 90 95 10 Posisi helipot OLD foutaran) 010 060 111 161 210~ r6o -m-~ 510~ 6:6i" 710 7:6'i" -m 9:6i" Tegangan preset OLD ryoltl 0249 o:m~t"ijo3 1252~ 1752 2001~ I499 2750-- 3001 3250 3499 3751 3999 4251 4499 4750 5002 KESIMPULAN Linieritas penganalisis kanal tunggal cukup baik yaitu ~ 0, I % untuk LLD dan OLD ~ 0,2% 2 Sensitivitas LLD cukup baik yaitu 10 mvolt clan ULD sedikit lebih besar yaitu 20 mvolt, untuk mengatasinya dilakukan dengan menambah penguatan pada penguat sebelumnya 3, Resolusi alat ini baik yaitu < 1,5 f1s PUSTAKA [I] CANBERRA-USA, Operation Manual Single Channal Analyzer, model 2030 [2] CANBERRA-USA, Operation Manual SingleChannal Analyzer, mode12015a [3] ELEKTUUR, Data Sheet Book I -Data IC Linier, TTL dan CMOS, alih bahasa WasaitoS, ~, 6 J~ 2001 157
~~P~~T~ H~H~,i/IJ, [4], [5] Penerbit PT Elex Media Komputerindo, Kelompok Gramedia, Jakarta 1985 INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Special Projects, IAEA, 1987 COUGHLINROBERTF, DRISCOL FREDERICK, Penguat Operasional Terpadu, alih [6] bahasa IrHennan WidodoS, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985 TOCCI, RONALDJ, Principle and Aplications, Prentice Hall, New Jersey, 1988 158 ~I 6 J~ 2001