LAPORAN PRAKTIKUMAPLIKASI TEKNIK NUKLIRMATERI :BETA GAUGING

Disusun Oleh :

Nama

: Anwar Jundiy

NIM

: 011200306

Jurusan

: Teknokimia Nuklir

Semester

: VI

Tanggal Praktikum

:

Asisten

: Maria Christina P. S.ST, M.Eng

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIRBADAN TENAGA NUKLIR NASIONALYOGYAKARTA2015

Pengukuran Ketebalan Kertas Kalender (Thickness Gauging) Dengan Radiasi Beta

A. Tujuan

1. Memahami aplikasi radiasi beta dalam Thickness Gauging

2. Mengetahui nilai Half Value Thickness kertas kalender

3. Mengukur ketebalan sampel kertas

B. Dasar TeoriRadiasi

Pemancaran radiasi b adalah proses inti atom atau penyusun inti memancarkan elektron (b-) atau positron (b+) dan terbentuk inti atau partikel lain, sebagai contoh:neutronb-+proton

proton b+ +neutron

Cu-64b-+Zn-64

Na-24b-+Mg-24

C-11b++B-11

Selain itu, inti atom dapat menangkap elektron, sehingga proton akan berubah menjadi neutron. Fenomena ini pertama kali diramalkan oleh KAWA dan SAKATA pada tahun 1935. Peristiwa ini disebut dengan penangkapan elektron dan sejenis dengan radiasi b.

Unsur radioaktif alam yang diketahui pertama kali mempunyai sifat dapat memancarkan radiasi b adalah Ra dan Th. Sehubungan dengan kemajuan penelitian di bidang pembelahan inti dan produksi inti buatan diketahui bahwa pada dasarnya semua inti atom dapat memancarkan radiasi b.

Pada pemancaran radiasi b, jumlah muatan inti atom tidak berubah, tetapi pada pemancaran radiasi b-, nomor atomnya bertambah 1, sedang pada radiasi b+ dan tangkapan elektron, nomor atomnya berkurang 1.

Energi dari Radiasi bBerbeda dengan spektrum energi yang dipancarkan oleh partikel a yang bersifat diskrit, spektrum energi partikel b (elektron dan positron) bersifat kontinu, seperti ditampilkan pada Gambar 1,

Gambar 1. Energi Kinetik Elektron

yang berarti bahwa besarnya energi mempunyai rentang dari harga terkecil tertentu sampai harga terbesar tertentu. Hal ini pertama kali ditemukan oleh Chadwick pada tahun 1914.

Pada tahun 1927, C.D. Ellis dan W.A. Wooster memasukkan RaE (Bi-210) ke dalam pengukur panas, dan mengukur energi semua radiasi yang mengandung partikel b yang dipancarkan. Hasilnya menunjukkan bahwa besarnya energi 1 inti atom RaE yang dipancarkan rata-rata sebesar 350 40 keV. Besarnya energi ini lebih kecil dari nilai maksimum spektrum energi partikel b yang dipancarkan oleh RaE, yaitu sebesar 1050 keV, tetapi hampir sama dengan nilai rata-rata spektrum yaitu 390 40 keV. Dengan kenyataan ini, dapat disimpulkan bahwa partikel b yang dipancarkan mempunyai spektrum energi yang kontinu.

Pada tahun 1932, Sir J. Chadwick menemukan neutron, dan W. Heisenberg mengemukakan teori bahwa inti atom terdiri dari proton dan neutron. Dari penemuan ini, maka orang berpendapat bahwa radiasi b adalah perubahan inti dan dapat dituliskan sebagai berikut:

neutron proton + e-

Pada tahun 1931, V. Pauli menemukan jawaban terhadap persoalan energi dan penyimpanan energi gerak sudut pada radiasi b, dengan memperkirakan bahwa pada waktu pemancaran radiasi b, dalam waktu yang bersamaan dipancarkan pula partikel tidak bermuatan, yang disebut neutrino. Partikel yang dipancarkan bersama elektron disebut anti neutrino, dan partikel yang dikeluarkan bersama positron dinamakan neutrino.

neutron proton + e- + n" (anti neutrino)

proton neutron + e+ + n (neutrino)

Interaksi Radiasi Partikel Bermuatan

Interaksi radiasi partikel bermuatan ketika mengenai materi adalah proses Coulomb, yaitu gaya tarik menarik atau tolak menolak antara radiasi partikel bermuatan dengan elektron orbital dari atom bahan. Ionisasi

Proses ionisasi adalah peristiwa lepasnya elektron dari orbitnya karena ditarik atau ditolak oleh radiasi partikel bermuatan. Elektron yang lepas menjadi elektron bebas sedang sisa atomnya menjadi ion positif. Setelah melakukan ionisasi energi radiasi akan berkurang sebesar energi ionisasi elektron. Peristiwa ini akan berlangsung terus sampai energi radiasi partikel bermuatan habis terserap. Radiasi alpha yang mempunyai massa maupun muatan lebih besar mempunyai daya ionisasi yang lebih besar daripada radiasi yang lain.

Gambar 2. Proses Ionisasi

Eksitasi

Proses eksitasi adalah peristiwa loncatnya (tidak sampai lepas) elektron dari orbit yang dalam ke orbit yang lebih luar karena gaya tarik atau gaya tolak radiasi partikel bermuatan. Atom yang mengalami eksitasi ini disebut dalam keadaan tereksitasi (excited state) dan akan kembali kekeadaan dasar (ground state) dengan memancarkan radiasi sinar-X.

Gambar 3. Peristiwa Eksitasi Brehmsstrahlung

Proses Brehmsstrahlung adalah peristiwa dibelokkannya atau bahkan dipantulkannya radiasi partikel bermuatan oleh inti atom dari bahan. Ketika radiasi tersebut dibelokkan atau dipantulkan maka akan timbul perubahan momentum sehingga terjadi pemancaran energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang disebut sebagai Brehmsstrahlung.

Gambar 4.Peristiwa BrehmsstrahlungReaksi Inti

Dalam peristiwa ini, radiasi partikel bermuatan berhasil masuk dan ditangkap oleh inti atom bahan, sehingga inti atom bahan akan berubah, mungkin menjadi inti atom yang tidak stabil. Fenomena ini disebut sebagai proses aktivasi. Akan tetapi ada juga yang hanya sekedar bereaksi tanpa menghasilkan inti yang tidak stabil seperti reaksi partikel alpha bila mengenai bahan Berilium akan menghasilkan unsur Lithium dan radiasi neutron.

+ Be Li + n

Berbeda dengan tiga peristiwa di atas, peristiwa reaksi inti ini tidak terjadi pada semua jenis materi.Aplikasi radioisotop untuk gauging

Pemakaian radioisotop dalam bidang industri, khususnya dalam bidang teknik gauging terbilang banyak dijumpai. Teknik gauging adalah teknik pengukuran dengan menggunakan radioisotop dan teknik pengukuran ini ada beberapa macam, yairu thickness gauging, level gauging dan density gauging. Cara kerja teknik pengukuran ini berdasarkan :

1. Cara Transmisi

2. Cara back scatering

Cara TransmisiTeknik pengukuran dengan cara transmisi adalah dengan memanfaatkan sifat atenuasi atau penyerapan radiasi oleh suatu bahan. Perbedaan intensitas radiasi sebelum melewati suatu bahan dan sesudah melewati suatu bahan digunakan untuk mengukur bahan tersebut. Oleh karena I0; I ; dan bisa diketahui nilainya, maka harga X ( tebal ) suatu bahan dapat ditentukan.

Cara pengukuran tebal bahan ini yang digunakan dalam industri yang diubah menjadi proses penetapan tebal bahan secara otomatis. Gambar berikut ini menunjukan prinsip pengukuran tebal bahan secara otomatis dalam industri, misalkan yang dijumpai pada pabrik baja yang memproduksi baja lembaran ( roll ). Pelat baja roll dengan ketebalan tertentu akan terus berputar ke kiri dan akan berhenti secara otomatis bila ada perubahan tebal bahan. Perubahan tebal bahan akan menyebabkan intensitas radiasi yang ditangkap oleh detektor berubah dan perubahan ini akan diteruskan ke alat kontrol.

I = I0e-xDengan:

= Koefisien atenuasi bahan

X = Tebal bahan

I0 = Intensitas radiasi sebelum melewati bahan

I = Intensitas radiasi setelah melewati bahanSumber RadiasiJenis Aplikasi Gauging Transmisi

Pm-147 (beta)

Tl-204 (beta)

Kr-85 (beta)

Sr/Y-90 (beta)

Sinar-X

Am-241 (gamma)

Cs-137 (gamma)

Co-60 (gamma)Densitas kertas

Ketebalan kertas, karet, tekstil

Ketebalan cardboard

Ketebalan logam tipis; ketebalan tembakau dalam rokok

Ketebalan baja sampai 20 mm; level cairan dalam kaleng

Ketebalan baja sampai 10 mm; isi botol

Ketebalan baja sampai 100 mm; isi pipa/tangki

Isi tungku pembuat arang; isi tempat pembakaran batu bata

C. Alat dan BahanAlat1. Seperangkat sistem pencacah Geiger-Muller (GM)

2. Jangka Sorong

3. Gunting

4. Pinset

Bahan1. Sumber Radiasi Beta (Sr-90)

2. Sampel Kertas Kalender Standar

3. Sampel Kertas yang akan diukurD. Langkah Kerja1. Perangkat sistem pencacah dinyalakan2. Dicari tegangan kerja detektor GM.3. Cacah background dilakukan.4. Sumber beta dicacah dengan jarak 1 cm tanpa menggunakan sampel.

5. Ketebalan sampel kertas kalender diukur dengan jangka sorong.

6. Sumber beta dicacah dengan jarak 1 cm dengan sampel kertas kalender standar diatasnya7. Hasil dicatat dan dicari koefisien atenuasi () kertas kalender standar.

8. Langkah 5 dilakukan dengan sampel kertas lain namun dengan jarak yang sama.9. Ketebalan sampel kertas lain dicari.E. Data Pengamatan Tegangan

: 780 kV Waktu cacah

: 100 sekon Sumber

: Sr-90 (nov 2011) , 1 Sumber untuk efisiensi: Cs-137 (nov 2011), 1 Cacah background(cacah): 94 cacah

Cacah awal (I0) (cacah): 10566 ; 10387

Ukuran sampel

: 5,5 x 3,5 cm2 Data cacahan standard an Sampel :

F. Pengolahan Data

Cacah background

= 94 cacah

Cacahan standar sebenarnya= Cacahan Cacahan background

Aktivitas Sumber (semua kelompok)

=

Cacah awal

= 103,825 cpsEfisiensi detector

= Menentukan Koefisien atenuasi

Dengan Rumus:

Dapat dicari koefisien atenuasi bahan dengan metode grafik. Jumlah cacahan berbanding lurus dengan intensitas radiasi sehingga dapat digunakan untuk mewakili.

Berdasarkan grafik, dapat diketahui nilai koefisien atenuasi () untuk bahan plastik adalah 0,35

Menentukan Half Value Thickness (HVT)

Nilai HVT dapat diketahui dari persamaan grafik di atas dengan nilai I adalah setengah dari I0.y

= 102.5 e-0.35x0,5 = e-0.35xln 0,5 = -0,35x

x = 1,98 cmMenentukan Ketebalan Sampel

Sampel 1 (Kertas Karton)76,09333 = 102.5 e-0.35x0,742

= e-0.35xln 0,742= -0,35x

x

= 0,85 cm Sampel 2 (Kertas Majalah)

74,516 = 102.5 e-0.35x0,727

= e-0.35xln 0,727= -0,35x

x

= 0,911 cmG. Pembahasan

Pada praktikum ini dilakukan pengukuran ketebalan material dengan metode beta thickness gauging, Prinsip beta thickness gauging adalah pemanfaatan daya tembus (transmisi) radiasi beta terhadap material, Daya tembus radiasi beta dipengaruhi oleh koefisien atenuasi () yang nilainya spesifik untuk setiap material, Dengan mengetahui nilai , maka ketebalan suatu bahan dapat diketahui.

Beta thickness gauging terdiri dari dua komponen dasar, yaitu sumber radiasi dan detektor radiasi. Material yang akan diukur ditempatkan di antara sumber dan detektor. Pada industri, ditambahkan perangkat komputer untuk memproses informasi dari detektor dan mengkonversinya sebagai nilai ketebalan. Secara sederhana, skema beta thickness gauging adalah sebagai berikut,

Gambar 5. Skema beta thickness gauging

Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah kertas kalender. Untuk mengetahui nilai diperlukan deret standar dengan variasi ketebalan. Variasi ketebalan kertas kalender yang digunakan adalah 0,5; 0,75; 0,9; 1,1; dan 1,25 cm. Sumber radiasi pemancar beta yang digunakan adalah Sr-90 dengan aktivitas 0,1 Ci dan waktu paro 28,8 tahun. Sumber Sr-90 merupakan sumber pemancar beta dengan energi tertinggi yang umumnya digunakan dalam gauging. Sr-90 sesuai untuk pengukuran pada rentang 1000 sampai 8000 g/m2.

Saat radiasi mengenai material, sebagian akan menembus dan sebagian lagi akan terhenti. Semakin tebal atau padat suatu material, akan semakin banyak radiasi yang dihentikan. Dengan mengukur perbandingan radiasi yang melewati material dengan radiasi tanpa penghalang, ketebalan suatu material dapat ditentukan.

Berdasarkan praktikum yang dilakukan, diperoleh grafik hubungan antara ketebalan dengan jumlah cacahan sebagai berikut:

Grafik di atas menunjukkan bahwa semakin tebal kertas kalender yang digunakan, jumlah cacahan semakin sedikit. Persamaan grafik dibuat dalam bentuk eksponen sehingga sesuai dengan rumus I = I0.e-x. Nilai koefisien plastik berdasarkan grafik adalah 0,35.

Dengan mengetahui nilai , nilai half value thickness kertas kalender dapat diketahui, yaitu 1,98 cm. hal ini berarti bahwa dengan ketebalan kertas kalender 1,98 cm, dapat menahan radiasi sampai setengahnya.

Persamaan di atas juga digunakan menetukan ketebalan sampel kertas. Hasil pengukuran adalah sebagai berikut:

SampelPengukuran dengan sketmat (cm)Pengukuran dengan radiasi (cm)

Kertas Karton-0,85

Kertas majalah-0,911

H. Kesimpulan

1. Prinsip Beta thickness gauging adalah pemanfaatan daya tembus (transmisi) radiasi beta terhadap material.2. Semakin besar ketebalan bahan maka radiasi beta yang tembus semakin sedikit sehingga jumlah cacahan semakin kecil.

3. Nilai koefisien atenuasi () kertas kalender adalah 0,354. Half value thickness kertas kalender untuk radiasi beta adalah 1,98 cm5. Ketebalan sampel 1 adalah 0,85 cm, sedangkan ketebalan sampel 2 adalah 0,911 cm.I. Daftar Pustaka

1. http://www,kashelara,com/2013/08/pemanfaatan-nuklir-dalam-bidang,html diakses pada 29 Juni 2015 pukul 22:452. https://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/01/06/08-01-01-06.html diakses pada 29 Juni 2015 pukul 22:30 3. http://ansn.bapeten.go.id/files/23-1.pdf diakses pada 29 Juni 2015 pukul 23:43

4. Anonim. nuclear-gauging.pdf. diakses pada 29 Juni 2015 pukul 23:40

Yogyakarta, 29 Juni 2015Asisten,Praktikan,

Maria Christina P., M. Eng.Anwar Jundiy