fotonikmagnetiksyahifulhadi

Nama : Syahiful HadiNIM : J1D112016MK : Fotonik dan MagnetikDosen : Dr. Suryajaya

FOTON DETEKTORTeknologi dan perkembangan ilmu pengetahuan dalam berbgai bidag telah berkembang

terutama dalam berbagai bidang. Pada system tubuh manusia tidak memiliki sensor biologis yang cukup peka untuk mendeteksi adanya radioakvifitas oleh radionuklida. Untuk mendeteksi adanya suatu radioaktivitas diperlukan suatu detector yang dapat berinteraksi dengan sinar radioaktif. Foton Detektor dengan system pendeteksi dalam bentuk partikel elementer yang membentuk unit dasar radiasi elektromagnetik.

Beberapa dari tipe photon transducer meliputi photovoltaic cells yaitu energy radiasi menghasilkan arus pada alat penghubung dari lapisan semikonduktor dan logam, phototubes dimana radiasi menyebabkan emisi dari elektron suatu photosensitive solid surface, photomultiplier tube, photoconductivity transducers, silicon photodiodes, and charge transfer transducers.

A. PRINSIP FOTON DETEKTOR1. Phototube

Phototubes terdiri dari katoda setengah lingkaran dan anoda yang berada dalam evacuated transparent envelope. Permukaan cekung dari electrode merupakan suatu lapisan dari bahan photoemissive, cenderung untuk memancarkan elektron ketika disinari. Ketika suatu potensial diletakkan berseberangan elektroda-elektroda, pancaran elektron-elektron mengalir ke anoda menghasilkan suatu photocurrent yang secara umum sekitar sepersepuluh sama baiknya dengan satu sel photovoltaic untuk suatu intensitas radian tertentu.

Jumlah dari elektron-elektron yang dikeluarkan dari permukaan photoemissive secara langsung sebanding dengan kekuatan radian dari pantulan berkas cahaya permukaan itu. Fraksi dari emisi elektron menjangkau anoda yang dengan cepat bertambah ketika potensial kejenuhan dicapai, Sebenarnya semua elektron dikumpulkan pada anoda. Current kemudian menjadi independen dari potensial dan secara langsung sebanding dengan kekuatan radian. Phototube biasanya dioperasikan pada suatu potensial sekitar 90 V yang mana baik pada daerah penjenuhan.

Syahiful Hadi (J1D112016)Dosen : Dr. SuryajayaProgram Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, UNLAM.

Secara singkat, apabila sinar UV ditembakan ke cathode (-), maka akan terjadi emisi/pergerakan electron dari cathode ke anode sebagai akibat dari efek photoelectric. Pergerakan electron ini akan diukur sebagai arus listrik yang sebanding dengan intensitas UV yang mengenai cathode tersebut.

2. Photomultiplier Tube (PMT).

Cara kerja PMT mirip Phototube, terdiri dari photocathode dan beberapa buah anode (tidak seperti pada phototube yang hanya terdiri dari satu buah anode) yang disusun secara serie (disebut dynode). Sinar UV (photons) yang ditembakan ke cathode akan menyebabkan emisi electron dari cathode ke anode. Anode yang satu dengan yang lainya diberi beda potensial, sehingga apabila emisi electron dari cathode sampai di dynode pertama, akan ada tambahan electron yang diteruskan ke dynode berikutnya, dan seterusnya sehingga secara akumulasi jumlah electron yang emisi di dynode terakhir semakin banyak (arusnya semakin besar), itu sebabnya mengapa PMT lebih sensitif dibandingkan dengan phototube.

3. Detektor Semikonduktor


http://asro.files.wordpress.com/2008/07/uv-detector-1a.jpg

http://asro.files.wordpress.com/2008/07/uv-detector-1.jpg

Dibuat dari bahan semikonduktor, ada beberapa jenis yaitu high purity germanium, high purity silicon, lithium drifted germanium dan lithium drifted silicon. Ge dan Si memiliki elektron valensi 4, secara umum semuanya terikat dalam ikatan kovalen, sehingga seluruh pita valensi terisi penuh sedang pita konduksi kosong. Semikonduktor memiliki orde energi gap yang kecil sekitar 1 ev atau kurang. Pada suhu ruang sejumlah kecil elektron tereksitasi ke pita konduksi dan ada lubang di pita valensi. Lubang ini dapat diisi elektron dari atom sebelahnya maka seakan lubang ini dapat bergerak (muatan positif inti atom tak berpindah).

Untuk mengontrol konduksi di semikonduktor, sejumlah kecil bahan dari golongan III atau V yang dikenal sebagai doping diberikan pada bahan semikonduktor ini. Dengan adanya bahan doping gol. V maka ada atom dari doping ini yang kelebihan elektron (tak berpasangan). Elektron ini mudah terksitasi ke pita konduksi. Bahan ini menjadi semikonduktor tipe n. Sebaliknya kalau doping dari golongan III maka atom doping hanya bervalensi 3 maka ada sebuah lubang yang mudah diisi oleh elektron dari pita valensi. Bahan ini menjadi semikonduktor tipe p. Jika semikonduktor tipe n dan tipe p disambungkan maka elektron dari tipe n akan menyeberang sambungan menuju tipe p menyebabkan terjadinya daerah deplesi. Di sekitar sambungan ini pembawa muatan bebas ternetralisasi. Akibatnya terjadi medan listrik di sekitar sambungan yang mencegah penyeberangan selanjutnya. Bila partikel radioaktif memasuki daerah deplesi dan menimbulkan ionisasi (pasangan elektron dan hole) maka elektron dan hole akan bergerak dalam arah berlawanan di bawah medan listrik yang ada sehingga tercipta pulsa elektronik yang sebanding dengan energi partikel radioaktif tersebut. Jadi pada detektor semikonduktor, energi radiasi diubah menjadi energi listrik.

4. Diode Silikon

Suatu diode silikon transducers terdiri dari suatu reverse bias pn berbentuk junction pada suatu keping silicon.

Reverse bias menciptakan suatu depletion layer yang mengurangi konduktan dari junction untuk mendekati nol. Jika radiasi diijinkan untuk membenturkan chip, bagaimanapun juga holes dan elektron-elektron dibentuk di depletion layer dan dilewatkan melalui alat untuk menghasilkan suatu arus yang proporsional ke radiant power. Diode silicon lebih sensitive dari pada vacuum phototubes tapi lebih tidak sensitive dari pada photomultiplier tubes.


5. Photovoltaic

Sel photovoltaic adalah satu alat sederhana yang dipergunakan untuk mendeteksi dan mengukur pancaran pada daerah tampak. Sel photovoltaic terdiri dari suatu tembaga datar atau elektroda besi yang dideposit suatu lapisan dari bahan semikonduktor seperti selenium. Permukaan luar dari semikonduktor dilapisi dengan suatu film metallic bening tipis dari emas atau perak dimana sebagai collector electrode atau elektrode kedua, dilindungi oleh suatu envelope bening. Ketika radiasi dari energi cukup menjangkau semikonduktor, ikatan kovalen dipatahkan, dengan hasil bahwa konduksi elektron-elektron dan holes dibentuk. Elektron-elektron lalu berpindah ke arah metallic film dan holes ke arah dasar dimana semikonduktor di deposit. Elektron-elektron bebas dibebaskan untuk berpindah melalui sirkuit eksternal untuk saling berinteraksi dengan holes ini. Hasilnya adalah suatu arus elektrik dari suatu besaran sebanding dengan jumlah dari foton yang berbenturan permukaan semikonduktor. Biasanya, arus dihasilkan oleh suatu sel photovoltaic yang cukup besar diukur dengan suatu microammeter, jika resisten dari sirkuit eksternal dipertahankan ukuran kecilnya ( <400 Ω). Phottocurrent secara langsung sebanding dengan kekuatan dari radiasi benturan sel tersebut.

B. PRINSIP DARI DETEKTOR PANAS:

1. BolometerSuatu bolometer merupakan suatu jenis termometer resisten yang dibuat dari dari logam

seperti platina atau nikel atau dari suatu semikonduktor, alat yang sering disebut termistor. Materi-materi ini membuktikan suatu perubahan besar secara relatif pada resisten sebagai suatu fungsi temperatur. Elemen responsif dipertahankan kekecilannya dan dihitamkan untuk menyerap panas radiasi. Bolometer tidak secara ekstensif dipakai sebagai transducer inframerah lain untuk daerah tengah inframerah . Bagaimanapun juga, suatu bolometer germanium, dioperasikan pada 1,5 K mendekati suatu transducer ideal untuk radiasi pada jangkauan 5 sampai 400 cm - 1 (2000 sampai 25 µm).

2. Thermocouple

Sensor suhu adalah device yang dapat melakukan deteksi pada perubahan suhu berdasarkan pada parameter-parameter fisik seperti hambatan, ataupun perubahan voltage. Salah satu jenis sensor suhu yang banyak digunakan sebagai sensor suhu pada suhu tinggi adalah thermocouple. Thermocouple adalah dua logam yang didekatkan yang apabila terpapar oleh kalor dengan suhu tertentu akan menghasilkan beda potensial. Perubahan suhu dapat memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap proses ataupun material pada tingkatan molekul.


Prinsip kerja dari thermocouple menggunakan efek seebeck ( Efek Seebeck adalah konversi energi panas menjadi energi listrik). Arus listrik mengalir pada rangkaian tertutup dari 2 konduktor berbeda, apabila kedua sambungan mengalami beda temperatur. Bila rangkaian dibuka maka akan muncul tegangan Seebeck pada kedua terminal. jadi menurut efek seebeck ketika dua konduktor yang berbeda menerima panas maka akan menimbulkan emf (Electricmotive Force ) yang akan menimbulkan tegangan kecil dengan kisaran range 1 hingga 70 microvolt untuk setiap derajat kenaikan suhu. Dan kemudian akan dikonversikan sesuai dengan reference table yang telah ada (table ini sesuai dengan tipe dari thermocoupe yang dipakai).

Thermocouple dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan langsung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi hubungan dingin.

(Kumalasari. 2005)

C. CONTOH DETEKTOR

1. Detektor Ultraviolet dari Fotokonduktor Al-GaN-Al

Fotokonduktor berstruktur Al-GaN-Al yang memiliki harga fotokonduktivitas sebesar 59,9 Ω-1cm-1, sedangkan pada kondisi gelap konduktivitasnya sekitar 45,7 Ω-1cm-1, berarti terdapat


peningkatan konduktivitas pada sampel fotokonduktor sekitar 14,2 Ω-1cm-1 akibat penyinaran dengan energi foton 3,4 eV. Potensial penghalang yang terbentuk antara kontak Al dengan GaN yaitu 0,44 eV pada kondisi gelap, sedangkan pada kondisi penyinaran tinggi penghalang mengalami penurunan yaitu 0,43 eV. Untuk panjang gelombang lebih besar dari 365 nm, respon arus pada sampel mengalami penurunan secara tajam. Hal ini menggambarkan bahwa sampel memiliki panjang gelombang pancung (cutoff wavelength) λc = 365 nm.

(Rusdiana. 2005)

2. Detektor Sintilasi NaI (TL)

Sintilator adalah suatu bahan yang dapat memancarkan kelipan cahaya (sintilasi) apabila berinteraksi dengan sinar-g atau partikel a dan b. Bahan ini dapat berupa zat padat atau cair, baik zat organik maupun anorganik. Berdasarkan proses kelipan pada bahan sintilator tersebut dapat dibuat detektor sinar radioaktif yang disebut detektor sintilator. Terdapat dua jenis tipe detektor kelipan yaitu kelipan organik dan kelipan inorganik Pada tabel di bawah ini dituliskan beberapa contoh detektor kelipan yang sering digunakan.Tabel1. Macam-macam detektor

Nama type detektor

Anthrance Organic solid b

Pilot B Organic plastic a

NaI(Tl) Inorganic g

CsF Inorganic Sinar-X

Detektor sintilasi yang paling sering digunakan untuk spektroskopi gamma adalah

detektor NaI(Tl). Detektor sintilasi mampu mencacah jumlah partikel radioaktif dan energinya.

Dua bagian utama Detektor Sintilator NaI(Tl) yaitu bagian sintilator NaI(Tl), dimana partikel

yang terdeteksi akan menimbulkan kelipan cahaya dan yang kedua adalah tabung pengubah

pancaran cahaya menjadi elektron mengalami proses penggandaan dalam Photo Multiplier

Tube (PMT). Detektor sintilator adalah detektor sinar radioaktif yang berdasarkan proses

kelipan pada bahan sintilator. Yang termasuk bahan sintilator yaitu suatu bahan yang dapat


memancarkan kelipan cahaya (sintilasi) apabila berinteraksi dengan sinar-g atau

partikel adan b. Bahan ini dapat berupa zat padat atau cair, baik zat organik maupun anorganik.

(Wahyu. 2010)

3. Sistem Kondensasi Foton dengan Detektor NaI(Tl)-NaI(Tl)

Dalam teknologi nuklir untuk mendukung penyesuaian dosis radiasi yang sesuai dilakukan standarisasi secara absolut radionuklida, dengan koinsidensi foton-foton dengan menggunakan dua buah detector NaI yang diletakkan berhadap-hadapan dan dilengkapi dengan unit koinsidensi. Pengembanga metode ini untuk standarisasi radionuklida yang lainnya dengan tracer.

(Pujadi. 2001)

REFERENSI :

Kumalasari, 2005. A. Tugas Detektorhttp://www.scribd.com/doc/248423772/Tugas-Detektordiakses tanggal 14 Juni 2015

Rusdiana, D. 2005. Fotokonduktor Al-GaN-Al Untuk Aplikasi Detektor Ultraviolet. Bandung : Universitas Pendidikan Indonesia

Pujadi. Wurdiyanto, G. Chandra, H. 2001. Standarisasi Iodium-125 Menggunakan Sistem Koinsidensi Foton-Foton dengan Detektor NaI(Tl)-NaI(Tl). Jakarta Selatan: Badan Pusat Teknologi keselamatan dan Metrologi Radiasi BATAN

Wahyu, A. 2010. Detektor Sintilasi NaI(TL)http://ameliawahyu.blog.uns.ac.id/2010/05/06/detektor-sintilasi-naitl/diakses tanggal 14 Juni 2015


http://ameliawahyu.blog.uns.ac.id/2010/05/06/detektor-sintilasi-naitl/

http://www.scribd.com/doc/248423772/Tugas-Detektor

fotonikmagnetiksyahifulhadi

Documents