INSTRUMEN RADIOKIMIA

A. Dasar dari Metode Radiokimia Penggunan dari isotop radioaktif telah menyebabkan perkembangan dari metode radioakimia untuk analisa. dan memfasilitasi pengujian dari suatu fenomena, mengukur suatu yang sebelumnya rumit atau bahkan tidak mungkin. Operasi ini berdasarkan pada fakta bahwa radioisotop (isotop dari elemen dengan inti atom tidak stabil) memancarkan radiasi yang dapat dideteksi oleh detektor yang lokasinya sesuai. kesebandingan atom radioaktaif dalam suatu volume material dideteksi oleh detektor dapat ditentukan dengan mengukur intensitas radiasinya. Metode radiokimia memberikan keuntungan dengan mengeliminasi preparasi kimia yang biasanya dilakukan sebelum pengukuran. Metode ini sensitif dan juga spesifik serta sering mengkarakteristik dengan akurasi yang baik. Dalam satu metode, zat radiokatif murni yang akan ditentukan dicampur dengan sampel yang jumlahnya diketahui. Setelah setibang, sebagian kecil dari komponen yang diteliti terisolasi dan analisisnya berdasarkan aktifitas dari bagian yang terisolasi. Jika tidak, aktifitas diinduksi dalam satu atau beberapa unsur dari sampel dengan iradiasi dengan partikel yang sesuai. Pengukuran aktifitas ini memberikan informasi tentang unsur yang diteliti. Sebelum ditemukannya cyclotron sebagian besar penelitian menggunakan radioisotop yang dialakukan dengan unsur radioaktif yang terjadi secara alami. Metode ini sekarang memungkinkan untuk memperoleh hasil radionuklida buatan dari hampir semua unsur dan menghasilkan unsur kualitas baik dengan aktifitas yang tinggi.

1. Waktu peluruhan dari isotop Radioaktif Pada setiap isotop radioaktif karakterisasinya tidak hanya pada jenis dan energi radiasi yang dipancarkan tetapi juga dari karakteristik waktu hidup/umur (lifetime) dari isotop. Hal itu lebih mudah ditunjukan dengan waktu hidup (half-life) atau waktu paruh (half-periode)dari suatu isotop. Waktu paruh dari isotop radioaktif adalah waktu yang dibutuhkan untuk meluruh setengah dari jumlah mula-mula atom. Maka setelah setengah periode telah berlalu, aktifitas total dari isotop radioaktif tunggal akan menurun ke setengah dari nilai awalnya, setelah dua periode, aktifitasnya akan seperempat dari nilai awalnya dan seterusnya.

1

Peluruhan merupakan proses acak yang menurun dengan kurfa eksponensial. Waktu paruh isotop diberikan oleh persaman :

Dimana adalah konstanta peluruhan untuk pertikel radioisotop. Pada prakteknya tingkat disintegrasi ditentukan dengan menghitung jumlah distintegrasi selama waktu tertentu tm dan menemukan perbandingan dari jumlah disintegrasi terhadap waktu tm.

Gambar 1 : Grafik peluruhan

2. Unit of Radioactivity Satuan dari radioaktifitas adalah curie (Ci). Hal ini pada awalnya merupakan definisi untuk mempresentasikan laju disintegrasi dari satu gram rubidium, namun sekarang digunakan sebagai satuan standar pengukuran untuk setiap zat tanpa memperhatikan jenis pancarannya partikel radiasinya. Ketika digunakan pada proses ini, satuan curie didefinisikan sebagai aktifitas 3,7 x 1010 disintegrasi. Satuan curie mempresentasikan aktifitas yang sangat tinggi. Bagaimanapun, unit yang lebih kecil seperti millicurie atau microcurie umum digunakan. Satuan dasar yang digunakan untuk menerjemahkan nilai energi dari radiasi partikel atau foton dalam elektronvolt (eV). Satu elektron volt sama dengan jumlah energi yang diperoleh oleh sebuah elektron yang melewati perbedaan potensial 1 volt. Energi radiasi yang dipancaran merupakan karakteristik dari radionuklida. Nilai 1 eV sebanding dengan 1,602 x 10-19 Joule.

3. Jenis dan Properti dari Prinsip Pancaran dalam peluruhan Radioaktif Teori dari struktur atom membuktikan bahwa beberapa unsur secara alami tidak stabil dan menunjukan radioaktifitas alami. Disisi lain, suatu unsur dapat dijadikan bahan radioaktif dengan membombardir dengan energi tinggi bermuatan partikel atau neutron. Proses ini akan2

mengubah rasio dari jumlah proton dan neutron didalam atom, sehingga menjadikan inti baru yang tidak stabil yang dapat mengalami peluruhan radioaktif. Neutron yang berlebih

diintegrasi dan pada proses ini akan memancarkan energi dalam bentuk radiasi gamma. Pancaran radioaktif dibedakan menjadi tiga bentuk, yaitu : Pancaran Alpha : partikel alpha tersusun dari dua proton dan dua neutron. Partikel ini tingkat penetrasinya rendah dan dapat dihentikan atau diserap aleh udara. Partikel ini berbahaya bagi bagi jaringan tubuh karena memiliki energi yang tinggi (2-10 MeV). Pancaran Beta : ini merupakan muatan positif atau negatif dan pertikel kecepatan tinggi yang berasal dari inti. Pancaran ini tidak berbahaya bagi tubuh jika dibandingkan dengan partikel alpha karena pancaran ini sedikit ionisasi, namun jauh berbahaya lagi adalah sinar gamma. Energi yang dibawa sekitar 0-3 MeV. Pancaran Gamma : pancaran ini seperti sinar X yang merupakan radiasi elektromagnetik yang berpindah dengan kecepatan cahaya. Pancaran gamma berbeda dengan sinar X hanya dari asalnya. Sinar X berasal dari orbital elektron dari suatu atom, sedangkan sinar gamma merasal dari inti. Keduanya dikarenakan atom yang tidak stabil. Sinar X dan sinar gamma juga disebut foton atau paket energi. Kerena keduanya tidak memiliki masa, keduanya memiliki tingkat penetrasi yang tinggi. Sinar gamma merupakan hal yang sangat menarik dalam hal metode radiokimia.

Gambar 2. Pancaran radioaktif

4. Interaksi dari Radiasi dengan Bahan Partikael beta berinteraksi terutama dengan elektron pada material yang dilaluinya. Penyerapan bergantung terutama pada jumlah elektron pada jalurnya. Molekul suatu bahan bisa jadi dipisahkan, dieksitasi dan diionisasi. Namun ionisasilah yang merupakan hal penting dalam pendeteksian partikel beta.3

Partikel alpha memiliki massa yang telatif besar dan muatan yang lebih tinggi serta menghasilkan ionisasi yang lebih besar dibandingkan dengan partikel beta. Pada interaksi dengan bahan, energi ionisasi sinar gamma melalui tiga cara : efek fotolistrik yeng mentransfer seluruh energi dari sinar gamma untuk sebuah elektron dalam inner orbit dalam atom yang menyerap. Ini melibatkan pelemparan sebuah elektron dari atom target. Efek ini mendominasi energi gamma rendah dengan atom target yang memiliki nomor atom besar. Efek compton terjadi jika ketika sinar gamma dan elektron bertumbukan secara elastis (terjadi tumbukan elastis). Energi gamma akan terbagi menjadi elektron dan energi gamma yang lain dengan energi yang lebih rendah, kedua arahnya saling berbeda. Efek compton berperan penting dalam penyerapan sinar gamma relatif energik. Ketika sinar gamma dengan energi yang lebih tinggi dihilangkan berikut interaksi dengan inti atom berat, menghasilkan produksi pasangan positron dan elektron. Produksi pasangan menjadi mendominasi pada sinar gamma energi tinggi dan pada penyerap dengan nomor atom besar. Jumlah pasangan ion per centimeter penjalaran disebut ionisasi spesifik.

Gambar 3. Gambar tumbukan dari efek compton

B. Detektor Radiasi Sinar radioaktif tidak dapat dilihat dengan mata biasa, sehingga untuk mendeteksinya harus digunakan alat. Alat deteksi sinar radioaktif dinamakan detektor radiasi. Salah satu jenis detektor radiasi yang pertama kali diperkenalkan dan sampai saat ini masih digunakan adalah detektor ionisasi gas. Detektor ini memanfaatkan hasil interaksi antara radiasi pengion dengan gas yang dipakai sebagai detektor. Lintasan radiasi pengion di dalam bahan detektor dapat mengakibatkan terlepasnya elektron-elektron dari atom bahan itu sehingga terbentuk4

pasangan ion positif dan ion negatif. Karena bahan detektornya berupa gas maka detektor radiasi ini disebut detektor ionisasi gas.

Gambar 4. Skema Detektor isian Gas Jumlah pasangan ion yang terbentuk bergantung pada jenis dan energi radiasinya. Radiasi alfa dengan energi 3 MeV misalnya, mempunyai jangkaun (pada tekanan dan suhu standar) sejauh 2,8 cm dapat menghasilakn 4.000 pasangan ion per mm lintasannya. Sedang radiasi beta dengan energi kinetik 3 MeV mempunyai jangkaun dalam udara (pada tekanan dan suhu standar) sejauh 1.000 cm dan menghasilkan pasangan ion sebanyak 4 pasang tiap mm lntasannya. Detektor ionisasi gas berbentuk silinder yang diisi gas dan mempunyai dua elektroda. Dinding tabung yang dipakai sebagai selubung gas sebagai elektroda negatif (katoda). Kawat di tengah-tengah tabung berfungsi sebagai elektroda positif (anoda). Kedua elektroda berfungsi sebagai keping-keping kapasitor. Apabila kapasitas dari kapasitor adalah C dan beda potensial antara kedua elektrodanya adalah sebesar sumber tegangannya V, maka muatan listrik Q yang disimpan dalam kapasitor adalah: Q=CxV Masuknya radiasi ke dalam tabung detektor menyebabkan terbentuknya pasangan ion. Ion positif akan tertarik ke katoda dan ion negatif tertarik ke anoda. Karena menarik ion-ion yang berlawanan, maka akan terjadi pengurangan muatan listrik pada masing-masing elektroda. Penurunan jumlah muatan itu, mengakibatkan penurunan tegangan antara kedua elektroda, yang dirumuskan:

5

Jika N menyatakan jumlah pasangan ion yang terbentuk dan e adalah muatan elektron (1,6 x-19

10

C) maka jumlah penurunan muatan pada kapasitor:

Sehingga

Dari persamaan tersebut terlihat bahwa penurunan tegangan sebanding dengan pasangan ion yang terbentuk. Sedang jumlah pasangan ion itu sendiri bergantung pada jenis dan energi radiasi yang ditangkap detektor. Perubahan tegangan itu akan mengakibatkan terjadinya aliran listrik (denyut out put) yang dapt diubah menjadi angka-angka hasil cacahan radiasi. Dengan memanfaatkan tingkah laku ion-ion gas dalam medan listrik, telah berhasil dikembangkan tiga jenis alat pantau radiasi yang menggunakan gas sebagai detektornya, yaitu: detektor Chamber Ionisasi, detektor proporsional, dan Detektor Geiger-Muller (GM). Ketiganya mempunyai bentuk dasar dan prinsip kerja yang sama. Perbedaanya terletak pada tegangan operasi masing-masing. 1. Chamber Ionisasi Ionisasi adalah peristiwa terlepasnya elektron dari ikatannya di dalam atom. Peristiwa ini dapat terjadi secara langsung oleh radiasi alpha atau beta dan secara tidak langsung oleh radiasi sinar-X, gamma dan neutron. Interaksi radioaktif dengan bahan penimbulkan terjadinya ionisasi yang memungkinkan untuk dideteksi dan diukur radiasinya. Ketika atom terionisasi, atom akan membentuk pasangan ion. Jika elektron tertarik kearah elektroda bermuatan positif dan ion-ion positif kearah elektroda bermuatan negatif, arus dapat mengalir pada rangkaian eksternal. Besarnya arus dapat dibandingkan dengan jumlah presentasi radioaktif antara elektroda. Ini merupakan perinsip dari chamber ionisasi. Chamber ionisasi terdiri dari ruangan yang dapat terisi gas dan terdapat dua buah elektroda. Bahan yang digunakan memiliki resistansi ionisasi yang sangat besar seperti

polytetrafluoroethylene. Perbedaan potensial yang digunakan antara dua elektroda sekitar beberapa ratus volt. Sumber radioaktif diletakan didalam atau sangat dekat dengan chamber. Partikel bermuatan bergerak melalui gas mengalami tumbukan inelastik untuk membentuk pasangan ion. Tegangan yang ditempatkan melintang antar elektroda mengumpulkan semua pasangan ion. Arus yang mengalir dari chamber akan sebanding dengan jumlah radioaktivitas sampel. Selain itu tegangan disesuaikan untuk meminimalisir rekombinasi pasangan ion6

tanpa menyebabkan pelemahan gas. Chamber ionisasi sangat akurat, respon cepat bahkan untuk radiasi yang sangat lemah.

Gambar 5. Skema diagram pengukuran pada chamber ionisasi Gambar 5 memperlihatkan rangkaian yang digunakan untuk mengukur arus ionisasi. Chamber ionisasi ini beroperasi dengan tegangan paling tendah dibanding detektor yang lain. Jumlah elektron yang terkumpul di anoda sama dengan jumlah yang dihasilkan oleh ionisasi primer. Dalam chamber ionisasi ini tidak terjadi pelipat-gandaan (multiplikasi) jumlah ion oleh ionisasi sekunder. Dalam daerah ini dimungkinkan untuk membedakan antara radiasi yang berbeda ionisasi spesifikasinya, misalnya antara partikel alfa, beta dan gamma. Arus yang dihasilkan biasanya sangat kecil berkisar 10-10 A atau lebih kecil. Sehinggga saat mengukur arus tersebut harus diukur menggunakan voltmeter impedansi dengan input yang sangat tinggi. Arus akan ditunjukan dengan perubahan nilai pada ammeter digital atau pergerakan jarum pada ammeter tipe coil. Pencatatan sebuah potensiometri dari tipe selfbalancing dapat digunakan untuk mencatat sinyalnya. Pengukuran sampel cairan biasanya dengan meletaknya terlebih dahulu pada sampul (ampoules) dan menempatkan sampul didalam chamber. Senyawa gas yang terkadung pada sumber radioaktif dapat dikenali secara langsung dalam chamber. Chamber ionisasis portabel juga dapat digunakan untuk memonitor dosis radiasi personal.

7

Gambar 6. Amplitudo pulsa sebagai fungsi tegangan yang digunakan untuk detektor tipe ionisasi

2. Proportional Counter Salah satu kelemahan dalam mengoperasikan detektor pada daerah chamber ionisasi adalah out put yang dihasilkan sangat lemah sehingga memerlukan penguat arus sangat besar dan sensitivitas alat baca yang tinggi. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, tetapi masih tetap dapat memanfaatkan kemampuan detektor dalam membedakan berbagai jenis radiasi, maka detektor dapat dioperasikan pada daerah proporsional. Pencacah proporsional adalah chamber ionisasi yang beroprasi pada tegangan yang lebih tinggi dari daerah chamber ionisasi, dan dibawah daerah Geiger. Pencacah ini dinamakan pencacah proporsional karena pulsa keluaran dari chamber meningkat seiring dengan meningkatnya kuat medan listrik pada elektroda pusat, tetapi masih proporsional terhadap ionisasi awal. Pada pencacah ini pulsa yang dihasilkan diperkuat dengan faktor 1000 atau lebih. Radius dari katoda sekitar 1 cm dan anoda 0,001 cm, dengan tegangan polarisasi dibawah 1000 V. Pulsa keluaran biasanya beberapa millivolt, oleh karena itu membutuhkan penguatan sebelum sinyal dicacah.

8

Sumber radioaktif memungkinkan ditempatkan didalam atau diluar pencacah. Untuk penempatan didalam pencacah dilakukan untuk menghindari celah penyarapan. Pada jenis pencacah aliran udara yang kontinu campuran argon-methane dialirkan dengan tekanan atsmosfir dari tangki kompresi gas denga kecepatan 200 ml/menit. Gambar 7 memperlihatkan diagram skematik dari peralatan pencacah yang digunakan pada tipe aliran pencacah

proporsional. Preamlifier mempengaruhi tegangan dengan memberikan inputan impedansi yang tinggi, sehingga apmlifier linear yang rendah nois memiliki keuntungan yang sangat stabil pada kisaran 500 sampai 1000. Amplifier harus merupakan jenis non overloading, karena pulsa tinggi dari rata-rata sinar gamma mungkin akan overload penguat konvensional untuk waktu yang cukup besar, menyebabkan perhitungan terlewatkan.

Preamplifier

Main amplifier

Analyzer or disciminator

Scalling unit

Proportional counter

High Voltege Suplay

Gambar 7. Peralatan pencacah yang digunakan pada pencacah proporsional Pada pencacah proporsional, perbedaan partikel akan menghasilkan pulsa dari amplitudo yang sesuai dengan energi isotop. Dengan menggunakan analisis pulsa tinggi, yang hanya menghitung pulsa jika amplitudonya jatuh pada batas-batas spesifik tertentu, pencacah proporsional dapat digunakan untuk merespon frekuensi sinar beta atau sinar X.

3. Geiger-Muller Counter Detektor Geiger-Muller (GM) beroperasi pada tegangan di atas detektor proporsional. Dengan mempertinggi tegangan akan mengakibatkan proses ionisasi yang terjadi dalam detektor menjadi jenuh. Pulsa yang dihasilkan tidak lagi bergantung pada ionisasi mula-mula maupun jenis radiasi. Jadi, radiasi jenis apapun akan menghasilkan keluaran sama. Karena tidak mampu lagi membedakan berbagai jenis radiasi yang ditangkap detektor, maka detektor GM hanya dipakai untuk mengetahui ada tidaknya radiasi. Keuntungan dalam pengoprasian GM ini adalah denyut out put sangat tinggi, sehingga tidak diperlukan penguat (amplifier) atau cukup digunakan penguat yang biasa saja.9

Tabung Pencacah Geiger ini terdiri dari silinder logam (gambar 8), yang berfungsi sebagai katoda dan diameternya sekitar 1 sampai 2 cm. Tabung tersebut memiliki kawat axial terisolasi berfungsi sebagai anoda dan mempu mempertahankan pada potensial tinggi sekitar 800 2000 Volt. perangkat ini ditempatkan pada selimut kaca yang berbentuk tabung berisi gas atau campuran gas yang mudah terionisasi. Selimut ini mengikat gas dan biasanya diisi dengan tekanan 80 mm argon dan 20 mm alkohol. Alkohol, butane atau bromine berfungsi sebagai gas pendingin dan argon sebagai gas pengionisasi. Pada tabung terdapat celah tipis dari mika atau material yang cocok lainnya yang memungkinkan meneruskan radiasi gamma dan beta tetapi tidak untuk radiasi alfa.

Gambar 8. Susunan dari tabung Geiger-Muiler Pada gas yang terionisasi pada tabung pencacah, perpindahan ion menuju elektroda yang tepat dibawah gradien tegangan. Kemudian ion-ion tersebut memiliki kecepatan yang cukup, ionisasi lebih lanjut menyebabkan penurunan pergerakan elektron ke menuju anoda tengah. Sebagai hasilnya, ion-ion yang meningkat menyebar ke seluruh selimut disekitar anoda, dan pulsa yang terukur memiliki nilai yang sama untuk setiap peristiwa ionisasi primer. Proses menghasilkan pelepasan yang kontinu yang mengisi seluruh volume aktif dari seluruh pencacah dalam waktu kurang dari satu mikrodetik. Setiap pelepasan meningkatkan konstanta pulsa 1 - 10 V. Amplitudo pulsa ini cukup untuk mengoperasikan ratemeter tanpa menggunakan amplifier.

10

Regional of large Gaiger Pulses

Counts/minute

Small Pulses

Applied Voltage

Gambar 9. Variasi dari laju perhitungan berbanding tegangan yang digunakan pada pencacah Geiger-Muller. Gambar 9 memperlihatkan variasi dari perekaman laju pencacahan dengan tipe pencacah Geiger, ketika tegangan yang digunakan diubah. Tabung bekerja dalam rentang tegangan yang ditunjukan dengan fasa stabil (lateau). Dibawah tegangan awal tidak ada perhitungan yang dapat di rekam. Diantara tegangan awal dan awal fase stabil, tegangan bernilai rendah untuk menghasilkan konstanta ukuran pulsa. Juga diluar fasa stabil, laju perhitungan meningkat, karena terjadi gangguan dan tersebarnya keluaran yang melewati tabung. Daerah stabil terukur antara 800 sampai 1400 V untuk tabung komersial. Ketika ion-ion positip diproduksi oleh proses ionisasi, ion-ion tersebut memiliki mobilitas yang sangat rendah dibanding elektron. Oleh karena itu mereka hanya berpindah dalam jarak yang sangat pendek terhadap katoda dalam interfal waktu yang dibutuhkan oleh elektron untuk melintasi jarak antara kedua katoda. Waktu perpindahan ini mungkin beberapa ratus mikrodetik dan dapat berbeda dari pencacah untuk mencacah. Selama periode ini, ion-ion positif terselubung disekitar kawat anoda, yang secara efektif menurunkan gradien potensial ke suatu titik dimana pencacah mencadi tidak peka terhadap masuknya partikel ionisasi yang baru. Keadaan ini disebut dead time dari pencacah. Dead time dari pencacah GM biasanya diturunkan dengan penurunan secara cepat tegangan pencacah dibawah potensial starting.

4. Pencacah Scintilliation (Scintilliation Counter) Scintillation merupakan proses mengubah energi radioaktif (energi yang berhubungan dengan partikel ) kedalam cahaya menggunakan scintillator. sebuah scintillator merupakan zat yang11

dapat menghasilkan kilatan pada daerah cahaya tampak atau dekat ultraviolet, ketika menyerap radiasi ionisasi. Pada beberapa kasus jumlah flouresensi foton sebanding dengan energi radioaktif partikel. Kilat yang terjadi dikarenakan re-kombinasi atau de-excitation ion dan dihasilkan eksitasi atom sepanjang jalur radiasi. Kilatan cahaya berdurasi sangat cepat dan di deteksi menggunakan tabung photomultiplier yang dapat menghasilkan pulsa tiap partikel. Scintillator yang bekerja dengan menggunakan tabung photomultiplier dikenal sebagai pencacah scintillation. Detektor Pencacah Scintilliation lebih baru jika dibanding dengan detektor isian gas. Detektor jenis ini menggunakan dasar efek sintilasi (kelipan) apabila bahan sintilator dikenai suatu radiasi nuklir. Proses ini terutama disebabkan oleh proses eksitasi yang diikuti oleh deeksitasi. Banyak bahan yang bersifat sintilator ini tetapi mempunyai kebolehjadian efek sintilasi yang berbeda-beda untuk ketiga jenis radiasi , dan . Untuk radiasi biasa dipakai bahan ZnS(Ag), CsI(Tr). Untuk radiasi adalah jenis plastik, organik (antrasin). Sedang untuk sering dipakai NaI(Tl) juga plastik. Di dalam kristal bahan sintilator terdapat pita-pita atau daerah yang dinamakan sebagai pita valensi dan pita konduksi yang dipisahkan dengan tingkat energi tertentu. Pada keadaan dasar, ground state, seluruh elektron berada di pita valensi sedangkan di pita konduksi kosong. Ketika terdapat radiasi yang memasuki kristal, terdapat kemungkinan bahwa energinya akan terserap oleh beberapa elektron di pita valensi, sehingga dapat meloncat ke pita konduksi. Beberapa saat kemudian elektronelektron tersebut akan kembali ke pita valensi melalui pita energi bahan aktivator sambil memancarkan percikan cahaya.

Gambar 10. proses terjadinya percikan cahaya di dalam sintilator Jumlah percikan cahaya sebanding dengan energi radiasi diserap dan dipengaruhi oleh jenis bahan sintilatornya. Semakin besar energinya semakin banyak percikan cahayanya.contoh

12

bahan Sintilator adalah Kristal NaI(Tl), Kristal ZnS(Ag), Kristal LiI(Eu) dan Sintilator Organik. Ada dua jenis scintillator antara lain : 1. Scintillator liquid : alat ini digunakan untuk pancaran energi - rendah seperti :14

C, S35

dan He3. Material radioaktif dicampur kedalam cairan scintilallation yang disebut sebagai koktil. Cairan scintillation merupakan cairan molekul organik yang dilarutkan dalam pelarut organik. Campuran tersebut ditempatkan diantara 2 photomultiplier yang merekam cahaya yang dihasilkan. Gambar 12 menunjukan susunan sederhana liquid scintillation counter. Pencacahan di rekam hanya jika caha sectra spontan terdeteksi oleh tabung photomultiplier, maka akan terjadi penghitungan. Hal ini dapat mereduksi noise latar.

Gambar 11. sampel dilarutkan ke dalam sintilator

Gambar 12. Tipe pencacah scintillation beta menggunakan detektor tabung photomultiplier

Masalah yang harus diperhatikan pada metode ini adalah quenching yaitu berkurangnya sifat transparan dari larutan (sintilator cair) karena mendapat campuran sampel. Semakin pekat konsentrasi sampel maka akan semakin buruk tingkat transparansinya sehingga percikan cahaya yang dihasilkan tidak dapat mencapai photomultiplier.

13

2.

Solid scintillator : alat ini digunakan pancaran energi - tinggi seperti Hg203,Fe59, Zn65 dan Cd109. kesemuanya umumnya menggunakan solid scintilltor adalah NaI (Sodium iodide). Disini sampel radioaktif ditempatkan dalam lubang seperti gambar 13, yang memotong kristal dimana tabung photomultiplier di tempelkan pada salah satu sisi kristal. Setiap partikel - menghasilkan beberapa ribu foton cahaya (panjang gelombang : 400 nm) dan melewati kristal sehingga tercacah.

Gambar 13. Jenis pencacah Scintillation tipe berlubang (well-type)

5. Gamma Counter Radiasi gamma tidak dapat dideteksi secara langsung oleh material scintillation karena sinar gamma tidak mempunyai massa dan muatan. Energi sinar gamma harus dikonversikan terlebih dahulu ke energi kinetik elektron yang ada dalam material scintillation. Sehingga konversi daya material scintillation akan sebanding dengan jumlah elektron (kerapatan elektron) yang tersedia untuk berintereaksi dengan sinar gamma. Material scintillation yang umumnya digunakan sebagai detektor seperti kristal sodium iodida yang diaktivasi oleh 0.5 % thalium iodida. Untuk menghitung partikel beta, kristal scintillator menggunakan kristal anthracene yang higroskopik dialam dan kristal ini biasanya terbungkus alumunium tertempel pada salah satu sisi jendela kaca yang langsung terhubung dengan photomultiplier. Untuk pencacahan in vitro, bentuk geometri kristal scintilasi memainkan perannan penting. Jika bentuknya sesuai, sampel diletakan didalam lubang antara kristal dan kristal dilapisi14

pada semua sisi dengan material pemantul kecuali sisi yang terhubung dengan photomultiplier. Peralatan yang digunakan untuk mencacah partikel gamma disebut dengan gamma counting spectrometers. Yang didalamnya tedapat tampilan osiloskop yang disebut dengan scope energi. Scope energi memberikan tampilan indikasi dari spektrum isotop. Sistem pencacah Beckam Biogama memberikan pengertian dari pemilihan celah pencacah dengan menyesuaikan variabel diskriminator dan bantuan dalam memilih tegangan tinggi yang tepat.Vertikal gain dapat dugunakan dalam dua posisi. Jika posisi low digunakan untuk mengukur isotop energi tinggi seperti Fe59 dan Na22 dan posisi high digunakan dengan isotor energi rendah seperti I125 dan Co57. Sampel yang mengandung pancaran beta lemah, seperti H3 dan C14 dapat diukur lebih efisien dengan mencampur sampel dengan cairan scintillator, sehingga scintillator melakukan kontak lamsung jarak pendek dengan sinar beta.

6. Detektor Semikonduktor Banyak pengembangan yang berhasil untuk detektor radiasi semikonduktor. Detektor ini dapat dibuat sangat kecil dan kuat. Kristal germanium dan silikon digunakan sebagai pencacah utama partikel alfa dan beta. Fungsi detektor ini mirip dengan chamber ionisasi. Penyerapan radiasi dalam kristal, elektron dan lubang/hole positif terbentuk yang bergerak ke arah yang berlawanan elektroda dibawah pengaruh potensial yang digunakan,. Arus yang dihasilkan sebanding dengan energi radiasi ionisasi.

Gambar 14: konstruksi Detektor Semikonduktor Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan sehingga beberapa elektronnya dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Bila di antara kedua

15

ujung bahan semikonduktor tersebut terdapat beda potensial maka akan terjadi aliran arus listrik. Jadi pada detektor ini, energi radiasi diubah menjadi energi listrik. C. Liquid Scintillation Counter Gambar 15 menunjukan gambar diaram dari tipe pencacah liquid scintillation yang menggambarkan cara dimana radiasi pancaran berinteraksi dengan koktail (campuran antara pelarut dan zat terlarut) sehingga dapat terekam oleh sistem. Partikel beta dipancarkan dalam peluruhan radioaktif. Untuk mememastikan transfer efisien dari energi antara partikel beta dan larutan, larutan adalah pelarut kusus untuk material pelarut.

Gambar 15. Gambar diagram liquid scintillation counter Energi kinetik dari partikel beta dilepaskan dan akan diserap oleh molekul pelarut dengan demikian larutan akan tereksitasi. Energi dari pelarut yang tereksitasi akan dipancarkan dalam bentuk sinar UV kemudian molekul pelarut kembali ke keadan awal dan dengan demikian terjadi transfer energi ke zat terlarut. Zat terlarut itu adalah fluor. Saat terjadi radiasi dan memancarkan foton dari sinar UV, sinar UV tersebut akan diserap oleh molekul flour yang memancarkan kilat cahaya biru untuk kembali kekeadaan awal. Peluruhan inti memproduksi sekitar 10 foton per keV energi. Intensitas dari cahaya sebanding dengan energi awal partikel beta. Kilau cahaya biru jatuh pada photokatoda dari tabung photomultiplier (PMT) yang mengubahnya kedalam bentuk pulsa. Pencacah umumnya memiliki 2 PMT. Sinyal dari setiap PMT masuk kedalam rangkain dan menghasilkan keluaran jika kedua sinyal terjadi bersaman. Dengan menjumlahkan amplitudo dari setiap PMT, output diperoleh yang sebanding dengan dengan total intensitas dari scintillation.16

D. Pulse-Height Analyzer Pada pengukuran Radioaktifitas, partikel individual dideteksi sebagai impuls listrik tunggal dalam detektor. ada detektor tipe tertentu yang dapat dioperasikan dalam daerah partikel tertentu yang menghasilkan impuls elektrik yang memiliki tinggi sebanding dengan energi partikel. Pengukur tinggi pulsa merupakan alat yang sangat berguna untuk penentuan energy radiasi, dan mengurutkan pulsa sesuai dengan tinggi amplitudonya yang berbeda-beda kemudian mencacahnya. Instrumen yang dapat melakukan hal tersebut dinamakan pulseheight analyzer. Analiser ini adalah instrumen dengan satu kanal atau banyak. Gambar 16 menunjukan blok diagram analiser tinggi pulsa kanal-tunggal. Keluaran pulsa dari photomultiplier diperkuat dalam pre ampflifier dengan impedansi tinggi dan noise yang rendah. Pulsa yang diperkuat dimasukan kedalam penguat linear yang cukup untuk menghasilkan pulsa keluaran dalam daerah ampitudo 0 100 Volt. Pulsa ini kemudian diberikan kepada dua diskriminator yang diatur untuk menolak sinyal apapun di bawah tegangan tertentu.

Gambar 16. Blok Diagram Analiser Tinggi Pulsa Penganalisa pulsa tinggi multi channal (Multi-channel pulse height analyzers) sering digunakan untuk mengukur spektrum dari energi inti dan bisa dengan beberapa saluran17

terpisah, setiap saluran tersebut terdapat instrumen satu kanal dengan tegangan tertentu yang berbeda dengan yang lain. Diskriminator pemicu schmitt disesuaikan dengan pulsa berdasarkan urutan besar amplitudonya. Pengaturan ini agar pencacahan dan perekaman pada semua spektrum dapat terlaksana. Susunan paralel dari diskriminator sebenarnya digunakan, memberikan jumlah dari saluran sekitar 10 arau kurang. Jika jumlah dari saluran lebih dari sepuluh, akan timbul permasalahan setabilitas dari tegangan diskriminator dan terjadi ketidak linearan.

E. Gamma Spektrometri Sebagian besar inti radioaktif melepaskan sinar gamma untuk menjadikannya turun ke keadaan dasar, yang bisa dikatakan sebagai saat berlangsungnya proses peluruhan radioaktif. Itu hanya sebagian kecil yang tidak terdeteksi oleh spektroskopi gamma. Sebagiannya adalah3 14

H dan

C dan tentunya pengukuran dari pencacahan partikel betanya sangat baik

mengunakan menggunakan cairan skintillation.

(a)

(b) Gambar 17. Skema dasar dari radiasi gamma Gambar 17 memperlihatkan gambaran skema peluruhan dasar dari radiasi gamma. Pada kasus P32 energi dari partikel beta yang dipancarkan maksimal mencapai 1,17 MeV. Pada18

kasus Co60 terjadi peluruhan berkelanjutan setelah peluruhan beta, pada saat peluruhan beta terjadi tidak langsung menuju ke keadan Ni60 tapi ke tingkat energi menengah. Pokok dari spekstroskopi gamma adalah fakta bahwa energi dan kelimpahan dari pancaran sinar gamma dapat ditentukan secara spesifik dari suatu radionuklida. Spektrometri gamma adalah peralatan yang dapat dipakai untuk menggambarkan spektrum tenaga suatu sumber radiasi pemancar gamma. Spektrometri gamma berawal pada penggunan detektor semikonduktor seperi germanium dan silikon. Detektor germanium lebih dikenal, yang sebelumnya membutuhkan lithium untuk membawa muatan sisa dari pengotoran. Ini selanjutnya sisebut jelly [Ge(Li)] atau lithium terbawa germanium. Pada detektor ini, Li digabungkan kedalam kisi semikonduktor oleh proses penguatan semikonduktor dengan Li pada temperatur tinggi (~500o).

F. Penggunaan Alat Ukur Radiasi Berdasarkan kegunaannya, alat ukur radiasi dapat dibedakan menjadi dua yaitu sebagai alat ukur proteksi radiasi dan sebagai sistem pencacah (counting system). Alat ukur proteksi radiasi digunakan untuk kegiatan keselamatan kerja dengan radiasi, oleh karena itu nilai ukur yang ditampilkan biasanya dalam satuan dosis radiasi seperti Rontgent, rem, atau Sievert. Alat ukur proteksi radiasi dikelompokkan menjadi dosimeter perorangan, surveimeter, dan monitor kontaminasi. Sedangkan sistem pencacah digunakan untuk melakukan pengukuran intensitas radiasi dan energi radiasi secara akurat. Sistem pencacah lebih banyak digunakan di fasilitas laboratorium.

Gambar 18. Beberapa contoh surveimeter

19