laporan praktikum fisika eksperimental ii · pdf filelaporan praktikum fisika eksperimental ii...

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA EKSPERIMENTAL ii

Percobaan : Eksperimen Pengukuran Spektrum Differensial dengan

SCA

Pelaksanaan Praktikum

Hari : Senin Tanggal : 16 September 2014 Jam : 9-10

Oleh :

Nama : Mei Budi Utami

Nim : 081211332009

Anggota Kelompok :

1. Imroatul Maghfiroh (081211331125)

2. Hanu Lutvia (081211331144)

3. Mei Budi Utami (081211332009)

4. Dewi Karmila Sari (081211333003)

5. M. Patria Mahardika (081211333026)

Dosen Pembimbing : Khusnul Ain S.T, M.Si

LABORATORIUM Radiasi

UNIVERSITAS AIRLANGGA

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan spectrum deferensial energi α dengan menggunakan sca detector

semikonduktor.

2. Menghitung resolusi energi α

B. ALAT DAN BAHAN

1. Detektor semikonduktor (559 92)

2. Discriminator preamplifier (559 93)

3. SCA (Singgle Chanel Analyser/559 95) yang termasuk di dalamnya:

-Preamplifier

-Amplifier

-DAC (digital to analog converter)

-Diskriminator

4.XY-YT recorder (575 662)

5.Sumber radiasi- α Ra-226 dan Am-241

C. DASAR TEORI

Pengukuran spektrum energi deferensial dengan mengukur jumlah partikel yang berada dalam

interval energi E tertentu,yang hal ini akan sama dengan mengukur jumlah pulsa yang berda dalam

interval ΔV tertentu. Hal ini dapat diperoleh dngan cara mengoperasikan SCA sebagai mod

diferensial. Jika batas SCA di set pada mode V1 (atauE1) dan jendela memiliki lebar ΔV (atau ΔE)

maka hanya pulsa dengan tinggi antara V1 dan V1+ΔV yang akan dicatat. Semua pulsa diluar itu akan

dibuang.

Resolusi energi

Untuk kerja detektor yang digunakan untuk pengukuran energi ditentukan oleh lebar distribusi pulsa

sumber energi tunggal,yang ditunjukkan oleh Г Atau FWMH (fulkl with half maximum).

Kemampuan detector untuk mengidentifikasi pertikel dengan energi yang berbeda disebut resolusi

energi yang dinyatakan dalam,

𝑅(𝐸𝑂) = Г

𝐸𝑂 ..............(1)

Dengan Г Dalam suatu energi ,sedang R(EO ) dalam persen. Ada tiga faktor penting yang

memepengaruhi resolusi energi:

1.Fluktuasi statistic dalam sejumlah muatan yang dihasilkan dalam detector

2.Derau elektronik dalam detektor ,preampifier dan amplifier

3.Tidak lengkapnya muatan yang dihasilkan dalam detektor

N(E) atau n(V)

𝑁𝑂

𝑁𝑂

2

EO Distribusi tinggi pulsa

E atau V

D. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Demonstrasi distribusi energi dengan osiloskop

2. Susun peralatan percobaan seperti pada gambar di bawah ini

3. Hidupkan sca selama 15 menit sebelum eksperimen di mulai

4. Letakkan potensiometer (c) untuk integral diskriminator pada skala tengah

5. Periksa setting peralatan yang digunakan seperti berikut

a. Setting osiloskop

Timer Base :1 ms/cm

Y deflection : 1V/cm

Triggering : automatic

b. Setting SCA

swith (d) : Manual

Switch (e) : Reset

Base potensiometer (f) :0,00

Window potensiometer(g): 30%

6. Amati spektrum energi-alfa (distribusi energi ) yang terlihat pada osilospkop.

II. Perekaman spektrum energi dengan xy-recorder

1. Periksalah rangkaian percobaan, apakah sedah seperti pada gambar

2. Buatlah sumbu X:0,1 V/cm,dan sumbu Y : V/cm

3. Sebelum menggunakan pena XY rekorder,saklar (s) di start dan di amati bentuk puncak-puncak dan

lebar spektrum.

4. Berkaitan dengan lebar dan tinggi puncak spektrum, berikut ini perlu diperhatikan

-spektrum terlalu lebar------ kecilkan amplifikasi (i)

-spektrum terlalu--------------perbesar amplifikasi (i)

-puncak terlalu tinggi--------kurangi lebar window (g)

-puncak terlalu rendah ------perbesar lebar window(g)

5. Ambil sumber am dan amati spektrumnya .Hitung resolusinya,dan cari konstanta yang

menghubungkan antara energi dan tinggi pulsa .

6. Ganti sumber dengan yang lain ,cari tegangan puncak spektrum yang dihasilkan ,tentukan energi

spektrum alfa tersebut

E. DATA PENGAMATAN

1. Data Spektrum Energi-α-Am-241

No.

Kanal Cacah

1 Cacah

2 Cacah

3 Cacah

4 Cacah

5 Jumlah

0 12232 12437 12422 12187 12208 61486

10 6849 6830 6724 6788 7014 34205

20 2211 2133 2181 2118 2095 10738

30 349 351 356 339 366 1761

40 24 23 17 24 20 108

50 10 4 3 4 5 26

60 2 1 5 5 5 18

70 2 1 6 4 0 13

80 1 1 3 1 2 8

90 4 2 3 4 1 14

100 0 2 0 4 2 8

110 1 2 2 1 1 7

120 2 1 0 1 3 7

130 2 2 1 1 0 6

140 3 4 2 4 2 15

150 6 3 4 2 4 19

160 1 2 5 5 3 16

170 3 4 2 3 1 13

180 5 4 15 4 3 31

190 10 5 6 7 4 32

200 7 5 7 4 8 31

210 19 15 18 17 10 79

220 23 24 24 24 31 126

230 36 42 35 34 30 177

240 37 51 36 59 53 236

250 47 60 50 51 62 270

260 62 67 68 64 61 322

270 64 59 75 62 62 322

280 83 80 64 82 75 384

290 76 71 75 80 60 362

300 62 66 89 75 73 365

310 85 86 77 59 70 377

320 74 72 76 51 65 338

330 75 93 83 82 82 415

340 66 81 86 72 79 384

350 74 89 76 76 67 382

360 76 89 82 96 81 424

370 101 84 82 86 77 430

380 79 80 93 74 65 391

390 79 59 82 74 70 364

400 76 73 66 72 54 341

410 58 58 66 70 80 332

420 57 56 48 71 53 285

430 49 50 39 46 51 235

440 41 35 42 42 28 188

450 33 38 31 24 30 156

460 26 32 16 16 24 114

470 17 15 12 17 21 82

480 17 12 16 13 15 73

490 18 9 9 5 18 59

500 5 8 10 13 5 41

510 2 4 8 4 5 23

520 5 3 6 1 2 17

530 3 2 2 1 2 10

540 5 5 1 1 2 14

550 5 3 3 3 3 17

560 1 2 1 4 1 9

570 1 1 0 1 1 4

580 0 0 1 0 0 1

590 0 0 0 1 0 1

600 2 2 0 0 1 5

610 0 1 0 0 0 1

620 0 0 1 1 0 2

630 1 0 0 1 0 2

640 0 0 0 1 1 2

650 0 0 0 1 3 4

660 0 0 1 2 0 3

670 1 0 0 0 0 1

680 1 0 0 0 1 2

690 0 0 0 0 0 0

2. Data Spektrum Energi -α-Ra-226

No. Kanal

Cacah 1

Cacah 2

Cacah 3

Cacah 4

Cacah 5

Jumlah

0 12376 12541 12480 12329 12408 62134

690; 0

-10000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 200 400 600 800

Ju

mla

h C

acah

an

No. Kanal

Grafik Energi α-Am-241

10 8426 8712 8748 8761 8685 43332

20 4670 4356 4287 4358 4078 21749

30 1426 1384 1318 1365 1362 6855

40 331 374 356 388 403 1852

50 118 91 114 117 107 547

60 34 34 48 40 42 198

70 23 17 21 20 22 103

80 20 8 19 10 11 68

90 12 6 9 11 8 46

100 6 14 9 16 16 61

110 8 16 13 14 10 61

120 16 19 13 16 17 81

130 26 18 23 17 23 107

140 20 21 24 19 19 103

150 28 36 35 36 24 159

160 40 31 40 41 38 190

170 45 41 54 41 46 227

180 47 41 54 54 43 239

190 42 53 60 60 57 272

200 51 57 63 75 51 297

210 63 65 65 60 71 324

220 64 55 57 55 66 297

230 61 56 54 55 54 280

240 53 47 54 58 56 268

250 60 61 51 59 67 298

260 57 66 43 55 54 275

270 50 54 45 64 47 260

280 43 42 47 47 33 212

290 46 53 54 41 38 232

300 39 45 49 46 46 225

310 41 46 47 34 33 201

320 50 39 52 31 38 210

330 42 48 38 42 36 206

340 39 32 27 28 36 162

350 25 29 22 27 29 132

360 28 30 32 32 20 142

370 18 25 18 23 23 107

380 23 16 14 19 18 90

390 15 17 18 15 23 88

400 17 12 12 14 15 70

410 12 12 12 20 10 66

420 9 12 14 11 13 59

430 12 10 8 10 6 46

440 6 9 4 8 8 35

450 8 7 6 4 4 29

460 6 4 8 7 7 32

470 5 11 11 6 5 38

480 9 2 8 2 4 25

490 3 6 5 4 5 23

500 7 3 5 6 2 23

510 9 2 6 5 3 25

520 5 6 7 4 5 27

530 0 7 3 6 2 18

540 4 5 4 6 6 25

550 6 1 4 6 3 20

560 5 4 3 3 8 23

570 4 6 5 2 4 21

580 3 5 2 6 2 18

590 3 3 5 9 6 26

600 3 4 4 2 6 19

610 8 3 6 6 4 27

620 7 3 6 3 8 27

630 6 4 8 1 4 23

640 4 5 7 5 8 29

650 4 6 6 5 5 26

660 6 10 7 3 4 30

670 3 7 4 4 3 21

680 2 1 9 6 7 25

690 13 7 3 6 4 33

700 8 5 7 7 8 35

710 4 7 8 6 15 40

720 9 7 11 9 8 44

730 6 7 10 10 6 39

740 12 4 8 6 10 40

750 10 8 7 9 4 38

760 5 11 8 8 8 40

770 6 9 6 9 17 47

780 7 8 12 8 9 44

790 14 5 7 6 9 41

800 11 14 3 11 10 49

810 10 10 7 12 7 46

820 4 6 7 7 2 26

830 10 3 5 5 7 30

840 7 16 15 10 9 57

850 15 11 14 9 9 58

860 14 7 5 5 11 42

870 11 8 9 5 12 45

880 12 8 8 16 4 48

890 8 10 8 11 14 51

900 8 8 14 4 4 38

910 10 7 5 9 7 38

920 3 8 4 6 6 27

930 8 9 5 5 2 29

940 4 9 9 7 4 33

950 3 12 9 9 11 44

960 10 8 5 5 6 34

970 7 7 7 7 7 35

980 9 7 5 6 5 32

990 4 6 3 2 8 23

1000 7 5 10 12 5 39

ANALISIS PERHITUNGAN

1) Untuk Am-241

1000; 390

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 200 400 600 800 1000 1200

Ju

mla

h C

aca

ha

n

No. Kanal

Grafik Energi α-Ra-226

Pada Am-241 jumlah rerata cacahan terbanyak terdapat pada kanal 370,sehingga diperoleh skala

untuk jarak tiap kanalnya adalah :

Diketahui:

kanal = 5,6 𝑀𝑒𝑉

370 = 0.015 MeV

Dengan menggunakan interpolasi Lagrange, didapatkan nilai X1 dan X 2 sebagai berikut :

Untuk X1 diambil nomor kanal 230 dan 240 sebagai intervalnya

C1 = y1

x1−x2 =

177

230−240 = −17,7

690; 0

-10000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Ju

mla

h C

aca

ha

n

No. Kanal


690; 0050

100150200250300350400450500

0 200 400 600 800

Ju

mla

h C

acah

an

No. Kanal


Series1

C2 = 𝑦1

𝑥2−𝑥1 =

236

10= 23,6

Nilaipolinomialnya

P1= 215

Sehingga,

P1= C1 (X-X2) + C2 (X-X1)

215= -17,7 ( X – 240 ) + 23,6 ( X – 230 )

215=5,9X +4248-5428

X1 = 236,44

Untuk X2 diambil nomor kanal 430 dan 440 sebagai intervalnya

C1 = y1

x1−x2 =

235

430−440 = −23,5

C2 = 𝑦1

𝑥2−𝑥1 =

188

10= 18,8

Nilaipolinomialnya

P1 = 215

sehingga

P1= C1 ( X - X2 ) + C2 ( X - X1 )

215= -23,5( X – 440 ) + 18,8 ( X – 430 )

215=-4,7X+10340-8084

X2 = 434,25

Maka nilai FWHM-nya adalah

FWHM = (X2 – X1 ) x 5,6 MeV

370 kanal

FWHM = (434,25 – 236,44) (0,015 MeV)

FWHM = 2,96 MeV

Resolusi Energi radiasi yang di dapat :

R = 𝐹𝑊𝐻𝑀

𝐸0x 100%

R = 2,96

5,6 𝑀𝑒𝑉𝑥 100%

R = 52,85 %

Jadi, nilairesolusiuntuk Am-241 adalah 52,85 %

2) Untuk Ra-226

Jika di perbesar lagi grafik tersebut mempunyai lima puncak yang berturut-turut yakni :

Puncak pertama 210 , 324

Puncak kedua 250, 298

Puncak ketiga 300,225

Puncak keempat 320,210

Puncak kelima 360, 142

1000; 390

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 200 400 600 800 1000 1200

Ju

mla

h C

acah

an

No. Kanal


1000; 390

100

200

300

400

500

600

0 200 400 600 800 1000 1200

Ju

mla

h C

aca

ha

n

No. Kanal


Series1

Berdasarkan grafik yang kita peroleh untuk Energi puncak system pada :

1. Padatitik1

Energi puncak tertinggi pada kanal 210

210 𝑥 0,015 = 3,15 𝑀𝑒𝑉

2. Pada titik2


250 𝑥 0,015 = 3,75𝑀𝑒𝑉

3. Pada titik3


300𝑥 0,015 = 4,5𝑀𝑒𝑉

4. Pada titik 4


320 𝑥 0,015 = 4,8𝑀𝑒𝑉

5. Pada titik 5


360 𝑥 0,015 = 5,4 𝑀𝑒𝑉

F. PEMBAHASAN

Suatu sumber radioaktif yang memiliki nomor atom lebih dari 82 maka secaras pontan akan

meluruh menjadi inti turunan memancarkan inti Helium (𝐻24) atau yang disebut dengan partikel alfa.

Partikel ini sangat massif dan berenergi tinggi serta dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang

memiliki rasio neutron terhadap proton yang terlalu rendah .

Pada Eksperimen kali ini digunakan sumber radioaktif Am-241 dan Ra-226 dan juga sebuah detector

semikonduktor.Detektor ini bekerja fotoida silikon yang berupa lapisantipis yang akan menyerap

semua energy partikel alfa. Apabila partikelalfa menumbuk lapisantipis tersebut, maka akan terjadi

interaksi yang akan menghasilkan pulsa keluaran yang tingginya sebanding dengan energy radiasi alfa

tersebut. Lapisan tipis fotoida silicon akan menyerap seluruh partikel alfa yang akan menghasilkan

pulsa yang dibangkitkan dari peristiwa terbentuknya pasangan hole-elektron saat partikel alfa

menumbuk lapisan silicon. Pulsa yang dihasilkan ini akan sebanding dengan energy alfa, sehingga

bisa menentukan energy radiasi yang belum diketahui

Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon peluruhan α memenuhi reaksi yang dinyatakan

oleh :

AIZ

A-4TZ-2+α

dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Sedangkan untuk peluruhan radioaktif 226

Ra

menjadi 206

Pb. Dalam eksperimen ini dapat diperoleh turunan peluruhannya:

226Ra

222Rn+α

222Rn

218Po+α

218Po

214Po+α

214Po

210Po+α

210Po

206Pb+α

Dari penurunan peluruhan 226

Ra menjadi 206

Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-masing

partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda. Dari grafik terlihat spectrum energinya

memiliki 5 puncak yang menunjukkan besarnya energi yang dihasilkan partikel α tersebut selama

meluruh.

Pada eksperimen ini untuk menentukan energy dari partikel α dari Ra-226 digunakan kalibrator Am-

241 yang memiliki spectrum mono energetic radiasi α sebesar 5,6 MeV. Besarnya energy partikel

puncak pada spectrum energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206 didapatkan dengan menganalisis

spectrum energi Am-241. Puncak energy partikel α pada peluruhan Am-241 terjadi pada kanal 370,

sehingga dapat diketahui bahwa 1 kanal mewakili besarny aenergi yang dipancarkan partikel α

sebesar 0,015 MeV atau 0,015 𝑥 106 𝑒𝑉.

Kemudian untuk mengetahui besarnya energy tiap partikel alfa hasil peluruhan, yang dilakukan

adalah dengan mencari nomor kanalnya lalu dikalikan dengan 0,015 MeV. Berdasarkan analisis data,

diperoleh hasil perhitungan energy partikel alfa untuk masing-masing peluruhan sebagai berikut

Nama Energy

(MeV)

Ra-226 3,15

Rn-222 3,75

Po-218 4,5

Po-214 4,8

Po-210 5,4

Tabel energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206

Berdasarkan , seperti yang terlihat pada grafik spektrum energy diatas pada titik 1 yang menunjukan

Ra-226 didapatkan E= 1 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literature pada table di atas maka

prosentase kesalahannya sebesar:

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟− 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑋 100%

1 − 3,15

3,15 × 100% = 68, 25 %

Pada titik 2 yang menunjukan Po-210 didapatkan E= 3,75 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada

literatur pada table di atas maka prosentase kesalahanny asebesar:



5,30 − 3.75

5,30 × 100% = 49,20 %

Pada titik 3 yang menunjukan Rn-222 didapatkan E= 4,5 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada

literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:



5,48 − 4,5

5,48 × 100% = 31,11 %

Pada titik 4 yang menunjukan Po-218didapatkan E= 4,8 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada



𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 × 100%

6 − 4.8

6 × 100% = 38,09 %

Pada titik 5 yang menunjukan Po-214 didapatkan E= 5,4 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada



𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 × 100%

7,68 − 5,4

7,68 × 100% = 73,38 %

FWHM merupakan lebar “peak” pada setengah energy puncaknya. Resolusi energy radiasi alfa

merupakan kemampuan system spectrometer energy radiasi untuk memisahkan antar energy radisai.

Hal ini sangat penting karena dapat memberikan informasi seberapa valid informasi energy radiasi

yang muncul dalam spectrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi yang kami peroleh dalam percobaan

ini 52,85 %.

Adanya presentase kesalahan yang cukup besar disebabkan oleh faktor alat maupun faktor

praktikan. Selain itu, bisa juga dari sumber radiasi yang sudah sering kali digunakan dalam

eksperimen, dan juga eksperimen hanya dilakukan sekali sehingga tidak sesuai dengan nilai literature

yang sudah dilakukan eksperimen berkali.kali

G. KESIMPULAN

Dari eksperimen tersebut didapatkan bahwa:

1.Pada peluruhan inti turunan 226

Ra menjadi 206

Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-

masing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda

2. Berdasarkan analisis, diperoleh energy partikel tiap alfa tiap puncak dan presentase kesalahannya

adalah :

Nama Energy

(MeV)

Presentase

kesalahan

Ra-226 3,15 68,25

Rn-222 3,75 49,20

Po-218 4,5 31,11

Po-214 4,8 38,09

Po-210 5,4 73,37

3. Besarnya Resolusi Energi radiasi Am-241 sebesar 52,85 %

H. DAFTAR PUSTAKA

Leybold, General Cataloque of Physics Experiments,1998. Federal Republik of Germany: Technical

alterations reserved.

Krane,keneth, Modern Physics, John WileySons,inc.,1992. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia

(UI-Press).

Tipler, Paul A dan Ralph A.Liewellyn.ModernPhysics. Fourth Edition.1933. New

laporan praktikum fisika eksperimental ii · pdf filelaporan praktikum fisika eksperimental ii...

Documents