DETEKTOR SINAR GAMMA GEIGER MULLERDibuat untuk memenuhi Tugas Besar Fisika Modern

Oleh :

Gery Rheynhard Manurung 117101057Taufik Buyung Habibie 117101060Ulfah Planita Byaztuti 117101061Firdy Bahari Putra 117101062

TF 34-04

Teknik FisikaFakultas SainsInstitut Teknologi TelkomBandung2012

ABSTRAK

Detektor Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Mller adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Detektor Geiger Muller ini terjadi efek fotolistrik dan efek compton. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-Mller. Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bisa berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi tertentu, pencacah Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma. Detektor ini dapat dirancang dengan mudah karena konstruksinya yang sederhana, biaya murah serta Operasional mudah.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSinar gamma merupakan bentuk energi dari radiasi gelombang elektromagnetik yang sekarang semakin banyak dimanfaatkan seiring berkembangnya teknologi. tidak hanya memberi manfaat , radiasi sinar gamma sendiri juga sangat berbahaya bagi tubuh manusia karena radiasinya dapat merusak jaringan sel tubuh , mutasi genetik, kanker kulit dan tulang apabila terkena radiasi melebihi ambang batas normal dari tingkat paparan radiasi 10 ribu mrem (milirem). Oleh karena itu akan lebih baik lagi jika dilakukan pencegahan sebelum terkena radiasi. Pencegahan tersebut salah satunya dapat dilakukan dengan mengetahui kadar radiasi dari sinar gamma di sekitar kita, dengan begitu kita dapat memilih tempat yang lebih aman agar bisa terhindar dari radiasi sinar gamma. Karena radiasi sinar tidak bisa dilihat dengan mata maka dibutuhkan alat untuk mendeteksi radiasi sinar gamma tersebut. Baru-baru ini sudah dilakukan sebuah percobaan oleh geiger muller dalam mendeteksi radiasi sinar gamma. Dia membuat sebuah detektor yang dapat memberikan informasi kadar radiasi sinar gamma melalui mekanisme ionisasi gas pada alatnya. Makalah ini akan membahas hal menarik tersebut.

1.2 Rumusan MasalahDari uraian latar belakang diatas maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut,1. Apakah yang dimaksud dengan sinar gamma?2. Apakah yang dimaksud dengan detektor geiger muller?3. Bagaimana cara kerja detektor geiger muller?

1.3 Tujuan penulisan Dari rumusan masalah tersebut maka tujuan penulisan makalah ini sebagai berikut,1. Mengetahui tentang sinar gamma.2. Mengetahui tentang detektor geiger muller sebagai aplikasi pendeteksi radiasi sinar gamma.3. Mengetahui cara kerja detektor geiger muller.

1.4 Manfaat penulisanAdapun manfaat yang diperoleh oleh pembaca sebagai berikut,1. Memberikan pengetahuan kepada pembaca mengenai sinar gamma2. Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang detektor geiger muller sebagai aplikasi pendeteksi sinar gamma3. Memberikan pengetahuan kepada pembaca cara kerja detektor geiger muller

BAB IIPEMBAHASAN2.1 Sinar GammaSinar gamma merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi. Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 1020 Hz dengan panjang gelombang antara 10-11 cm sampai 10-8 cm. Sinar gama membentuk spektrum elektromagnetik energi-tertinggi.Mereka seringkali didefinisikan bermulai dari energi 10 keV/ 2,42 EHz/ 124 pm,meskipun radiasi elektromagnetik dari sekitar 10 keV sampai beberapa ratus keV juga dapat menunjuk kepada sinar X keras. Penting untuk diingat bahwa tidak ada perbedaan fisikal antara sinar gama dan sinar X dari energi yang sama dimana mereka adalah dua nama untuk radiasi elektromagnetik yang sama, sama seperti sinarmatahari dan sinar bulan adalah dua nama untuk cahaya tampak. Namun, gamma dibedakan dengan sinar X dari sumber mereka. Jadi sebenarnya Sinar gama adalah istilah untuk radiasi elektromagnetik energi-tinggi yang diproduksi oleh transisi energi karena percepatan elektron. Karena beberapa transisi elektron memungkinkan untuk memiliki energi lebih tinggi dari beberapa transisi nuklir, ada tumpang-tindih antara apa yang kita sebut sinar gama energi rendah dan sinar-X energi tinggi.Penemuan radias sinar gamma dimulai oleh ilmuwan Perancis Henri Becquerel, dan pasangan suami istri, Pierre Curie-Marie Curie pada akhir tahun 1890-an. Mereka melakukan eksperimen dengan menggunakan bahan-bahan aktif seperti, uranium, polonium, dan radium, yang mengarah pada penemuan pertama sinar radioaktivitas dengan tingkat energi yang sangat tinggi. Sebelumnya, jenis radiasi yang dikenal saat itu adalah radiasi alpha dan beta, sehingga penemuan mereka merupakan jenis radiasi baru yang menambah koleksi radiasi yang berhasil diketahui.. Radiasi gamma mempunyai sifat: Radiasi dengan panjang gelombang pendek dan frekuensi tinggi Tidak terbelokkan dalam medan magnet Energi yang paling besar Daya tembus terkuatUntuk mengetahui secara mendalam tentang sinar gamma tentu perlu diketahui macam interaksi yang terjadi pada sinar gamma terhadap materi yakni,1. Efek Fotolistrik2. Efek Compton3. Produksi pasangan2.2 Detektor Geiger MullerDetektor Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Mller adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-Mller, sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor ketika partikel atau foton radiasi menyebabkan gas (umumnya Argon) menjadi konduktif. Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bisa berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi tertentu, pencacah Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun tingkat reliabilitasnya kurang. Pencacah geiger tidak bisa digunakan untuk mendeteksi neutron.Bagian bagian Detektor Geiger Muller :

Katoda yaitu dinding tabung logam yang merupakan elektroda negatif. Jika tabung terbuat dari gelas maka dinding tabung harus dilapisi logam tipis. Anoda yaitu kawat tipis atau wolfram yang terbentang di tengah tengah tabung. Anoda sebagai elektroda positif. Isi tabung yaitu gas bertekanan rendah, biasanya gas beratom tunggal dicampur gas poliatom (gas yang banyak digunakan Ar dan He).

2.3 Prinsip Kerja Detektor Geiger Muller Detektor Geiger Muller meupakan salah satu detektor yang berisi gas. Selain Geiger muller masih ada detektor lain yang merupakan detektor isiann gas yaitu detektor ionisasi dann detektor proporsional. Ketiga macam detektor tersebut secara garis besar prinsip kerjanya sama, yaitu sama-sama menggunakan medium gas. Perbedaannya hanya terletak pada tegangan yang diberikan pada masing-masing detektor tersebut.Apabila ke dalam labung masuk zarah radiasi maka radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya pasangan eleklron-ion yang lerjadi pada deleklor Geiger-Muller tidak sebanding dengan tenaga zarah radiasi yang datang. Hasil ionisasi ini disebul elektron primer. Karena antara anode dan katode diberikan beda tegangan maka akan timbul medan listrik di antara kedua eleklrode tersebut. Ion positif akan bergerak kearah dinding tabung (katoda) dengan kecepatan yang relative lebih lambat bila dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak kea rah anoda (+) dengan cepat. Kecepatan geraknya tergantung pada besarnya tegangan V. sedangkan besarnya tenaga yang diperlukan untuk membentukelektron dan ion tergantung pada macam gas yang digunakan. Dengan tenaga yang relatif tinggi maka elektron akan mampu mengionisasi atom-atom sekitarnya. sehingga menimbulkan pasangan elektron-ion sekunder. Pasangan elektron-ion sekunder inipun masih dapat menimbulkan pasangan elektron-ion tersier dan seterusnya. sehingga akan terjadi lucutan yang terus-menerus (avalence).Kalau tegangan V dinaikkan lebih tinggi lagi maka peristiwa pelucutan elektron sekunder atau avalanche makin besar dan elektron sekunder yang terbentuk makin banyak. Akibatnya, anoda diselubungi serta dilindungi oleh muatan negative elektron, sehingga peristiwa ionisasi akan terhenti. Karena gerak ion positif ke dinding tabung (katoda) lambat, maka ion-ion ini dapat membentuk semacam lapisan pelindung positif pada permukaan dinding tabung. Keadaan yang demikian tersebut dinamakan efek muatan ruang atau space charge effect.Tegangan yang menimbulkan efek muatan ruang adalah tegangan maksimum yang membatasi berkumpulnya elektron-elektron pada anoda. Dalam keadaan seperti ini detektor tidak peka lagi terhadap datangnya zarah radiasi. Oleh karena itu efek muata ruang harus dihindari dengan menambah tegangan V. penambahan tegangan V dimaksudkan supaya terjadi pelepasan muatan pada anoda sehingga detektor dapat bekerja normal kembali. Pelepasan muatan dapat terjadi karena elektron mendapat tambahan tenaga kinetic akibat penambahan tegangan V.Apabila tegangan dinaikkan terus menerus, pelucutan alektron yang terjadi semakin banyak. Pada suatu tegangan tertentu peristiwa avalanche elektron sekunder tidak bergantung lagi oleh jenis radiasi maupun energi (tenaga) radiasi yang datang. Maka dari itu pulsa yang dihasilkan mempunyai tinggi yang sama. Sehingga detektor Geiger muller tidak bisa digunakan untuk mengitung energi dari zarah radiasi yang datang.Kalau tegangan V tersebut dinaikkan lebih tinggi lagi dari tegangan kerja Geiger Muller, maka detektor tersebut akan rusak, karena sususan molekul gas atau campuran gas tidak pada perbandingan semula atau terjadi peristiwa pelucutan terus menerusbyang disebut continous discharge. Hubungan antara besar tegangan yang dipakai dan banyaknya ion yang dapat dikumpulkan dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Pembagian daerah tegangan kerja tersebut berdasarkan jumlah ion yang terbentuk akibat kenaikan tegangan yang diberikan kepada detektor isian gas. Adapun pembagian tegangan tersebut dimulai dari tegangan terendah adalah sebagai berikut:I. = daerah rekombinasi II. = daerah ionisasi III. = daerah proporsional IV. = daerah proporsioanl terbatas V. = daerah Geiger MullerKurva yang atas adalah ionisasi Alpha, sedangkan kurva bawah adalah ionisasi oleh Beta. Kedua kurva menunjukkan bahwa pada daerah tegangan kerja tersebut, detektor ionisasi dan detektor proporsional masih dapat membedakan jenis radiasi dan energi radiasi yang datang. Dengan demikian, detektor ionisasi dan detektor proporsional dapat digunaknan pada analisis spectrum energi. Sedangkan detektor Geiger Muller tidak dapat membedakan jenis radiasi dan energi radiasi.Tampak dari gambar tersebut bahwa daerah kerja detektor Geiger Muller terletak pada daerah V. pada tegangan kerja Geiger Muller elektron primer dapat dipercepat membentuk elektron sekunder dari ionisasi gas dalam tabung Geiger Muller. Dalam hal ini peristiwa ionisasi tidak tergantung pada jenis radiasi dan besarnya energi radiasi. Tabung Geiger Muller memanfaatkan ionisasi sekunder sehingga zarah radiasi yang masuk ke detektor Geiger Muller akan menghasilkan pulsa yang tinggi pulsanya sama. Atas dasar hal ini, detektor Geiger Muller tidak dapat digunakan untuk melihat spectrum energi, tetapi hanya dapat digunakan untuk melihat jumlah cacah radiasi saja. Maka detektor Geiger Muller sering disebut dengan detektor Gross Beta gamma karena tidak bisa membedakan jenis radiasi yang datang.Besarnya sudut datang dari sumber radiasi tidak mempengaruhi banyaknya cacah yang terukur karena prinsip dari detektor Geiger Muller adalah mencacah zarah radiasi selama radiasi tersebut masih bisa diukur. Berbeda dengan detektor lain misalnya detektor sintilasi dimana besarnya sudut datang dari sumber radiasi akan mempengaruhi banyaknya pulsa yang dihasilkan. Kelebihan Detektor Geiger Muller : Konstruksi simple dan Sederhana Biaya murah Operasional mudah Kekurangan Detektor Geiger Muller : Tidak dapat digunakan untuk spektroskopi karena semua tinggi pulsa sama. Efisiensi detektor lebih buruk jika dibandingkan dengan detektor jenis lain. Resolusi detektor lebih rendah. Waktu mati besar, terbatas untuk laju cacah yang rendah.Hasil dan Kesimpulan percobaan1. Besarnya nilai efisiensi :a. Sumber radioaktif 60Co dan 137Cs, efisiensi pada jarak tertentuJarakRadioaktif 60Co(%)Radioaktif 137Cs(%)

0.03510.76521.42

0.0452.7266.345

0.0441.4203.064

0.0650.9621.949

0.0750.5291.236

2. Semakin panjang jarak antara detektor dengan sumber radioaktif maka semakin kecil nilai efisiensi detector.3. Nilai koefisien serap sinar gamma sumber radiaoaktif 60Co adalah 65.83 permeter timbal (lead) dan 38.33 permeter plastik (polyethylene) dan untuk Sumber radioaktif 137Cs adalah 44.25 permeter timbal (lead) dan 67.11 permeter plastik (polyethylene).4. Semakin tebal penghalangnya maka semakin kecil cacah / intensitasnya

BAB IIIKESIMPULAN DAN SARAN

3.1 Kesimpulan1. Sinar gamma merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energi sangat tinggi , daya tembus kuat yang tidak hanya memberikan banyak manfaat dalam kehidupan sehari hari tetapi juga akan menjadi sangat bebahaya untuk tubuh manusia jika radiasi nya melebihi 10 mrem(milirem)2. Detektor geiger muller merupakan alat yang dibuat menggunakan prinsip ionisasi gas yang digunakan untuk mendeteksi radiasi elektromagnetik sinar alpha, beta, dan gamma tetapi tidak bisa mendeteksi radiasi neutron.3. Detektor geiger muller merupakan detektor dengan kemudahan operasional serta murah dalam pembuatan yang sekaligus menjadi salah satu solusi untuk menghindarkan tubuh manusia dari bahaya radiasi sinar gamma. 4. Semakin jauh jarak detektor dengan sumber radiasi semakin kecil nilai koefisien efisiensi detektor . Nilai koefisien efisiensi detektor menunjukan efisiensi detektor geiger muller.3.2 saran 1. Detektor ini bisa dikembang lebih lanjut supaya resolusi dan efisiensi detektor ini bisa lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Wardhana, Wisnu Arya. 2007.Teknologi Nuklir Proteksi Radiasi dan Aplikasinya.Yogyakarta: Andi Offset.2. Prinsip Dasar Pengukuran Radiasi. Diambil pada tanggal 8 April 2011 dari http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Dasar_04.html