modifikasi single channel analyzer menggunakan …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

MODIFIKASI SINGLE CHANNEL ANALYZER MENGGUNAKANLM-311 SEBAGAI KOMP ARA TOR

Jumari, Djuningran, Nurhidayat SPuslitbang Teknologi Maju - BATAN Yogyakarta

ABSTRAK

MOlJlFIKASI SINGLE CHANNEL ANAL YZER MENGGUNAKAN LM311 SEBAGAIKOMPARA TOR. Telah dilakukan modifikasi Single Channel Analyzer (SCA) denganmenggunakan IC LM311 sebagai komparator. IC komparator SCA yang lamamenggunakan IC LM710, sedangkan IC tersebut sudah langka dan tidak adadipasaran lokal, maka dari itu harus dicari IC tipe lain dengan karateristik yang samasebagai pengganti. SCA yang dibuat terdiri dari rangkaian pembagi dua, Uper LevelDiscriminator, Lower Level Discriminator, dan rangkaian pembentuk pulsa.Pelaksanaan kegiatan meliputi review disain, pembuatan dan pengujian. Pengujianrangkaian dilakukan dengan menggunakan generator pulsa dan sumber radiasistandar Co-60 dan Cs-137. Dari data hasil pengujian menggunakan generator pulsamenunjukkan bahwa SCA sudah berfungsi dengan baik dan mempunyai amplitudo 4Vserta lebar pulsa 5 jJS. Dari data hasil pengujian seluruh sistem dengan menggunakan sumber radiasi standar didapatkan hasil untuk Co-60 letak tenaga ada dua,pertama pada 5,7 V dengan angka cacahan 730 cacah/10detik dan yang kedua pada6,4 V dengan angka cacahan 631 cacah/10detik. Sedangkan letak tenaga sumberradiasi Cs-137 pada 3,2 V dengan cacahan 3205 cacah/10detik. Dari hasil uji fungsidapat diketahui bahwa SCA yang dibuat telah berfungsi dengan baik dan memenuhistandar yang ditentukan dalam instrumentasi nuklir.

ABSTRACT

MODIFICATION OF THE SINGLE CHANNEL ANALYZER USING IC LM311 ASCONIPARATOR. Modification of SCA using IC LM311 as comparator have beendone. SCA is obsolent presently, therefore it should be find out the other IC type withsimilar characteristic for replacing the IC LM710. The constructed SCA consits ofdevicfer circuit, uper lever discriminator, lower lever discriminator, and pulse shapingcircuit. Modification activity consists of design review, construction and function test.The circuit test was done by using pulse generator and standard radiation source Co60 and Cs-137. The test done using pulse generator shown that the SCA is runningwell with the amplitude of 4V, pulse width 511S.The test done by using radiationsource it is shown that for Co-60 there are two energies, namely at 5. 7V with 730count/10 seconds and at 6.4V with 631 count/10 seconds. Where as for Cs-137 theenergy at 3.2V with 3205 count/10 seconds. From the test done it is concluded thatthe SCA is functioning properly and fulfilled the standard of nuclear instrumentation.

PENDAHUlUAN

Da'am bidang penelitian, industri, radiografi danradiologi sumber radiasi yang banyakdigunakan adalah radiasi sinar gamma, dan untukkeperluan pengukuran intensitas dan tenaga radiasigamma tersebut dibutuhkan sistem spektrometergamma. Perangkat elektronik pada sistem

spektrometer gamma ini terdiri dari detektor Nal(Tl), Pre Amplifier, Linear Amplifier, SingleChannel Analyzer, Counter dan Timer sertaPenyedia Daya Tegangan Tinggi DC dan PenyediaDaya Tegangan Rendah DC. Mekanisme deteksiradiasi adalah sinar radiasi gamma oleh detektorNal (TI) akan dirubah menjadi pulsa listrik

kemudian dimasukkan ke Pre Amplifier untuk

Jumari, dkk. ISSN 1410 - 8178 443



·sv

DASAR TEORI

Gambar 2. Timing diagram pulsa input dan out putSCA

Single Channel Analyzer merupakan bagianutama pada sistem Spektrometri y. Adapun blokdiagram rangkaian SCA adalah seperti terlihat padaGambar I.

CN~SCA

J:::---... OUTPUT

DIFFERENTIAL

Ildl rLOR

INTEGRAl.

I UlOUT

ILINTEGRAL

nSLSCAOUT

DIFITRENTIAlSCAour

INPUT

LL

UL

Gambar I. Blok diagram timing single channelanalyzer

Pada blok diagram gambar 1 terlihat bahwatiap pulsa input dilengkapi kedua diskriminatorLower Level (LL) dan Uper Level (UL), dan tiapdiskriminator membangkitkan sebuah pulsakeluaran jika masing-masing ambang melebihisinyal masukan. Untuk operasi Integral LLberfungsi sebagai batas bawah sedangkan UL tidakdigunakan, prinsipnya kalau ada pulsa yangtingginya diatas LL akan dilewatkan. OperasiDifferential ada dua macam yaitu DifferentialJendela dan Differential Normal. Pada operasiDifferential Jendela LL berfungsi sebagai batasanbawah sedangkan UL berfungsi sebagi lebarjendela, dimana kalau ada pulsa masukan yangtingginya di atas LL sampai lebar jendela tertentumaka pulsa tersebut akan dilewatkan. Untuk operasiDifferential Normal, LL berfungsi sebagai batasanbawah sedangkan UL berfungsi sebagai batasanatas, dimana kalau ada pulsa yang tingginya beradadiatas LL sampai pada harga UL maka pulsatersebut akan dilewatkan. Timing diagram carakerja TSCA adalah seperti pada Gambar 2 :

~ULV .• •

lLV-- --- --------- --- ----

_n~ _

dikuatkan tinggi pulsanya menjadi ratusan mV dandibentuk menjadi pulsa "semi Gaussian". Pulsasemi Gaussian dimasukkan ke Amplifier untukdikuatkan tinggi pulsanya menjadi maksimum 10 Vdan dibentuk menjadi pulsa "Gaussian" [I). Setelahbentuk pulsa menjadi Gaussian kemudiandimasukkan ke SCA untuk dianalisa tinggi pulsanyadan dirubah menjadi pulsa digital dengan tinggipulsa 3V - 5V dan lebar pulsa 5 ~S [2). Pulsatersebut dimasukkan ke Counter yang sudahdilengkapi dengan Timer, untuk dicacah berapapulsa radiasi yang ditangkap oleh detektorpersatuan waktu. Setelah pulsa keluaran amplifiertersebut dianalisa maka akan dapat diketahui berapaintensitas dan tenaga radiasi gamma dengan caramelihat hasil cacahan pada Counter dan dibuatgambar spektrum dari sumber radiasi Cs-137 danCo-60 tersebut. Sistem spektrometer gamma untukpengukuran tenaga radiasi yang saat ini banyakdigunakan adalah buatan "ORTEC" dan"CANBERRA", dimana kedua merk tersebut sudah

terbukti berkualitas baik tetapi untuk pengadaankedua merk perangkat elektronik tersebutmemerlukan biaya yang sangat mahal, disampingitu apabila alat tersebut mengalami kerusakan makauntuk pengadaan komponen elektronik yang rusaksangat sulit karena komponennya sangat specificdan kebanyakan tidak ada dipasaran lokal. Karenahal tersebut maka telah dilakukan modifikasi dari

sebagian Sistem Spektrometri Gamma, bagian yangdimodifikasi adalah SCA, yang mana fungsi SCAadalah untuk menganalisa tinggi pulsa keluaranlinear amplifier yang merupakan pulsa Gaussiankeluaran detektor yang sudah mengalamipenguatan. Dalam kegiatan modifikasi SCA inimeliputi review design, pembuatan dan pengujian.Review design dititik beratkan pada bagiankomparator yang tadinya menggunakan IC LM-71O

diganti dengan IC r;ang mempunyai karateristiksarna yaitu LM-311 3), langkah selanjutnya adalahpembuatan dan pengujian spesifikasi teknis yangtelah ditentukan. Dalam pengujian dilakukandengan menggunakan generator pulsa dan sumberradiasi standar dan dari data hasil pengujianmenunjukkan bahwa SCA hasil modifikasi telahberfungsi dengan baik sesuai standar yangditentukan. Dengan telah berhasilnya dilakukanmodifikasi SCA tersebut maka manfaatnya sangatbesar yaitu dapat memanfaatkan komponen lokaldan mudah untuk mendapatkannya, kualitas hasilproduk cukup baik dan alat tersebut telah terbuktidapat berfungsi secara efektif dan efisien. Efektifkarena dapat berdaya guna dan berhasil gun a, sertaefisien karena alatnya sangat sederhana danharganya jauh lebih murah dibandingkan dengankalau harus beli dari luar negeri.

444 ISSN 1410 - 8178 Jumari, dkk



Pada timing diagram gambar 2digambarkan dua kemungkinan kondisi pulsa input.Pertama adalah sebuah pulsa yang melebihi ambangLL tanpa melebihi UL, dan pulsa lainnya adalahpulsa yang melebihi kedua ambang. Jika dipilihoperasi integral, sebuah pulsa keluaran SCAdibangkitkan untuk setiap pulsa input pada saatpulsa input naik melintasi batas LLD. Jika dipilihoperasi differential (salah satu normal ataujendela),sebuah pulsa keluaran SCA dibangkitkan untukpulsa pertama tapi tidak untuk pulsa yang kedua.Ambang LL dapat diatur dari 0 sid +10 V,sedangkan pengaturan ambang UL ditentukan olehpenetapan operasi. Bila ditetapkan pada operasiIntegral maka UL tidak digunakan, sedang kan bilaoperasi differential Normal UL dapat diatur dari 0sid + 10 V diukur terhadap ground. Bila operasiditetapkan pada posisi differential jendela maka ULbiasanya diatur 0 sid IV, diukur terhadap ambangLL

TAT A KER.JA

I. Review disain rangkaian dan disain Lay OutPCB.

2. Pembuaum PCB Single Channel Analyzer.3. Pengujian komponen yang akan dipasang baik

pasip maupun aktif.4. Pemasangan komponen pada PCB Single

Channel Analyzer.5. Pengujian sistem operasi SCA meliputi operasi

Integral, Differential Jendela, dan DifferentialNormal dengan menggunakan sinyal masukandari Pulse Generator berpolaritas positip denganfrekuensi I kHz.

6. Pengujian pencacahan dan analisa tinggi pulsadengan menggu nakan sumber standard Cs-137.

7. Pengujian pencacahan dan analisa tinggi pulsadengan menggunakan sumber standard Co-60.

Alat yang dligunakanI. Pulse Generator model: GL-3.

2. Frequency Counter Kenwood model: FC-756.3. Multimeter Digital model: Fluke-834. Oscilloscope 40 MHz Kenwood 40 MHz model

: CS-5130.

5. Unit sistem spektrometri gamma model: NIMModul ORTEC 401A.

HASIL PENGUJIAN

Pengujian Single Channel Analyzer denganGenerator Pulsa

Tabel I. Data hasil pengujian spesifikasi teknisSCA

No. Bagian yangHasil yangHasil pengukurandiuji

diharapkan

1.

Sentuk pulsa Pulsa kotakPulsa kotakkeluaran

positipoositio

2.Tinggi pulsa

4 - 5 Volt4 Volt

keluaran3.

Lebar pulsa5 JlS

5 JlSkeluaran

Tabel 2. Data hasil pengujian operasi integraldengan generator pulsa

Aras

Respon tinggiRespon tinggi

No

bawahulsa masukarulsa masukaSentuk pulSeKesa-

(Volt)

SCA yangSCA terukureluaran SCI~an(o/c

harapkan (Vol

(Volt)

1.

0,10,1-100,1-10~0

2.

0,50,5 -100,5 -10~0

3.

1.1,0 -100,98 -10~24.

1,51,5 -101,48-10~2

5.

22,0 -102,0 - 10~0

6.

2,52,5 -102,45 -10~5

7.

33,0 - 102,95 -10~5

8.

3,53,5 - 103,45 -10~59.

44,0 -103,95 -10~510.

4,54,5 -104,5 -10~0

11.

55,0 -105,0 -10~0

12.

5,55,5 -105,5 - 10~0

13.

66,0 - 105,95 -10~5

14.

6,56,5 - 106,45-10~5

15.

77,0 -107,0 -10~0

16.

7,57,5 -107,5 -10~0

17.

88,0 - 108,0 -10~0

18.

8,58,5 - 108,5 -10~0

19.

99.0 -109.0 -10~0

20.

9,59,5 -109,5 -10~0

Jumari, dkk. ISSN 1410 - 8178 445


Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Tabel 4. Data hasil pengujian operasi differensialnonnal dengan generator pulsa.

1 1 2

213

314

415

516

617

718

819

9 1 10

Tabel 3. Data hasil pengujian operasi differensia!dengan generator pulsa, lebar jendela 0,1Volt.

ArasRespon linggi

Respon linggiSeniuk

No

bawahulsa masukarpulsa masukanPulsasa-Iaha

SCA yang

SCA lerukurkeluaran("!o)(Volt) harapkan (Vol(Volt)SCA

1.

0,10,1 - 0,20,1- 0,2SL°2.

0,50,5 - 0,60,5- 0,6SL°3.

11-1,10,98- 1,08SL2

4.

1,51,5-1 ,61,48- 1,58SL2

5.

22-2,12,0-2,1SL°6.

2,52,5- 2,62,45- 2,55SL5

7.

33-3,12,95- 3,05SL5

8.

3,53,5 - 3,63,45- 3,55SL5

9.

44-4,13,95- 4,05SL5

10.

4,54,5 - 4,64,5- 4,6SL°11.

55-5,1 5-5,1SL°12.

5,55,5- 5,65,5- 5,6SL°13.

66-6,15,95- 6,05SL5

14.

6,56,5 - 6,66,45- 6,55SL5

15.

77 -7,1 7 -7,1SL°16.

7,57,5- 7,67,5- 7,6SL°17.

88-8,1 8-8,1SL°18.

8,58,5 - 8,68,5- 8,6SL°19.

99-9,1 9-9,1SL°20.

9,59,5- 9,69,5 - 9,6SL°

Aras r fTinggi pulsa Tinggi pulsa enluk pul Kesabawah ras AI asukan SC masukan SCA keluaran han (OfcNo I (Vall) (Vall) yang lerukur (Volt) SCAdihara kan

1 2 0,96- 2,0 4

1 3 0,96- 2,96 4

1 4 0,96- 3,96 4

1 5 0,96-5,0 4

1 6 0,96- 5,96 4

1 7 0,96-7,0 4

1 8 0,96- 8,0 4

1 9 0,96- 9,0 4

1-10 0,96-9,96 4

Pengujian SCA Menggunakan SumberRadiasi Cs-137 dan Co-GO.

Pad a pengujian SCA dengan sumber radiasiini SCA dilengkapi dengan detektor NaI (TI), danperangkat "ORTEC" seperti Pre Amplifier,

Amplifier, Penyedia Daya Tegangan Rendah danTinggi DC, Counter dan Timer serta sistem NIMModul.

Tabel 5. Data hasil peneaeahan dengan sumberradiasi y Cs-137

Aktivitas Cs-137 = 10 flCi (tanggal pembuatan: 9 Januari 198 I), tanggal penguj ian = 29 April2008, Sistem operasi Differensial Jendela(Window), Lebar jendela (Upper Level) = 0,1Volt, Jarak sumber radiasi dengan detektor = 5em.

No.Aras bawah, (Volt)Cacah/10detik

1

0,2 1024

2

0,3 872

3

0,4 916

4

0,5 942

5

0,6 952

6

0,7 1008

7

0,8 1064

8

0,9 1437

9

1 1370

10

1,1 1060

11

1,2 895

12

1,3 722

13

1,4 677

14

1,5 664

15

1,6 635

16

1,7 624

17

1,8 623

18

1,9 624

19

2 693

20

2,1 647

21

2,2 522

22

2,3 320

23

2,4 192

24

2,5 148

25

2,6 134

26

2,7 125

27

2,8 165

28

2,9 333

29

3 1102

30

3,1 2542

31

3,2 3205

32

3,3 1857

33

3,4 460

34

3,5 68

35

3,6 19

36

3,7 12

Dari data hasil pengujian Tabel 5 dengansumber radiasi y Cs-137 kemudian disajikan dalambentuk spektrum seperti pada Gambar 3.




Gambar 3. Spektrum sumber radiasi standar Cs-137

Letak tenaga radiasi y Cs-137 pada 3,2 Volt (3205eaeah/IO det).

Tabel 6. Data hasil peneaeahan dengan sumberradiasi y Co-60. Waktu peneaeahan = 30April 2008, Jarak sumber radiasi dengandetektor = 0, I em

No. Aras bawah (Volt)Cacah/10detik

1

0,2 457

2

0,3 556

3

0,4 572

4

0,5 568

5

0,6 563

6

0,7 568

7

0,8 513

8

0,9 527

9

1 537

10

1,1 629

11

1,2 565

12

1,3 547

13

1,4 499

14

1,5 472

15

1,6 443

16

1,7 445

17

1,8 416

18

1,9 408

19

2 382

20

2,1 394

21

2,2 389

22

2,3 372

23

2,4 374

24

2,5 391

25

2,6 375

26

2,7 366

No.

Aras bawah (Volt)Cacah/10detik

27

2,8 361

28

2,9 364

29

3 370

30

3,1 380

31

3,2 387

32

3,3 374

33

3,4 390

1000

oo 0,$ 1,5 1 2.5

__ (v.~)

No. Aras bawah (Volt)Cacah/10detik

34

3,5 380

35

3,6 369

36

3,7 382

37

3,8 397

38

3,9 404

39

4 403

40

4,1 400

41

4,2 404

42

4,3 411

43

4,4 413

44

4,5 396

45

4,6 337

46

4,7 313

47

4,8 285

48

4,9 266

49

5 260

50

5,1 255

51

5,2 315

52

5,3 267

53

5,4 388

54

5,5 600

55

5,6 847

56

5,7 730

57

5,8 446

58

5,9 220

59

6 160

60

6,1 199

61

6,2 350

62

6,3 563

63

6,4 631

64

6,5 453

65

6,6 251

66

6,7 132

67

6,8 60

68

6,9 42

69

7 29

70

7,1 25

71

7,2 21

72

7,3 19

73

7,4 20

74

7,5 21

75

7,6 18

76

7,7 17

77

7,8 18

78

7,9 16

79

8 19

80

8,1 16

Dari data hasil pengujian peneaeahan pada

Tabel 6 dengan sumber radiasi y Co-60 kemudiandisajikan dalam bentuk spektrum seperti terlihatpada Gambar 4.

Jumari, dkk. ISSN 1410 - 8178 447

9'YJ



KESIMPULAN-!OO

• 5•••••e••••••IV"'"

Gambar 4. Spektrum sumber radiasi standar Co - 60

Letak tenaga radiasi puncak I pada 5,7 V (730cacah/IO detik), dan puncak 2 pada 6,4 V (631cacah/IO detik).

PEMBAHASAN

I. Pada pengujian SCA dilakukan denganmenggunakan Generator Pulsa danmenggunakan Sumber Radiasi Standar Cs-137dan Co-60. Keluaran pulsa output SCAberbentuk pulsa kotak positip dengan tinggipulsa 4 Volt dan lebar pulsa 5 /lS dan hal itusudah sesuai dengan yang diinginkan.

2. Untuk pengujian operasi Integral dari harga LL= 0,1 V sampai dengan 9,5 V terjadi kesalahanrata-rata = (2+2+5+5+5+5+5+5)% / 20 = 1,7%.

3. Pada pengujian operasi Differential Jendela ULdiset pada 0, I V kemudian diteruskan denganpengaturan LL dari 0,1 V sampai dengan 9,5 V,terjadi kesalahan rata-rata sarna dengan padaoperasi integral sebesar 1,7%.

4. Pada pengujian operasi Differential Normaldisini antara LL dan UL berdiri sendiri-sendiri

(independent), dalam hal ini kalau ada pulsayang tingginya diantara LL sampai dengan ULmaka pulsa terse but akan dilewatkan dan darihasil pengujian didapatkan kesalahan rata-ratasebesar 4 %.

5. Dari pengujian analisa tinggi pulsa untukmencari letak tenaga dan intensitas sumberradiasi standar Cs-137 dari Gambar 3

didapatkan bahwa letak tenaga sumber radiasi y

standar Cs-137 pada 3,2 Volt dengan angkacacahan sebesar 3205 cacah/lOdetik.

6. Kemudian dari pengujian analisa tinggi pulsauntuk mencari letak tenaga dan intensitassumber radiasi standar Co-60 dari Gambar 4

spektrum Co-60 didapatkan bahwa letak tenagasumber radiasi y standar Co-60 ada dua, pertamapada 5,7 Volt dengan angka cacahan 730cacah/IOdetik dan yang kedua pada 6,4 Voltdengan angka cacahan 63 I cacah/I 0 detik.

Dari data hasil pengujian dalam modifikasiSingle Channel Analyzer dapat ditarik kesimpulansebagai berikut :I. Dalam pembuatan SCA dari hasil pengujian

dan pembahasan terbukti bahwa SCA yangdibuat telah berfungsi dengan baik dan telahdapat dipakai untuk menga'1alisa tinggi pulsa,dan membentuk menjadi pulsa kotak denganlebar pulsa 5 /lS, tinggi pulsa 4V, baik pulsadari generator pulsa maupun sumber radiasi .

2. Dengan melakukan desain ulang dalam rangkamodifikasi Single Channel Analyzer ini makatujuan kegiatan telah tercapai yaitu telah dapatmemenuhi kebutuhan sebagian sarana darisistem spektrometer gamma denganmemanfaatkan komponen lokal yang mudahdicari dipasaran sehingga dapat menghematbiaya yang begitu besar apabila dibandingkandengan membeli SCA produk dari luar negeri.

UCAPAN TERIMA KASIH

Diucapkan terimakasih kepada Bp.Juwarno, Bp. Bambang Sumanto staf BEM danNurhalis Majid mahasiswa teknik elektronika UNYdan pejabat struktural BEM-PT APB atas bantuandan kerjasama yang baik sehingga kegiatanmodifikasi SCA ini dapat beIjalan dengan lancar.

DAFTAR PUSTAKA

I. WISNU SUSETYA (1988), SistemSpektrometri Gamma, Fakultas Tcknik UGM,Yogyakarta.

2. ORTEC (1991), Operating and Service Manualof Timing Single Channel Analyzer model 551,USA.

3. LINEAR DATA BOOK (1982), "NationalSemi Conductor" Santa Clara, California, USA

4. SUDIONO, dkk (2004), Petunjuk PraktikumElektronika Nuklir, Bidang Studi Elektronikadan Instrumentasi, STTN - BATAN,Yogyakarta.

5. ATOMITRON (1980), Buku PetunjukPemakaian dan Perbaikan TSCA DIN-482,PPBMI - BATAN, Yogyakarta.

TANYA JAWAB

Kiswanto~ Untuk pengujian SCA hasil modifikasi, dari tabel

terlihat bahwa persentase kesalahan 0-5% dan




= 0,5263 %

tidak stabil, apakah pengujian dilakukanbeberapa kali ?

~ Apakah kesalahan tersebut sarna untuk setiapkali pengujian ?

Jumar;

<} Dari hasi pengujian persentase kesalahan 0-5%terkesan belum stabil hal ini karenakemungkinan dari toleransi harga komponensebesar 5%. Pengujian dilakukan 3 kali.

<} Kesalahan untuk masing-masing pengujianbesarna sama.

Suhartono

~ Mengapa uji INL, DNL tidak dibahas (karenafaktor tersebut juga rnernpengaruhi keandalanSCA).

Jumar;<} Untuk uji INL dan DNL tidak dibahas karena

sebetulnya untuk mencari INL dari data hasilpengujian operasi integral harga INL sudahdapat dicari yaitu dari harga penyimpangan LLterbesar dibagi LL mak.

~VBesar INL = -- -I 00%

Vmak

_ 0,005V9,5V

Untuk INL dan DNL pada pengujian SCAsebetulnya tidakperlu dilakukan.

Jurnari, dkk. ISSN 1410 - 8178 449

modifikasi single channel analyzer menggunakan …digilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

Documents