Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007

PEMrnUATANTABUNGDETEKTORGEIGER MULLER TIPE SIDE-WINDOWS

Gunarwan PrayitnoPusat Rekayasa Perangkat Nuklir - BATAN

ISSN 1693-3346

ABSTRAK

Pembuatan tabung detektor tipe Geiger-Muller tipe end-windows telah dicoba dan

dilakukan di laboratorium PTAPB (Pusat Teknologi Akselerator Proses

Bahan)Yogyakarta. Metoda sederhana dikembangkan dan dicobadalam pembuatan tabung

detector. Tabung detector yang akan dibuat terbuat dari pipa kaca pyrex. Di bagian

permukaan dalam tabung dievaporasi dengan bahan tembaga Cu sebagai katoda, dan pada

bagian kedua ujung tabung dibuat kedudukan anoda. Setelah selesai proses pembuatan

katoda dan anoda tabung, detector dicuci dengan aquades dan disimpan pada ruang vakum.

ABSTRACK

A fabrication of Geiger-Muller detector ~as been done at PTAPB laboratory Yogyakarta.

The simple method was developed and tried"in detector tube fabrication, The detector

tube is made from glass pyrex pipe. The inside surface of the detector tube is evaporated

by metal Cu, I as cathode and both sides of the detector tube made as anode support. After

fabrication process of cathode and anode of detector tube, the detector is washing by

aquades and store in a vacuum room.

1. PENDAHULUAN.

Telah dicoba dengan metoda sederhana pembuatan detector tabung Geiger-muller di

laboratorioum elektronika Yogyakarta. Detektor Geiger-Muller tipe end-windows

merupakan detector tipe gas isian. Pembuatan tabung detector dilakukan menggunakan

bahan yang sedrhana dan cara yang sederhana.

Prinsip kerja detector tipe gas isian adalah, Partikel radiasi bermuatan yang masuk ke

dalam daerah aktif detektor akan mengionisasi gas yang ada didalam detektor. Akibat

ionisasi gas maka akan terbentuk ion positif dan ion negative. Dengan adanya beda

tegangan yang relative tinggi antara kedua elektroda (katoda dan anoda), maka kedua

pasangan ion yang terbentuk akan ditarik ke elektroda yang bersesuaian. Ion positif

92

Prosiding Pertcmuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

ditarik ke katoda dan ion negative akan ditarik ke anoda. Berdasarkan prinsip kerja yang

dijelaskan tersebut diatas, masalah yang timbul adalah bagaimana membuat kedua

elektroda tersebut dalam ukuran yang rel.ative kecil dan berada dalam tabung kaca pyrex.

2. KEBUTUHAN BAHAN.

Dalam proses pembuatan detector tipe side-windows dibutuhkan bahan-bahan sebagai

berikut :

• Pipa kaca tipe pyrex, ukuran diameter 2,5 cm, ketebalan 1,5 mm

• Kawat tungsten

• Kawat tembaga (Cu)

• Konektor

3. PROSEDUR PEMBUATAN.

Prosedur proses pembuatan detector OM tipe side-window dibagi beberapa tahapan

antara lain:

a). Tahap I. Pembuatan tabung deteCtor.

b). Tahap II. Evaporasi tembaga sebagai elektroda negatif.

c). Tahap III. Pembuatatn elektroda positif.

d). Tahap IV. Pemasangan elektroda positif

a). Tahap I. Pembuatan tabung detector.

Pada tahap ini kita potong sebuah pipa kaca pyrex dengan diameter berukuran 2,5 cm,

sepanjang ± 15 cm. kemudian pipa tersebut dibentuk seperti terlihat pada gambar 1.

diproses di laboratorium gelas. Pada bagian kedua ujung pipa dibentuk mengecil, lihat

gambar 2.

Oambar 1. Pipa tabunggelas

Gambar.2. Pipa gelas dengan kedua ujungmengecil

93

Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

Kedua ujung tabung gelas dibentuk seperti tampak pada gambar 2 , kedua ujung tabung

mempunyai bentuk yang berbeda , satu dibuat rapat dan yang satu lagi dibuat diameter

pipa gelas mengecil ± 2.5 mm. pada bagian dinding luar bagian salah satu ujung tabung

dibuatkan lubang saluran untuk pemvakuman, Iihat gambar 3.

o ~2'51E ~~~~~:~murnn vakumGambar 3. Pipa gelas pyrex dengan salah satu ujung dibuat saluran pemvakuman.

Selanjutnya pada ujung yang lainnya dibuatkan kontak dengan konektor. Terbuat dari

kawat tembaga, yang salah satu ujungnya dibuat bentuk gepeng atau menipis. Seperti

terlihat di gambar 4. Setelah itu ditancapkan pada sisi ujung tabung lainnya dengan cara

pemanasan. Pada bagian yang gepeng harus benar-benar menempel pada bagian sisi

permukaan bagian dalam tabung kaca. Tujuannya adalah supaya saat evaporasi diding .

tabung bagian dalam dengan tembaga, antara kawat kontak dengan lapisan tembaga benar­

benar menyatu atau berhubungan atau ada kontak.

", , ~ Kontak elektroda negatif,~ I

Oindingtabung

Gambar 4. Pipa tabung gelas dengan salahsatu ujung dibuat kontak negative

Kontak elektroda

negatif

Setelah tabung gelas pyrex terbentuk seperti pada gambar 4, maka siap dilakukan

evaporasi tembaga pada sisi permukaan bagian dalam tabung gelas. Sebaiknya sebelum

dilakukan eveporasi tabung gelas dicuci di bak ultrasonic selama 15 menit atau lebih,

gunanya membersihkan kotoran dan debu yang menempel pada dinding tabung bagian

dalam akibat pemrosesan dilaboratorium gelas. Kemudian disimpan dalam tabung vakum

(103 Torr).

94

~ Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir~ Serpong,20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

Sebelum dilakukan evaporasi tembaga sebagai elektroda negative. Dipersiapkan

terlebih dahulu bahan yang akan dievaporasi. Bahan yang akan dievaporasi adalah kawat

tembaga berdiameter 0,5 mm, yang dililitkan dibeberapa titik dikawat tungsten.lihat

gambar 5. dibagian salah satu ujung kawat tungsten diberi sumbatan dari kaca, berbentuk

kerucut, dengan diameter 5 mm, dan diameter kawat tembaga 0,25 mm.

o ~ 5umb: k: r kawat tungsten

\: Lilitan kawat tombaga

Gambar 5. lilitan kawat tembaga di tungsten yang akan dievaporasi pada tabung gelas.

Bita lilitan kawat tembaga pada kawat tungsten yang akan dievaporasi telah siap,

ambit tabung gelas yang disimpan ditabung vakum. Kemudian kedua ujung tabung tersebut

. dipotong dengan diameter 4 mm. seperti terlihat pada gambar 6.

~ _ .•.~ ." -. -:;;-:._._._._._._._._._._._._._.~~ .-f'----7 ~. fpotong

Gambar 6. bentuk tabung gelas satu ujung dipotongdipotong.

Selanjutnya dilanjutkan dengn pemasangan Lilitan kawat tembaga yang akan

dievaporasi. Lilitan kawat dimasukkan kedalam tabung gelas, lihat gambar 7, hingga kawat

tungsten tembus pada bagian ujung yang lain.

Gambar 7a. pemasangan lilitan kawat ke dalam tabung gelas.

95

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007

HasHpemanasan kedua ujung tabung akan tampak seperti gambar 7b.

~ ... :5-. dipnnn,lean

Gambar 7b. pemanasan tabung gelas bagian ujung.

ISSN 1693-3346

Setelah tembus. Bagian ujung tabung yang mengecil dipanaskan sempai meleleh hingga

menyatu dengan kawat tungsten, yakinkan tidak terjadi kebocoran pada bagian tersebut.

Pada bagian yang ada sumbat kaca dipanaskan bersamaan dengan tabung gelas, hingga

meleleh dan menyatu dengan tabung gelas, seperti terlihat pada gambar 7b. Dengan

demikian tabung gelas siap dilanjutkan pada tahap berikutnya yaitu evaporasi tembaga

(Cu).

b). Tabap II. Evaporasi tembaga sebagai elektroda negatif.

Pada tahap ini akan dilakukan dua proses sekaligus yang berlangsung bersamaan, yaitu

proses pemvakuman tabung (104 Torr) dan proses pemanasan kawat tungsten secara

bertahap. Kedua ujung dari kawat tungsten yang ada kawat tembaga, gambar Th.

dihubungkan dengan sumber arus DC melalui pengatumya. lihat Gambar 8.

~

~ ...- ~

ke pengatur arus de

Ke sistim vakum

Gambar 8. proses pemanasan tabung gelas dengan sumber arus de.

Pada proses evporasi tabung gelas,ada 2 langkah yang harus dilakukan ; langkab

pertama, adalah pemvakuman tabung gelas. Hubungkan saluran untuk pemvakuman ke

sistim vakum. Lakukan hingga tekanan vakum mencapai 103 Torr. Setelah meneapai

tekanan vakum tersebut,

96

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

(SSN 1693-3346

panaskan saluran pemvakuman hingga tertutup rapat, sistim . Saat pemanasan atau

pengelasan sistim vakum tetap berjalan. Yakinkan bahwa tidak ada kebocoran saat

pengelasan atau perapatan saluran pemvakuman. Kemudian matikan sistim vakum.

Langkah kedua hubungkan kedua ujung kawat tungsten ke sumber arus de. Kemudian

naikan arus secara bertahap melalui sistim pengaturan arus. Naikan arus searah sampai

semua lilitan kawat tembaga meleleh hingga titik leleh. Naikan terus arus de sampai semua

lilitan kawat tembaga menguap ke permukaan dinding tabung bagian dalam. Saat

menaikkan arus dari proses meleleh ke penguapan harus hati-hati. Dijaga supaya lilitan

kawat yang telah berbentuk cairan jangan sampai menetes ke dindinding tabung. Hal ini

akan menyebabkan tabung akan peeah. Bila ini tejadi maka proses evaporasi dikatakan

gaga\. Proses pemvakuman dikatakan berhasil seperti terlihat pada gambar 8a. dan

dikatakan gagal, jika tabung retak atau pecah. Terlihat seperti gambar 8b.

---{,I !1! 1~Ir~ Ir~. peeah

Gambar 8a. Proses evoprasi tabung· Gambar 8b. proses evaporasi tabung

gelas yang benar gelas yang gagal

Bila evaporasi berjalan dengan sukses, tabung yang telah terevaporasi didiamkan

sampai temperature kamar. Kemudian tereapai tabung gelas dilepaskan dari instalasi

vakum dengan pengelasan, dan sumber arus de. Langkah selanjutnya kedua ujung tabung

yang telah terevaporasi elektroda negative dipotong, seperti tampak pada gambar 9.:t-~Potong potong

Gambar 9a. Pemotongan kedua ujungtabung.

97

1__5Gambar 9b. kedua ujung tabung telah

dipotong

Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

c). Tahap IT!. Pembuatatn elektroda positif.

Simpan tabung gelas yang telah dipotong dalam ruang vakum setelah dilakukan

pencucian dalam bak ultrasonic. Langkah berikut adalah persiapan pembuatan elektroda

positif. Potong kawat tungsten lebih pangjang sedikit dari tabung gelas. Pada salah satu

ujung kawat"diberi pentolan kaca, sebagai sumbat, dan dilas kaca. Dibagian depan sumbat

tersebut dibuat suatu lilitan yang menyerupai spiral atau per. Gunanya untuk supaya kawat

ttingsten kondisi tegang. Lihat gambar 10.

Bentuk spiral

Kawat tungsten

Pentolan kaca

Gambar 10. Pembuatan elektroda positif dari kawat tungsten.

d). Tahap IV. Pemasangan elektroda positif

Setelah selesai pembuatan elektroda positif, masukkan kedalam tabung gelas. Pada

bagian yang terdapat sum bat kaca dilas kaca, sehingga menyatu dengan tabung. Pastikan

tidak ada kebocoran. Pada ujung tabung yang lain dipanaskan,sehingga antara kawat

tungsten dan kaca menyatu, saat proses pengelasan kawat tungsten sedikit ditarik, supaya

kawat tungsten sedikit tegang. Kelebihan kawat yang ada dibagian ujung dipotong Lihat

gambar 11.

Dilas gelas

Gambar. 11. Pemasukan elektroda positif kedalam tabung gelas.

98

Prosiding Perternuan IIrniah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopernber 2007

ISSN 1693-3346

Setelah dipanaskanLubang mengecil

Ketebalan kaca

Dengan selesainya tahap IV, maka dapat dikatakan pembuatan tabung gelas

detector selesai. Untuk langkah berikutnya adalah pemvakuman tabung dan pengisian gas

isian yang akan dimasukkan kedalam tabung. Tahap pemvakuman dan pengisian gas isian

dapat dibicarakan atau dibahas dalam judul makalah yangberbeda.

4. PEMBAHASAN.

Dalam proses pembuatan tabung detector dari gelas kaca. Ada bagian proses yang perlu

mendapat perlakuan dengan hati-hati. Diantaranya :

a). proses memasang atau menempelkan kawat elektroda negative kedalam permukaan

tabung gelas bagian dalam. Seperti tampak dalam gambar 4. dalam proses ini

menyatukan antara tembaga dengan gelas, secara kimia tidak mungkin akan menyatu

dengan sempuma. Waktu proses memasukkan kawat kontak negative (electroda

negative), tabung gelas dipanaskan secara perlahan dan menyeluruh. Pada bagian yang

akan dimasukkan dipanaskanhingga titik leleh kaca. Kemudian masukkan kawat

tersebut kedalam permukaan bagian dalam tabung. Pastikan bagian kawat yang masuk

ke tabung benar-benar menempel pada dinding permukaan tabung dalam. Bagian

. kawat yang masuk tabung dibuat lebih tip is atau gepeng. Hal ini memungkinkan

kontak antara evaporasi tembaga dan kawat kontak negative akan lebih baik.

b). Pembuatan saluran vakum, cara ini dilakukan dengan pemanasan atau las kaca.

Pemanasan antara tabung gelas dengan pipa kaca kecil sebagai saluran vakum

diperkirakan mempunyai panas temperature yang sama. Bila hal ini tidak terjadi akan

menyebabkan keretakan atau pecah, pada saat pendinginan tabung. Setiap melakukan

pengelasan kaca saat pemotongan dilakukan pemanansan yang merata. Secara

perlahan lubang kaca akan mengecil dan pada akhimya akan tertutup atau merapat

dengan sendirinya, lihat gambar 12. dibawah ini,

~

~_. -.-. -.-.-.-. -. -. - .-. -. -. -. -. -. - V)-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.j,)i~ pipa kaca

dipanaskan

Gambar.12. Efek proses pemanasan tabung gelas kaca

99

Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

ISSN 1693-3346

c). Proses evaporasi tembaga, pada proses ini seringkali gagal atau tabung gelas pecah.

Hal ini disebabkan karena pada saat penaikkan arus dc secara bertahap dari pengatur

arusnya tidak berhati-hati atau kenaikan arus tidak konstan. akibatnya lilitan tembaga

pada kawat ungsten akan cepat meleleh. Belum sempat lilitan kawat berubah menjadi

uap, arus dc terus dinaikkan, akhirnya menetes ke kaca tabung. Atau saat arus dc

dinaikkan, kawat tungsten menjadi panas dan akhimya memuai. Karena kedua

ujung kawat telah terikat mati dengan kaca, akibatnya kawat akan melengkung

kebawah. Pada kondisi kawat seperti ini atau melengkung biasanya lilitan tembaga

yang telah meleleh akan menjadi satu, akhimya membesar, dengan posisi letaknya

ditengah-tengah tabung kaca, seperti tampak pada g~mbar 13.

/f"4 tetesan tembaga menyatu

kawat tungsten melengkung

Gambar13. Tetesan tembaga pada tabung gelas detector ..

d). Langkah akhir dari proses pembuatan detector OM tabung gelas tipe side-windows

adalah pengujian vakum. Pasang detector tabung yang telah jadi pada instalasi vakum

pengujian. Atur tekanan vakum mencapai 103 Torr, proses pemvakuman didukung oleh

pompa rotary. Setelah divakum didiamkan beberapa hari, ± 2 hari, catat tinggi air raksa

pada instalasi vakum. Angka ini equivalent dengan tekanan vakum di alat ukur. Setelah

dua hari buka kran vakum yang terhubung dengan detector. Bila skala tinggi air raksa

turon, artinya ada kebocoran pada tabung detector. Bila hal ini terjadi perlu pengecekan

dari proses awal. Terutama pada titik-titik pengelasan.

100

Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007

5. KESIMPULAN.

ISSN 1693-3346

Proses pembuatan tabung detector tipe side-window sangat mudah, tetapi perlu hati-hati

dan secermat mungkin. Didalam melakukan proses evaporasi perlu hati-hati dalam

menaikkan arus melalui pengaturan arus dc. Saat awal terjadi penguapan dari lilitan kawat

ke tabung gelas, lilitan kawat tembaga sudah tidak dapat terlihat. Pengaturan arus harus

tetap dinaikkan hingga semua lilitan kawat tembaga benar-benar menguap atau

terevaporasi ke tabung gelas. Dengan tanpa melihat Iilitan didalam tabung pengatur arus

tetap harus dinaikkan. Proses ini dapat berhasil bila kenaikkan arus dari pengatur arus

benar-benar konstan.

Bila lilitan kawat tembaga tidak terevaporasi seluruhnya maka kontak antara elektroda

negative kurang sempurna. Atau dapat dikatakan sangat tipis dan kemungkinan tidak

terjadi kontak, hal ini sering terjadi. Proses evaporasi disertai feeling yang tepat, karena

tidak terlihat.

Proses lain yang perlu mendapat perhatian khusus sewaktu memasukkan dan

menempelkan kontak elektroda negative di permukaan tabung gelas bagian dalam. Apabila

kawat yang berfungsi sebagai elektroda negative tidak menempel dengan kaca dan rata

dengan .kaca tabung, maka tidak akan terjadi kontak dengan tembaga yang terevaporasi.

Bila hal ini terjadi maka dapat pula proses pembuatan tabung dikatakan gagal.

Pastikan semua pemutusan, penyambungan dan pengelasan tabung gelas tidak terjadi

kebocoran.

5. DAFfAR PUSTAKA

1. Bruno B. Rossi, and Hans H. Staub, " Ionization Chambers and Counters ", first

Edition,

McGraw-Hill, New York, 1949.

2. Glenn F. Knoll, "Radiation Detection and Measurment", Second Edition,

John Wiley

& Sons, , New York, 1989.

3. Glenn F. Knoll, "Principle Nuclear Detection ", third Edition, Willey & Sons,

New York, 1968.

101