pengaruh tekanan gas is1an terhadap tegangan
TRANSCRIPT
PENGARUH TEKANAN GAS IS1AN TERHADAP TEGANGANOPERASI DETEKTOR GEIGER MULLER
Agus Sant.oso
Pusat. Penelit.ian Nuklir Yogyakart.a
Surakhman
Pendidikan Ahli Teknik Nuklir
ABSTRAK
Telah dibuat. dan dit.elit.idet.ekt.orGeiger-Muller denganberbagai t.ekanan gas isian Cargon dan alkohol dengan per bandingan t.ekanan 9:1) dengan panjang daerah akt.if SO mm diamet.er kat.ode 16 mm dan diamet.er anode 0,03 mm. Tekanan divariasi dari S cmHg sampai 14 cmHg, dengan 1nt.erval 1 cmHg.Pada t.ekanan t.ersebut. bi 1a t.ekanan gas 1s1an nai k makapot.ensial ambang nai k, sedangkan hubungannya 1inier. Padat.ekanan 10 cmHg dan 10,5 cmHg diperoleh t.egangan ambang CSS9± S) volt. dan CS9S ± 4) volt. dan panj ang plat.o C131 ± 6)volt..
ABSTACT
The relat.10n bet.ween filled gas Cargon and alcohol wit.ht.he presure rat.io of 9:1) and operat.ing volt.age of GeigerMuller det.ect.ors have been invest.igat.ed. The act.ivit.ylengt.h of t.he Geiger-Muller det.ect.orsis SO mm, t.he cat.hodediamet.er is 16 mm and t.he anode di amet.er is O.03 mm. Thegas pressure was varied from S cmHg t.o 14 cmHg wit.h 1 cmHgincriment.. In t.his range, as a result., if t.he gas pressurerises, t.he t.hreshold volt.age also rise, where as t.he relat.ion is 1inear. At. 10 cmHg and 10.5 cmHg t.he t.hresholdvolt.age are CSS9 ± S) volt. and CS9S ± 4) volt. and t.he lengt.hof t.he plat.eau is C131 ± 6) volt..
I . PENDAHULUAN
Det.ekt.orGeiger-Muller adalah t.ermasuk golongan det.ek
t.or radiasi dengan gas isian sebagai t.ransduser nya. Det.ek-
t.or jen1s ini banyak dipakai berbagai bidang yang ber-
hubungan dengan radiasi nuklir. Secara garis besar det.ekt.or
Geiger-Muller dibuat. dari silinder gel as yang dilapisi logam
yang berfungsi sebagai kat.ode dan dit.engah-t.engah dipasang
kawat. Cbiasanya t.ungst.en)yang berfungsi sebagai anode, dan
diisi dengan gas berat.om t.unggal dicampur gas poliat.om.
Pada penelit.ian ini sebagai gas isian adalah argon dan
104
105
alkohol. dengan perbandingan lekanan 9:1. Mengingal deleklor Geiger-Muller ini sangal praklis dan relalif mudah dibual. jika dibandingkan dengan lainnya maka perlu dilakukanpenelilian lebih lanjul lenlang deleklor lersebul. Pada penelilian ini dilakukan pengukuran legangan operasi danpanjang plalo unluk berbagai lekanan gas isian. Hal ini dimaksudkan unluk mendapalkan lekanan opt.imum deleklor GeigerMuller yang mempergunakan gas isian argon dan alkohol yangmenghasilkan karaklerislik paling baik unluk lekanan gaslersebul.
II. TEORI
Delek lor Geiger -Mull er adal ah sal ah sa l u j eni s dar ideleklor isian gas. Berdasarkan banyaknya pasangan ioneleklron yang lerbenluk dalam proses ionisasi gas isian padadeleklor isian gas sebagai fungsi legangan deleklor makadeleklor jenis isian gas dibagi menjadi 3 jenis.
1. Deleklor ionisasi.2. Deleklor proporlional.3. Deleklor Geiger-Muller.
Semua deleklor jenis isian gas yang dipakai sebagai gasi si an adal ah gas -gas muli a ( monoalomi c) . Sedangk an unl ukdeleklor jenis isian gas yang memakai pemudur (quenching)dilambah gas-gas polialom.
A. Mekanisme Oalam Deleklor Geiger-MullerApabila ke dalam labung masuk zarah radiasi maka
radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya pasanganeleklron-ion yang lerjadi pada deleklor Geiger-Muller lidaksebandi ng dengan lenaga zar ah r adi asi yang da lang. Hasi Iionisasi ini disebul eleklron primer. Karena anlara anodedan kalode diberikan beda legangan maka akan limbul medanlislrik di anlara kedua eleklrode lersebul. yang menambahlenaga kinelik eleklron. Dengan lenaga yang relalif linggimaka eleklron akan mampumengionisasi alom-alom sekilarnya.sehi ngga menimbulkan pasangan el eklr on-i on sek under. Pasangan eleklron-ion sekunder inipun masih dapal menimbulkanpasangan eleklron-ion lersier dan selerusnya. sehingga akan
106
~erjadi lucu~an yang ~erus-menerus Cavalence). Un~uk meng
a~asi hal i ni di per 1ukan sua~u peredam. Peredam ada duajenis yai ~u peredam dengan ~ambahan rangkaian elek~ronika
dan dengan menambahkan gas polia~om a~au gas-gas hologen.
yang di sebu~ gas pemudur Cquenchi ng gas). misal nya al koholdan me~ana un~uk jenis gas polia~om. sedang un~uk Jenishologen adalah khlor. rluor. bromo
Pada peneli~ian ini dipergunakan gaspemudur alkohol.Dengan menambahkan gas pemudur maka proses ionisasi yang ~ak~erkendali dapa~ dihindarkan sehingga de~ek~or akan mempunyai daerah ~egangan kerja Cpla~o). Pla~o sua~u de~ek~or
Geiger-Muller adalah daerah ~egangan di mana jumlah pasanganelek~ron-ion yang dihasilkan akan sebanding dengan in~ensi~as radiasi yang da~ang. Panjang pla~o de~ek~or Geiger
Muller yang baik an~ara 50 sampai dengan 300 voll. Tidaksemua radiasi yang masuk ke dalam de~ek~or Geiger-Mullermenghasilkan pulsa keluaran. Salah sa~u sebab adalah de~ek
~or Geiger-Muller mempunyai wak~u ma~i Cdead ~ime) yai~uselang wak~u ~erjadinya proses lucu~an di mana de~ek~or
~idak dapa~ menerima radiasi. Besar kecilnya waktu matiber pengar uh pada ef'i si ensi detek ~or Geiger -Mull er . Makinbesar wak~u ma~i de~ek~or makin kecil efisiensinya. Detek-
tor Geiger-Muller mempunyai umur yang dinyatakan dengan
jumlah cacah yai~u sekital' 109 cacah. Dengan demikian bila
dipakai maka umur detektor akan berkurang. yang secara em
piris dapa~ diliha~ dari panjang pla~o yang makin kecil.
Jika sua~u saa~ de~ek~or ~idak mempunyai pla~o lagi maka de~ek~or disebu~ ma~i Crusak). Penyebab rusaknya suatu detek
~or Gei ger -Mull er di sampi ng ser i ng di pak ai juga per ubahans~ruk~ur molekul dari gas isian. Hal ini disebabkan oleh~erurainya gas pemudur a~au interaksi dengan bahan de~ek~or
yang biasanya ~erjadi untuk jenis pemudur gas hologen.
B. Mekanisme dalam De~ektor Geiger-Muller dengan Gas IsianArgon dan Alkohol
De~ek ~or yang di ~el i ~i di i si dengan gas ar gon sebagai
gas beratom ~unggal dan uap alkohol sebagai gas bera~ombanyak Cpolia~omO dan berfungsi sebagai gas pemudur. Proses
107
yang lerjadi dalam medium aklir deleklor adalah sebagai
berikul.
Zarah radiasi yang masuk ke dalam medium aklir deleklor
akan mengionisasi gas argon. Ion-ion argon akan berlumbukan
dengan uap alkohol dan pada saal lumbukan lersebu~ ion argon
akan menarik salu elek~ron dari a~om uap alkohol yang men-
jadi bermua~an posi~ir. Uap alkohol ini bergerak menuju
kalode. Ion-ion alkohol sampai di ka~ode akan dinelralkan
dan ~idak memancarkan rolon, karena kelebihan ~enaga ~elah
dipergunakan unluk berdisosiasi. Dengan demikian pelepasan
mualan yang lak lerkendali dapa~ dihindarkan.
Hubungan anlara kecepalan hanyu~ (drirt velocity) elek
tron dengan gas isian adalah
E; (1)v = J..l-- p
dengan
p=tekanangas,
J..l
= mobilitaseleklron,
E;
= medanlistrik.
Sedangkan hubungan ant..ara medan list..rik pad a jari-jari rC1,2)
dengan t..eganganadalah
dengan
VE;(r) = r In (a/b)
v = t..eganganant..araanode dan ka~ode,
a = diamet..eranode,
b = diamet..erkat..ode.
(2)
Unt..ukharga r t..ert..ent..umedan Iist..rik berbanding langsung
dengan t..egangan,maka jika disubst..it..usikandengan rumus (1)
menjadi
p = ~vV
r 1n-(a/b) (8)
Oari persamaan (3) jika v (driIt..velocit..y)t..ert..ent..ut..ekanan
berbanding langsung dengan t..eganganant..araanode dan kat..ode.
III.
108
TATA KERJA DAN PELAKSANAAN PENELITIAN
Dibuat detek tor Geiger-Mull er sebanyak 5 buah dengan
katode tembaga dan berdiameter 16 mm, anode dari tungsten
dengan diameter 0,03 mm. Seeara skematis bentuk detektor
Gei ger -Mull er yang dibuat dan ditel iti adal ah seper ti pada
gambar 1.
.~~: .~
Gambar 1. Bagan detektor Geiger-Muller(1) anode. (2) per, (3) katode gelasyang dilapisi tembaga
Bagan elektronik yang dipergunakan untuk penelitian seperti(3)
pada gambar 2.
5
2 3 7 8
Gambar 2. Rangkaian uji detektor Geiger-Muller
1. Sumber radioaktiI CCS137)2. Detektor Geiger-Muller3. Inverter Cpembalik pulsa) COrtee Model 906)4. Sumber tegangan tinggi COrtee Model 456)5. Sumber tegangan rendah COrtee Model 401 A)6. Pengala Ctimer) COrtee Model 719)7. Oseiloskope CText...ronik465 B)
109
Sedangkan urutan pembuatan detektor Geiger-Muller adalah
sebagai berikut :
1. Membuat tabung detektor dari gel as dengan bentuk seperti
pada gambar 1 dengan panjang 100 mm dan diameter 16 mm.
2. Tabung gelas tersebut kemudian di bagian tengahnya
dipasang tungsten yang sudah dililili dengan tembaga,
kemudian dihubungkan dengan sistem vakum.
3. Tabung divakumkan sampai tekanan 10-3 mmHg. dan pada
tungsten diberikan tegangan sampai tungsten membara,
sehi ngga 1i1itan t.embaga akan 1ebur dan menguap. Uap
tembaga i ni· akan menempel pada di nding gelas dan ber
fungsi sebagai katode.
4. Tungsten yang sudah membara kemudian diganti dengan
tungsten dengan diameter 0.03 mm dan berfungsi sebagai
anode. sel anj utnya t.abung tersebut kemudian diisi dengan
gas isian.
Pad a penelitian ini dilakukan pengisian untuk berbagai macam
tekanan yaitu dari 8 cmHg sampai dengan 14 cmHg.
caranya adalah sebagai berikut.
Sedangkan
kemudian divakumkan
1. Tabung detektor Geiger-Muller yang sudah dipasangi anode
dihubungkan dengan sistem vakum.-7
sampai orde 10 mmHg.
2. Dilakukan pencampuran argon dan alkohol pada suatu tabung
pencampur dengan perbandingan argon alkohol 9:1.
3. Pengisian tabung detektor yang telah divakumkan mulai
dari tekanan 8 cmHg sampai dengan 14 cmHg dengan interval
1 dan 0,5 cmHg dan pada masi ng-masi ng tekanan di car ipotensial
pencacahan.
ambang dan panjang plato dengan melakukan
Kemudi an di1akukan juga pencacahan dengan
pengurangan tekanan yaitu dari tekanan 14 cmHg sampai 8
cmHg.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Dengan menggunakan rangkaian alat uji detektor yang
sudah digambarkan pada gambar 2, dilakukan pengamatan
110
daerah ambang dan plato untuk masing-masing tekanan.
Sumber radiasi yang dipergunakan pada pengamatan ini137
adalah Cs dengan aktivitas 10 ~Ci. Dari hasil pengamat-
an diperoleh seperti dalam tabel 1.
Tabel 1. Hubungan antara tekananpotensial ambang detektor.
gas isian dengan
TekananPotensialambang (volt)
(cmHg)
NaikTurunRata-rata
8
837 ± 29808 ± 14823 ± 169
858 ± 17845 ±5852 ±99,5
869 ±9856 ±9863 ±710
896 ± 12882 ± 10889 ±810,5
901±6 895 ±5898 ±411
921±7 909 ± 10915 ±612
948 ±4939 ±6943 ±413
982 ±3980 ± 14981±714
1014 ±91009 ±61011±6
Sedangkan hubungan antara tekanan gas isian dengan panjang
plato dilukiskan dalam tabel 2.
Tabel 2. Hubungan antara tekanan gas isian dengan panjangplato
Tekanan Panjang plato (volt)
(cmHg)
NaikTurunRata-rat.a
8
156 ± 34106 ± 29131± 169
137 ± 25125 ± 21131± 169,5
116 ± 11100 ±7108 ±710
138 ± 10125 ±7131±610,5
137 ± 11125 ±7131±611
143 ± 17112 ± 18127 ± 1012
143 ± 11125 ± 14134 ± 1113
146 ± 24110 ± 28128 ± 1814
142 ± 14120 ± 42131± 22
Grat'ik hubungan antara tekanan dengan potensial ambang
dilukiskan pada gambar 3.
111
+J-0 11050>0\§ 11000
~1950coti'§1900~<11f-
850
800
7 8 9 10 11 12 13 11.
TekanGn (cmHg)-----.------..,....Gambar 3.
B. Pembahasan
Hubungan Legangan ambang dengan lekanan
Berdsarkan hasil yang diperoleh maka LerlihaL hubungananLara Lekanan gas isian dengan pOLensial ambang deleklor
Gei ger -Mull er adal ah 1i ni er . Hal i ni sesuai dengan leor iyang Lel ah di sebuL pada bab I. Pada Lekan an 10,5 cmHgdiperoleh hasil yang sLabil unLuk daerah operasi delekLor
Geiger-Muller. Sedangkan unLuk panjang plalo yang hampirsama (sLabil) yaiLu 131 volL. Hal i ni di l unj ukan dal amralaL pada tekanan LersebuL ± 6 volL (5::-',), sedangkan untuk
Lekanan lainnya .flukLuasi hasil relati.f lebih Linggi. Halyang mempengaruhi adanya .fl ukLuasi pada lekanan yang sarna
di sebabk an kar ena pembacaan Lekanan pada manomeLer, yangdilakukan secara manual.
V. KESI MPULAN
Dari hasil pengamaLan yang telah dilakukan, bahwa pada
Lek a\1an 10 cmHg di per 01 eh hasi 1 yang pal i ng bai k , kar ena
.flukLuasi plaLo cukup kecil dan mempunyai panjang plaLo(13f ± 6) VOlL dengan Legangan operasi (884 ± 4) V01L.
Sedangkan hubungan anLara Legangan ambang dengan Lekanan gasisian anLara 8 cmHg sampai 14 cmHg adalah linier.
112
ACUAN
1. Knoll Glen F.• "Radialion Deleclion Measuremenl ..• JohnWilley and Sons. New York 1979.
2. Bunlar lo, "Deleklor Gei ger -Mull erCounler", PPTA Yogyakarla 1976.
3. arlee Inc, "An 39 Experimenl Nuclear Science", Orlec USA1976.
dan Proporlional
4. HR. Ciemcaglino, "Staliclics in Nuclear Measuremenl ...
TANYA .JAWAB
f. B.A. Tjipto Sujit~o
Apakah ya~g dimaksud de~ga~ pa~ja~g daerah akt if di
sini ada~ah daerah yang ter~apisi?
Bagaimana mer"l.gukur/m.e~getahui hom.oge~i tas ~apisa~?
.Jawaba~
Panja~g daerah aktif ada~ah pa~ja~g detektor ya~g bisame~erima zarah radiasi dari ~uar.
Karena pe~guapa~ da ~am. rua~g vak"W7'I..da~ bal1.a~ ya~gdi ~apiskan.. di ~i ~i tka~ pada pusat si ~in..der maka ~apisa~
diharapka~ me~jadi hom.oge~.
2. Su~am.dari
Berapa ampere kisar arus ya~g dia~irka~ pada tu~gste~?
Diam.eter~ya ?.Jawaban
Arus ya~g digunakan untuk pe~apisan kurang ~ebih 3,5 A
tegangan 4 V. Di am.e t er t ungs ten.. 2,5 mm.