PENGUMPULAN DATA DlFRAKTOMETER NEUTRONMENGGUNAKAN SISTEM DA T ANIM

S yIPIlias Ginting

PusatPenelitian danPengembangan TeknikNuklir-BATAN; Jl Tamansari 71 Bandung

~

ABSTRAK

PENGUMPULAN DATA DIFRAKTOMETER NEUTRON MENGGUNAKAN SISTEM DATANIM .Telah dilakukan pengembangansistem pengumpulan data an tara difraktometer neutron dengan mikro komputer IBM-PC melalui antarmuka telekomputer Model 6726. Komputer inidilengkapi 110 kar1u serial dengan 1(; INS8250 sebagai adapter komunikasi asinkron RS 232C dengan sistem DATANIM buatan Canberra.Dengan menggunakan bahasa Turbo Pascal, pemakai dapat mengendalikan antarmuka telekomputer Model 6726 untuk menggerakkan motorlengan difraktometer, mengumpulkan data cacahan, menampilkan data cacahan di layar monitor, menyimpan data cacahan dalam memori danmencetak data ke printer.

ABSTRACT

DATA COLLECTION FOR NEUTRON DIFFRACTOMETER USING DATANIM SYSTEM. Data Collection system developmentbetween neutron diffractometer and IB~~-PC micro computer through out Model 6726 telecomputer interface has been carried out. The computer isequipped with I/O serial card with IC INS8250 as asynchronous communication adapter RS 232C and Canberra DATANIM system. Using TurboPascal language, user can control 672f; telecomputer interface for diffractometer movement arm motor, collecting counting data, displaying on themonitor screen, store counting data in the memory and print out to the printer.

-PENDAHULUAN

Difraktometer neutron merupakan suatuperalatan yang digunakan untuk penyelidikan strukturkristal bahan yang dilengkapi dengan beberapa perangkatpencacah untuk mendeteksi neutron sebelum daD sesudahmengenai cuplikan maupun motor penggerak lengandifraktometer untuk mengubah sudut hamburan daTicuplikan. Sebagai perangkat keras digunakan sistempencacah buatan Canberra yang disebut sistemDA T ANIM daD dikenal sebagai modul eksekutif

maupun operasional.Modul eksekutif terdiri daTi antarmuka

telekomputer Model 6726 [1], sedangkan moduloperasional berupa Axis Positioner Model 6647 [2] untukmenjalankan motor lengan difraktometer daD DualCounterffimer Model 6326 [3] untuk akusisi data. Setiapmodul operasional tersebut mempunyai nomor alamat(address) yang terdiri daTi dua digit daD setiap modulmempunyai nomor ~lamat yang berbeda untukmemudahkan mengirim/menerima perintah ke modulyang dikehendaki.

Modul antarmuka telekomputer Model 6726memberikan fasilitas komunikasi serial asinkron daDlevel isyarat menggunakan standar EIA RS-232C.Semua instruksi yang diterima maupun yang dikirim

48 ~/2S1

berupa karakter ASCII tertentu yang telah distandarkanoleh Canberra. Dengan dasar pemikiran seperti tersebutdi atas hal ini memungkinkan untuk membuat sistempengumpulan data difraktometer neutron melalui mikrokomputer IBM PC. Mikro komputer yang telahdilengkapi dengan I/O serial card digunakan sebagaikomunikasi antara komputer dengan modul eksekutifantarmuka telekomputer Model 6726. Jantung daripadaI/O serial card tersebut berupa sebuah chip [C buatan[ntel dengan nomor kode [NS 8250 yang dapatdiprogram dan hanya digunakan untuk komunikasiasinkron.

Perangkat lunak pengumpulan datadifraktometer neutron ditulis dalam bahasa Pascal [4]yang terdiri dari beberapa prosedur guna mengontrolantarmuka telekomputer Model 6726 dan komputer tidakboleh melakukan interupsi selama counter/timer ataupunaxis positioner dalam keadaan sibuk (busy).

Keuntungan sistem pengumpulan datadifraktometer neutron ini, pemakai tidak perluberhubungan langsung dengan peralatan yang beradadalam ruang reaktor, kecuali untuk hal-hal tertentumisalnya memasang atau mengganti cuplikan.Disamping itu program pengumpulan data ini dapatI~

1'i'i'i

p~ ~ ~ N...t.- H~ ~ ~I~~

melaksanakan perintah-perintah operasi sesuai dengankeinginan pemakai secara terns menerus untuk kurunwaktu yang cukup lama.

TATAKERJADifraktometer Neutron

Bagan difraktometer neutron secara keseluruhanditunjukkan pada gambar I clan alur sistem pencacahditunjukkan pada gambar 2. Berkas neutron yang berasaldari lubang sumber (beamhole) reaktor TRIG A MARK IIdisalurkan melalui kolimator dalam (inpile collimator)clan jatuh mengenai monokromator kristal tunggal Cu(Ill) sehingga diperoleh berkas neutron monokromatisdengan panjang gelombang tertentu. Selanjutnya berkasneutron akan melewati kolimator ke dua clan jatuh padacuplikan yang terletak di atas meja cuplikan. Di depanpintu kolimator kedua dipasang monitor untuk memantaujumlah neutron yang jatuh pada cuplikan, sedangkanneutron yang dihamburkan oleh cuplikan akan melewatikolimator ketiga clan dicacah oleh detektor utama.Detektor monitor menghasilkan pulsa sebandingdengan jumlah neutron datang clan pulsa tersebutdiperkuat melalui penguat awal maupun penguat linier.Jikalau jumlah pulsa yang dihasilkan detektor monitormencapai nilai cacah preset yang telah ditentukan, akandihasilkan sebuah pulsa COMPLETION yangdikirimkan ke bus data. Hal ini akan mengakibatkanproses pencacahan terhenti clan jumlah neutron yangditangkap oleh detektor utama akan ditampilkan padaDual Counter/Timer serta dikirimkan ke komputer untukdisimpan pada disket. Untuk mengubah sudut hamburancuplikan, pada lengan difraktometer dipasang motorlangkah (stepping motor) clan pergerakan motor ini diaturoleh Axis Positioner Model 6647 maupun Motor DriveModel 6028.

"

Gambar 2: Susunan peralatan pengumpulan datadifraktometer neutron

Antarmuka TelekomputerAntannuka telekomputer Model 6726

merupakan modul eksekutif yang memberikan fasilitaskomunikasi serial full duplex antara komputer dengansistem DA T ANIM, yaitu suatu metode komunikasi datadimana sinyal data dikirim dalam dua arab pada jaluryang sarna secara simultan. Sistem DA T ANIM dapatmenerima tipe karakter berbentuk: I. Karakter data, 2.Karakter kontrol yang terdiri dari reset. start, eksekusimaupun kontinu clan 3.Karakter Instruksi untukmelaksanakan modus operasi misalnya gerak motor,pengambilan data, baca data clan sebagainya. SistemDA T ANIM dapat melaksanakan 11 perintah yang dapatdiprogram yaitu: W Write, R Read, P Position, F FixedData, X Microinstruction, E External Record, Q ReadStatus, S Step and Record, D Data Collection, IIntegrated Scan clan 0 Operate. Untuk sistempengumpulan data difraktometer neutron, karakterkontrol yang digunakan yaitu karakter RESET ($) clanSTART (!). Jika sistem Datanim menerima karakterRESET maka sistem DATAN.IM direset clan semuaoperasi dihentikan. Demikian pula dengan karakterSTART akan mengaktitkan antarmuka telekomputerModel 6726 untuk menanggapi ke 11 perintah sepertitersebut di atas. Dari ke II perintah ini untukpengumpulan data difraktometer neutron, cukupdilaksanakan dengan 4 macam perintah yaitu:a. Perintah Write: digunakan untuk menulis informasi kemodul Dual Counterffimer atau Axis Positioner denganformat perintah sebagai berikut.

Gambar 1: Bagan Difraktometer Neutron

b. Perintah Read (R): digunakan untuk membaca datasebuah modul untuk dikirimkan kepada komputer.Format perintah sebagai berikut.

~, 2S A~ 1'i'i'i 49

P~~~~N~H~~~/~~

(CTS) digabung menjadi satu konektor ke NEWCH danbaud rate digabungkan ke ground.IRlaal*~--~ k;;il-

11,11 ~L~~

c. Perintah Position (P) : digunakan untuk mengontrolputaran motor lengan difraktometer yang dinyatakandengan :

untuk sistem Datanim ditentukan bahwa arah 0: putaranmotor berlawanan jarum jam (-) dan arah I: searah jarumjam (+). Demikian juga laju putaran motor ditentukanoleh digit yang diberikan.

Gambar 3: Hubungan antarmuka telekomputerModel 6726 dengan komputer

PERANGKAT LUNAK DIFRAKTOMETERNEUTRON

Perangkat lunak untuk komunikasi komputerdengan sistem DA T ANIM seperti modul Axis PositionerModel 6326 daD Dual Counterrrimer Model 6648melalui antarmuka telekomputer Model 6726 telahdibuat dalam bahasa Pascal. Level tegangan isyarat yangdigunakan sesuai dengan pembakuan EIA yang disebutRS 232C. Format data terdiri daTi bit start 7 bit data, ,parity off daD I bit stop. Subrutin yang digunakansebagai protokol komunikasi adalah PROSEDURINISIALISASI 8250 dan PROSEDUR INISIALISASI6726, untuk mengenal komunikasi data yang dapatditerima oleh komputer maupun AntarmukaTelekomputer. Prosedur di atas dipanggil pada awalprogram sebelum adapter komunikasi asinkron IBMberoperasi dan untuk komunikasi antara komputer daD

Input/Output Serial Asinkron antarmuka telekomputer Model 6726 digunakan baudBagian utama daripada adapter komunikasi ra~e sebesar 2400 baud. Berikut ditampilkan diagram

asinkron mikro komputer IBM PC adalah chip IC a~lr program utama perangkat lunak pengumpulan dataINS8250 yang dapat diprogram dan digunakan untuk dlfrak~ome~er neutron yang dinamakan DIFRAK.PASkeperluan komunikasi asinkron. Generator baud rate sepertl terlthat pada Gambar 4.dapat diprogram daTi 50 baud sampai 9600 baud, akan ..Bagian daTi program utama DIFRAK.P AStetapi dalam pengumpulan data difraktometer neutron ini dltamptlkan berupa menu-menu yaitu:

baudrate yang dapat diterima oleh antarmukatelekomputer Model 6726 maksimum 2400 baud. Menu Perintah.Semua protokol komunikasi dapat diprograrn daD harus Menu perintah didasarkan pada PROSEDURdimuat sebelum adapter beroperasi daD status isyarat ~ET<::OMMAND daD merupakan masukan data yangkontrol dapat diperiksa dengan sistem perangkat lunak. d~benkan untuk melaks~nakan perintah pada peralatailUntuk komunikasi dengan peralatan luar pada adapter dtfraktometer. Subrutm masukan terdiri daTidigunakan konektor 25 kaki sebagai jalur komunikasi PROSEDUR MOTORFORM daD PROSEDURantara komputer dan antarmuka telekomputer Model INPUTCOM.MAND yang merupakan tampilan dan6726. Seperti terlihat pada gambar 3 hubungan masukan dart alamat motor, kecepatan, arab getak motorantara komputer dan antarmuka telekomputer Model serta sudut awal, sudut akhir daD langkah perpindahan6726 menggunakan beberapa konektor yang terdiri daTi sudut lengan detektor. Selain itu pada detektor monitorReceived Data (Rx -CMPOH), Transmitted Data (Tx -dan detektor utama masukan terdiri daTi alamat detektorCMPIH), Ready To Send (RTS) serta Clear To Send serta besamya preset time/count yang digunakan untuk

50 ~I 2$ A~ 1'i'i'i

8digit 0 2 3 4 5 6 7

1781/4 1/2 2 4 20 100 slewrpm

d. Perintah Data Collection (D): merupakan perintahpengumpulan data dari modul Dual CounterffimerModel 6326. Format perintah sebagai berikut.

-JeksekusiD aa,lnml *preset

Nilai preset dinyatakan dengan nx 10m. Banyaknya cacahpreset maksimum adalah 9xlO6 cacahan clan waktu presetmaksimum 9xlO4 detik.

p~ I)..;r.. ~~ N...t-.- H~ ~ ~(1:..4 L;;...I.:.of

Gambar 4: Diagram alir program utama perangkat lunak pengumpulan data difraktometer neutron

menCiefinisikan masukan tersebut. PROSEDUR SELECTMenu run dinyatakan pada PROSEDUR digunakan sebagai pilihan apakah percobaan akan

RUNCOMMAND yang berfungsi untuk melaksanakan dilaksanakan <L> atau dibatalkan <8>. Jikalau pilihanperintah data masukan yang terdiri daTi PROSEDUR dilaksanakan <L> maka langkah berikutnya jatuh padaGETFILECOMMAND, PROSEDUR NEWCONST, PROSEDUR CONTACT. Pada PROSEDUR CONTACTPROSEDUR SELECT clan PROSEDUR CONTACT. pertama-tama dibaca perintah ke counter untukPROSEDUR GETFILECOMMAND berguna untuk melakukan pencacahan oleh PROSEDUR COUNTINGmembuka, membaca clan menutup file masukan yang clan dilaksanakan oleh Dual Counterffimer sesuaitelah disimpan clan PROSEDUR NEWCONST dengan jumlah cacahan pada masukan yang diberikan.

~, 2S" A~ 1'i'i'i 51

p~ ~ ~~ Ne..t..- H~ 5.;4:tc... ~It;.." ~

Secara bersarnaan detektor monitor dan utama juga akanmencacah jumlah berkas neutron yang keluar dari mulutsumber maupun yang dihamburkan oleh cuplikan.Jikalau jumlah cacahan telah tercapai, dilakukanpembacaan data oleh PROSEDUR READDA T A daDdata tersebut disimpan oleh PROSEDURSA VEFILEDIFRAKSI Dalarn percobaan difraksipengukuran dilakukan secara langkah demi langkah yaitudengan menggeser lengan difraktometer neutron yangdilakukan oleh PROSEDUR POSITION untukmenggerakkan motor langkah sesuai dengan masukan.yang diberikan Jikalau langkah perpindahan sudut lengandetektor telah tercapai, dilanjutkan dengan pencacahanoleh PROSEDUR COUNTING, pembacaan data olehPROSEDUR READDA T A daD penyimpanan data olehPROSEDUR SA VEFILEDIFRAKSI. Hal ini dilakukansecara berulang-ulang hingga tercapai sudut akhir lengandetektor sesuai dengan masukan yang diberikan.

kerja sistem DA T ANIM maupun alamat dan modulAxis Positioner clan Dual Counterffimer yangditampilkan oleh PROSEDUR LlSTCOMMANDmisalnya perintah Read Out (R), Position (P), Data (D)clan Write (W).

Lihat DataMenu lihat data dinyatakan oleh PROSEDUR

DISPLA YDA T A yang digunakan untuk melihat datapercobaan yang tersimpan pada disket maupun hardisk.Untuk memanggil nama file digunakan PROSEDURGETFILENAME dan data percobaan ditampilkan olehPROSEDUR DISPLA YFILEDIFRAKSI.

Menu Print dataMenu print data dinyatakan oleh PROSEDUR

PRINTDA T A yang digunakan untuk mencetak datapada pencetak (printer). Untuk memanggil nama filedigunakan PROSEDUR GETFILENAME danPROSEDUR SELECT digunakan untuk memilih apakahdata dicetak atau tidak. Jika data akan dicetak formatpencetakan akan diatur oleh PROCEDUREPRINTFILEDIFRAKSI.

Manual

[11(21[3)[41[5)[6)

Perintah ..RunLihat DataPrint DataManualSelesai

Tekan Angka YangTertera Pada Menu

~

Simpan dengan nama file :NlKEL

52

--

Gambar 5 : Tampilan data masukan

~, 2SA~ 1111

P~~~:t.,.N~H~~~f~~

Suduthamburan

29dera'at30.5335.4350.8860.53

Bidangkristal(hkl)

I l'arameter kisi a

(angstrom)

3.52293.51983.52593.5239

ANALISIS PERCOBAANUntuk memonitor jumlah neutron datang yang

jatuh pada cuplikan digunakan detektor monitor dengancacah preset Data yang diperoleh dari percobaandengan menggunakan program DIFRAK.EXEditunjukkan pada gambar 6. Dari pola difraksi sepertiterlihat pada gambar 6 dapat ditentukan panjanggelombang neutron pada peralatan difraktometer neutronberdasarkan puncak-puncak yang timbul denganmenggunakan persamaan A. = 2 d sin e dan untuk

struktur kristal kubus seperti nikel harga d diperolehdari persamaan d=a/(h2 + k2 + 111/2 dimana A.menyatakan panjang gelombang neutron, d jarak antarbidang, (hkl) indeks Miller, a parameter kisi dan e suduthamburan. Menurut literatur [5] parameter kisi nikelsebesar 3.5238 angstrom dan jikalau harga parameterkisi nikel ini dimasukkan kedalam persamaan tersebut diatas diperoleh panjang gelombang neutron dan parameterkisi nikel hasil percobaan seperti terlihat pada Tabel I.

Jarak antarbidang

d

(angstrom)2.03451.76191.24591.0625

Panjanggelombang

A(anestrom)

(III)(200)(220)(311 )

1.0711.0721.0701.071

Oari percobaan seperti terlihat pada tabel 1diperoleh panjang gelombang neutron rata-rata sebesar1.071 angstrom dan parameter kisi nikel rata rata sebesar3.5231 angstrom.

KESIMPULANProgram perangkat lunak pengumpulan data

difraktometer neutron dengan komputer mikro IBM PCtelah dicoba daD dapat berjalan dengan baik untukdigunakan dalam jangka waktu tertentu tanpa mematikankomputer tersebut. Hasil pengarnatan data pada sistempencacah sarna dengan yang tertulis pada komputer.Demikian pula pembacaan perpindahan sudut lengandetektor pada modul Axis Positioner sarna dengan yangtertera pada skala sudut lengan detektor. Disarnping ituterlihat bahwa harga parameter kisi nikel yang diperolehmelalui percobaaan menunjukkan basil yang mendekatiliteratur. Dengan adanya program pengumpulan datadifraktometer neutron ini, para peneliti dapatmenggunakan peralatan ini selarna reaktor beroperasitanpa perlu menunggu ataU mengawasi sampai percobaanselesai dilaksanakan.

28 33 38 43 48 53

SI.D.JT~ (~aIJ

58 63

Gambar 6: Pol a difraksi nikel dengan menggunakandifraktometer neutron.

Tabel1: Hasil perhitungan panjang gelombang neutrondan parameter kisi nikel dengan menggunakan

peralatan difraktometer neutron.

DAFfARPUSTAKA[1]. Telecomputer Interface Model 6726, Canberra

Industries, INC (1978)[2]. Axis Positioner Model 6647, Canberra Industries,

INC (1972)[3]. Dual Counter/Timer Model 6326, Canberra

Industries, INC (1979)[4]. Turbo Pascal Ver 3.0 Reference Manual, Borland

International, INC (1986)[5]. B.D. Cullity : Element of X-Ray Diffraction,

Reading Mass, Addison Wesley, (1956)

~, 2S" A~ 1111 53