Laporan Fisika Eksperimen IIMembuat Kurva Plateu

Disusun oleh :

Kilat Permana Putra24040110110030Wulandhari24040110120034Yayan Yuliananto24040110120008

JURUSAN FISIKAFAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKAUNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANGJUNI, 2013Laporan Fisika Eksperimen IIMembuat Kurva Plateu

I. Tujuan PercobaanTujuan pada percobaan ini adalah membuat kurva plateu yang menunjukan karakteristi detektor Geiger Muller. II. Landasan TeoriRadioaktivitas adalah peristiwa pemancaran energi dalam bentuk sinar radioaktif dari inti yang tidak stabil menjadi inti lain yang lebih stabil dengan memancarkan partikel radioaktif. Partikel radiasi ini dipancarkan secara acak karena kita tidak dapat menentukan inti yang mana yang akan meluruh, karena tidak setiap inti meluruh pada saat yang sama dan sinar radioaktif tidak dapat dilihat dengan mata biasa. Alat untuk mendeteksi partikel radiasi yang dipancarkan oleh radioaktif atau yang dikenal dengan alat pencacah radioaktif yaitu detektor radiasi.2.1. Detektor RadiasiPrinsip kerja detektor radiasi dapat dilihat secara mikrosopis dan makroskopis. Macam-macam detektor radiasi memiliki prinsip kerja yang berbeda-beda tergantung pada jenisnya. Berikut ini adalah jenis-jenis detektor radiasi diantaranya sebagai berikut :a. Ionization Chambers merupakan detektor radiasi yang pertama kali diperkenalkan dan sampai saat ini. Detektor ini memanfaatkan hasil interaksi antara radiasi pengion dengan gas yang dipakai sebagai detektor. b. Geiger Muller Counter (GM Counter)c. Cloud Chamberd. Scintillation Counter

2.2. Detektor Geiger Muller Counter (GM Counter) Pada percobaan ini menggunakan detektor Geiger Muller Counter, berikut ini penjelasan mengenai detektor ini.2.2.1. Sejarah Detektor Geiger MuellerSejak ditemukan detektor radiasi pengion oleh Hans Geiger pada tahun 1908, kemudian tahun 1928 disempurnakan oleh Walther Mueller menjadi tabung detektor Geiger-Mueller yang konstruksinya sederhana dibandingkan dengan jenis detektor yang lain. Detektor Geiger-Mueller terdiri dari suatu tabung logam atau gelas dilapisi logam yang biasanya diisi gas seperti argon, neon, helium atau lainnya (gas mulia dan gas poliatomik) dengan perbandingan tertentu (Safitri,2011).2.2.2. Bagian Bagian Detektor Geiger Mueller

Gambar 2.1 Skema bagian-bagian detektor Geiger MuellerKatoda 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, dan isi tabung yaitu gas bertekanan rendah, biasanya gas beratom tunggal dicampur gas poliatom (gas yang banyak digunakan Ar dan He) (Murtopingah, 2010).2.2.3. Prinsip Kerja Detektor Geiger MuellerDetektor Geiger Muller meupakan salah satu detektor yang berisi gas. Apabila ke dalam labung masuk radiasi maka radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya pasangan elektron-ion yang terjadi pada detektor Geiger-Muller tidak sebanding dengan tenaga 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 relatif lebih lambat bila dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak kea rah anoda (+) dengan cepat. Kecepatan geraknya tergantung pada brsarnya tegangan V. sedangkan besarnya tenaga yang diperlukan untuk membentuk elektron 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 negatif 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 muler, 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(Murtopingah, 2010).2.2.4. Parameter Detektor Geiger MuellerParameter detektor Geiger Muller ada 2 adalah sebagai berikut :a. Geometri Bentuk fisik dari detektor Geiger-Mueller terdiri dari selongsong tabung silinder yang berfungsi sebagai katoda dan kawat yang terletak di sumbu silinder berfungsi sebagai anoda. Letak anoda dalam tabung harus dibuat simetris agar medan listrik yang ditimbulkan dalam ruang tabung bersifat konsentris.b. Jenis Bahan untuk pembuatan anoda dipilih dari suatu bahan yang mempunyai sifat tahan terhadap campuran gas isian dalam tabung detektor. Bahan untuk membuat katoda menggunakan bahan yang mempunyai tenaga ikat elektron tinggi, tahan terhadap vakum yang tinggi serta bahannya juga harus tahan terhadap gas isian. Bahan katoda juga harus mempunyai daya hantar listrik yang baik, mudah melekat pada gelas, murah dan mudah diperoleh (Safitri,2011).Variasi bahan komponen detektor Geiger-Mueller yang dapat dibuat adalah sebagai berikut:(1) Bahan katoda: tembaga, perak, perunggu, nikel,(2) Bahan Anoda: wolfram, kawat baja, nikel, tungsten,(3) Bahan jendela untuk detektor Geiger Mueller tipe end window berupa millar, aluminium foil, plastik, mika, titanium foil dan lain-lain.c. Tekanan vakum Kevakuman pada tabung detektor yang tinggi dan stabil dapat menyebabkan karakteristik detektor yang stabil. Kevakuman akan menentukan banyak sedikitnya molekul-molekul gas yang ada dalam tabung detektor sebelum diisi dengan gas yang akan digunakan. Tekanan vakum yang rendah akan menyebabkan sisa molekul gas yang berada dalam system vakum masih banyak sehingga konsentrasi gas isian akan terpengaruh yang membuat karakteristik detektor menjadi tidak optimal.d. Gas isian Gas isian ini bergantung pada jenis detektor yang akan dibuat, karena detektor Geiger Mueller bila ditinjau dari jenis gas isian ada dua yaitu non self quenching yang diisi dengan satu jenis gas mulia dan self quenching yang diisi dengan gas mulia ditambah dengan gas quenching. Gas pengisi detektor tersebut diantaranya adalah gas mulia atau gas monoatomik seperti argon, kripton, He, Ne dan Xe.2.2.5. Karakteristik detektor Geiger Muellera. Kurva Plateau dan slopePlateau detektor Geiger-Mueller adalah daerah tegangan kerja detektor Geiger-Mueller. Panjang plateau detektor yang baik adalah lebih dari 100 volt. Detektor yang dioperasikan di bawah tegangan kerja menyebabkan pulsa-pulsa yang tercacah masih sedikit, karena elektron dan ion yang terjadi akibat ionisasi masih banyak yang mengalami penggabungan kembali atau rekombinasi. Detektor yang dioperasikan di atas tegangan kerja akan menyebabkan terjadinya pelucutan ion yang sangat banyak dan sudah tidak sebanding lagi dengan intensitas radiasi yang datang.Setiap ada radiasi pengion masuk kedalam tabung, maka di anoda akan timbul pulsa yang tingginya beberapa volt, sehingga dapat langsung dicacah dengan alat cacah (Safitri,2011). Kurva karakteristik detektor GM, yang menggambarkan hubungan antara tegangan tinggi (HV) dengan laju cacah, dapat dilihat pada gambar berikut:Gambar 2.2 Grafik jumlah cacah per menit terhadap teganganBagian kurva potensial yang hampir datar jumlah cacahannya disebut plateau. Atau daerah plateau adalah daerah yang mendekati nilai konstan dan pada grafik ditunjukkan dengan garis mendatar/hampir datar. Tegangan ambang adalah tegangan saat mulai terjadi nilai cacahan. Tegangan operasi adalah tegangan yang diperlukan untuk terjadinya pencacahan pada daerah plateau. Tegangan high ketika tejadi ionisasi tingkat tinggi. Pada potensial yang lebih tinggi akan terjadi penaikkan pulsa radiasi yang cepat meningkat. Hal ini akibat sudah terjadi efek lucutan, dimana electron dari katoda dapat langsung sampai ke anoda dalam jumlah yang besar. Apabila potensial terus dinaikkan, lucutan akan semakin cepat meningkat dan dapat menyebabkan detektor rusak (Manglupun,2011).b. Resolving timeResolving time adalah waktu minimum yang diperlukan agar radiasi berikutnya dapat dicacah setelah terjadinya pencacahan radiasi yang datang sebelumnya. Resolving time dapat ditentukan dengan cara mencacah dua sumber radioaktif yang sama.c. Dead timePelepasan muatan dalam tabung detektor menyebabkan terbentuknya muatan ruang ion positif di sekitar kawat anoda. Adanya muatan ruang menyebabkan kuat medan listrik pada daerah anoda menurun. Radiasi yang datang dalam keadaan ini tidak akan tercacah oleh detektor, dengan kata lain detektor tidak mampu menghasilkan pulsa keluaran. Waktu dimana detektor tidak mampu mencacah radiasi yang masuk dinamakan waktu mati (dead time) (Safitri,2011).2.2.6. Kelebihan dan Kekurangan Geiger Mullera. Kelebihan Geiger MullerKonstruksi simple dan Sederhana, biaya murah, dan Operasional mudah.b. Kekurangan Geiger MullerTidak 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.2.3. Radioaktif Cobalt-60Co60 merupakan radionuklida yang mempunyai umur paro cukup panjang yaitu 5,2711 tahun, meluruh dengan mengemisikan partikel beta sambil memancarkan photon gamma pada energi 1173,3 keV dan 1332,5 keV dengan intensitass mendekati 100%, menjadi unsur yang stabil Ni60 . Dengan sifat ini maka Co60 sangat baikk untuk dijadikan sumber standar pemancar foton gamma pada energi di atas 1000keV (Wurdiyanto,2010).2.4. Radioaktif Cs-137Radionuklida Cs-137 telah diketahui memancarkan sinar tunggal dengan energi sebesar 662 keV ( Fathonah,2010). Jika energi radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif 137Cs diserap seluruhnya oleh elektron-elektron pada kristal detektor NaI(Tl) maka interaksi ini disebut efek fotolistrik yang menghasilkan puncak energi (photopeak) pada spektrum gamma pada daerah energi 661,65 keV, seperti grafik dibawah ini :

Gambar 2.3 Spektrum gamma dari Cs1372.5. Radioaktif Eu-152Sumber standar yang digunakan untuk kalibrasi efisiensi dapat digunakan untuk kalibrasi efisiensi dapat digunakan sumber campuran yang dapat mewakili data efisiensi pada jangkauan energi tertentu atau dapat pula menggunakan sumber standar yang mempunyai energi banyak energi gamma, seperti Eu152 yang mempunyai energi dari 121-1408keV ( Pujadi dkk).

III. Metode Pengambilan Data3.1. AlatPada percobaan menentukan kurva plateu alat terangkai, alat ini akan dijelaskan secara detail di sub bab skema alat.1. Seperangkat detektor Geiger MuellerAlat untuk mencacah pasangan ion yang terbentuk dari sumber radiasi yang masuk kedalam detektor.1. PinsetAlat untuk mengambil sumber radiasi yang akan dicacah oleh detektor Geiger Mueller.3.2. BahanRadioaktif Cobalt-60, Cs-137, dan Eu-152Digunakan sebagai sumber raddiasi yang akan dihitung pasangan ion yang terbentuk dalam tabung detektor Geiger-Muller dan sebagai obyek yang akan dihitung lebar daerah plateau, kemiringannya, dan tegangan kerja dari detektor Geiger-Muller.3.3. Skema Rangkaian PercobaanGambar 3.1 Skema Rangkaian Percobaan

Keterangan : 1. Planchet 4. Penyedia Tegangan Tinggi2. Sumber Radiasi5. Pencacah3. Detektor Geiger Mueller6. Timer

3.4. Gambar Peralatan Percobaan

Gambar 3.2 Peralatan Percobaan Untuk Membuat Kurva Plateau

3.5. Diagram Kerja PercobaanMulai

Siapkan alat dan bahan, letakan sumber radiasi (Co60 , Cs137 dan Eu152 ) di atas planchet

Menaikan HV secara perlahan dan catat hasil cacahannya setiap 10 sekon dan catat pada tegangan

Ulangi percobaan sampai 2 kali

Ulangi percobaan di atas untuk sumber yang berbeda beda

Selesai

Gambar 3.3 Diagram Fisis Percobaan Untuk Membuat Kurva Plateau

3.6. Diagram Fisis PercobaanKetika Radiasi nuklir mengenai tabung menyebabkan terjadinya ionisasi. Muatan positif bergerak menuju dinding tabung (katoda) sedangkan muatan negative menuju elektroda kawat tabung (anoda). Ionisasi tersebut disebut ionisasi primer.

Laju electron lebih tinggi sehingga muatan negative yang terkumpul di anoda lebih banyak dari muatan positif yang terkumpul di katoda. Electron yang dipercepat menuju anoda disebut electron primer

Ion-ion hasil ionisasi primer bertumbukan dengan atom-atom gas isian dan saat tenaga sudah cukup besar akan terjadi ionisasi kedua yang disebut ionisasi sekunder. Electron sekunder juga akan mengakibatkan ionisasi berikutnya ( ionisasi beranting)

Avalanche terjadi cukup banyak sehingga mengakibatkan pengurangan kuat medan. Avalanche berhenti dan berubah menjadi keadaan quenching.

Pulsa terbentuk akibat dari sedikit electron yang terkumpul, lalu naik sampai maksimum (dari proses avalanche), dan turun (dari proses quenching). Radiasi tercacah pada counter.

Pulsa terbentuk kembali saat electron mulai terkumpul. Radiasi tercacah kembali pada nilai yang berbeda. Proses terulang diperoleh kembali cacah radiasi nilalinya random

Gambar 3.3 Diagram Fisis Percobaan Untuk Membuat Kurva Plateau

IV. Pengolahan Data4.1. Data Percobaan a. radioaktif Cobalt-60V(volt)Jumlah Cacahan (cps)

Percobaan 1Percobaan 2

30000

31000

32000

33000

34000

35000

36000

3702846

380425426

390552551

400568610

b. Data Percobaan dengan radioaktif Cs-137V(volt)Jumlah Cacahan (cps)

Percobaan 1Percobaan 2

30000

31000

32000

33000

34000

35043

36067

3702922

380141139

390163167

400172177

c. Data Percobaan dengan radioaktif Eu-152V(volt)Jumlah Cacahan (cps)

Percobaan 1Percobaan 2

30000

31000

32000

33000

34000

35000

36012

3704946

380304321

390349340

400380390

4.2. Pengolahan data percobaan

dengan satuan cacahannya adalah cps.

a. Kurva Plateau Co-60

Gambar 4.1 Kurva Plateau Co-60b. Kurva Plateau Cs-137

Gambar 4.2 Kurva Plateau Cs-137

c. Kurva Plateau Eu-152

Gambar 4.3 Kurva Plateau Eu-152d. Kurva Plateau

Gambar 4.4 Kurva Plateau dengan Co-60 (*), Eu-152() dan Cs-137()

4.3. Perhitungan tegangan operasi detektora. Kurva Plateau Co-60Lebar daerah plateau = Kemiringan kurva/koefisien arah grafik = Presentasi penaikan laju cacah =00%Tegangan ambang =360 voltTegangan operasi berdasarkan hitungan daerah plateau=batas atas daerah plateau- volt

Jadi tegangan operasi detektor adalah 391.7-398.3 volt.

b. Kurva Plateau Cs-137Lebar daerah plateau = Kemiringan kurva/koefisien arah grafik = Presentasi penaikan laju cacah =00%Tegangan ambang =340 voltTegangan operasi berdasarkan hitungan daerah plateau=batas atas daerah plateau- volt

Jadi tegangan operasi detektor adalah 391.7-398.3 volt.

c. Kurva Plateau Eu-152Lebar daerah plateau = Kemiringan kurva/koefisien arah grafik = Presentasi penaikan laju cacah =00%Tegangan ambang =350 voltTegangan operasi berdasarkan hitungan daerah plateau=batas atas daerah plateau- volt

Jadi tegangan operasi detektor adalah 391.7-398.3 volt.

V. PembahasanPada praktikum percobaan II yang berjudul membuat kurva plateu memiliki tujuan yaitu membuat kurva plateu yang menunjukan karakteristi detektor Geiger Muller. dalam percobaan ini digunakan beberapa macam alat seperti detektor Geiger muller dan tiga macam jenis isotope yaitu Co-60, Eu-152 dan Cs-137 sehingga dengan alat dan bahan yang disediakan maka dicari untuk membuat kurva plateu.Daerah plateau adalah daerah yang mendekati nilai konstan dan pada grafik ditunjukkan dengan garis mendatar/hampir datar. Pada detektor Geiger muler, detektor yang dioperasikan di bawah tegangan kerja menyebabkan pulsa-pulsa yang tercacah masih sedikit, karena elektron dan ion yang terjadi akibat ionisasi masih banyak yang mengalami rekombinasi. Detektor yang dioperasikan di atas tegangan kerja akan menyebabkan terjadinya pelucutan ion yang sangat banyak dan sudah tidak sebanding lagi dengan intensitas radiasi yang datang.Setiap ada radiasi pengion masuk kedalam tabung, maka di anoda akan timbul pulsa yang tingginya beberapa volt, sehingga dapat langsung dicacah dengan alat cacah. Bagian kurva potensial yang hampir datar jumlah cacahannya disebut plateau. Tegangan ambang adalah tegangan saat mulai terjadi nilai cacahan. Tegangan operasi adalah tegangan yang diperlukan untuk terjadinya pencacahan pada daerah plateau. Tegangan high ketika tejadi ionisasi tingkat tinggi. Pada potensial yang lebih tinggi akan terjadi penaikkan pulsa radiasi yang cepat meningkat. Hal ini akibat sudah terjadi efek lucutan, dimana electron dari katoda dapat langsung sampai ke anoda dalam jumlah yang besar. Apabila potensial terus dinaikkan, lucutan akan semakin cepat meningkat dan dapat menyebabkan detektor rusak.Dari pengolahan data pada bab IV didapatkan bahwa Tegangan ambang Co60 adalah 360volt, Cs137 adalah 340 volt, dan Eu152 adalah 350 volt. Selain itu tegangan opersai detektor untuk sumber radiasi Co60 , Cs137 , dan Eu152 adalah 391.7-398.3 volt. Dari data diatas hal hal yang menyebabkan penentuan tegangan operasi detektor kurang benar karena pengambilan data yang kurang banyak. Karena pada pengolahan data tiap sumber radiasi menghasilkan grafik yang belum dapat diidentifikasi daerah plateaunya. Hal ini menyebabkan pengambilan lebar plateau pada ketiga jenis sumber dari tegangan 390-400 volt.Selain itu waktu paruh sumber radiasi dapat mempengaruhi lebar plateau.VI. Penutup6.1 Kesimpulan Pada percobaan ini dengan 3 sumber yang berbeda karateristik detektor Geiger muller mempunyai tegangan operasinya adalah 391.7-398.3 volt.

6.2 SaranSebaiknya data yang diambil lebih banyak agar dapat diidentifikasi lebar plateaunya, dan lebih baik pada percobaan ini variasinya adalah lama waktu pencacahan.

VII. Daftar PustakaFathonah, Annisatun dan Suharyana.2010. SIMULASI PENGUKURAN EFFISIENSI DETEKTOR HPGe DAN NaI (Tl) MENGGUNAKAN METODE MONTE CARLO MCNP5. Prosiding Seminar Nasional ke-16 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir. ISSN : 0854 2910 Hal. 321-325. Yogyakarta. Murtopingah, Siti.2010. STATISTIK RADIOAKTIFITAS. Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati:Bandung.Safitri, Irma dkk.2011. PERBANDINGAN KARAKTERISTIK DETEKTOR GEIGER-MUELLER SELF QUENCHING DENGAN EXTERNAL QUENCHING. Prosiding Seminar Nasional ke-17 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir. ISSN: 0854 2910. Yogyakarta.Wurdiyanto dan Pujadi.2010. Metode Penentuan Faktor Homogenitas Larutan Radioaktif Cobalt-60 Menggunakan Perangkat Spektrometer Gamma.Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY.Yogyakarta.