p~ ~ N~ H~ N~ ~ ~X ~ c" ISSN 1c,10-')6g6

RANCANG BANGUN PENGANALISIS KANAL TUNGGAL

Herry Mugirahardjo dan Eddy Santoso

Puslitbang Iptek Bahan BATAN, Kawasan PuspiptekSerpong, Tangerang

ABSTRAK

RANCANG BANGUN PENGANALISIS KANAL TUNGGAL. Telah dirancang-bangun alaI penganalisis kanal tunggal (single channelanalyzer-SCA ). Alat ini selalu digunakan pada sistem pencacah spektrometer maupun difraktometer neutron. Alat ini terdiri alas diskriminator, antikoinsiden dan pembentuk pulsa yang dibuat dengan menggunakan rangkai~n terpadu (IC) dan komponen tertentu dengan toleransi yang tinggi.Untuk menganalisis tinggi pulsa, alaI ini menggunakan dua buah diskriminalor yaitu Lower Level Discriminator (LLD) dan Upper Level Discriminator(ULD). Untuk mendapatkan ketelitian yang tinggi pada pembacaan (level) diskriminator maka dipakai potensiomeler 10 putaran. KeluaranPenganalisis Kanal Tunggal berbentuk pulsa segi empat dengan tinggi :!: 4 volt dan lebar :!: 0,5 Jls yang merupakan pulsa standar sebagaimasukan rangkaian pencacah berikutnya.

ABSTRACT

ENGINEERING OF SINGLE CHANNEL ANAL YZER.Single Channel Analyzer (SCA) has been developed. This kind of analyzer hasbeen used frequently at either Spectrometer or Difractometer Neutron counting system. The SCA consists of discriminator, anti coincident andpulse shaper using integrated circuits and some high precision components. Two discriminators (LLD and ULD) are used to analyzed the pulses.They are using a 10 turn potensiometer to get a precision reading on discriminator level. Output of the SCA is a standard pulse (square pulse with:t 4 volts high and:t 0.5 Ils wide) as an input to the next counter.

PENDAHULUAN

dengan energi radiasi yang dideteksi oleh detektor.Untuk memiiih tingkatan radiasi bahan radioaktif dapatdilakukan dengan memilih tinggi pulsa dari penguatdengan menggunakan Penganalisis Kanal tunggal atauSingle Channel Analyzer (SCA).Keluaran penganalisiskanal tunggal ini kemudian dicacah dalam waktu tertentudengan menggunakan pewaktu. Untuk memilih tinggipulsa yang dikehendaki dilakukan dengan mengatur duabuah potensiometer yang berfungsi sebagai diskriminatorlevel rendah (LLD) clan diskriminator level tinggi(ULD). Pulsa masukan yang amplitudonya beradadiantara batas tegangan LLD clan ULD akan

menghasilkan keluaran, sedangkan yang amplitudonyadiluar batas tersebut akan diredam. Keluaran darirangkaian ini lebarnya :t 0,5 ~s clan tingginya :t 4 voltdimana kondisi ini sesuai dengan masukan alat pencacah.Alat ini banyak digunakan di Balai Spektrometri -P3IB,selain untuk memilih tinggi pulsa, juga dipakai sebagaiperedam pulsa gangguan (noise) pada sistem pencacahneutron.

Penganalisis kanal tunggal adalah alat yangselalu dipakai pacta sistem pencacah radiasi bahanradioaktif. Alat ini berfungsi untuk memilih tinggi pulsayang diinginkan sesuai dengan kebutuhan dalampenelitian. Pacta umumnya diagram blok sistem pencacahradiasi dapat dilihat pacta Gambar 1.

Untuk mengukur intensitas radiasi maupununtuk mendapatkan kurva distribusi energi dari suatubahan radioaktif, pacta umumnya digunakan sistempencacah radiasi dengan diagram blok seperti pactaGambar 1. Detektor akan bekerja dengan adanya sumbertegangan tinggi yang dicatu oleh sumber tegangan tinggi.Tegangan ini dapat diatur sesuai dengan tegangan kerjadari jenis detektor yang dipakai. Energi radiasi bahanradioaktif diubah oleh detektor menjadi pulsa-pulsalistrik, kemudian dikuatkan beberapa kali oleh penguatawal. Setelah melalui kabel yang cukup panjang darilokasi pengukuran ke tempat pencacahan, pulsa-pulsadikuatkan dengan menggunakan penguat berikutnya.Penguat ini selain berfungsi sebagai penguat, jugaberfungsi untuk membentuk pulsa sehingga keluarannyaberbentuk gaussian dan amplitudonya akan sebanding

Alat ini dirancang bangun dengan menggunakankomponen-komponen yang ada di pasaran sehingga alat

~, ~ J-.: 2001154

~~P~~T~H~""~,~

ini murah harganya serta

perbaikannya.mudah untuk melakukai1

PRINSIP KERJA

Gambar 1. Diagram blok sistem pencacah radiasi.

TEORI

Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa masukandihubungkan dengan komparator LLD daD ULD.,Keluaran komparator LLD diubah bentuknya oleh

pembentuk pulsa menjadi pulsa persegi dengan lebar :!:0,5 ~s daD tinggi :!: 4 volt. Kalau amplitudo masukan actadiantara tegangan preset LLD(Vpl) daD ULD(Vp2),maka pada komparator ULD tidak ada keluaran sehinggarangkaian anti-koinsiden akan meneruskan pulsa daTipembentuk pulsa sebagai keluaran. Kalau masukanmelebihi tegangan Vp2 maka akan ada keluaran padakomparator ULD daD rangkaian anti-koinsiden akanmeredam pulsa daTi rangkaian pembentuk pulsa,sehingga tidak ada keluaran pada penganalisis kanaltunggal. Bentuk pulsa daTi penganalisis kanal tunggaldapat dilihat pada Gambar 3.

Rangkaian lengkap penganalisis kanal tunggalyang dibuat dapat dilihat pada Gambar 4 daD prinsipkerjanya adalah sebagai berikut:

Sinyal masukan melalui pembagi tegangan RIodaD R11 daD masuk ke IC pada masukan tidak membalik(non inverting). Komparator AI daD A2 yang berfungsisebagai ULD daD LLD, masukan membaliknya(inverting) dihubungkan dengan tegangan preset ULDdaD LLD yaitu keluaran IC pengikut tegangan ~ daD A3.Tegangan preset LLD diperoleh dari rangkaian pembagitegangan (RI, VR1 daD potensiometer PJ yangdilewatkan IC A3 daD preset ULD merupakanpenjumlahan dari tegangan preset LLD daD pembagitegangan upper level (R3, V~ daD P2 ) untuk skala 10Volt daD skala I Volt diseri dengan R2 daD VR3 pada

rangkaian penjumlah IC4oAda 3 kemungkinan tinggi amplitudo masukan terhadaptegangan preset LLD daD ULD yaitu:. Amplitudo masukan lebih rendah dari preset

LLD, maka pada kedua komparator tidak adakeluaran sehingga tidak ada perubahan padapenganalisis kanal tunggal.

.

Amplitudo masukan berada di antara presetLLD dan ULD, maka hanya ada pulsa keluaranpada komparator LLD ( kaki 9 IC AV. Saatpulsa ini turun maka pada keluaran monostabilAsb ada keluaran dengan lebar :t 0,5 ~s.Karena komparator A I tidak ada keluaran makakeluaran Q RS flip-flop yang dibentuk oleh ICA6 akan menjadi logik I dan membuka gerbangAND (IC A7) untuk meneruskan pulsa dari Asbsehingga pada penganalisis kanal tunggal adakeluaran dengan tinggi :t 4 Volt dan lebar :t 0,5

~s.

Amplitudo masukan melebihi tinggi presetULD, maka pacta kedua komparator timbulpulsa keluaran. Keluaran komparator A I akanmen-set RS flip-flop dan keluaran Q akanmenjadi 0 sehingga gerbang AND akantertutup, maka tidak acta keluaran pactapenganalisis kanal tunggal.

.

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Pengujian dilakukan untuk mengetahui linieritasclan sensitivitas dari penganalisis kanal tunggal yangtelah dibuat, dengan menggabungkannya denganperalatan penunjang pengujian seperti pada Gambar 5.

Langkah Pengujian Linieritas LLD adaiahsebagai berikut:

155~, 6 J~ 2001

Hasil pengujian linieritas OLD dapat dilihatpacta Tabel 2 daD grafik seperti pacta Gambar 6a daD 6b.

Amplitudo pembangkit pulsa di-set daTi 0 -10volt dengan langkah 0,5 volt

.

Preset OLD di set 0,025 volt dan posisi helipotLLD diatur dari minimum sampai maksimumsehingga keluaran penganalisis kanal tunggalmuncul di layar osiloskop.

.Setiap perubahan amplitudo pulsa, posisi daDtegangan preset LLD dibaca.

.

Pengujian Semi/wi/asSensitivitas LLD adalah tinggi amplitudo pulsa

minimum yang masih dapat menghasilkan keluaran pada

penganalis kanal tunggal daD sensitivitas OLD adalahselisih minimum antara tegangan preset OLD daD LLD.

Dengan menggunakan diagram blok Gambar 5dilakukan pengujian sensitivitas LLD daD ULD sebagai

beritcut.Pengujian sensitivitas LLD dengan cara:Hasil pengujian linieritas LLD dapat dilihat

pada Tabel 1 daD graflk seperti pada Gambar 6a daD 6b.Langkah Pengujian Linieritas ULD adalah

sebagai berikut:

Tegangan preset LLD di-set pada 0 volt danULDdi-set 1,0 volt.

.Amplitudo pembangkit pulsa diatur sampai tidakada keluaran pada penganalisis kanal tunggalyang dimonitor oleh osiloskop.

Amplitudo pembangkit pulsa di-set daTi 0 -10volt dengan langkah 0,5 volt

..

Preset LLD diset 0,4 volt daD posisi helipotULD diatur dari minimum sampai maksimumsehingga keluaran penganalisis kanal tunggalmuncul daD hilang lagi di lajar osiloskop.

Dari hasil pengujian didapatkan sensitivitas LLDsebesar 10 mvolt,

Pengujian sensitivitas ULD dengan tara:.Tegangan preset LLD di-set pada 1,0 volt,

Setiap perubahan amplitudo pulsa, posisi dantegangan preset OLD dibaca.

.

Amplituda pembangkit pulsa diatur sedikit lebihbesar daTi 1,0 volt.

. ~I 6 J~ 2001156

~~P~~T~H~ H~, ~

Tegangan perset ULD diatur sampai minimumdimana masih ada keluaran pada penganalisiskanal tunggal.

.

Dari pengujian didapat sensitivitas ULD adalah20 mvolt.

Pengujian Reso/usiKarena di fasilitas kami tidak mempunyai alat

untuk mengukur resolusi maka resolusi didapat dengancara pendekatan yaitu 3 kali lebar pulsa keluaranpenganalisis kanal tunggal = 3 x 0,5 ~s.

Tabel1. Data pengujian linieritas LLD.

Amplitudomasukan

(voltl

Posisi helipotLLD

foutaranl

Tegangan presetLLDrvoltl

0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0s:s~9.5W

0.51.01.52.0K~

3.54.04.55.05.56.0

6.497.012.

8.0iS19:0-9.510

0.2500.5010.7501.0001.2481.4991.7471.9972.2482.4972.7492.9993.2483.4983.7473.9984.2474.4974.7464.997

00 8 102 4 6

Amplitudo Masukan [volt]

Tabel 2. Hasil pengujian linieritas ULD.

Amplitudomasukan

[volt)

Tegangan presetOLDryoltl

Posisi helipotOLD

foutaran)

KESIMPULAN

Linieritas penganalisis kanal tunggal cukup baikyaitu ~ 0, I % untuk LLD dan OLD ~ 0,2%.

0.51.01.52.02.5~3.54.0U

-s:o-5.5M

6-:57.07.5s:o!19.09.510

0.100.601.111.612.10~illr6O-m-~510~ill6:6i"7107:6'i"ill-m-ill9:6i"

0.249o:m~T"ijO3

1.252~1.7522.001~I499

2. Sensitivitas LLD cukup baik yaitu 10 mvolt clanULD sedikit lebih besar yaitu 20 mvolt, untukmengatasinya dilakukan dengan menambah

penguatan pada penguat sebelumnya.

3, Resolusi alat ini baik yaitu < 1,5 f.1s.2..750--3.001

PUSTAKA3.2503.4993.7513.999

[I]. CANBERRA-USA, Operation Manual SingleChannal Analyzer, model 2030.

[2]. CANBERRA-USA, Operation ManualSingleChannal Analyzer, mode12015A.

[3]. ELEKTUUR, Data Sheet Book I -Data ICLinier, TTL dan CMOS, alih bahasa Wasaito.S,

4.2514.4994.7505.002

~, 6 J~ 2001 157

~~P~~T~H~H~,i./IJ,.

[6]

bahasa Ir.Hennan Widodo.S, Penerbit Erlangga,Jakarta, 1985TOCCI, RONALD.J, Principle and Aplications,Prentice Hall, New Jersey, 1988

[4],

Penerbit PT Elex Media Komputerindo, KelompokGramedia, Jakarta 1985.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGYAGENCY, Special Projects, IAEA, 1987COUGHLIN.ROBERT.F, DRISCOLFREDERICK, Penguat Operasional Terpadu, alih

[5]

~I 6 J~ 2001158