BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Masalah

Radiasi nuklir pada hakekatnya adalah zarah-zarah yang di pancarkan inti atom yang tidak stabil. Pancaran zarah-zarah tersebut mempunyai tenaga kinetik tertentu. Zarah radiasi tersebut jika melalui medium, sebagian tenaga atau seluruhnya akan di serahkan pada medium yang dilaluinya. Perpindahan tenaga dari zarah radiasi pada medium yang disebut sifat atenuasi materi. Sedang mekanisme yang mendasari perpindahan tenaga pada materi disebut interaksi zarah radiasi dengan materi.Radisai nuklir tidak dapat di tangkap oleh panca indra manusia, sehingga sangatlah berbahaya bila kita terkena radiasi yang berlebihan tanpa kita sadari, oleh karena itu untuk mengetahui adanya radiasi atau mengukur radiasi harus digunakan alat ukur radiasi.Untuk mendeteksi zarah radiasi digunakan detektor. Adapun satu hal yang sangat penting pada detektor adalah karakteristiknya , karena baik atau tidaknya kerja detektor ditentukan oleh karakteristik detektor tersebut.1)Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi karakteristik detektor Geiger Muller yang akan penulis bahas dalam penelitian ini adalah gas isian detektor Geiger Muller, tekanan gas quenching. Parameter detektor yang meliputi faktor geometri, tingkat kevakuman, pemilihan bahan anoda dan katoda. Selain faktor tersebut, akan dibahas pula pengaruh gas quenching terhadap karakteristik yang ditimbulkan.

1.2 Keaslian Tugas AkhirTugas akhir ini merupakan pengembangan dari pengaruh fisis terhadap karakteristik detektor Geiger Muller yang pernah dibuat pada tugas akhirnya sebelumnya oleh Dwi Septia Prihatina. Tugas akhir tersebut memberi dasar yang kuat bagi pengembangan tugas akhir yang akan dilakukan penulis. Maka dilakukanlah penelitian lebih lanjut didasarkan dengan gas quenching seberapa jauh pengaruh tekanan gas quenching terhadap karakteristik detektor Geiger Muller. 1.3 Rumusan MasalahDari uraian latar belakang di atas, dapat diperoleh rumusan permasalahan sebagai berikut Bagaimana melakukan pengujian dan evaluasi terhadap unjuk kerja dari pengaruh gas quenching terhadap karakteristik detektor Geiger Muller dengan adanya variasi tekanan gas quenching diharapkan dapat menurunkan tegangan kerja detektor Geiger Muller di bawah 1000V. Dan mengetahui umur detektor Geiger Muller.1.4 Batasan MasalahUntuk menghindari adanya pembahasan di luar materi dalam mengerjakan penelitian ini, maka pada kesempatan ini hanya di bahas pengaruh tekanan gas quenching terhadap karakteristik tegangan kerja detektor Geiger Muller.1.5 Tujuan PenelitianTujuan dilakukan penelitian tugas akhir ini adalah1. Untuk mengetahui sampai seberapa jauh pengaruh tekanan gas quenching terhadap karakteristik detektor Geiger Muller2. Untuk mengetahui sampai seberapa jauh pengaruh perubahan volume terhadap karakteristik detektor Geiger Muller.1.6 Manfaat PenelitianDari penelitian tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat baik bagi penulis sendiri, mahasiswa, institusi, pekerja radiasi, ataupun masyarakat pengguna radiasi pada umumnya. Secara spesifik manfaat dari penelitian ini adalah :1. Bagi penulis pribadi bermanfaat sebagai penerapan ilmu pengetahuan ataupun pengalaman yang telah didapat selama perkuliahan maupun di kehidupan sehari-hari.2. Bagi institusi pendidikan ataupun masyarakat pengguna radiasi pada umumnya diharapkan hasil penelitian ini bisa dijadikan referensi untuk bahan pembelajaran.

BAB IIDASAR TEORI2.1 Detektor Geiger MullerDetektor Geiger Muller (GM) merupakan salah satu detektor radiasi nuklir tipe isian gas. Detektor ini terdiri dari dua elektroda, yaitu positif dan negatif serta berisi gas diantara kedua elektrodanya. Kebanyakan detektor ini berbentuk silinder dengan sumbu yang berfungsi sebagai anoda dan dinding silindernya sebagai katoda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Jumlah ion yang dihasilkan di daerah GM sangat banyak, mencapai nilai saturasinya, sehingga pulsanya relatif tinggi dan tidak memerlukan penguat pulsa lagi.2)Kerugian utama detektor ini adalah tidak dapat membedakan energi radiasi yang memasukinya, karena berapapun jumlah energinya jumlah ion yang dihasilkannya sama dengan nilai saturasinya.

Gambar 2.1 Konstruksi detektor GMRadiasi yang memasuki detektor akan mengionisasi gas dan menghasilkan ion-ion positif dan ion-ion negatif (elektron). Jumlah ion yang akan dihasilkan sebanding dengan energi radiasi dan berbanding terbalik dengan daya ionisasi gas. Daya ionisasi gas berkisar dari 25 eV sampai dengan 40 eV. Ion-ion yang dihasilkan di dalam detektor tersebut akan memberikan kontribusi terbentuknya pulsa listrik atau arus listrik.Terbentuknya pulsa listrik maupun arus listrik disebabkan oleh ion-ion yang dihasilkan radiasi yang memasuki detektor. Hal itu dapat terjadi bila terdapat cukup medan listrik di antara dua elektroda. Medan listrik ini dapat diatur melalui pengaturan tegangan kerja detektor. Bila medan listrik di antara dua elektroda semakin tinggi maka energi kinetik ion-ion yang memasuki detektor akan semakin tinggi sehingga mampu untuk mengadakan ionisasi lain.Detektor ini merupakan detektor yang paling sering digunakan, karena dari segi elektronik sangat sederhana, tidak memerlukan rangkaian penguat. Sebagian besar peralatan ukur proteksi radiasi yang harus bersifat portabel, terbuat dari detektor Geiger Muller. Pulsa keluaran dari detektor GM masih terbalik, maka dari itu dibutuhkan rangkaian inverter guna membalik pulsa keluarannya. Jenis detektor Geiger MullerMenurut mekanisme pembentukan pulsa, detektor Geiger Muller dibagi menjadi 2 jenis, yaitu : Non Self Quenching Counter Self Quenching Counter2.2.1 Non Self Quenching CounterDetektor Geiger Muller tanpa gas peredam diisi dengan satu jenis gas yaitu gas mulia, misalnya Argon(Ar), Neon(Ne), Helium(He), Kripton(Kr), Xenon(Xe). Pada detektor jenis ini, proses pelucutan elektron yang terjadi tidak dapat dikendalikan dalam tabung itu sendiri tetapi dikendalikan dengan suatu rangkaian elektronik.Self Quenching CounterPada detektor jenis ini, kecuali diisi dengan gas mulia, juga dicampurkan sedikit gas polyatom misalnya alkohol. Gas tersebut berfungsi sebagai peredam (Quencher). Dengan adanya gas peredam tersebut, maka proses avalanche yang terjadi dapat dikendalikan dalam tabung itu sendiri.Detektor Geiger Muller yang dibuat, adalah mempergunakan gas argon sebagai gas isian dan uap alkohol murni sebagai peredam. Potensial ionisasi gas argon 15,68 eV dan potensial ionisasi uap alkohol 11,3 eV. Karena potensial ionisasi gas argon lebih besar dari potensial ionisasi uap alkohol, maka pada saat ion argon positip bertumbukan dengan atom dari uap alkohol, ion argon positip dapat menarik elektron dari atom alkohol dan menjadi netral, sedang atom alkohol menjadi positip yang selanjutnya akan dinetralkan di permukaan katoda. Kelebihan tenaga pada waktu terjadi tumbukan antara ion argon positip dan molekul alkohol dipancarkan dalam bentuk foton-foton. Foton-foton tersebut akan diserap oleh molekul alkohol dan dipergunakan untuk berdissosiasi. Dengan demikian pelepasan muatan yang tidak terkendali dapat dicegah.2.3 Mekanisme LucutanMekanisme lucutan dalam detektor Geiger Muller dapat dibagi dalam dua bagian, yaitu : Avalanche Gerakan ion positip dan pembentukan pulsa2.3.1 AvalancheAdanya medan listrik yang cukup kuat menyebabkan elektron yang dibebaskan pada permulaan ionisasi mendapat cukup energi kinetik untuk melanjutkan proses ionisasi dengan jalan tumbukan dengan medium detektor. Dalam proses tersebut akan dibebaskan pasangan ion positip dan elektron sekunder. Elektron sekunder dipercepat lagi hingga mampu membentuk elektron tersier, demikian seterusnya hingga timbul arus elektron yang makin lama makin bertambah banyak menuju ke arah anoda. Peristiwa ini disebut Avalanche. Adanya avalanche akan menyebabkan peristiwa pelepasan muatan disepanjang kawat anoda atau discharge.Avalanche dapat juga disebabkan oleh netralisasi ion argon positip dipermukaan katoda. Apabila ion argon positip sampai permukaan katoda, ion tersebut mempunyai tenaga yang cukup untuk menarik elektron dari permukaan katoda. Setelah menarik elektron, ion argon positip akan ternetralisasi menjadi atom argon tereksitasi dengan energi eksitasi kurang lebih sebesar U Q = 11,68 eV. Q adalah tenaga ikat elektron dari logam katoda sebesar 4 eV, sedang U adalah potensial ionisasi atom argon sebesar 15,68 eV. Foton yang dipancarkan atom argon yang baru dinetralkan itu menyebabkan terjadinya foto elektron. Elektron ini akan menyebabkan avalanche.2.3.2 Gerakan Ion Positip dan Pembentukan PulsaPelepasan muatan (discharge) dalam tabung detektor menyebabkan terbentuknya muatan ruang dari ion-ion positip disekitar kawat anoda. Adanya muatan ruang menyebabkan daerah yang terletak antara kawat anoda dan muatan ruang, medan listriknya menurun. Dalam keadaan ini bila datang zarah pengion, detektor sudah tidak dapat menimbulkan proses avalanche. Dengan kata lain detektor sama sekali tidak peka terhadap zarah radiasi yang datang. Waktu dimana sistim pencacah pulsa tidak dapat mencacah zarah radiasi yang datang disebut waktu mati(dead time). Selanjutnya muatan ruang ion positip perlahan-lahan menjauhi anoda, saat ini waktu mati berakhir. Pada saat dari waktu mati avalanche sudah dapat terjadi, tetapi pulsa keluaran akibat avalanche itu masih kecil karena medan listrik belum cukup kuat. Ketika ion positip meneruskan perjalanan mendekati dinding katoda, denyut keluaran yang dihasilkan dari zarah radiasi pertama sudah cukup tinggi dan sudah dapat dicacah oleh alat pencacah. Pada keadaan seperti ini detektor dikatakan telah pulih kembali dari keadaan mati.2.4 Parameter Detektor Geiger Muller 2.4.1 Geometri Bentuk dan konstruksi tabung detektor Geiger Muller perlu diperhatikan karena sangat berpengaruh terhadap karakteristik dan efisiensi detector. Geometri detektor meliputi : diameter tabung, diameter anoda, panjang daerah aktif/medium, dan tebal dinding detektor.Detektor yang dibuat berbentuk silindris dengan anoda di pasang konsentris terhadap tabung katodanya. Pada detektor side window dinding tabung berfungsi sebagai jendela, oleh karena itu untuk dinding detektor dipilih suatu bahan yang dapat memberikan efisiensi yang baik terhadap radiasi yang diterima. Menurut macam zarah radiasi yang datang maka tabung deteksi Geiger Muller dapat dibedakan menurut Geometri konstuksinya. Misalnya detektor untuk mendeteksi zarah , , atau , maka dibuat detektor tipe jendela ujung (end window).Detektor Geiger Muller sendiri ada 3 (tiga) jenis, yaitu side window, end window, dan pancake. Pada rancang bangun ini digunakan detektor Geiger Muller type side window.Gambar dari detektor Geiger Muller type side window ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 jenis detector GM type side window.3)2.5 KevakumanKevakuman dalam pembuatan detektor dilakukan untuk mengeluarkan kotoran-kotoran yang ada dalam tabung detektor sebelum detektor diisi dengan gas isian. Tingkat rendahnya kevakuman menunjukkan tingkat kebersihan dalam detektor tersebut. Bila kevakuman tinggi, maka tingkat kebersihan detektor tersebut juga tinggi, sehingga bila zarah radiasi masuk dalam medium aktif detektor, zarah tersebut hanya akan mengionisasi gas argon sebagai gas isian. Bila kevakuman rendah, maka tingkat kebersihan detektor tersebut juga rendah. Apabila datang zarah radiasi ke dalam detektor, maka selain bereaksi dengan gas isian, zarah radiasi juga akan bereaksi dengan gas-gas lain yang ada dalam detektor. Adanya interaksi zarah radiasi dengan gas lain tersebut menyebabkan lucutan terus menerus sehingga karakteristik detektor menjadi jelek.Dari keterangan di atas, maka tingkat kevakuman detektor sangat penting dalam menentukan baik buruknya karakteristik detektor.

2.6 Bahan Anoda dan Bahan Katoda Pada pembuatan detektor Geiger Muller, pemilihan bahan anoda dan katoda sangat penting artinya, karena mempunyai pengaruh besar terhadap sifat karakteristiknya.Sebagai anoda dipilih bahan yang mempunyai sifat tahan terhadap campuran gas dalam tabung detektor itu. Pada umumnya sebagai anoda dipakai kawat wolfram, karena selain tidak mudah bereaksi dengan gas isian, juga mudah melekat pada gelas dan mempunyai sifat penghantar listrik yang baik.Sebagai Katoda dipilih bahan yang mempunyai tenaga ikat elektron yang tinggi, selain itu bahan tersebut juga harus tahan terhadap gas isian detektor. Karena hal tersebut dapat menyebabkan karakteristik detektor menjadi jelek. Bahan katoda juga harus mempunyai daya hantar listrik yang baik, mudah melekat pada gelas, murah dan mudah didapat. Bahan-bahan katoda yang memenuhi kriteria diatas dan dipergunakan dalam pembuatan detektor adalah bahan dari tembaga (Cu).2.7 Karakteristik Detektor Geiger MullerYang sangat penting bagi detektor Geiger Muller adalah karakteristiknya. Karakteristik detektor dapat didefinisikan sebagai : Jumlah cacah persatuan waktu yang tergantung pada perbedaaan tegangan antara kedua elektroda.2.8 Plateau dan SlopeDaerah kerja detektor Geiger Muller disebut daerah plateau. Daerah plateau adalah daerah dimana pada kenaikkan tegangan detektor, menghasilkan kenaikkan jumlah cacah yang kecil, sehingga banyak pulsa yang tercacah relatif sama. Apabila batas plateau dilampui, kenaikkan jumlah cacah akan melonjak pada setiap penambahan tegangan sedikit saja. Panjang plateau suatu detektor Geiger Muller, yaitu dari tegangan ambang sampai ada batas tegangan permulaan terjadinya proses lucutan. Panjang dan kemiringan plateau menentukan kualitas detektor. Detektor Geiger Muller yang baik mempunyai plateau yang panjang dan slope yang kecil.2.9 Umur Detektor Geiger MullerUmur suatu detektor Geiger Muller adalah banyaknya cacah yang dihasilkan sampai karakteristik plateaunya berubah menjadi tidak menentu. Apabila pada tegangan kerja detektor telah timbul proses pelucutan muatan yang terus menerus, sehingga detektor itu mempunyai plateau yang pendek dan slope yang besar, maka detektor tersebut dikatakan mati. Hal ini dapat terjadi apabila quenching gasnya telah habis.Factor-faktor yang mempunyai umur detektor yaitu campuran gas pengisi, tekanan vakum dan kebersihan pada waktu pembuatannya.4)3.1 Sistem PeredamSetelah timbul avalanche (penyerbuan ion-ion positip ke anoda, maka ion-ion negatif lebih cepat bergerak ke anoda, sedangkan selubung ion positip yang lebih berat bergerak ke katoda dengan kecepatan lambat. Sampai di katoda, ion-ion ini menarik elektron dari bahan logam katoda untuk membentuk atom netral.Dalam proses kembalinya ke tingkat dasar atom tersebut dapat melepaskan tenaga eksitasi dengan memancarkan sinar foton ultraviolet. Pada saat demikian medan listrik sekitar anoda sudah kembali ke intensitasnya semula, dalam keadaan demikian, interaksi antara foton ultraviolet dengan gas isian detektor mungkin dapat menimbulkan proses avalanche yang kedua. Kejadian ini menyebabkan timbulnya pulsa-pulsa palsu yang harus di hindarkan dengan sistem gas peredam.Sistem peredam secara kimia, yaitu dengan cara menggunakan gas quenching yang berupa gas-gas poliatom seperti Halogen, Bromine, Metana, dll.Prinsip peredam jenis ini adalah gas peredam dapat menyerap foton ultraviolet tanpa mengalami ionisasi. Foton ultraviolet yang diserap oleh gas poliatom. Hal ini dijumpai pada detektor jenis self quenching yang di dalamnya terisi gas mulia dan gas poliatom sebagai gas peredamnya.5)

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN3.2 Cara KerjaDalam pelaksanaan Tugas Akhir mengenai Pengaruh gas Quenching terhadap karakteristik detektor Geiger Muller, metode penelitiannya meliputi :1. Studi literature2. Pembuatan detektor Geiger Muller jenis side window. 3. Preparasi sampel4. Penghampaan tabung detektor5. Pengisian gas isian6. Pengujian dan evaluasi kerja system7. Pengambilan data8. Analisis data9. Penulisan laporan3.3 Jadwal PenelitianAdapun rencana jadwal pelaksanaan mengenai Pengaruh gas Quenching terhadap karakteristik detektor Geiger Muller, sebagai berikut :

Waktu

KegiatanMaretApril Mei Juni

1234123412341234

Studi literature

Pembuatan detektor Geiger Muller jenis side window

Preparasi sampel

Penghampaan tabung detektor

Pengisian gas isian

Pengujian & Evaluasi

Pengambilan data

Analisis data

Penulisan laporan

LANGKAH PENELITIAN

Mulai

Selesai Penulisan LaporanAnalisis DataPengujian Detektor?Karakteristik Awal/ UjicobaPengisian GasPemvakumanPemvakuman Perakitan Tabung DetektorPreparasi SampelStudi Literature11