sayono, st

Pembuatan detektor geiger-mueller tipe jendela samping dengan ... (Sayono, S. T.)

PEMBUATAN DETEKTOR GEIGER-MUELLERTIPE JENDELA SAMPING DENGAN GAS ISIAN ARGON-ET ANOL

DAN ARGON-BROM

SayonoPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, BATAN , Yogyakarta

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

PEMBUATAN DETEKTOR GEIGER-MUELLER TIPE JENDELA SAMPING DENGAN GAS

ISIAN ARGON-ETANOL DAN ARGON-BROM. Telah dilakukan pembuatan detektor Geiger-Muellertipe jendela samping dengan gas isian argon (Ar) sebagai gas utama dan etanol serta brom (Br)sebagai gas quenching (pemadam). Tabung detektor Geiger-Mueller terbuat dari bahan stainless steeldengan ukuran diameter tabung 16 mm, anode terbuat dari bahan kawat tungsten dengan diameter0,08 mm, panjang daerah aktif 100 mm dan tebal jendela yang mempunyai density thickness sekitar 4,8g/cm2. Tekanan gas isian Ar-etanol divariasi masing-masing 7:1, 9:1, dan 19:1, sedang untuk Ar-Brperbandingan tekanannya 100: 1, 50: 1 dan 33: 1. Dari hasil pengujian terbaik diperoleh untukperbandingan tekanan gas Ar-etanol sebesar 9:1 dihasilkan panjang plateau 180 V, slope 9,60%/100V, resolving time T = 6,725 ~ detik dan tegangan operasi 1160 V. Untuk gas Br sebagai gas pemadamdengan perbandingan tekanan 100:1 diperoleh panjang plateau 100 V, slope 7,6%/100 V, resolving timeT = 7,75 ~ detik dan tegangan operasi 540 V. Pada penelitian ini umur detektor belum dapat diprediksikarena selama melakukan pengujian detektor masih memiliki plateau yang panjang dan bentukpulsanya belum mengalami discharge. Jumlah cacah yang dihasilkan detektor untuk gas isian Ar-etanolsebesar 3,105 x 106 cacah, sedang untuk Ar-Br sebesar 1,102 x 107 cacah.

Kata kunci: Detektor Geiger-Mueller, pemadam, plateau, slope dan resolving time

ABSTRACT

CONSTRUCTION OF SIDE-WINDOW GEIGER-MUELLER DETECTOR TYPE USING

ARGON-ALCOHOL AND ARGON-BROMINE AS FILLING GASES. Construction of side window typeGeiger-Mueller detector has been conducted using argon (Ar) as the main filling, ethanol and bromine(Br) as quenching gas. The Geiger-Mueller detector tube is made of stainless steel with diameter of 16mm, anode is made of tungsten wire of 0.08 mm in diameter, the length of active media is 100 mm anddensity thickness window 4.8 g/cm2. The pressure of Ar-ethanol as filling gas were varied i,e 7:1, 9:1,and 19:1 respectively, while the ratio of pressure between Ar-Br is 100:1; 50:1 and 33:1. The test resultshows that the best result obtained at ratio between Ar-ethanolis 9:1, the length of plateau is 180 V,slope is 9.60%/100 V, resolving time is 6.725 ~ seconds and operating voltage is 1160 V. Meanwhile, Bras quenching in the ratio of 100:1, the length of plateau is 100 V, the slope is 7.68%/100 V, theresolving time 7.75 ~ seconds and operating voltage is 540 V. In this research, the detector lifetime hasnot been predicted and during the process of characterization, detector is still unpredictable becauseduring the process of testing and still has a long plateau and the pulse shape has not discharged. Thenumber of counting resulted from the detector with Ar-ethanol as filling gas is 3.105 x 106 counts, whilefor Ar-Br is 1.102 x 107 counts.

Key words: Geiger-Mueller detector, quenching, plateau, slope and resolving time

BABI PENDAHULUAN

Pemanfaatan iptek nuklir pada berbagai bidang seperti energi, kesehatan, industri,lingkungan, pendidikan dan lain-lain, yang melibatkan berbagai zat radioaktif, mengharuskanadanya suatu pengawasan yang cermat terhadap kemungkinan pencemaran radioaktifterhadap lingkungan. Kebolehjadian pencemaran tidak hanya berasal dari instalasi yangmenggunakan zat radioaktif, tetapi juga berasal dari sebuah PLTU batubara yang

381

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti ISSN 2087-8079

melepaskan zat radioaktif ke udara seperti uranium, thorium dan turunannya seperti Rn-220dan Ra-226, beserta unsur kimia termasuk logam be rat. Untuk keperluan tersebut, makadetektor nuklir memegang peranan yang sangat penting [1], karena instrumen ini merupakanbagian terdepan pada sistem instrumentasi nuklir yang berfungsi untuk mengubah besaranradiasi menjadi sinyal atau pulsa listrik, selanjutnya melalui seperangkat alat elektronik sinyallistrik dari keluaran detektor tersebut diproses menjadi informasi cacah atau pulsa listrik yangbesarnya sebanding dengan intensitas atau energi radiasi yang datang ke detektor [2].

Oalam perkembangannya detektor nuklir dikelompokkan menjadi 4 yakni detektorisian gas, detektor sintilasi, detektor semikonduktor dan detektor neutron. Oetektor isian gasterdiri dari detektor kamar ionisasi, detektor proporsional dan detektor Geiger-Mueller. Oalamaplikasinya di lapangan detektor isian gas Geiger Mueller banyak digunakan, misalnya untuksurvey meter, monitoring lingkungan, mengetahui kebocoran pipa, pengelasan tangki minyak,mengukur ketebalan bahan dan lain-lain.

Prinsip kerja detektor Geiger-Mueller adalah memanfaatkan adanya proses ionisasisekunder yang berasal dari ionisasi primer akibat interaksi zarah radiasi dengan medium gasisian detektor setelah diberi beda potensial tertentu. Adanya beda potensial pada anode dankatode akan menimbulkan medan listrik sehingga pasangan ion-elektron mendapat tambahanenergi kinetik yang cukup besar, sehingga gerak ion-elektron dalam perjalanannya menujuelektrode (ion menuju katode dan elektron ke arah anode) dapat mengionisasi gas isiansehingga pasangan ion-elektron sekunder dan bila ion-elektron sekunder masih kelebihanenergi akan menumbuk gas isian lagi yang menyebabkan ionisasi tersier dan seterusnya, danakhirnya akan terjadi jumlah pasang ion-elektron yang banyak sekali atau sering disebutperistiwa avalanche. Pengumpulan elektron pada anode selanjutnya dikeluarkan melewatitahanan sehingga timbul denyut atau pulsa listrik yang besarnya sebanding dengan intensitasradiasi yang datang.

Penelitian tentang pembuatan detektor Geiger-Mueller telah dimulai pada dekadedelapan puluhan di PPBMI yang sekarang bernama PTAPB-BATAN, pad a saat itu tabungdetektor yang berfungsi sebagai katode dibuat dari tabung gelas yang bagian dalamnyadilapisi dengan tembaga dengan teknik evaporasilpenguapan sedang anode dibuat darikawat tungsten. Teknik pemasangan anode dan katode pad a tabung detektor dilakukanmenggunakan sistem pengelasan gelas logam.

Oetektor Geiger-Mueller yang telah dibuat mempunyai spesifikasi teknis mekanikdiameter tabung 16 mm, diameter anode 0,08 mm dan panjang daerah aktif 100 mm, dengangas isian argon-etanol (Ar-etanol). Oari hasil pengujian karakteristik detektor diperolehpanjang daerah tegangan kerja (plateau) 100-200 volt, kemiringan daerah tegangan kerja(slope) 10-20%/100 volt, tegangan operasi 1100-1300 volt, waktu yang diperlukan olehdetektor untuk dapat mencacah radiasi yang datang berikutnya (resolving time) dalam orderatusan mikro detik dan umur detektor 106 cacah [3] ..

Permasalahan yang selalu muncul dalam membuat detektor nuklir Geiger-Muellerselama ini adalah plateau, slope dan tegangan operasi cepat berubah menjadi besarsehingga umur detektor menjadi pendek. Kelemahan ini tentunya merupakan tantangan yangharus dicari solusinya. Tegangan operasi tinggi dimungkinkan karena pemilihan jenis gasyang digunakan dan perbandingan antara tekanan gas isian detektor yang kurang tepat,umur detektor pendek dimungkinkan karena adanya kebocoran gas isian melalui sambunganpada anode maupun katode karena sistem pengelasan antara gelas dan logam yang kurangbaik. Berdasarkan pad a permasalahan tersebut, maka dilakukan penelitian untukmenemukan faktor-faktor penyebabnya sehingga nantinya akan dihasilkan produk detektornuklir Geiger-Mueller yang mempunyai plateau yang panjang (~100 volt), slope kecil(:510%/100 volt), tegangan operasi (600-850 volt) sehingga cukup memerlukan catu dayayang rendah dan umur pakai detektor lebih lama di atas 106cacah.

Untuk memperoleh tegangan operasi rendah pad a detektor Geiger-Mueller dapatdilakukan antara lain dengan memperkecil diameter katode dan anode, mengaturperbandingan tekanan gas isian yang tepat serta penggunaan gas halogen (brom, klor danfluor) sebagai gas quenching (pemadam) dalam pembuatan detektor [4]. Karena gas halogenmempunyai sifat beracun, sangat reaktif dan korosif terhadap bahan katode dan anode,maka dalam pembuatan detektor harus dipilih bahan-bahan yang tahan terhadap sifat gastersebut. Pada penelitian ini untuk katode atau tabung detektor dibuat dari bahan stainlesssteel dan anode dari kawat tungsten, karena kedua bahan tersebut tahan terhadap gas brom(Br), tidak mudah terjadi penguapan baik tekanan rendah maupun suhu kamar dan tahanterhadap vakum tinggi.

382


Agar diperoleh detektor Geiger-Mueller yang mempunyai karakteristik dan unjuk kerjaoptimum, maka dalam pembuatan detektor harus memperhatikan parameter-parameter yangberpengaruh terhadap karakteristik detektor Geiger-Mueller antara lain tegangan tinggi yangdicatukan, bentuk/geometri, pemilihan jenis bahan, tingkat kevakuman sebelum diisi gas,jenis gas isian yang digunakan (tekanan gas dan perbandingan tekanan gas utama danpemadam). Berdasarkan latar belakang tersebut maka dilakukan penelitian dengan judulPembuatan Oetektor Geiger-Mueller Tipe Jendela Samping dengan Gas Isian Ar-etanol danAr-Br.

Tujuan penelitian adalah dapat diperoleh suatu prototip detektor Geiger-Mueller tipejendela samping (side window) dengan spesifikasi tabung detektor dibuat dari bahanstainless steel dengan diameter 16 mm, anode dari bahan tungsten diameter 0,08 mm,panjang daerah aktif 100 mm, tebal jendela dibuat tipis dengan density thickness sekitar 4,8g/cm2 dan isian detektor terdiri dari Ar sebagai gas utama dan gas etanol serta Br sebagaigas pemadam. panjang plateau :?:100 volt, slope:::; 10%/100 volt dan tegangan operasi 10001250 volt untuk gas isian Ar-etanol dan 600-850 volt untuk Ar-Br.

Ruang lingkup penelitian meliputi penentuan diameter katode, pemilihan bahan danbentuk tabung detektor, pembuatan komponen, perakitan, pengisian gas isian dan pengujiandetektor yang meliputi panjang plateau, slope, tegangan operasi, resolving time, faktorkoreksi dan umur detektor. Manfaat dari penelitian ini adalah dapat dikuasainya teknologipembuatan detektor nuklir khususnya detektor Geiger-Mueller dan karakterisasinya sehinggadapat meningkatkan kemampuan Sumber Oaya Manusia (SOM) dan dapat menjadi acuanuntuk penelitian berikutnya serta dapat menunjang kegiatan penelitian dan pengembangan dibidang iptek nuklir.

BAB II TINJAUAN PUST AKA

2.1. Interaksi Zarah Radiasi Tidak Bermuatan Dengan Materi

Foton y dan sinar-X adalah dua macam foton radiasi yang mempunyai sifat-sifatsama. Keduanya merupakan gelombang elektromagnetik dan tidak bermuatan serta tidakbermassa. Adapun besarnya energi foton y dan sinar-X dapat dinyatakan oleh Planck [5]

cE = hv = h-

A

dengan E = energi radiasi (eV),

h = tetapan Planck \6,62517 x 10-12 erg detik),u = frekuensi (detik- ),c = kecepatan cahaya (3 x 1010 cm/ detik),;\ = panjang gelombang (m atau cm).

(1)

(2)

Menurut asal-usulnya kedua foton itu sangat berbeda. Sinar-X terjadi karena adanyapelepasan energi pada waktu transisi elektron dari lintasan elektron kulit luar ke lintasan

elektron yang lebih dalam yang dekat inti atom. Oleh karena itu terjadinya sinar-X adalahperistiwa di luar inti atom, sedang foton y terjadi karena pelepasan energi dari inti atom,dengan demikian terjadinya foton y adalah peristiwa nuklir.

Menurut PETER SOEOOJO, 2001 [5], foton y mempunyai daya tembus dalam materiyang sangat besar dibandingkan dengan zarah bermuatan. Apabila foton y menembus suatumateri, maka akan mengalami penurunan intensitas. Penurunan intensitas tersebut bersifateksponensial dan mengikuti persamaan [5]

1 - 1 -PIXx - 0 e

dengan Ix = intensitas foton y setelah menembus materi setebal x,10 = intensitas foton y sebelum menembus materi,11, = koefisien atenuasi linear total,x = tebal materi.

383


(3)

Untuk menentukan jangkauan foton y dalam materi ditentukan menggunakanmetode tebal paro (X1l2) atau Half Value Layer (HVL). Hubungan antara tebal paro dengankoefisien atenuasi liner (PI) dinyatakan dengan persamaan [5]

In 2 0,693x'/2 =--=--

PI III

Interaksi foton y dengan materi serapnya jenis interaksi elektromagnetik. Adapun mekanismehilangnya energi foton y yang melewati materi terdiri dari efek fotolistrik, efek Compton danpembentukan pasangan.

2. 1. 1. Efek fotolistrik

Efek fotolistrik terjadi bila foton y mempunyai energi radiasi rendah (E < 0,1 MeV).Foton y yang menembus materi akan melepaskan seluruh energinya hu kepada elektronyang terikat kuat dalam atom, biasanya kulit K. Energi tersebut digunakan untuk melepaskanelektron dari ikatannya dan sisanya sebagai energi kinetik elektron yang dinyatakan dalampersamaan Einstein [5]

(4)

dengan Ek = energi kinetik,hu = energi foton,Ib = energi ikat elektron.

Efek fotolistrik hanya dapat terjadi bila hu>lb, skema terjadinya efek fotolistrik disajikan pad aGambar 1.

)(

Sinar-X hasH de-eksitasi

Foton datangE < 0,1 MeV e Elektron dari kulit K

Gambar 1. Skema terjadinya efek fotolistrik [6].

Atom yang terionisasi akibat efek fotolistrik berada dalam keadaan tidak stabil,dengan segera kekosongan pada kulit K akan diisi oleh elektron dari kulit yang lebih luardisertai pemancaran sinar-X. Apabila energi sinar-X cukup besar, maka akan mendesakelektron lain agar keluar dari orbitnya. Proses ini disebut efek Auger dan elektron yangdihasilkan adalah elektron Auger.

2. 1.2. Efek Compton

Efek Compton sering disebut hamburan Compton. Terjadi efek Compton apabilafoton y menumbuk elektron bebas atau elektron yang berada pada kulit terluar. Pad a efekCompton, foton y hanya melepas sebagian energinya kepada elektron yang ditumbuknyaserta sisanya digunakan untuk menghamburkan foton y dengan sudut e. Skema efekCompton disajikan pada Gambar 2.

384


e Elektron

Foton datangEo< 0,1 MeV

Gambar 2. Skema efek Compton [6].

e)

Energi foton y yang terhambur setelah terjadinya efek Compton adalah [7,8]

E = Eo

y I + ( ~ ) (1 - casmoc

dengan Ey = energi foton y yang terhambur,Eo = energi foton y mula-mula,mo = massa diam elektron,c

= kecepatan cahaya dalam ruang hampa,e

= sudut hamburan.

2.1.3. Pembentukan pasangan

(5)

Bila foton y mempunyai energi cukup tinggi melalui medan listrik yang sangat kuat disekitar inti atom, maka foton y tersebut akan lenyap dan berubah menjadi pasangan elektrondan positron (e"dan e\ Peristiwa ini disebut pembentukan pasangan. Skema pembentukanpasangan disajikan pada Gambar 3.

e" Elektron

Foton datangEo> 1,022 MeV

Positron

Gambar 3. Skema Pembentukan pasangan [6].

Elektron dan positron dalam keadaan diam masing-masing mempunyai energi 0,511MeV. Dengan demikian pembentukan pasangan dapat terjadi jika energi foton y lebih besardari jumlah energi elektron dan positron dalam keadaan diam, yaitu Er> 2 x 0,511 MeVatauEy >1 ,022 MeV. Apabila foton y mula-mula adalah Eo MeV, maka kelebihan energi sebesar(Eo -1,022) MeV akan dibagikan pada elektron dan positron dalam bentuk energi gerak.Persamaan energi tersebut diformulasikan sebagai [6,7]

Er= 1,022 MeV + E/ + Ee"

energi foton y datang,energi gerak positron,energi gerak elektron.

dengan Ey =Ee+ =Ee" =

(6)

Segera setelah terbentuk, positron akan bergabung dengan elektron di sekitarnyahingga terbentuk dua buah foton y yang masing-masing berenergi 0,511 MeV. Prosesperubahan positron dan elektron menjadi dua buah foton y ini dinamakan "anihilasi" danproses ini selalu mengikuti efek pembentukan pasangan.

385

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

2.2. Detektor Isian Gas

ISSN 2087-8079

Detektor isian gas merupakan tabung tertutup yang berisi gas dan terdiri dari 2 buahelektrode. Dinding tabung sebagai elektrode negatif (katode) dan kawat yang terbentang didalam tabung pad a poros sebagai elektrode positif (anode). Skema detektor isian gasdisajikan pad a Gambar 4.

3Keterangan:

1. Medium aktif detektor,

2. Anode,

3. Katode,

4. Sumber tegangan tinggi,5. Resistor,

6. Kapasitor.

Gambar 4. Skema detektor isian gas [8].

Detektor isian gas prinsip kerjanya memanfaatkan terjadinya ionisasi gas isian padamedium aktif dalam detektor akibat adanya interaksi dengan zarah radiasi maka akan timbulpasangan ion-elektron. Dengan adanya bed a potensial pad a anode dan katode maka akantimbul medan listrik, sehingga pasangan ion-elektron akan terpisahkan. Ion akan bergerak kearah katode dan elektron bergerak ke anode.

Jumlah pasangan ion-elektron tergantung dari tegangan yang dicatukan, bentukgeometri dan jenis gas isian detektor [4,6,9]. Hubungan jumlah pasangan ion-elektron yangterkumpul di elektrodenya masing-masing terhadap tegangan yang dicatukan disajikan padaGambar 5.

t:

o rIIJ

iv, )

~ 106 :III

~ IIII

(1) I II' I rv I<p 105 ~

IIIVII I

t: IIII

.2104

t: ~C)t: 103~,a

enI

~ c.. 102.c:~E10

~ .., 1IIIIIIII

0200400600eoo 1000 1200 1400 1eoo

Tegangan (volt)

Gambar 5. Hubungan tegangan terhadap jumlah pasangan ion-elektron [6].

Daerah I

Pada daerah I tegangan masih rendah sehingga pasangan ion-elektron akanbergabung kembali sebelum ion sampai ke katode dan elektron ke anode daerah teganganini disebut daerah rekombinasi.

Daerah II

Pada daerah ini karena tegangan lebih tinggi sehingga sudah tidak ada lagirekombinasi seluruh ion primer dapat mencapai elektrode masing-masing. Hal ini akanmenimbulkan pulsa listrik yang besarnya sebanding dengan muatan total dari pasangan iondan elektron. Tinggi pulsa tersebut akan sebanding dengan energi dari radiasi yang masukdalam detektor. Detektor yang bekerja pada daerah ini disebut detektor kamar ionisasi.

386


Daerah III

Pada daerah ini tegangan dinaikkan lagi sehingga medan listrik antara anode dankatode cukup besar, sehingga pasangan ion-elektron primer mempunyai energi yang cukupuntuk mengionisasi gas isian sehingga timbul pasangan ion-elektron sekunder yang berulangkali sehingga menghasilkan pasangan ion-elektron yang banyak sekali pada elektrodemasing-masing kejadian ini sering disebut avalanche. Namun demikian jumlah pasangan ionelektron masih sebanding atau proporsional dengan ion-elektron primer sehingga tinggi pulsayang dihasilkan masih sebanding dengan energi radiasi yang datang mengenai detektor.Detektor yang bekerja pad a daerah ini disebut detektor proporsional.

Daerah IV

Pada daerah ini merupakan daerah proporsional terbatas.

Daerah V

Setelah melalui daerah proposional, bila tegangan detektor dinaikkan lagi maka akanmemasuki daerah Geiger-Mueller. Pada daerah ini medan listrik menjadi sangat besar yangmenyebabkan pasangan ion-elektron mendapat tambahan energi kinetik yang cukup besar,sehingga gerak ion-elektron dalam perjalanannya menuju elektrode (ion menuju katode danelektron ke arah anode) dapat mengionisasi gas isian sehingga timbul pasangan ion-elektronsekunder dan bila ion-elektron sekunder masih kelebihan energi akan menumbuk gas isianlagi yang menyebabkan ionisasi tersier dan seterusnya, sehingga akhirnya terjadi jumlahpasang ion-elektron yang banyak sekali atau sering disebut peristiwa avalanche.Pengumpulan elektron pad a anode selanjutnya dikeluarkan melewati tahanan timbul denyutatau pulsa listrik yang besarnya sebanding dengan intensitas radiasi yang datang. Detektoryang bekerja pada daerah ini disebut detektor Geiger-Mueller [9,10]. Skema prinsip kerjadetektor Geiger-Mueller dan proses ionisasi sekunder disajikan pad a Gambar 6 danGambar 7.

Gambar 6. Skema prinsip kerja detektor Geiger-Mueller (10).

Gambar 7. Proses ionisasi sekunder di dalam tabung detektor Geiger-Mueller [10).

387


Pengumpulan elektron yang banyak sekali pada anode mengakibatkan anodediselubungi oleh muatan negatif yang menyebabkan peristiwa avalanche sehingga prosesionisasi berhenti karena gerak ion positif ke katode atau dinding tabung menjadi lambatsehingga ion-ion ini dapat membentuk semaeam lapisan positif pada permukaan tabung,keadaan yang demikian disebut efek muatan ruang [11].

Pad a tegangan tertentu peristiwa terjadinya avalanche tidak tergantung lagi oleh jenisdan energi radiasi yang datang, namun masih sebanding dengan intensitas radiasi yangdatang, sehingga pulsa-pulsa listrik yang terjadi amplitudonya tidak tergantung oleh energiradiasi, tinggi amplitudo pulsa sama besar, hanya kuantitasnya yang sebanding denganintensitas radiasi yang datang. Detektor yang bekerja pada daerah tegangan ini disebutdetektor Geiger-Mueller [11]. Pulsa keluaran dari detektor Geiger-Mueller tinggipulsa/amplitudonya tidak tergantung lagi dengan jenis dan energi radiasi yang datang,sehingga detektor Geiger-Mueller tidak dapat digunakan untuk spektroskopi nuklir.

Dengan adanya bed a potensial antara anode dan katode, maka timbul medan listrikyang dapat memisahkan pasangan ion dan elektron yang terbentuk. Ion positif bergerak kearah katode dan elektron bergerak ke arah anode. Keeepatan gerak (VV) ion dan elektrondinyatakan sebagai fungsi linear. Untuk bentuk silinder diformulasikan [9,12]

w=,up

r

V

bIna

(7)

dengan W= keeepatan gerak ion (em/detik),V = tegangan antara anode dengan katode (volt),b = jari-jari katode (em),a = jari-jari anode (em),r = jari-jari tabung dari pusat ke ujung antara anode dan katode (em),

J.1 = mobilitas (em/detik)(voIUemr\emHg),P = tekanan gas isian.

Nilai mobilitas (J.1) ion dan elektron untuk masing-masing gas disajikan pada Tabel 1.

Tabel1. Nilai mobilitas (J.1) ion dan elektron (em/detik)(voIUemr1(emHg) [12].

Gas AirArHidrogenNitrogenCO2

Ion107010404300980600

elektron1350129065001380720

2.3. Medan Listrik Dalam Tabung Detektor

Tabung detektor yang digunakan bentuk silinder yang berporos konsentris. Jari-jaritabung bagian luarnya (katode) adalah b dan jari-jari kawat yang terbentang di bagian dalam(anode) adalah a. Dengan r adalah jari-jari mulai dari pusat tabung ke antara ujung a dan b.Untuk lebih jelasnya dapat disajikan pada Gambar 8.

b

Gambar 8. Jari-jari tabung (r) dari pusat tabung ke antara ujung anode dan katode [12].

Untuk detektor yang berbentuk silinder dengan pusat muatan adalah poros dan jarijari r serta beda potensial sebesar V pada jarak r, maka garis gaya yang menembus seluruhselimut silinder akan berbanding lurus dengan kuat medan listriknya E(r) dinyatakan dalampersamaan sebagai [9,12]

388


VE(r) = (r)

r Ina

2.4. Parameter Detektor Geiger-Mueller

(8)

Untuk memperoleh karakteristik yang baik dan sesuai dengan yang diinginkan, makadalam pembuatan detektor harus diperhatikan parameter-parameter yang ada di dalamnya,yaitu bentuk detektor (geometri), jenis bahan, kevakuman, jenis gas isian dan tegangan tinggiyang diberikan.

2.4. 1. Bentuk atau geometri detektor

Dalam pembuatan detektor nuklir faktor geometri sang at penting, mengingatkegunaan dan karakteristik yang diinginkan sangat dipengaruhi oleh hal tersebut. Misalnyadetektor Geiger-Mueller yang dapat untuk mengukur radiasi a maupun [3, maka dibuat

detektor Geiger-Mueller tipe jendela ujung (end window), bahan jendela dari milar yan~mempunyai density thickness 0,1 sampai 2 mg/cm2 atau stainless steel foil 25-30 mg/cm ,akan tetapi apabila hanya digunakan untuk mengukur radiasi y saja maka dibuat detektor tipejendela samping (side window) bahan jendela dari stainless steel yang mempunyai densitythickness 1-5 g/cm2 [6].

2.4.2. Tekanan vakum

Tekanan vakum juga sangat berpengaruh terhadap karakteristik detektor GeigerMueller, karena kevakuman yang tinggi dapat menjaga kestabilan detektor. Dengankevakuman yang semakin tinggi, maka sisa molekul gas yang ada di dalam tabung detektorakan semakin kecil atau semakin bersih sehingga bila tabung detektor diisi gas isian, makakemurniannya lebih terjamin karena gas isian tidak terkontaminasi dengan gas lain yang tidakdiinginkan.

2.4.3. Jenis bahan

Dalam pembuatan detektor Geiger-Mueller, pemilihan bahan anode dan katodesangat penting artinya, karena mempunyai pengaruh besar terhadap sifat karakteristiknya.Bahan yang akan digunakan untuk pembuatan detektor harus mempunyai persyaratantertentu yakni tidak bereaksi dengan gas isian, tidak mudah terjadi penguapan baik tekananrendah maupun suhu kamar dan tahan terhadap vakum tinggi.

2.4.4. Gas isian detektor Geiger-Mueller

Detektor bila ditinjau dari gas isiannya dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu:1. Detektor Geiger-Mueller yang hanya diisi dengan satu jenis gas saja (gas mulia) yang

dikenal dengan detektor Geiger-Mueller non-quenching.2. Detektor Geiger-Mueller yang diisi dengan dua atau lebih gas yakni gas mulia sebagai

gas utama dan gas halogen atau polyatom sebagai gas pemadam yang dikenal dengandetektor self-quenching.

Gas pengisi detektor untuk gas utama berupa gas mulia seperti Ar, Ne, Kr, He danXe, sedang untuk gas pemadam yaitu gas halogen/polyatom seperti Br, klor, fluor, methandan etanol [6-9].

2.5. Mekanisme Pemadam Pada Detektor Geiger-Mueller

2.5. 1. Sistem pemadam dengan gas etanol

Zarah radiasi masuk ke dalam detektor mengionisasi gas isian Ar sehingga timbulpasangan ion-elektron, akibat adanya beda potensial antara anode dan katode maka terjadimedan listrik yang menyebabkan pasangan ion-elektron akan terpisahkan, elektron bergerak

389


ke anode dan ion Ar menuju katode, ion Ar sebelum sampai ke katode menumbuk atometanol, karena potensial ionisasi Ar (15,7 eV) lebih besar dari atom etanol (11 ,3 eV) [9], makaion Ar akan menarik elektron atom etanol untuk menjadi neutral, sedang ion etanolselanjutnya akan dinetralkan di permukaan katode. Kelebihan energi ion Ar pada waktutumbukan dengan etanol akan dipancarkan dalam bentuk foton-foton. Foton-foton terse but

akan menumbuk dinding katode menimbulkan sinar ultraviolet yang selanjutnya akan diserapoleh molekul etanol dan dipergunakan untuk berdesosiasi, dengan demikian pelepasanmuatan yang tak terkendali dapat dicegah [2,11].

2.5.2. Sistem pemadam dengan gas Br

Zarah radiasi masuk ke dalam detektor mengionisasi gas isian Ar sehingga timbulpasangan ion-elektron, akibat adanya beda potensial timbul medan listrik yang dapatmemisahkan pasangan ion-elektron, elektron bergerak ke anode dan ion Ar menuju katode,ion Ar sebelum sampai ke katode menumbuk atom Br, karena petensial ionisasi Ar (15, 7 eV)lebih besar dari atom Br (12,7 eV) [9,12] maka ion Ar akan menarik elektron atom Br untukmenjadi netral, sedang ion Br selanjutnya akan dinetralkan di permukaan katode. Kelebihanenergi ion Ar pad a waktu tumbukan dengan Br akan dipancarkan dalam bentuk foton-foton.Foton-foton akan menumbuk dinding katode menimbulkan sinar ultraviolet yang selanjutnyaakan diserap oleh molekul Br dan dipergunakan untuk berdesosiasi, selanjutnya gas Br2 yangterurai menjadi Bt dan B( akan bergabung kembali menjadi atom Br sehingga pelepasanmuatan yang tak terkendali dapat dihindarkan [2,11].

2.6. Pembentukan Pulsa Detektor Geiger-Mueller

Terkumpulnya jumlah elektron di anode akan menimbulkan pulsa negatif yangmempunyai amplitudo sama dan berurutan. Pulsa yang berurutan tersebut mempunyaiselang waktu tertentu di mana detektor tidak mampu mencacah lagi, yaitu pada saat ionposit if bergerak ke arah anode setelah terjadinya pulsa, pad a saat kuat medan listrik disekitar anode turun sampai batas minimum yang diperlukan untuk dapat terjadi avalancheyang baru. Saat detektor dalam keadaan demikian, dinamakan "waktu tidak peka" atau"waktu mati" [2].

Waktu yang diperlukan untuk terbentuknya pulsa berikutnya hingga normal kembalidisebut "waktu pulih" (recovery time), sedang waktu mati ditambah waktu pulih disebutresolving time. Skema bentuk pulsa detektor Geiger-Mueller disajikan pad a Gambar 9.

Resolving time

Dead time recovery time

Gambar 9. Skema bentuk pulsa detektor Geiger-Mueller [13].

2.7. Karakteristik Detektor Geiger-Mueller

Karakteristik dalam detektor Geiger-Mueller memegang peran yang sangat penting,karena di dalamnya akan diketahui sifat-sifat yang dapat menentukan baik dan buruknyakualitas detektor Geiger-Mueller. Karakteristik detektor Geiger-Mueller meliputi plateau, slope,resolving time dan umur detektor.

2. 7. 1. Plateau dan slope

Daerah tegangan kerja detektor Gieger-Mueller disebut plateau yang merupakandaerah di mana pada kenaikan tegangan detektor dihasilkan kenaikan jumlah cacah yang

390


kedl sehingga banyaknya pulsa yang tercacah relatif sama. Apabila batas plateau dilampui,maka jumlah cacah akan naik secara signifikan pad a setiap penambahan tegangan,walaupun penambahan tegangan hanya sedikit [2].

Kurva daerah tegangan kerja (plateau) dari detektor Geiger-Mueller disajikan pad aGambar 10. Panjang plateau suatu detektor Geiger-Mueller adalah dari tegangan ambang(V1) di mana jumlah cacah mulai stabil terhadap kenaikan tegangan sampai dengan batastegangan ambang mulai terjadi proses lucutan (V2), pad a keadaan tersebut bila teganganoperasi detektor ditambah maka terjadi kenaikan jumlah cacah secara signifikan, sedangslope merupakan ukuran besarnya kemiringan plateau dan diberi satuan persen per volt(%/volt) atau persen per 100 volt (%/100 volt). Untuk keamanan detektor Geiger-Mueller,maka tegangan operasi dipilih setengah (1/2) dari daerah panjang plateau yakni antara titikV1dengan titik V2 atau titik V3.

Keterangan:

Va

Va

V1

V2

V1-V2

V3

N1

N2

Tegangan (volt)

= tegangan awal (starting voltage)= tegangan ambang (threshold voltage)

= tegangan ambang mulai lucutan (break down discharge)

= daeah tegangan kerja (plateau)

= posisi tegangan operasi detektor Geiger-Mueller

= jumlah cacah pada tegangan ambang

= jumlah cacah pada tegangan ambang mulai lucutan

Gambar 10. Kurva daerah tegangan kerja detektor Geiger-Mueller [11J.

Berdasarkan kurva hubungan tegangan operasi terhadap jumlah cacah, makapanjang daerah tegangan kerja (plateau) dapat dihitung dengan persamaan [11]

Panjang plateau=(V1 - V;) (9)

dengan V1 = tegangan ambang (threshold voltage),V2 = tegangan ambang mulai lucutan (break down discharge), sedang kemiringan

plateau atau slope dapat dihitung dengan persamaan [12]

Slope = 100(N2 -NJ/ Nt x 100% (10)Vz-V;

dengan N1 = jumlah cacah pada tegangan ambang ,N2 = jumlah cacah pada tegangan am bang mulai lucutan.

2.7.2. Resolving time detektor Geiger-Mueller

Jumlah waktu mati ditambah waktu pemulihan disebut resolving time atau waktuminimum yang diperlukan agar radiasi berikutnya dapat dicacah setelah terjadinyapencacahan atas radiasi yang datang sebelumnya. Resolving time detektor Geiger-Muellermempunyai orde puluhan hingga ratusan mikrodetik sedang pad a detektor proposional jauhlebih cepat yakni dalam orde beberapa detik saja [12].

Resolving time dapat ditentukan dengan cara mencacah dua sumber radioaktif yangsama. Mula-mula sumber dicacah secara terpisah dan memberikan hasil cacah N1 dan N2 •

. Kemudian kedua sumber dicacah bersama-sama dan memberikan hasil cacah N1-2. Secarateori, apabila tidak ada cacah yang hilang karena adanya resolving time [12], maka

391


N1_2 = N1+ N2

akan tetapi dalam kenyataannya nilai yang diperoleh

N1-2:F- N1+ N2

dalam hal ini, resolving time dapat dihitung dengan persamaan

N, +N2 -NI_2 -Nh

r (NI_2Y -(NY -(N2Y

dengan N1 = jumlah cacah sumber 1,N2 = jumlah cacah sumber 2,N1-2 = jumlah cacah sumber 1 dan 2.Nb = jumlah cacah latar (background)

2.7.3. Faktor koreksi resolusi detektor Geiger-Mueller

ISSN 2087-8079

(11 )

(12)

(13)

Oetektor Geiger-Mueller selama digunakan untuk mencacah radiasi mengalamiwaktu mati (dead time) atau tidak respon terhadap radiasi yang datang, sehingga diperlukanfaktor koreksi untuk mengetahui nilai cacah yang sebenarnya (NsbJ. Untuk menghitung faktorkoreksi digunakan persamaan [2]

F, =l-(N, x r) (14)

(15)

dengan F, = faktor koreksi,Nt = banyaknya cacah,T = resolving time.

Apabila laju cacah pencacahan dalam suatu pengukuran diketahui No dan nilai resolving time(T) diketahui, maka laju cacah sebenarnya (Nsb) adalah

N = No,h (I - No x r)

2.7.4. Umur detektor Geiger-Mueller

Umur detektor berbanding lurus dengan jumlah cacah yang dihasilkan oleh detektortersebut. Secara teori, umur detektor Geiger-Mueller ditentukan oleh jumlah molekul gaspemadam. Bila tekanan gas pemadam rendah, berarti banyak terdapat molekul gas utama(gas mulia) yang dapat diuraikan, sehingga umur detektor menjadi panjang.

Oetektor dikatakan mati bila di dalam daerah tegangan kerjanya telah timbul prosespelucutan muatan, karakteristik detektor yang jelek yaitu plateau pendek dan slope besarserta telah terjadi lucutan.

BAB III TAT A KERJA

3.1. Pembuatan Detektor Geiger-Mueller

Pad a pembuatan detektor terlebih dahulu harus disesuaikan dengan fungsi ataukegunaan detektor dan karakteristik yang diinginkan, pada penelitian detektor yang dibuatakan digunakan untuk mendeteksi radiasi V saja, sehigga bentuk detektor dibuat tipe jendelasamping (side-window) dengan tebal jendela (density thickness) sekitar 4,8 g/cm2.

3.1.1. Penentuan Tegangan Operasi Oetektor Geriger-Mueller

Tegangan operasi detektor Geiger-Mueller dipengaruhi oleh beberapa parameterantara lain diameter katode atau diameter tabung detektor (b), diameter anode (a) dantekanan gas isian (P). Oengan mengacu peneliti sebelumnya OWl SEPTIA PRIHATINA [3],

392


maka telah ditentukan diameter tabung detektor sebesar 16 mm, diameter anode 0,08 mm ==

0,01 em dan tekanan gas isian 100 mmHg. Untuk menentukan tegangan operasi detektordilakukan estimasi pada grafik hubungan tekanan gas isian (P) terhadap tegangan dan grafikhubungan diameter katode (b) dan anode (a) terhadap tegangan dari E. FEYVES AND O.HAl MAN [4], yang disajikan pada Gambar 11 dan Gambar 12.

Q)1:J

~i5ro.::£c:co1:JQ)

1:J0c:coco

•...co'Eco

c:coOJcoc:coOJ

~ 0 .a 20 IJ) 60 g) 1fX} TliJ ''0 60 18.7

Tekanan gas isian

Gambar 11. Hubungan tekanan gas isian terhadap tegangan antara anodedan katode [4].

Q)1:Joro.::£

c:co

1:J

Q)1:Joc:co

co

2 lSa)c:co

~ (OJ

~ S(J).coOJ

~ o ...o aOi 0D2am OD' fiJ5()$ 0fJ70[6 ()[f) O.f()

b-OUm b = diameter katode

Diameter anode (em)

Gambar12. Hubungan diameter anode dan katode terhadap teganganantara anode dan katode [4].

Hasil estimasi pad a Gambar 11, hubungan tekanan gas isian terhadap teganganantara anode dan katode, untuk tekanan gas isian detektor pada tekanan 100 mmHgdiperoleh tegangan antara anode dan katode sekitar 1100 volt. Hal yang sama juga dilakukanestimasi pada Gambar 12, hubungan diameter anode dan diameter katode terhadaptegangan antara anode dan katode untuk diameter anode sebesar 0,01 em dengan diametertabung 1,6 em diperoleh tegangan antara anode dan katode sekitar 1100 volt

Dengan demikian untuk membuat detektor Geiger-Mueller menggunakan diameteranode sebesar 0,01 em dan diameter katode/tabung 1,6 mm dengan gas isian Ar padatekanan 100 mmHg diperlukan tegangan operasikan sebesar 1100 volt. Data spesifikasiteknis untuk detektor yang akan dibuat disajikan pada Tabel 2 dan Tabel 3.

393


Tabel 2. Spesifikasi teknis detektor Geiger-Mueller gas isian Ar-etanol

Tabel 3. Spesifikasi teknis detektor Geiger-Mueller gas isian Ar-Br

3.2. Pemilihan Bahan

ISSN 2087-8079

Bahan detektor sangat menentukan atau mempengaruhi hasH karakteristik dalampembuatan detektor, sehingga dalam memilih bahan yang akan digunakan harusdiperhatikan agar dapat memenuhi persyaratan baik bersifat teknis maupun ekonomis. Sifatteknis bahan yang digunakan harus mempunyai kriteria tertentu agar diperoleh hasilkarakterisasi sesuai yang diinginkan yang merupakan syarat utama, sedang sifat ekonomiadalah bahan-bahan dapat diperoleh di pasaran dengan mudah dan murah. Kriteria bahanyang akan digunakan untuk pembuatan detektor antara lain:

1. Tidak mudah bereaksi dengan gas isian,2. Tidak mudah terjadi penguapan baik tekanan rendah maupun suhu kamar,3. Tahan terhadap vakum tinggi atau mempunyai outgassing yang rendah.

Dalam pembuatan detektor Geiger-Mueller ini, tabung detektor yang berfungsisebagai katode dibuat dari bahan stainless steel tipe 304, anode dari kawat tungsten. Inidilakukan dengan mempertimbangkan bahwa tabung detektor selain akan diisi gas etanoljuga diisi gas Br sebagai pemadam yang mempunyai sifat sangat reaktif dan korosif. Untuktutup tabung detektor digunakan bahan gelas dengan tujuan agar pemasangan anode dapatdilakukan dengan sistem pengelasan logam sehingga akan mengurangi penggunaan lem,karena dimungkinkan lem akan berinteraksi dengan gas isian detektor yang sangat reaktif,sehingga akan berpengaruh terhadap kualitas detektor yang dibuat kemudian untukmempermudah pengelasan antara logam dan gelas pada bagian keluaran anode dipasangkawat fermico diameter 0,25 mm.

3.3. Bentuk Detektor

Dalam pembuatan detektor nuklir faktor geometri sangat penting, mengingatkegunaan dan karakteristik yang diinginkan sangat dipengaruhi oleh hal tersebut. Misalnyadetektor Geiger-Mueller yang dapat untuk mengukur intensitas radiasi ~ dan y maka dibuatdetektor Geiger-Mueller tipe jendela ujung (end window) dengan jendela terbuat dari milaryang mempunyai density thickness 0,1 mg/cm2 sampai 2,0 mg/cm2 atau stainless steel yangmempunyai density thickness 25-30 mg/cm2 [6]. Tetapi bila hanya digunakan untuk mengukurintensitas radiasi y saja maka dibuat detektor tipe jendela sam ping (side window) dengantebal window 1 sampai 5 g/cm2 [6], dalam hal ini dinding detektor berfungsi sebagai jendela(window). Pada penelitian ini detektor Geiger-Mueller dirancang hanya digunakan untuk

394

Pembuatan detektor geiger-mueller tipe jendela samping dengan. .. (Sayan 0, S. T.)

mendeteksi radiasi y, sehingga detektor dibuat dengan tipe jendela samping (side window).

Agar detektor mempunyai kepekaan yang optimum maka tebal dinding detektor yanqberfungsi sebagai jendela dibuat tipis yang mempunyai density thickness sekitar 4,8 g/cmsedang diameter anode sebesar 0,08 mm dan panjang daerah aktif sebesar 100 mm,mengacu pad a karakteristik detektor Geiger-Mueller yang telah ada [15].

3.4. Pembuatan Tabung Detektor Geiger-Mueller

Dalam perkembangannya pembuatan tabung detektor Geiger-Mueller di PTAPSSATAN Yoyakarta pad a awalnya digunakan bahan dari tabung gelas yang dinding bagiandalamnya dilapisi logam dengan teknik evaporasilpenguapan yang berfungsi sebagai katodesedang anodenya dipasang dengan teknik pengelasan gelas dengan logam.Tabung detektor dari bahan gelas mempunyai beberapa kelemahan antara lain:

1. Pada pembuatan tabung detektor mudah pecah karena melalui proses panas yangkurang tepat,

2. Proses evaporasi untuk pembuatan katode pada dinding dalam tabung seringmengalami kegagalan akibat penguapan logam tembaga tidak merata,

3. Pada sambungan terminal katode yang dipasang pada dinding tabung yangterhubungkan dengan bagian dalam tabung (yang terlapisi logam) sering mengalamikebocoran,

4. Untuk mempermudah dalam operasi serta menjaga keselamatan tabung harusdibuatkan rumah detektor.

Tabung detektor dari bahan tabung gelas disajikan pada Gambar 13.

Keterangan: 1. Anode2. Pir/pegas3. Tabung detektor

4. Lapisan log am5. Terminal katode

6. Sambungan gelas dengan logam (dilas)

Gambar 13. Tabung detektor Geiger-Mueller dari tabung gelas yang bagiandalam din ding tabung dilapisi dengan logam.

Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka pada penelitian ini dilakukanpembuatan tabung detektor dari bahan logam (stainless steel) dan tutup tabung dari bahangelas sedang pemasangan anode dilakukan dengan sistem pengelasan gelas dengan logam[14]. Tabung detektor Geiger-Mueller dari tabung logam dan detail komponen tabung detektordisajikan pad a Gambar 14 dan Gambar 15

Keterangan: 1. Tutup luar detektor sebelah kiri2. Anode

3. Pirl pegas4. Tutup detektor sebelah kiri5. Tabung detektor

6. Tutup tabung detektor sebelah kanan7. Sambungan gelas dengan logam (dilas)8. Tutup detektor luar sebelah kanan9. Terminal keluaran (BNC)

Gambar 14. Tabung detektor Geiger-Mueller dari tabung logam (stainless steel).

395


120

100

3

15

10

ISSN 2087-8079

5

co~I-.II

!S!

r--

~I-r-·J·_·t

Ukuran gambar dalam satuan milimeter (mm)

Keterangan: 1. Tutup luar detektor sebelah kiri 4. Tutup tabung detektor sebelah kanan2. Tutup tabung detektor sebelah kiri 5. Tutup luar detektor sebelah kanan3. Tabung detektor 6. Terminal keluaran (BNC)

Gambar 15. Detail komponen tabung detektor Geiger-Mueller.

Spesifikasi teknis detektor yang dibuat secara mekanik disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Spesifikasi teknis detektor Geiger-Mueller secara mekanik.

Nama Komponen BahanUkuran

Tabung detektor

Stainless steel 304Diameter luar daerah aktif= 17 mmDiameter dalam daerah aktif = 16 mmTebal dinding daerah aktif

= 0,5 mmPanjang daerah aktif

= 100 mmAnode

Kawat tungstenDiameter = 0,08 mm

Pegas

Kawat tungstenDiameter = 0,25 mm

Tutup tabung detektor

GelasDiameter = 15,8 mm

Tutup luar detektor

Stainless steelDiameter bagian ujung = 18 mmTeminal keluaran BNC

Stainless steelDiameter = 10 mm

Pembuatan tabung detektor dari bahan stainless steel dengan diameter 17 mm dantutup dari tabung gelas dengan diameter 17 mm dikerjakan dengan menggunakan mesinbubut yang ada di fasilitas Bengkel Elektro Mekanik (BEM) PTAPB-BATAN Yogyakarta,sedang anode detektor dibuat dari bahan kawat tungsten dengan diameter 0,08 mm.Komponen detektor Geiger-Mueller yang terdiri dari kawat tungsten sebagai anode (1), tutuptabung gelas (2,3), tabung detektor sebagai katode dari bahan stainless steel (4), tutup luartabung detektor sebelah kiri dan kanan (5,6), terminal BNC (7) dan kawat fermico disajikanpada Gambar 16.

396


Keterangan: 1. Kawat tungsten 0 0,08 mm2. Tutup tabung detektor sebelah kiri3. Tutup tabung detektor sebelah kanan4. Tabung detektor

5. Tutup luar tabung detektor sebelah kiri6. Tutup luar tabung detektor sebelah kanan7. Terminal keluaran BNC8. Kawat fermico 0 0,25 mm

Gambar 16. Komponen detektor Geiger-Mueller.

Bahan-bahan detektor Geiger-Mueller yang telah selesai dikerjakan secara mekanikmasih banyak mengandung berbagai kotoran, misal minyak dan lemak yang harusdibersihkan, karena tingkat kebersihari bahan-bahan detektor akan berpengaruh terhadapkarakteristik detektor yang dibuat. Pencucian dilakukan beberapa tahap menggunakanultrasonic cleaner dengan bahan pencuci sabun detergen untuk menghilangkan minyak,kemudian dibilas dengan aquades dan terakhir digunakan etanol kemudian dikeringkan dandisimpan pada ruang vakum (desikator).

Setelah semua komponen detektor dalam kondisi bersih, maka dilakukan perakitandetektor Geiger-Mueller dengan cara memasang tutup menggunakan lem epoxy superstrength.pada kedua ujung tabung detektor, sedang pemasangan anode dari bahan kawattungsten yang dipasang tepat pada poros sumbu tabung detektor dilakukan dengan teknikpengelasan gelas logam antara kawat tungsten dan tutup gelas pada kedua ujung tabungdetektor [14]. Hasil perakitan detektor Geiger-Mueller disajikan pada Gambar 17.

Gambar 17. Hasil perakitan tabung detektor Geiger-Mueller.

3.5. Pemvakuman Tabung Dan Pengisian Gas Detektor

Tabung detektor Geiger-Mueller yang telah dirakit selanjutnya disambungkan padasistem instalasi pengisian gas untuk dilakukan pemvakuman guna mengeluarkan molekuludara dari dalam tabung detektor. Pemvakuman dilakukan menggunakan pompa rotarihingga tekanan 10.3 torr kemudian dilanjutkan dengan pompa difusi agar diperoleh tekananyang lebih tinggi sekitar 2 x 10.5 torr. Bila tabung detektor tidak dapat mencapai vakum tinggiberarti ada kebocoran pada tabung atau sistem sehingga perlu dicari letak kebocoran dengancara sistem dan tabung detektor divakum dengan pompa rotari dan difusi kemudian sistemsecara bertahap dilokalisir dengan menutup kran (valve) kemudian dideteksi menggunakanalat tes kebocoran yang sering disebut test leak dan bila telah diketahui tempat kebocoran

397


maka dilakukan perbaikan hingga diperoleh tingkat kevakuman yang tinggi. Tabung detektoryang telah mencapai kevakuman tinggi, siap diisi gas. Dalam pengisian gas pada detektor,gas pemadam yang mempunyai tekanan lebih rendah dimasukkan terlebih dahulu ke dalamtabung detektor kemudian diikuti gas utama yang mempunyai tekanan lebih tinggi. Bilatekanan gas yang lebih tinggi dimasukkan ke tabung terlebih dahulu maka akan kesulitanuntuk memasukan gas pemadam yang tekanannya lebih rendah karena adanya gaya tolakdari gas yang ada di dalam tabung sehingga campuran gas kurang homogen. Skema sisteminstalasi pemvakuman dan pengisian gas detektor Geiger-Mueller disajikan pada Gambar 18.

Detektor

S ISTEM PE NG ISIAN GAS

OABAr

IIAI eL .~el\ peLA'S ••

R otari

Gambar 18. Skema sistem insta/asi pemvakuman dan pengisiangas detektor Geiger-Mueller.

3.6. Pengujian Detektor Geiger-Mueller

3.6.1. Pengujian awal detektor

Pengujian awal dilakukan untuk menentukan panjang daerah tegangan kerja(plateau), slope, tegangan operasi dan bentuk pulsa. Untuk menentukan plateau, slope dantegangan operasi dilakukan pencacahan baik dengan sumber radiasi maupun tanpa sumberradiasi. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pada tegangan berapa detektor sudahmemberikan respon terhadap radiasi, kemudian dari hasil pencacahan tersebut dibuat grafiktegangan operasi terhadap laju cacah yang dihasilkan. Bentuk pulsa keluaran detektor dapatdiketahui pad a osiloskop sehingga pada tegangan operasi berapa telah terjadinya lucutan.Skema rangkaian alat uji detektor Geiger-Mueller disajikan pad a Gambar 19.

8

Keterangan:1. Sumber radiasi CS_137

2. Detektor Geiger-Mueller3. Pembalik pulsa (inventer)4. Osiloskop5. Pencacah (counter)6. Pengala (timer)7. Catu daya tegangan tinggi (HV)8. Catu daya tegangan rendah

Gambar 19. Skema rangkaian a/at uji detektor Geiger-Mueller.

398

Pembuatan detektor geiger-mueller tipe jendela samping dengan ... (Sayan 0, S. T.)

3.6.2. pemotongan detektor Geiger-Mueller dari sistem pengisian gas dan pengujian akhirdetektor

Bila hasil pengujian awal telah memenuhi persyaratan karakteristik sesuai yangdiinginkan, maka detektor Geiger-Mueller dipotong dari sistem pengisian gas menggunakanblender dengan panas yang tepat secara hati-hati, karena kegagalan sering terjadi pada saatpemotongan atau pemisahan detektor dari sistem instalasi pengisian gas akibat kebocoransehingga gas isian detektor tercampur dengan udara. Setelah dipotong dari sistem pengisiangas, maka untuk mempermudah dalam pengoperasian detektor Geiger-Mueller, maka padakeluarannya dipasang teminal BNC. Detektor Geiger-Mueller yang telah dipotong dari sistempengisian gas dan pada keluarannya telah dipasang terminal BNC disajikan pada Gambar20.

Gambar 20. Detektor Geiger-Mueller setelah dipotong dari sistem pengisian gas yangkeluarannya te/ah dipasang terminal BNC.

Kemudian dilakukan pengujian akhir dan analisis hasil untuk mengetahui karakteristikdan kualitas detektor Geiger-Mueller yang meliputi plateau, slope, resolving time, tinggi pulsadan umur detektor. Pengujian akhir detektor Geiger-Mueller disajikan pad a Gambar 21.

Gambar 21. Unit penguji detektor Geiger Muller.

Analisis hasil dilakukan untuk mengetahui apakah hasil karakterisasi detektor yangmeliputi tegangan operasi, panjang plateau, slope, resolving time, faktor koreksi dan umurdetektor telah memenuhi perencanaan yang diinginkan. Diagram alir pembuatan detektorGeiger-Mueller tipe jendela samping disajikan pada Gambar 22.

399


Karakteristik detektor yang diinginkan- Panjang plateau dan slope- Tegangan operasi- Resolving time

Pembuatan tabung detektor- Pemilihan bahan, bentuk detektor- Pembuatan tabung dan anode- Pencucian bahan detektor- Perakitan tabung detektor

Pemvakuman tabung detektor

Pengujian awal detektorPanjang plateau, slope dan

tegangan operasi

ISSN 2087-8079

Dilakukan perbaikanpada tempat yang

bocor

Kriteria tidak baik bila- Plateau pendek<1 00 volt,- Slope >10 %/100 volt- Tegangan operasi tidakstabil

Tidak

Kriteria baik bila- Plateau pendek > 100 volt- Slope < 10%/100 volt- Tegangan operasi stabil

Pemotongan detektor dari sistem pengisian gas

Tidak baik

Kualifikasi baik abila- Plateau pendek > 100 volt, slope <10%/100 volt- Umur pendek ( 106 _108 cacah)- Tegangan operasi stabil- Resolving time kecil sekitar mikro detik

Pemasangan terminar BNC pada keluaran detektor

Kualifikasi tidak baik bila- Plateau pendek<1 00 volt,- Slope> 10%/100 volt- Umur pendek «106 cacah)- Tegangan operasi cepat

berubah

Gambar 22. Diagram alir pembuatan detektor Geiger-Mueller.

400

Pembuatan detektor geiger-mueller tipe jendela samping dengan ... (Sayono, S.T.)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengujian Detektor Geiger-Mueller

Untuk mengetahui kualitas dari detektor Geiger-Mueller yang telah dibuat, makadilakukan pengujian karakteristik yang meliputi plateau, slope, tegangan operasi, resolvingtime, faktor koreksi dan umur detektor.

4.1.1. Pengujian Plateau, Slope dan Tegangan Operasi Detektor Geiger-Mueller DenganIsian Gas Ar-Etanol dan Ar-Br

Data untuk menentukan plateau, slope dan tegangan operasi dari variasi tekanan Aretanol disajikan pada Lampiran I, Lampiran II, Lampiran III sedang untuk Ar-Br padaLampiran IV, Lampiran V dan Lampiran VI, kemudian hasil pencacahan tersebut dihitungcacah rerata dan ralatnya yang disajikan pada Tabel 5 dan Tabel 6.

Tabel 5. Data hasH pencacahan detektor dengan gas isian Ar-etanol.

Perbandingan tekanan gas isian Ar : etanolTegangandengan tekanan total 10 cmHg

tinggi (V) 7: 19:119: 1

980

80 ±4

1000

95 ± 3

1020

219 ± 4

1040

2985 ± 360 ± 3

1060

3118 ± 5112±2

1080

3227 ± 53026 ± 37

1100

3331 ± 53062 ± 46

1120

3426±183148 ± 44116±7

1140

3506 ± 363190 ± 472117 ± 36

1160

3623 ± 573210 ± 453093 ± 53

1180

4223 ± 473234 ± 463106 ± 49

1200

5274 ± 393264 ± 463242 ± 38

1220

3349 ± 443301 ± 50

1240

3501 ± 433532 ± 42

1260

3527 ± 413579 ± 67

1280

4547 ± 565443 ± 74

1300

6397 ±737183 ± 59

401


Tabel 6. Data hasil pencacahan detektor dengan gas isian Ar-Br.

ISSN 2087-8079

Tegangan

Perbandingan tekanan gas isian Ar : Br

dengan tekanan total 20 cmHgtinggi (V) 100: 150: 133: 1

470

809 ± 8

490

2047 ± 33

510

2055 ± 41

530

1985 ± 35

550

2082 ± 14

570

2169 ± 13

590

2208 ± 53142 ± 3

610

2560±161451 ± 41

630

2791 ± 741648 ± 8

650

1724 ± 7

670

1790 ± 16396 ± 23

690

1948 ± 32727 ± 18

710

2436 ± 431025 ± 6

730

3304 ± 491034 ± 16

750

5219 ± 651200 ± 38

770

1379 ± 21

790

1491 ±49

810

2316 ± 46

Dari Tabel 5 dan Tabel 6, selanjutnya dibuat grafik hubungan tegangan terhadap lajucacah yang disajikan pada Gambar 23.

7100

E 6100Co

~ 5100 j "Ar-etanol"' 4100 Ar-Bru~ 3100:J'iij' 2100...J

1100

100

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

Tegangan (volt)

(Ar-Br) -+-100 : 1 cmHg

(Ar-etanol) _ 7: 1 cmHg

-50: 1 cmHg

-.- 9: 1 cmHg

---...-33: 1 cmHg

---"'-19 : 1 cmHg

Gambar 23. Hubungan tegangan terhadap laju cacah.

Berdasarkan Gambar 23, hubungan tegangan terhadap laju cacah dan Tabel 5,maka panjang plateau dari detektor dapat dihitung menggunakan persamaan (9). Untukperbandingan gas Ar-etanol sebesar 7:1 pada tekanan total10 cmHg diperoleh

Panjang plateau = V2 - ~ = 1160 - 1040 V = 120 V

402


Tegangan operasi detektor Geiger-Mueller dapat ditentukan dengan cara meletakkandi tengah-tengah atau % daerah tegangan kerja dan dirumuskan

~ +V,Tegangan operasi = -

2

VI = tegangan ambang (threshold voltage),V2 = tegangan ambang mulai lucutan (break down discharge).

Berdasarkan Tabel 5, tegangan operasi detektor diperoleh :

(1160 + 1040)Tegangan operasi = ------ V = 1100 V

2

Slope atau kemiringan (plateau), dihitung menggunakan persamaan (10),

Sf 100(N, - NJ/ N, 1000/ope - - x /0 ,V2 -~

dengan VI = tegangan ambang (threshold voltage),V2 = tegangan ambang mulai lucutan (break down discharge),NI = jumlah cacah pada tegangan VI,N2 = jumlah cacah pad a tegangan V2.

Slope untuk perbandingan gas Ar-etanol sebesar 7:1 berdasarkan Tabel 5 diperoleh

Sf 100(N, - N))/ N) 1000/ope = - x /0V2 -~

100(3611- 2984)/2984= --------- x100% = 18 12 %/100 V.1160 -1 040 '

Dengan cara perhitungan yang sama, maka plateau, slope dan tegangan operasiuntuk perbandingan gas Ar-etanol (7:1; 9:1 dan 19:1) dan Ar- Br (100:1; 50:1 dan 33:1 dapatditentukan, dan hasil perhitungannya disajikan pad a Tabel 7.

Tabel 7. Hasil perhitungan panjang plateau, slope dan tegangan operasi untuk gas isian Aretanol dan Ar-Br.

Perbandingan gas isian PanjangSlopeTegangan operasiplateau (V)

(%/100 V)(V)

Gas isian Ar-etanol, dengan tekanan total 10 cmHg 7: 1

12017,511100

9: 1

1809,601160

19: 1

10020,581200

Gas isian Ar-Br, dengan tekanan total 20 cmHg100: 1

1007,68540

50: 1

8042,32650

33: 1

7067,20750

Berdasarkan Tabel 7, maka tegangan operasi detektor Geiger-Mueller untuk gasISlan Ar-etanol dengan tekanan divariasi masing-masing 7:1; 9: 1 dan 19: 1 diperolehtegangan operasi berturut-turut 1100 V, 1160 V dan 1200 V. Hasil ini menunjukkan bahwadari ketiga variasi perbandingan tekanan gas isian detektor Geiger-Mueller (Ar-etanol),tekanan gas pemadam (etanol) mempunyai pengaruh terhadap tegangan operasi detektor,semakin kecil tekanan gas pemadam maka akan menghasilkan tegangan operasi yangsemakin tinggi. Hal ini karena semakin kecil tekanan gas pemadam berarti dalam tabungdetektor didominasi oleh gas Ar yang mempunyai potensial ionisasi 15,7 eV lebih besar dariuap etanol sehingga untuk menghasilkan proses ionisasi agar terjadi pasangan ion-elektrondiperlukan tegangan yang semakin tinggi.

403


Hasil tegangan operasi dari detektor yang dibuat (1100-1200 V) telah mendekati hasilestimasi yang dilakukan pad a grafik hubungan tekanan gas isian terhadap tegangan antaraanode dan katode yang disajikan pada Gambar 11 dan grafik hubungan diameter anode dankatode terhadap tegangan. antara anode dan katode yang disajikan pada Gambar12 aeuan[4], bahwa untuk detektor Geiger-Mueller dengan diameter anode 0,08 mm == 0,01 em,diameter katode 16 mm dengan tekanan gas isian sebesar 100 mmHg diperoleh teganganantara anode dan katode detektor sekitar 1100 V.

Bila terjadi perbedaan nilai tegangan operasi hasil penelitian dengan aeuan, hal ini

disebabkan oleh tingkat kevakuman awal sebelum gas isian dimasukkan ke dalam tabun~detektor, dalam pereobaan ini tingkat kevakuman maksimum yang dieapai sebesar 2x 1O'

torr, sedangkan dalam aeuan tingkat kevakuman yang men~gunakan pompa rotari danpompa difusi sebelum ada gas isian dapat meneapai orde 10· _10-7torr [2,9]. Pad a tingkatkevakuman sebesar 2x10-5 torr sang at dimungkinkan di dalam tabung detektor masih adamolekul udara yang berpengaruh terhadap kemurnian gas isian detektor, akibatnya untukmenghasilkan proses ionisasi membutuhkan tegangan operasi yang lebih tinggi biladibandingkan aeuan yang tingkat kevakumannya meneapai orde 10-6_10-7torr.

Oari hasil pentuan panjang plateau (daerah tegangan kerja) dan perhitungan slope(kemiringan daerah tegangan kerja) sebagaimana disajikan pada Tabel 7 dari variasiperbandingan tekanan gas Ar-etanol masing-masing 7:1, 9: 1 dan 19: 1 dengan tekanan total10 emHg, berturut-turut diperoleh panjang plateau dan slope 120 Vdengan slope17,51 %/1 00V, 180 V dengan slope 9,60%/100 V dan 100 V dengan slope 20,58%/100 V. Dengan hasilini, maka detektor yang dibuat telah mempunyai kualitas plateau yang eukup baik karenamempunyai panjang plateau :2: 100 V, sedang untuk slope pada perbandingan tekanan gasAr-etanol 7: 1 dan 19: 1 diperoleh slope sebesar 17,51 %/1 00 V dan 20,58%/100 V. Hasil inikurang baik, karena masih di atas 10%/100 volt, menu rut HARSHAW [15] kualitas detektorGeiger-Mueller dikatakan baik jika mempunyai panjang plateau :2: 100 V dengan slope ::;;10%/100 V. Hasil ini juga membuktikan bahwa tekanan gas etanol sebagai gas pemadampada gas Ar sangat berpengaruh terhadap plataeu dan slope detektor. Agar diperolehkarakteristik detektor Geiger-Mueller yang berkualitas perlu dilakukan penelitian lebihdetil/lengkap karena tidak hanya perbandingan antara gas utama (Ar) dengan gas pemadam(etanol) yang optimum, tetapi juga tekanan total dari eampuran kedua gas dan jenis gas yangdigunakan sebagai gas isian tabung detektor belum diketahui seeara tepat [2].

Oengan demikian dari hasil variasi perbandingan tekanan gas isian diperoleh panjangplateau, slope dan tegangan operasi terbaik sebesar 180 V dengan slope 9,60%/100 V padategangan operasi 1160 V yang dieapai pada perbandingan 9:1 untuk gas Ar-etanol. OetektorGeiger-Mueller yang menggunakan gas etanol sebagai pemadam tegangan operasinyamasih eukup tinggi di atas 1000 V, sehingga memerlukan eatu daya masih eukup besar danini menjadi kelemahan atau permasalahan dari detektor tersebut, sehingga perlu diearisolusinya yakni dengan menggunakan gas halogen (Br) sebagai gas pemadam.

Berdasarkan Tabel 7 detektor Geiger-Mueller yang menggunakan gas isian Ar-Bruntuk variasi perbandingan tekanan 100: 1, 50: 1, dan 33: 1 dengan tekanan total 10 emHg,berturut-turut diperoleh panjang plateau, slope dan tegangan operasi 100 V, slope 7,68%/100V pad a tegangan operasi 540 V, 80 V, slope 42,32%/100 V pad a tegangan operasi 650 V dan70 V, slope 67,20%/100V pada tegangan operasi 750 V. Oari ketiga variasi perbandingantekanan tersebut diperoleh hasil terbaik pada perbandingan 100: 1 emHg untuk Ar-Br denganhasil panjang plateau 100 V, slope sebesar 7,68%/100 V pada tegangan operasi 540 V.Hasil ini menunjukkan bahwa tekanan gas Br yang semakin rendah akan menghasilkankarakteristik detektor yang terbaik yakni mempunyai panjang plateau 100 V dan slope <10%/100 V dan tegangan operasi di bawah 800 V. Ini sesuai dengan pendapat PRICE. J danHARSHAW [12,15] yang menyatakan bahwa detektor Geiger-Mueller yang menggunakangas halogen (Br, klor) sebagai gas pemadam dapat menghasilkan tegangan operasi sekitar60D-850 volt. Hal ini terjadi karena gas Br sebagai gas pemadam mempunyai potensialionisasi rendah 12,7 eV dan sifatnya sangat reaktif sehingga mudah terionisasi, dengandemikian untuk menghasilkan proses ionisasi eukup dengan tegangan yang rendah. Inimerupakan keuntungan karena detektor Geiger-Mueller dalam operasinya hanyamembutuhkan sumber daya kecil (hemat energi) sehingga dapat diberi eatu daya dari batubatere 4,5V yang tegangannya dinaikan melalui rangkaian pelipat tegangan hingga dieapaitegangan 400-750 V.

Tetapi gas halogen juga mempunyai sifat negatif selain beraeun juga sangat reaktifsehingga dalam pembuatan detektor Geiger-Mueller perlu dipilih bahan yang tahan terhadap

404

Pembuatan detektor geiger-mueller tipe jendeJa samping dengan ... (Sayono, S. T.)

sifat tersebut. Kesulitan lainnya karena tekanan gas Br yang sang at kecil 0,1-1 % dari tekanantotal gas isian detektor [12], maka untuk memasukkan gas Br ke dalam tabung detektor perluperalatan pengukur tekanan yang sangat teliti agar diperoleh perbandingan yang tepat antaragas Ar dengan gas Br, sehingga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mencapai hasilyang optimum.

Kemudian dalam proses pembuatan detektor isian gas, hal yang sangat penting danperlu mendapat perhatian adalah pekerjaan akhir (finising) yaitu pemotongan tabung detektordari sistem instalasi pengisian gas. Karena pada pemotongan pipa gel as antara detektordengan sistem pengisian gas sering terjadi kegagalan akibat penggunaan api dari burneryang kurang tepat baik saat pemanasan awal, pemotongan, maupun pendinginan sehinggadiperlukan keahlian maupun kesabaran.

4.1.2. Pengujian Resolving Time Detektor Geiger-Mueller Dengan Gas Isian Ar-Etanol danAr-Br

Setelah diketahui panjang plateau, slope dan tegangan operasi detektor yang terbaik,dalam hal ini untuk gas isian Ar-etanol dicapai pada perbandingan 9: 1, maka dilakukanpengujian waktu resolusi (r) dengan tegangan operasi yang dipasang pad a tegangan tengahplateau yakni 1160 V, sedang untuk gas isian Ar-Br keadaan terbaik diperoleh padaperbandingan 100: 1 pada tegangan operasi 540 V. Untuk pengukuran resolving timedilakukan dengan metode pencacahan menggunakan dua sumber radioaktif yang sama.Dalam hal ini digunakan sumber radioaktif Cs-137, dengan aktivitas masing-masing 10 !-lCi.Hasil pencacahan untuk menentukan resolving time detektor gas isian Ar-etanol dan Ar-Brdisajikan pada Tabel 8.

Tabel 8. Data pencacahan untuk menentukan resolving time detektor Geiger-Mueller dengangas isian Ar-etanol dan Ar-Br

HV (V) Hasil cacah Ar-etanol 9: 1 dengan tekanan total 10 cmHgN1 (cpm)

N 1.2 (cpm)N2 (cpm)Nb (cpm)3235

607931251343172

595330681371160

3164613431421323143

603530891333246

60733165135Rerata

3190 ± 446055 ± 663112±31134 ± 2

Cacah integral = 76295 cacah Hasil cacah Ar-Br 100 : 1 dengan tekanan total 20 cmHgHV (V)N1 (cpm)N 1-2 (cpm)N2 (cpm)Nb (cpm)

206336521820152

540191735851833149

194536441895158

207836751921153

201537451813157

Rerata2004 ± 293660 ± 521856±47154 ± 4

Cacah integral = 65926 cacah

Berdasarkan Tabel 8 maka resolving time dari detektor (T) dapat dihitungmenggunakan persamaan (13)

N1 +N2 -NI_2 -Nb

£ (NI_2)2 -(N1)2 _ (N2)2 '

dengan N1 = jumlah cacah sumber 1,N2 = jumlah cacah sumber 2,N1-2 = jumlah cacah sumber 1 dan 2,Nb = jumlah cacah latar.

405


Resolving time detektor dengan gas isian Ar-etanol

3190+3112-6055-134

T- (6055f -(3190f -(3112f

113T=------------- = 6,7251..1detik.

(36663025) - (10176100) - (9684544)

Resolving time detektor dengan gas isian Ar-Br

2004 + 1856- 3660-154T=--------(3660f -(2004f -(1856f

46T=------------- = 7,751..1detik.

(13395600) - (4016016) - (3444736)

ISSN 2087-8079

4.1.3. Menentukan Faktor Koreksi Resolusi Oetektor Geiger-Mueller Oengan Gas Ar-Etanoldan Ar-Br

Detektor Geiger-Mueller selama digunakan untuk mencacah radiasi mengalamiwaktu mati (dead time) atau tidak respon terhadap radiasi yang datang sehingga diperlukanfaktor koreksi untuk mengetahui nilai cacah yang sebenarnya (NsbJ. Untuk menghitung faktorkoreksi digunakan persamaan (14). Data untuk menentukan faktor koreksi (Fr) detektorGeiger-Mueller dengan gas isian Ar-etanol dan Ar-Br disajikan pada Tabel 9.

Tabel 9. Data hasi/ pencacahan untuk menentukan faktor koreksi

HV (V) Hasil pencacahan Ar-etanol 9:1 dengan tekanan total 10 cmHgN tercacah (cpm)

Cacah latar (cpm)3136

135

3258

1381160 3226

134

3176

135

3265

137

Rata-rata3212 ± 49 136 ± 2

Cacah integral = 21583 cacah HV (volt)Hasil pencacahan Ar-Br 100:1 dengan tekanan total 20 cmHg

N tercacah (cpm)Cacah latar (cpm)

1865

145

1798

151540 1854 149

1920

152

1879

148

Rata-rata1863 ± 39 149 ± 2

Cacah integral = 15836 cacah

Berdasarkan Tabel 9, untuk detektor dengan gas isian Ar-etanol diperoleh N tercacah(Nt) sebesar 3212-136 = 3076 cpm, sedang untuk detektor dengan gas isian Ar-Br diperolehN tercacah (Nt) sebesar 1863-149 = 1714 cpm. Faktor koreksi (FT) detektor Geiger-Muellerdapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (14)

Ft =1-(N, x T)

dengan Fr = faktor koreksi,Nt = N tercacah,T = resolving time.

406


Menghitung faktor koreksi detektor Gieger Mueller gas isian Ar-etanol

Fr = 1- (N, x T)

Fr = 1 - (3076 x 6,725 x10·6) = 0,98.

Dengan diketahui resolving time, maka nilai cacah sebenarnya (Nsb) dapat diketahui denganpersamaan (15)

N _ N,,n (1 - Nt x r)

3076N =~-------~ = 3139 cpm.

,n (1-3076 x 6,725 X 10-6 )

Menghitung faktor koreksi detektor Gieger Mueller gas isian Ar-Br

Fr =1-(N, x r)

Fr = 1 - (1714 ~ 7,75 x10·6) = 0,988.

Nilai cacah sebenarnya (Nsb) dapat diketahui dengan persamaan (15)

1714N =~------~ = 1737 cpm

.\h (1-1714x7,75xl0-6) .

Dari hasil cacah sebenarnya (Nsb) hasil perhitungan untuk detektor Geiger-Muelleryang diisi gas Ar-etanol diperoleh nilai sebesar 3139 cpm, sedang saat pencacahan (Nt)

diperoleh nilai sebesar 3076 cpm, sehingga ada perbedaan hasil cacah antara nilai cacahsebenarnya (Nsb) dengan hasil yang tercacah oleh detektor (Nt) sebesar 3139-3076 = 63 cpmsehingga nilai cacah sebenarnya (Nsb) lebih banyak bila dibanding dengan nilai yangtercacah oleh detektor. Demikian juga pada detektor Geiger-Mueller dengan gas isian Ar-Brdari Tabel 15 diperoleh cacah sebelum dikoreksi (Nt) sebesar 1714 cpm, dan setelahdikoreksi diperoleh cacah sebenarnya (Nsb) sebesar 1737 cpm, sehingga terdapat selisihsebesar 1737-1714 = 23 cpm. Hal ini terjadi karena detektor Geiger-Mueller mempunyairesolving time yakni sebesar T = 6,725 IJ detik untuk Ar-etanol dan T = 7,75 IJdetik untuk ArBr sehingga pad a waktu tersebut detektor tidak tanggap/respon terhadap radiasi yang datangatau ada cacah yang tidak terdeteksi oleh detektor. Hal ini sesuai pendapat WISNU ARY AW. [11] yang mengatakan apabila ada dua zarah radiasi yang masuk ke dalam detektorberurutan dalam waktu yang berdekatan, maka akibat peristiwa avalanche ion dari zarahradiasi pertama akan menyebabkan detektor tidak respon beberapa saat sehingga tidakdapat mencacat adanya zarah radiasi yang datang kemudian.

Semakin kecil nilai resolving time (waktu pemulihan yang diperlukan oleh detektordapat merespon radiasi yang datang berikutnya) berarti detektor Geiger-Mueller akansemakin sensitif/peka terhadap radiasi yang datang, dengan demikian perbedaan nilaitercacah sebelum dikoreksi dibandingkan dengan nilai cacah sebenarnya setelah dikoreksiakan semakin kecil pula.

Akibat adanya waktu mati atau tidak peka pad a detektor Geiger-Mueller merupakansuatu kelemahan dari detektor tersebut, sehingga detektor ini tidak cocok bila digunakanuntuk mengukur sumber radiasi yang mempunyai aktivitas tinggi, karena sumber radiasi yangmemiliki aktivitas tinggi akan memancarkan intensitas radiasi yang semakin besar dan akibatadanya waktu mati pada detektor Geiger-Mueller maka akan banyak intensitas radiasi yangtidak terdeteksi oleh detektor. Dengan demikian apabila melakukan pencacahan radiasimenggunakan detektor Geiger-Mueller untuk memperoleh hasil pencacahan yang benar,maka hasil pencacahan harus dikoreksi dengan nilai resoving time (T) atau faktor koreksi (Fr).

4.1.4. Umur Detektor Geiger-Mueller dengan Gas Isian Ar-Etanol dan Ar-Br

Umur detektor Geiger-Mueller adalah berbanding lurus dengan jumlah cacah yangdihasilkan oleh detektor tersebut. Pada penelitian ini umur detektor belum dapat diketahuikarena selama melakukan karakterisasi detektor masih memiliki plateau yang panjang danbentuk pulsanya belum mengalami discharge. Jumlah cacah yang dihasilkan detektor dengangas isian Ar-etanol sebanyak 3,105 x 105 cacah sehingga belum dapat untuk menentukan

407


umur detektor, karena detektor Geiger-Mueller dikatakan mati bila di dalam daerah tegangankerjanya telah timbul proses pelucutan muatan, karakteristik detektor jelek (plateau pendekdan slope besar). Untuk detektor Geiger-Mueller yang baik biasanya mempunyai umur sekitar107sampai dengan 109 cacah [11].

Untuk detektor Geiger-Mueller yang menggunakan gas Sr sebagai pemadam secarateori umurnya sangat panjang, karena atom Sr setelah menyerap energi foton sinar ultravioletuntuk berdosiasi menjadi Sr+ dan S( dan bila keduanya bertemu akan mengalamirekombinasilbergabung kembali membentuk atom Sr kembali ke asalnya sehingga bila tidakterjadi kebocoran atau berinteraksi dan masuk ke dinding tabung maka gas Sr tetap beradadalam tabung detektor dan berfungsi sebagai pengendali muatan agar tidak terjad avalancheyang berkepanjangan dalam tabung detektor. Menurut WISNU ARY A W. [11] detektorGeiger-Mueller yang mengunakan gas halogen mempunyai umur yang tidak dibatasi jumlahcacah yang dihasilkan oleh detektor, tetapi umur dipengaruhi apakah keadaan katode dananodenya sudah rusak termakan oleh gas halogen atau belum.

Pada penelitian ini umur detektor belum dapat diketahui karena selama dilakukanpengujian detektor masih memiliki plateau yang panjang dan bentuk pulsanya belummengalami discharge. Jumlah cacah yang dihasilkan detektor adalah 1,102 x 107 cacah,sehingga belum dapat untuk menentukan umur detektor.

BAB V KESIMPULAN

Oari hasil pembuatan detektor Geiger-Mueller tipe jendela samping dengan gas isianAr-etanol dan Ar-Sr dapat disimpulkan sebagai berikut:1. Telah berhasil dibuat detektor Geiger-Mueller tipe jendela samping yang mempunyai

ukuran diameter katode 16 mm, diameter anode 0,08 mm, tebal jendela dengan densitythickness sekitar 4,8 g/cm2 dan panjang daerah aktif 100 mm dengan gas isian Ar-etanoldan Ar-Sr.

2. Untuk gas etanol sebagai gas pemadam pada perbandingan Ar-etanol sebesar 9:1pad a tekanan 10 cmHg diperoleh karakteristik terbaik panjang plateau 180 V, slope9,60%/100 V, tegangan operasi 1160 V dan resolving time T = 6,7251..1detik.

3. Untuk gas halogen (Sr) sebagai pemadam pada perbandingan 100 : 1 pada tekanan 20cmHg diperoleh karakteristik terbaik panjang plateau 100 V, slope 42,32%/100 V,tegangan operasi 540 V dan resolving time T = 7,75 1..1detik

4. Pada penelitian ini umur detektor belum dapat diketahui karena selama melakukankarakterisasi detektor masih memiliki plateau yang panjang dan bentuk pulsanya belummengalami discharge. Jumlah cacah yang dihasilkan detektor sementara untuk gas isianAr-etanol sebesar 3,105 x 10 6 cacah, sedang untuk Ar-Sr sebesar 1,102 x 107 cacah.

SARAN

1. Oalam pembuatan detektor Geiger-Mueller agar diperoleh hasil karakteristik yang baikmaka detektor sebelum diisi gas sebaiknya tingkat kevakuman harus dicapai yangmaksimum yakni > 10-5 torr.

2. Pada pembuatan detektor Geiger-Mueller suatu hal yang sangat penting adalahpemotongan untuk memisahkan detektor dari sistem pengisian gas, karena seringterjadi kegagalan akibat penggunaan api dari burner yang kurang tepat, baik saat mulaipemanasan, pemotongan maupun pendinginan.

3. Untuk mengetahui kualitas dari detektor Geiger-Mueller yang telah dibuat, maka perludikalibrasi dengan membandingkan hasil pencacahan terhadap detektor buatan pabrikyang telah mendapat sertifikasi standar internasional (ISO) sebagai acuannya.

408


DAFT AR PUST AKA

[1] BA. TJIPTO SUJITNO, SAYONO, Pembuatan dan Aplikasi Prototip Detektor GeigerMueller untuk Alat Proteksi Radiasi Dan Monitor Lingkungan, Proposal Program InsentifTahun 2010, PTAPB-BATAN, Yogyakarta (2009) 1-2.

[2] SA YONO, Pembuatan detektor Geiger-Mueller Tipe Jendela Samping Dengan Gas IsianNeon Dan Brom, Tugas Akhir Dill, PATN-PUSDIKLAT BATAN, Yogyakarta (1991) 1-2,19-21,37-60.

[3] DWI SEPTIA PRIHATINA, pengaruh Fisis Terhadap Karakteristik Detektor GeigerMueller, Skripsi S-1, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Nuklir-UGM, Yogyakarta (1989)11-14,20-21,24-26.

[4] E. FEYVES AND 0. HAIMAN, The Phycical Principlesof Nuclear RadiationMeasurement, Academisi Kiado, Budapest (1969) 219-235.

[5] PETER SOEDOJO, Azas-Azas IImu Fisika Jilid 4 Fisika Modern, FMIPA-UGM, GadjahMada Press Yogyakarta, Edisi 1 (2001) 226-232.

[6] LEROY AND RANCOITA, Principles of Radiation Interaction in Matter and Detection,World Scientific (2004) 1-3.

[7] KNOLL, GLENN F., Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, Inc,New York (2000) 41-42.

[8] NICHOLAS TSOULFANIDIS, Measurement and Detection of Radiation, University ofMissouri-Rolla, New York USA, (1983) 169-177.

[9] ZOL TAN FODOR, Experimental Methods and Measurements, The Physics ColloqiumSeries, University of Wuppertal, Eotvos University of Budapest, John von NeumannInstitute for Computing, DESY -Zeuthen, and Forschungs zentrum-Juelich (2009) 6, 13,21.

[10] ROLF MICHEL, Radiation Measurement Method, A part of Nuclear AnalyticalTechniques, ZSR, Leibniz Univitet, Hanover (2008) 4-5.

[11] WISNU ARYA W., Teknologi Nuklir, Proteksi Radiasi dan Aplikasinya, Penerbit Andi,Yogyakarta (2007) 209-121.

[12] PRICE, W.J., Nuclear Radiation Detection, Second Edition, Mc Graw-Hill BookCompany, New York (1964) 1-28,41-49,123-126.

[13] SPRING, Geiger-Mueller Detectors, Departement of Engineering Physics, University ofWiscosin-Madison (2008) 7-10.

[14] AGUS SANTOSO, BA TJIPTO SUJITNO, SAYONO, MUDJIONO, SUMARMO, AlatDetektor Radiasi dengan Perakitan Elektrode Menggunakan sistem Pengelasan Gelasdengan Logam, patent No. ID 0000667 S, SK Ditjen HKI NO.H3.HC.04.02.-2767/2006.

[15] HARSHAW, Nuclear Detektors and Systems Halogen Quenched Geiger-Mueller Tubes,Catalog. Crystal & Electronic Departement, Solon, Ohio, USA. (1998) 2-3.

409

sayono, st

Documents