teknik pengukuran detektor radiasi
TRANSCRIPT
Teknik Pengukuran
Detektor Radiasi
Disusun oleh :
Juliyandi Latif
Berry T I
Fangki
Hermawan A P
Idham Aulia Salim
Radiasi
Radiasi merupakan salah satu mekanisme
perambatan energi dari sumber energi (radiasi) ke
lingkungannya tanpa memerlukan medium atau bahan
penghantar tertentu. Radiasi memiliki dua sifat yang
khas, yaitu tidak dapat dirasakan secara langsung oleh
indra manusia dan dapat menembus berbagai jenis
bahan.
Radiasi secara umum dapat dibagi menjadi dua
bagian yaitu Radiasi Pengion dan Non-Pengion.
Radiasi pengion adalah radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi (terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi. Yang termasuk dalam jenis radiasi pengion adalah partikel alpha, partikel beta, sinar gamma, sinar-X dan neutron. Setiap jenis radiasi memiliki karakteristik khusus.
Radiasi Non-Pengion adalah jenis radiasi yang tidak akan menyebabkan efek ionisasi apabila berinteraksi dengan materi. Radiasi non-pengion tersebut berada di sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenis radiasi non-pengion antara lain adalah gelombang radio (yang membawa informasi dan hiburan melalui radio dan televisi); gelombang mikro (yang digunakan dalam microwave oven dan transmisi seluler handphone); sinar inframerah (yang memberikan energi dalam bentuk panas); cahaya tampak (yang bisa kita lihat); sinar ultraviolet (yang dipancarkan matahari).
Kuantitas radiasi
Kuantitas radiasi adalah jumlah radiasi per satuan waktu persatuan luas pada suatu titik pengukuran. Besaran ini berbanding lurus dengan aktivitas sumber dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara sumber radiasi dengan alat pengukur. Akan tetapi perlu diingat bahwa alat pengukur radiasi tidak bisa mendeteksi seluruh radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Alat ukur radiasi hanya mampu mengukur berapa banyak radiasi yang mencapai titik pengukuran.
Radiasi Pengion
Energi radiasi
Besaran ini dapat diartikan sebagai ‘kekuatan’ dari setiap
radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Bila sumber radiasi
berupa radionuklida, maka tingkat energy yang dipancarkan akan
bergantung pada jenis radionuklidanya. Jika sumber radiasinya
berupa pesawat sinar-x, maka besar energinya akan bergantung
pada tegangan anoda (keV).
eV = Elektronvolt
sebuah satuan energi yang merupakan jumlah energi kinetik yang didapatkan
oleh sebuah elektron tunggal yang tak terikat ketika elektron tersebut melalui
sebuah perbedaan potensial elektrostatik satu volt
Radiasi Pengion
Dosis radiasi
Ukuran ini sering diartikan sebagai jumlah energi radiasi yang diserap atau diterima oleh materi (termasuk tubuh manusia). Nilai dosis radiasi sangat ditentukan oleh kuantitas radiasi, jenis dan energi radiasi serta jenis materi yang dikenainya.
Besaran ini sangat berhubungan dengan masalah proteksi radiasi, karena dosis radiasi berkaitan langsung dengan efek yang ditimbulkan pada tubuh manusia. Dalam proteksi radiasi dikenal istilah batasan nilai akumulasi dosis tahunan (atau yang lebih dikenal dengan nama nilai batas dosis, NBD) yang diizinkan serta turunannya perjam, yaitu : 50 mSv/tahun dan 25 µSv/jam.
Sv = Sievret.
satuan standar internasional untuk dosis ekuivalen. Satuan ini
menggambarkan efek biologis dari radiasi. Nama satuan ini diambil dari
dokter Swedia bernama Rolf Sievert, yang menekuni pengukuran dosis
radiasi dan penelitian pengaruh radiasi secara biologi.
Radiasi Pengion
Mekanisme pendeteksian radiasi
Alat pengukur radiasi atau yang disebut
sebagai detektor radiasi bekerja dengan cara
mengukur perubahan yang disebabkan oleh
penyereapan energi radiasi oleh medium penyerap.
Sebenarnya banyak mekanisme yang terjadi di
dalam detektor, akan tetapi yang paling sering
digunakan adalah proses ionisasi dan sintilasi.
Radiasi Pengion
Proses Ionisasi Ionisasi merupakan peristiwa
terlepasnya elektron dari ikatannya
karena menyerap energi eksternal.
Peristiwa ini dapat terjadi secara
langsung oleh radiasi alpha atau beta,
maupun secara tidak langsung oleh
radiasi sinar-x, gamma dan neutron.
Pada ionisasi, energi radiasi diubah
menjadi pelepasan sejumlah elektron
(energi listrik). Bila terdapat medan
listrik maka elektron akan bergerak
menuju kutub positif, sehingga dapat
menginduksikan arus atau tegangan
listrik. Semakin besar energi radiasi
maka arus atau tegangan listrik yang
dihasilkan akan semakin besar pula.
Radiasi Pengion
Proses Sintilasi
Sintilasi merupakan peristiwa terpancarnya percikan cahaya ketika terjadi transisi elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah di dalam detektor, bila terdapat kekosongan elektron pada orbit yang lebih dalam. Kekosongan tersebut dapat disebabkan oleh lepasnya elektron (proses ionisasi) atau loncatnya elektron ke lintasan yang lebih tinggi ketika dikenai radiasi (proses eksitasi). Dalam proses sintilasi, energi radiasi diubah menjadi pancaran cahaya tampak. Semakin besar energi radiasi yang diserap maka semakin banyak percikan cahayanya.
Radiasi Pengion
Jenis-jenis detektor radiasi
Detektor merupakan suatu bahan yang peka
terhadap radiasi, sehingga apabila dikenai radiasi
akan menghasilkan suatu tanggapan berdasarkan
mekanisme ionisasi atau sintilasi. Harus disadari bahwa
suatu bahan yang sensitif terhadap satu jenis radiasi,
belum tentu sensitif terhadap jenis radiasi yang lain.
Sebagai contoh, detektor radiasi gamma belum tentu
dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi neutron.
Ada tiga jenis detektor yang paling banyak
digunakan, yaitu detektor isian gas, detektor sintilasi
dan detektor semikonduktor.
Radiasi Pengion
Detektor isian gas Detektor isian gas merupakan detektor yang paling
banyak digunakan untuk mengukur radiasi. Detektor ini terdiri atas dua elektroda, positif dan negative, serta berisi gas di antara kedua elektrodanya. Elektroda positif, yang disebut anoda, dihubungkan ke kutub listrik positif. Sedangkan elektroda negatif, yang disebut katoda, dihubungkan ke kutub negatif. Detektor ini biasanya berbentuk silinder dengan sumbu yan berfungsi sebagai anoda dan dinding silindernya sebagai katoda.
Terdapat tiga jenis detektor isian gas yang bekerja pada daerah yang berbeda yaitu detektor kamar ionisasi, detektor proporsional, dan detektor Geiger Mueller (GM).
Radiasi Pengion
Detektor sintilasi
Detektor sintilasi selalu tersusun atas dua
bagian, yaitu bahan sintilator dan photomultiplier.
Bahan sintilator dapat berupa bahan padat, cair
maupun gas, yang akan menghasilkan percikan
cahaya bila terkena radiasi pengion. Photomultiplier
digunakan untuk mengubah percikan cahaya yang
dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik. Ada
dua tahapan mekanisme pendeteksian radiasi pada
detektor sintilasi, yaitu :
Proses pengubahan radiasi yang mengenai
detektor menjadi percikan cahaya di dalam bahan
sintilator dan
Proses pengubahan percikan cahaya menjadi
pulsa listrik di dalam tabung photomultiplier.
Radiasi Pengion
Mekanisme pada bahan Sintilator
Di dalam kristal bahan sintilator terdapat pita-pita atau daerah yang dinamakan
sebagai pita valensi dan pita konduksi yang dipisahkan oleh tingkat energi tertentu. Pada
keadaan dasar atau ground state, pita valensi terisi penuh oleh elektron sedangkan pita
konduksi kosong. Ketika radiasi mengenai kristal, ada kemungkinan energi radiasi akan
diserap oleh beberapa elektron di pita valesi, karena mendapat tambahan energi
elektron-elektron ini akan loncat ke pita konduksi. Beberapa saat kemudian, elektron-
elektron tersebut akan kembali ke pita valensi melalui pita energi bahan activator sambil
memancarkan percikan cahaya.
Jumlah percikan cahaya yang dipancarkan karena perpindahan elektron akan
sebanding dengan energi radiasi yang diserap dan dipengaruhi oleh jenis bahan
sintilatornya. Semakin besar energi, semakin banyak percikan cahaya. Percikan-percikan
cahaya ini kemudian akan ditangkap oleh photomultiplier.
Beberapa bahan sintilator yang sering digunakan adalah kristal NaI(Tl), kristal ZnS(Ag),
kristal LiI(Eu), dan sintilator Organik.
Radiasi Pengion
Mekanisme pada tabung Photomultiplier
Telah disebutkan sebelumnya, detektor sintilasi
terdiri atas dua bagian, yaitu bahan sintilator dan
tabung photomultiplier. Bila bahan sintilator bertugas
untuk mengubah energi radiasi menjadi percikan
cahaya, maka tabung photomultiplier ini bertugas
mengubah percikan cahaya tersebut menjadi berkas
elektron, yang kemudian akan diolah menjadi
pulsa/arus listrik.
Radiasi Pengion
Detektor semikonduktor
Bahan semikonduktor realtif lebih baru bila
dibandingkan kedua jenis detektor yang lain.
Detektor ini terbuat dari unsure golongan IV pada
tabel periodik unsur, yaitu silikon dan germanium.
Detektor semikonduktor memiliki keunggulan, yaitu
lebih efisien bila dibandingkan detektor isian gas, ini
dikarenakan detektor ini terbuat dari zat padat.
Detektor ini juga memiliki resolusi yang lebih baik dari
detektor sintilasi.
Radiasi Pengion
Prinsip kerja detektor ini cukup sederhana. Energi radiasi yang memasuki
bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan, sehingga beberapa
elektronnya dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi (seperti yang
terjadi pada detektor sintilasi). Bila di antara kedua ujung bahan
semikonduktor tersebut terdapat beda potensial, maka perpindahan
elektron akan menyebabkan terjadinya aliran arus listrik. Jadi pada detektor
semikonduktor, energi radiasi diubah menjadi energi listrik.
Detektor semikonduktor memiliki resolusi yang tinggi karena mampu
membedakan energi radiasi yang mengenainya dengan sangat teliti.
Sebagai gambaran, detektor sintilasi untuk radiasi gamma mempunyai
resolusi sebesar 50 keV, artinya, detektor ini dapat membedakan energi dari
dua buah radiasi yang mengenainya, apabila beda energi antara kedua
radiasi tersebut lebih besar dari 50 keV. Pada detektor semikonduktor untuk
radiasi gamma, resolusinya jauh lebih kecil dari 50 keV, yaitu sekitar 2 keV.
Dengan demikian, dapat dipastikan bahwa detektor semikonduktor jauh
lebih teliti dalam membedakan energi radiasi.
Sebenarnya, kemampuan dalam membedakan energi radiasi tidak
terlalu diperlukan dalam pemakaian di lapangan, seperti misalnya untuk
melakukan survey radiasi. Akan tetapi, kemampuan ini mutlak diperlukan
untuk keperluan lain, seperti misalnya untuk menentukan jenis dan kadar
bahan.
Radiasi Pengion
Keunggulan dan kelemahan detektor
Prinsip kerja dari detektor radiasi adalah merubah energi radiasi menjadi pulsa listrik dengan ketinggian yang sebanding dengan energi radiasinya. Secara teoritis metode ini sangatlah ideal, walaupun pada kenyataan sebenarnya tidaklah demikian. Ada beberapa karakteristik detektor yang membedakan satu jenis detektor dengan detektor lainnya, yaitu efisiensi, kecepatan, dan resolusi.
Spesifikasi Jenis detektor
Isian gas Sintilasi Semikonduktor
Efisiensi I III II
Kecepatan I III II
Resolusi I II III
Konstruksi III I II
Radiasi Pengion
Penggunaan detektor radiasi
Detektor radiasi dapat digunakan sebagai alat
ukur proteksi radiasi dan sebagai sistem pencacah
dan spektroskopi.
Alat ukur proteksi radiasi dipergunakan untuk
kegiatan keselamatan kerja dengan radiasi, nilai
yang ditampilkan dinyatakan dalam satuan dosis
radiasi seeprti Rontgent (R), rem atau Sievert (Sv).
Sistem pencacah dan spektroskopi biasanya
digunakan untuk melakukan pengukuran intensitas
radiasi dan energi radiasi secara akurat. Sistem
pencacah lebih banyak digunakan di fasilitas
laboratorium.
Radiasi Pengion
Terima
Kasih