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