EFEK GAS ISIAN BROMINE SEBAGAI QUENCHING TERHADAP KARAKTERISTIK DETEKTOR GEIGER MUELLER

Wiwien Andriyanti, dkk.

EFEK GAS TERHADAP MUELLER

ISSN 0216 - 3128

121

ISIAN BROMINE SEBAGAI QUENCHING KARAKTERISTIK DETEKTOR GEIGER

Wiwien Andriyanti, Irianto, Sayono, Emy Mulyani Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan – BATAN Jl.Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb, Yogyakarta 55281 E-mail: [email protected], [email protected]

ABSTRAK EFEK GAS ISIAN BROMINE SEBAGAI QUENCHING TERHADAP KARAKTERISTIK DETEKTOR GEIGER MUELLER. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakteristik detektor Geiger Muller dengan gas isian bromine sebagai quenching. Kegiatan penelitian yang dilakukan meliputi pengaruh gas isian bromine sebagai quenching terhadap jenis bahan, perubahan gas isian dan perbandingan tekanan total. Dari hasil penelitian didapatkan jenis bahan yang tahan terhadap gas isian argon dan bromine adalah stainlees steel. Untuk perubahan jenis gas isian, argon-alkohol mempunyai tegangan operasi 1060-1250 volt, panjang plateau 190 volt dan slope 8,7 %/100 volt, sedangkan untuk argon dan bromine mempunyai tegangan operasi 500 volt, panjang plateau 150 volt, dan slope sebesar 11,11 %/100 volt. Untuk perubahan tekanan total gas isian argon dengan bromine 15 cmHg dan 20 cmHg, memberikan tegangan operasi yang lebih kecil yaitu 840 volt dan 940 volt. Pemilihan halogen sebagai gas isian detektor dikarenakan dapat menurunkan tegangan operasi dan umur yang panjang dari detektor. Kata kunci : detektor Geiger Mueller, quenching, bromine, tekanan, tegangan operasi

ABSTRACT THE EFFECT OF BROMINE GAS FILLING AS A QUENCHING ON GEIGER MUELLER DETECTORS CHARACTERISTICS. The purpose of this research is to investigate the characteristics of Geiger Muller detectors with bromine as a quenching gas. Research activities include the observation of bromine as a quenching gas filling toward the type of material, changes in gas filling and the ratio of total pressure. From obtain results, material that resistant to the gas filling of argon and bromine is stainlees steel. For the type of gas filling, argon-alcohol has an operating voltage of 1060-1250 volts, 190 volt of plateau and 8,7 %/100 volt of slope. For argon-bromine has an operating voltage of 500 volts, 150 volts of plateau, and 11,11% / 100 volt of slope. For total pressure changing of 15 cmHg and 20 cmHg argon-bromine gas filling, the operating voltage decrease from 940 volt to 840 volt. The chosen of halogen as the gas filling of detector is due to the lower operating voltage and has long life. Key words : Geiger Mueller detector, quenching, bromine, pressure, operating voltage

PENDAHULUAN

S

ecara definisi, radiasi merupakan salah satu cara perambatan energi dari suatu sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium atau bahan penghantar tertentu. Salah satu bentuk energi yang dipancarkan secara radiasi adalah energi nuklir. Radiasi ini memiliki dua sifat yang khas, yaitu tidak dapat dirasakan secara langsung oleh panca indra manusia dan beberapa jenis radiasi dapat menembus berbagai jenis bahan. Sebagaimana sifatnya yang tidak dapat dirasakan sama sekali oleh panca indera manusia, maka untuk menentukan ada atau tidak adanya radiasi nuklir diperlukan suatu alat, yaitu detektor nuklir. Dalam perkembangannya ada beberapa jenis detektor nuklir yaitu detektor isian gas, detektor sintilator dan detektor semikonduktor.[1] Detektor isian gas merupakan detektor yang paling sering

digunakan untuk mengukur radiasi. Detektor ini terdiri dari dua elektroda, positif dan negatif, serta berisi gas di antara kedua elektrodanya. Elektroda positif disebut sebagai anoda, yang dihubungkan ke kutub tegangan listrik positif, sedangkan elektroda negatif disebut sebagai katoda, yang dihubungkan ke kutub tegangan listrik negatif. Dengan memanfaatkan perilaku ion-ion gas dalam medan listrik, telah berhasil dikembangkan tiga jenis detektor radiasi yang menggunakan gas sebagai media aktifnya, yaitu: detektor kamar ionisasi, detektor proporsional, dan detektor Geiger Mueller (GM). Ketiganya mempunyai bentuk dasar dan prinsip kerja yang sama dan perbedaannya terletak pada tegangan operasi masing-masing detektor. Detektor GM beroperasi pada tegangan di atas detektor proporsional. Dengan mempertinggi tegangan akan mengakibatkan proses ionisasi yang terjadi di dalam detektor menjadi jenuh. Pulsa yang

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah – Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2011 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 19 Juli 2011

122

ISSN 0216 - 3128

dihasilkan tidak lagi bergantung pada ionisasi mulamula maupun jenis radiasi. Jadi, radiasi jenis apapun akan menghasilkan keluaran sama. Menurut mekanisme pembentukan pulsa detektor GM dibagi menjadi dua yaitu: detektor GM non self quenching dan self quenching. Pada detektor GM jenis self quenching kecuali diisi dengan gas mulia juga dicampurkan sedikit gas polyatom yang berfungsi sebagai gas quenching. Dengan adanya gas quenching, maka proses gugur runtun (avalanche) yang terjadi dapat dikendalikan dalam tabung itu sendiri. Terdapat dua jenis gas quenching yang digunakan pada detektor GM yaitu gas quenching organik dan halogen. Penelitian pembuatan detektor GM telah dilakukan oleh PTAPB-BATAN Yogyakarta dalam upaya peningkatan kinerja detektor GM yang meliputi spesifikasi mekanik dan elektrik. Untuk menunjang kegiatan tersebut dilakukan penelitian efek gas bromine sebagai quenching terhadap karakteristik detektor GM ditinjau dari jenis bahan, jenis gas isian, dan tekanan. Tujuan penelitian ini adalah dapat diketahui perubahan karakteristik detektor GM dari aspek gas isian bromine sebagai quenching yang dapat digunakan sebagai dasar pengembangan dalam perancangan dan pembuatan detektor GM.

DASAR TEORI Medan Listrik Dalam Tabung Detektor Tabung detektor yang digunakan berbentuk silinder yang berporos konsentris. Jari-jari tabung bagian luarnya (katoda) adalah dan jari-jari kawat yang terbentang di bagian dalam (anoda) adalah . Dengan adalah jari-jari tabung antara dan atau . Untuk lebih jelasnya dapat ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Jari-jari tabung ( ) antara dan Untuk detektor yang berbentuk silinder dengan pusat muatan adalah poros silinder dan jari-jari serta beda potensial sebesar pada jarak , maka garis gaya yang menembus seluruh selimut silinder akan berbanding lurus dengan kuat medan listriknya , dinyatakan dalam persamaan (1) [2,3]


E( r ) =

V( r ) b r ln a

(1)

Dengan adanya beda potensial antara anoda dan katoda, maka timbul medan listrik yang dapat memisahkan pasangan ion dan elektron yang terbentuk. Ion positif bergerak ke arah katoda dan elektron bergerak ke arah anoda. Kecepatan gerak (w) ion dan elektron dinyatakan sebagai fungsi linier. Hubungan dengan tekanan total gas isian, maka persamaan (1) untuk bentuk silinder diformulasikan pada persamaan (2) [2,3]: W=

µ V b P r. ln a

(2)

dengan W adalah kecepatan gerak ion, V tegangan antara anoda dengan katoda, b jari-jari katoda (cm), a jari-jari anoda (cm), r jari-jari tabung (cm), µ mobilitas (cm/secon)(Volt/cm)-1(cmHg), dan P tekanan gas isian

Karakteristik detektor Geiger Mueller (GM) Karakteristik dalam detektor Geiger Mueller memegang peranan yang sangat penting, karena di dalamnya akan diketahui sifat-sifat yang dapat menentukan baik dan buruknya kualitas detektor Geiger Mueller. Karakteristik detektor Geiger Mueller meliputi: plateau, slope, resolving time dan umur detektor.

Plateau dan Slope Daerah kerja detektor Geiger Mueller disebut plateau yang merupakan daerah di mana pada kenaikan tegangan detektor menghasilkan kenaikan jumlah cacah yang kecil sehingga banyaknya pulsa yang tercacah relatif sama. Kurva daerah tegangan kerja (plateau) dari detektor Geiger Mueller disajikan pada Gambar 2.

Keterangan : A = tegangan awal (starting voltage) B = tegangan ambang (threshold voltage) C = tegangan ambang mulai lucutan (break down discharge) B-C = daerah tegangan kerja (plateau) Gambar 2. Kurva daerah tegangan kerja detektor Geiger Mueller



ISSN 0216 - 3128

Apabila batas plateau dilampaui, kenaikan jumlah cacah akan melonjak pada setiap penambahan tegangan, walaupun penambahan tegangan hanya sedikit. Panjang plateau suatu detektor Geiger Mueller adalah dari tegangan ambang sampai pada batas tegangan permulaan terjadinya proses lucutan (kenaikan jumlah cacah akan melonjak terhadap penambahan tegangan detektor). Slope 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 diset pada tengah-tengah antara B dengan C atau titik D dari daerah tegangan kerja. Berdasarkan kurva hubungan tegangan operasi terhadap jumlah cacah, maka panjang daerah tegangan kerja (plateau) dapat dihitung dengan persamaan (3) Panjang plateau =

(V2

− V1 )

(3)

dengan, V 1 : tegangan ambang V 2 : tegangan ambang mulai lucutan. Dalam pengoperasian detektor Geiger Mueller diberi tegangan pada tengah daerah plateau. Kemiringan daerah plateau juga perlu diketahui untuk melihat keandalan detektor Geiger Mueller. Detektor Geiger Mueller dikatakan baik bila mempunyai daerah plateau yang panjang dan slope yang kecil. Besarnya slope dapat ditentukan dengan persamaan (4)

Slope =

100 (N 2 − N 1 ) / N 1 x100% V2 − V1 (4)

dengan N 1 : jumlah cacah pada tegangan V 1

123

N 2 : jumlah cacah pada tegangan V 2 V 1 : besar tegangan 1 V 2 : besar tegangan 2

Gas Isian Bromine Bromine (Br) merupakan unsur kimia yang berada pada golongan VII A di dalam tabel periodik dan dikelompokkan sebagai golongan halogen. Golongan tersebut dinamakan “halogen” yang artinya “pembentuk garam”. Unsur-unsur lain yang termasuk golongan halogen, yaitu : Flourin (F), Klorin (Cl), Yodium (I), dan Astatin (At). Bromine (Br) ditemukan oleh Balard pada tahun 1826. Bromine merupakan zat cair berwarna coklat kemerahan, mudah menguap pada suhu kamar, dan uapnya berwarna merah. Bromine biasanya terkandung pada air laut dalam bentuk garam-garam halida dari natrium, magnesium, kalium, dan kalsium. Bromine memiliki titik didih lebih tinggi dari suhu ruangan, sedangkan titik lelehnya lebih rendah sehingga berwujud cair. Bromine kelarutannya paling besar karena berwujud cair (paling mudah larut). Sifat fisis dan sifat kimia bromine dapat dilihat pada Tabel 1.[4]

TATA KERJA PENELITIAN Perancangan dan Pembuatan Detektor Untuk percobaan penelitian efek gas bromine sebagai quenching terhadap karakteristik detektor GM ditinjau dari jenis bahan, jenis gas isian dan tekanan, maka dilakukan pembuatan detektor GM dengan ukuran diameter tabung 16 mm yang secara skematik ditunjukkan pada Gambar 3. Sebagai bahan katoda dibuat dari bahan stainless steels SS-304 dan anode dari bahan tungsten dengan ukuran diameter 0,08 mm. Bahan penutup samping digunakan pipa gelas dengan direkatkan menggunakan lem expoxi dan sebagai terminal anode digunakan kawat fernico.

Tabel 1. Sifat fisis dan sifat kimia bromine Sifat fisis Sifat kimia Wujud zat Cair Massa atom (amu) Warna larutan Merah kecoklatan Jari-jari atom (pm) Titik didih 58,78oC Jari-jari ion X- (pm) o Titik beku -7,25 C Keelektronegatifan Kerapatan (g/cm3) 3,0 Energi ionisasi (kJ/mol) Kelarutan dalam air (g/L air ) 42

80 115 195 2,8 1140

Gambar 3. Tampang lintang tabung detektor Geiger Mueller


124

ISSN 0216 - 3128

Keterangan : 1. Tutup luar detektor sebelah kiri 2. Anoda 3. Pegas 4. Tutup tabung detektor sebelah kiri Setelah pembuatan komponen tabung detektor GM selesai dilakukan, selanjutnya semua komponen tabung detektor GM dicuci dengan air deterjen, kemudian dibilas dengan cairan alkohol dan digetarkan menggunakan mesin ultrasonic cleanner. Perakitan tabung detektor GM meliputi pemasangan anoda dan terminal anoda serta pemasangan tutup tabung detektor dengan direkatkan menggunakan lem epoxi strength. Tabung detektor GM selanjutnya disambung pada sistem pengisian gas untuk proses pemvakuman dengan tingkat kevakuman hingga orde 10-6 torr. Kevakuman tinggi dilakukan untuk menjaga kebersihan di dalam tabung sehingga terjaga tingkat kemurnian gas isiannya. Jika proses pemvakuman sudah mencapai 10-6 torr maka dilakukan proses pengisian gas isian. Apabila kondisi gas isian di dalam tabung detektor diperkirakan homogen maka selanjutnya tabung detektor Geiger Mueller dipotong dan dilakukan pemasangan tutup tabung serta pengkabelan untuk terminal BNC.

Pengujian Detektor GM Pengujian dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui respon detektor terhadap sumber radiasi. Detektor dikatakan baik jika dapat mendeteksi ada tidaknya radiasi. Sumber yang digunakan untuk uji awal adalah sumber γ (Cs-137 10 µCi). Perangkat uji detektor GM seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Diagram kotak alat uji detektor GM

Analisis Data Data-data cacah yang telah didapatkan selanjutnya diolah dan detektor dikarakterisasi. Karakterisasi yang dilakukan meliputi tegangan ambang, panjang daerah tegangan plateau, slope % per 100 volt.

HASIL DAN PEMBAHASAN Pemilihan bahan anoda dan katoda Pemilihan bahan anoda dan katoda sangat penting dalam pembuatan detektor Geiger Muller karena memiliki pengaruh yang besar terhadap karakteristiknya. Bahan yang akan digunakan untuk

5. 6. 7. 8.


Tabung detektor Tutup tabung detektor sebelah kanan Sambungan gelas dengan logam (dilas) Tutup tabung detektor sebelah kanan pembuatan detektor harus memenuhi persyaratan tertentu yakni :[5] 1. Mempunyai energi ikat elektron yang besar 2. Tidak bereaksi dengan gas isian 3. Tidak mudah terjadi penguapan baik tekanan rendah maupun suhu kamar 4. Tahan terhadap vakum tinggi Bila hal tersebut tidak dipenuhi, misalnya bahan yang digunakan tidak tahan terhadap vakum tinggi, maka pada saat tabung detektor divakum tidak dapat dicapai vakum yang tinggi. Hal ini disebabkan setelah pompa vakum dimatikan dalam selang waktu beberapa jam saja sudah mengalami penurunan kevakuman akibat bocor dan out gasing dari bahan yang digunakan. Dengan kejadian tersebut akan menghasilkan karakteristik detektor yang tidak stabil. Apabila bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan detektor tidak mempunyai energi ikat elektron yang besar maka pada suhu kamar akan terjadi proses ionisasi karena pada suhu tersebut elektron katoda terlepas, hal ini akan menimbulkan cacah palsu karena proses ionisasi tanpa adanya radiasi. Bahan anoda dipilih dari suatu bahan yang mempunyai sifat tahan terhadap campuran gas isian dalam tabung detektor GM, sedangkan bahan katoda menggunakan bahan yang mempunyai energi ikat elektron tinggi, tahan terhadap vakum tinggi, tahan terhadap gas reaktif isian dan mempunyai daya hantar listrik yang baik. Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai anoda adalah tungsten, nikel atau kawat baja. Tungsten dapat mengemisikan elektron dengan kerapatan yang cukup besar pada suhu yang relatif tinggi dibanding bahan yang lain. Di samping itu, tungsten mudah didapat di pasaran dan pembuatan anoda dengan bahan ini sangat mudah yaitu dengan membentuk tungsten menjadi bentuk anoda yang diinginkan. Berdasarkan uraian tersebut dipilih bahan anoda dari tungsten dengan pertimbangan mudah didapat di pasaran dan mudah dalam pembuatannya. Untuk bahan katoda, dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya telah dilakukan eksperimen pembuatan tabung detektor Geiger Mueller dari bahan pipa monel, kuningan dan stainles steel sebagai katoda.[6] Dari data yang diperoleh, dipilih bahan katode stainless steel dengan pertimbangan mempunyai daerah tegangan plateau 200 volt dan slope 14 ,73835 % per 100 volt serta koefisien serapan linier bahan katode yaitu (0,04057 ± 0,002277) mm-1. Daerah plateau yang panjang dimungkinkan umur detektor yang panjang pula.


ISSN 0216 - 3128

Bertambahnya cacah yang dihasilkan juga akan merubah panjang plateau. Disamping itu dengan koefisien serapan linier yang kecil akan menghasilkan pencacahan yang besar sehingga dimungkinkan meningkatkan efisiensi dan sensitifitas sebagai fungsi cacah yang diterima.

Bromine sebagai gas quenching pada detektor GM Pada tabung detektor GM yang diisi gas dengan volume gas konstan (tabung ionisasi tertutup), faktor avalanche dapat terjadi jika tidak terkontrol. Faktor quenching bertujuan untuk menghindari kerusakan detektor. Quenching adalah mekanisme penghentian multiplikasi ionisasi sehingga perubahan dari ionisasi primer ke ionisasi sekunder dapat dihindari. Terdapat dua mekanisme quenching, yaitu quenching eksternal, dengan penurunan tegangan elektroda dan quenching internal, dengan penambahan gas terionkan, biasanya gas poliatomik organik atau gas halogen. Bromine merupakan unsur yang termasuk dalam golongan halogen dan banyak digunakan sebagai bahan peredam (quenching) dibandingkan gas-gas lain yang terdapat pada golongan gas halogen. Dengan adanya gas quenching tersebut, maka proses avalanche yang terjadi dapat dikendalikan dalam tabung itu sendiri. Fungsi gas quenching di dalam tabung detektor GM adalah untuk menghentikan pelepasan muatan yang berlebihan. Apabila terjadi kelebihan muatan yang tidak dikendalikan maka akan menyebabkan terjadinya proses pelucutan muatan di sepanjang katoda, dan mengakibatkan waktu mati detektor yang panjang serta pada akhirnya mengakibatkan detektor tidak berfungsi lagi. Waktu mati merupakan selang waktu tertentu dimana detektor tidak dapat melakukan pencacahan terhadap radiasi yang datang, yaitu pada saat ion positip bergerak ke arah anoda setelah terjadinya pulsa. Halogen merupakan unsur yang sangat elektronegatif karena mempunyai 7 elektron valensi (ns2 np5 dengan n adalah nomor kulit). Konfigurasi elektron yang demikian membuat unsur-unsur halogen sangat reaktif. sehingga cenderung menarik 1 elektron dan menjadi ion negatif dalam rangka membentuk susunan elektron gas mulia (ns2 np6). Pada saat proses ionisasi terjadi, ion positif dan negatif akan bergerak masing-masing menuju katoda dan anoda. Masalahnya adalah bahwa sekali anoda sudah penuh, maka tegangan berhenti. Molekul akan bergabung kembali, tapi elektron akan memasuki sebuah kulit energi yang tinggi. Ketika elektron deeksitasi, mereka melepaskan sejumlah besar radiasi dalam bentuk sinar-X. Sinar-X ini kemudian bersirkulasi kembali dan memulai avalanche di seluruh ruang. Gas halogen digunakan karena menyumbangkan elektron pada ion positif sehingga

125

mereka tidak bergabung kembali dengan elektron mereka sendiri. Selain itu, pemilihan gas halogen sebagai gas isian detektor dikarenakan dapat menurunkan tegangan operasi dan umur yang panjang dari detektor.[4]

Pengaruh gas karakteristik GM

bromine

terhadap

Pengukuran daerah tegangan operasi (plateau) adalah suatu pengujian awal dalam karakterisasi detektor Geiger Mueller, hal ini dilakukan untuk menentukan tegangan operasi (plateau) dan slope dari detektor. Tegangan operasi tersebut menjadi acuan untuk karakterisasi detektor Geiger Mueller selanjutnya. Dari hasil pengujian detektor Geiger Mueller yang telah dibuat disajikan dalam bentuk kurva daerah tegangan kerja yang ditunjukkan pada Gambar 5. 7000

Ar + alkohol Ar + brom

6000

Cacah Per Menit (CPM)


5000 4000 3000 2000 1000 0 400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

Tegangan (volt)

Gambar 5.

Daerah tegangan kerja detektor Geiger Mueller dengan gas isian argon-bromine dan gas isian argonalkohol

Dari Gambar 5. terlihat bahwa detektor Geiger Mueller dengan gas isian argon dan bromine diperoleh karakteristik panjang plateau 150 volt dan slope 11,11 %/100volt. Sedangkan untuk detektor dengan gas isian argon dan alkohol dengan perbandingan 9:1 didapatkan karakteristik panjang plateau 190 volt dan slope 8,70 %/100 volt. Hasil ini menunjukkan bahwa penggunaan gas halogen (bromine) sebagai gas quenching dapat menghasilkan tegangan operasi detektor GM lebih rendah, bila dibandingkan menggunakan gas polyatom (alkohol) sebagai gas quenching, yaitu antara 1060-1250 volt (alkohol) menjadi 500 volt (bromine). Hal ini dapat terjadi karena gas bromine sebagai gas quenching (pemadaman) merupakan gas halogen yang mempunyai energi ionisasi rendah yaitu 1140 kJ/mol, sedangkan gas argon sebagai gas utama dalam detektor mempunyai energi ionisasi sebesar 1521 kJ/mol sehingga untuk menghasilkan proses ionisasi cukup dengan energi rendah. Sebaliknya dengan menggunakan alkohol sebagai gas quenching (pemadaman) dibutuhkan energi yang lebih tinggi


126

ISSN 0216 - 3128


karena alkohol merupakan gas polyatom (beratom banyak) yang mempunyai energi ionisasi lebih tinggi. 3500

Cacah per menit (cpm)

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 450

500

550

600

650

700

750

800

Tegangan (Volt)

Gambar 6.

Daerah tegangan kerja detektor GM dengan variasi gas isian argonbromine

Perubahan perbandingan gas quenching seperti dinyatakan pada Gambar 6 menunjukkan semakin besar jumlah perbandingan untuk gas bromine menyebabkan tegangan operasi terlihat lebih besar. Hal ini dimungkinkan jika radiasi yang datang akan mengionisasi gas bromine maka akan menyebabkan penambahan cacah tak terkendali dan semakin cepat sehingga menyebabkan slope per 100 volt semakin besar. Selain perbandingan gas isian argon-bromine dilakukan juga perbandingan tekanan total gas isian argon dengan bromine dari 20 cmHg dan 15 cmHg. Dari hasil pengujian detektor GM yang telah dibuat disajikan dalam bentuk kurva daerah tegangan kerja ditunjukkan pada Gambar 7. 2200

tekanan total 20 cmHg tekanan total 15 cmHg

2000

Cacah per menit (CPM)

Energi ionisasi adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu atom netral dalam wujud gas.[7] Di mana dalam satu golongan dari atas ke bawah, energi ionisasi semakin berkurang dan dalam satu periode dari kiri ke kanan energi ionisasi cenderung semakin bertambah. Energi ionisasi pertama unsur bromine adalah sebesar 1140 kJ/mol sedangkan energi ionisasi argon sebesar 1521 kJ/mol. Terlihat bahwa energi ionisasi argon lebih besar (1521 kJ/mol) daripada energi ionisasi bromine (1140 kJ/mol). Energi ionisasi yang besar menandakan daya tarik inti terhadap elektron semakin besar sehingga elektron semakin sukar dilepas. Oleh karenanya, energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron tentunya semakin besar. Selain energi ionisasi yang dimiliki, afinitas elektron unsur-unsur golongan VII A adalah yang paling besar atau yang paling negatif yang berarti paling mudah menerima elektron. Afinitas elektron adalah besarnya energi yang dibebaskan satu atom netral dalam wujud gas pada waktu menerima satu elektron sehingga terbentuk ion negatif.[7] Energi ionisasi dan afinitas elektron berkaitan dengan besarnya daya tarik elektron. Semakin besar daya tarik elektron maka semakin besar energi ionisasi dan juga semakin besar (semakin negatif) afinitas elektron. Penggunaan bromine sebagai gas quenching pada detektor GM dapat menghasilkan tegangan operasi rendah (500 volt). Hal ini memberikan keuntungan tersendiri karena detektor GM dalam operasinya hanya membutuhkan energi kecil (hemat energi). Panjang plateau yang diperoleh detektor dengan gas isian argon-bromine adalah 150 volt, slope sebesar 11,11 %/100 volt dengan tegangan operasi 500 volt. Karakteristik detektor GM yang baik adalah jika panjang plateau > 100 volt, slope < 10%/100 volt, tegangan operasi stabil dan resolving time < ratusan µs. Panjang plateau 150 volt ini dapat dikatakan memenuhi kriteria referensi dan kebolehjadian umur detektor panjang dengan catatan tidak ada kebocoran tabung detektor akibat dari sifatsifat gas itu terhadap material tabung detektor GM. Dari penelitian diperoleh nilai slope sebesar 11,11 %/100 volt atau lebih kecil dari kriteria referensi sekitar 1%. Nilai tersebut untuk saat ini, belum terlalu mempengaruhi kestabilan dalam pencacahan. Untuk mengetahui perubahan perbandingan gas quenching, dilakukan perbandingan gas isian argonbromine yaitu 20 : 0,2 cmHg, 20 : 0,4 cmHg, dan 20 : 0,6 cmHg. Dari hasil pengujian detektor GM yang telah dibuat disajikan dalam bentuk kurva daerah tegangan kerja ditunjukkan pada Gambar 6.

20 : 0,2 cmHg (Ar+Br) 20 : 0,4 cmHg (Ar+Br) 20 : 0,6 cmHg (Ar+Br)

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

Tegangan (volt)

Gambar 7. Kurva daerah tegangan kerja detektor Geiger Mueller dengan variasi tekanan Dari Gambar 7. didapatkan karakteristik detektor gas isian argon dengan bromine pada tekanan kecil (15 cm Hg) yaitu panjang plateau 135 volt dan slope 37%/100 volt. Sedangkan pada tekanan tinggi (20 cm Hg) didapatkan panjang plateau 90 volt dan slope 22%/100 volt. Dari perhitungan didapatkan bahwa detektor pada tekanan 20 cmHg memiliki karakteristik yang lebih baik jika dibandingkan detektor pada tekanan 15 cmHg, hal ini terlihat dari nilai slope yang lebih rendah meskipun panjang plateau belum melebihi 100 volt.



ISSN 0216 - 3128

Perbedaan tekanan menyebabkan perbedaan tegangan ambang (threshold), makin rendah tekanan gas isian makin tinggi tegangan ambang dari detektor. Tegangan ambang merupakan tegangan minimal yang dibutuhkan oleh detektor untuk memulai proses ionisasi dan ion-ion serta elektron sampai ke elektroda masing-masing dan terjadi pulsa listik. Pergeseran tegangan ambang ini disebabkan perbedaan kerapatan gas isian yang menyebabkan peningkatan kecepatan gerak-gerak atom gas isian. Fenomena ini terkait dengan gerak Brown, yaitu gerak acak partikel gas ke segala arah. Semakin banyak jumlah atom gas isian (semakin rapat), maka semakin besar kebolehjadian terjadi tumbukan antar partikel dan akibatnya tidak diperlukan energi yang besar untuk terjadinya proses ionisasi.

KESIMPULAN Dari hasil penelitian efek gas isian bromine sebagai quenching terhadap karakteristik detektor Geiger Mueller, dapat diambil kesimpulan bahwa: 1. Jenis bahan yang tahan terhadap gas isian argon dan bromine adalah Stainlees Steel. 2. Pemilihan gas halogen sebagai gas isian detektor karena dapat menurunkan tegangan operasi dan umur yang panjang dari detektor. Hal ini dapat dilihat pada tegangan operasi untuk gas isian argon dan alkohol mempunyai tegangan operasi 1060-1250 sedangkan untuk gas isian argon dan bromine mempunyai tegangan operasi 500-650 volt. 3. Detektor GM dengan gas isian argon-bromine pada tekanan 20 cmHg memiliki karakteristik yang lebih baik dibandingkan pada tekanan 15cmHg yaitu panjang plateau 90 volt dan slope 22%/100 volt

UCAPAN TERIMAKASIH Dengan selesainya penelitian ini kami mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Drs. Tjipto Sujitno, MT., Bapak Sumarmo dan seluruh staf kelompok Pengembangan Aplikasi Akselerator atas segala bantuan yang telah diberikan.

DAFTAR PUSTAKA 1.

WARDHANA, WISNU ARYA, “Teknologi Nuklir, Proteksi Radiasi dan Aplikasinya”, Penerbit Andi Offset, 2007

2.

http://www.wikipedia.org, diakses tanggal 3 Mei 2011

127

3.

E. FEYVES AND O. HAIMAN, “The Phycical Principles of Nuclear Radiation Measurement”, Academisi Kiado, Budapest, (1969) 219-235

4.

NICHOLAS TSOULFANIDIS, “Measurement and Detection of Radiation”, University of Missouri-Rolla, New York USA, (1983) 169-177

5.

IRIANTO dan EMY MULYANI, “Perekayasaan Detektor Geiger Mueller Tipe Jendela Samping Dengan Isian Gas Halogen”, Seminar PPI-PDITN, Yogyakarta, 2010

6.

IRIANTO, DKK, ”Efek Material Katoda Terhadap Karakteristik Detektor Geiger Mueller Tipe Jendela Samping”, Seminar PPI-PDITN, Yogyakarta, 2010

7.

PURBA, MICHAEL, ”Kimia untuk SMA kelas X”, Penerbit Erlangga, 2007

TANYA JAWAB Frida Iswinning Diah − Berapa panjang plateau dan berapa nilai slope suatu tabung GM yang dinilai baik secara teknis serta umur tabungnya? − Apakah ada hubungan antara ukuran tabung terhadap waktu mati detektor? Wiwien Andriyanti • Karakteristik detektor GM yang baik adalah jika panjang plateau > 100 Volt dan slope < 10%/100 Volt. Serta umur tabung antara 106 - 108. • Ada, karena tabung detektor merupakan bentuk kepastian maka besarnya kapasitansi dapat berpengaruh pada waktu mati. Saefurrochman − Limit deteksi GM berapa ppm/ppb? − Selain gas bromine, bisakah gas halogen lain digunakan? Wiwien Andriyanti • Belum pernah dilakukan penelitian tentang limit deteksi detektor GM. • Bisa, gas halogen lain yang digunakan sebagai gas isian detektor GM antara lain Flourin (F), Klorin(Cl).


EFEK GAS ISIAN BROMINE SEBAGAI QUENCHING TERHADAP KARAKTERISTIK DETEKTOR GEIGER MUELLER

Recommend Documents