PENGARUH KELENGKUNGAN LEMPENGAN KRISTAL TUNGGAL,. SILIKO~ (311) TERHADAP REGANGAN INTERNAL DAN INTENSITAS BERKAS NEUTRON TERDIFRAKSP

Prosiding PcrtcmuanIlmiah SainsMatcri 1996

PENGARUH KELENGKUNGAN LEMPENGAN KRISTAL TUNGGAL,. ,;cc \ SILIKO~ (311) TERHADAP REGANGAN INTERNAL DAN INTENSITAS BERKAS NEUTRON TERDIFRAKSP Andil
0,95rom.

ABSTRACf BENDING EFFECf IN SILICON (311) SIN(;I~I~ CRYSTAL PLATE TO INTERNAL STRAIN AND DIFFRACfED NEUTI~ON BEAM INTENSITY. The bending effect of silicon (311) crystal plate to internal strain and diffracted neutron beam intCilsity had been observed by Neutron Diffractometer for Residual Stress Measurements (DNI-M). The alignment and calibration had been done to study the charact.:ristics ofDNI-M and the results gived below. 111eequation of detector calibration was y = 73.753 x + 231.78 indicating the relation between cllalm.:lnumber and diffraction angle, and the fluctuation of neutron beam intensity along the detector was about 2.9% indicating the d.:t.:ctor was !.1ill working well. 11le wavelength from tile PG(004) monochromator was measur.:d 1.908 A. From tile m.:asur.:m.:ntofSi(31 I) single crystal sampl.: by means ofDNI-M equipment, as tile b.:nding magnitude was bigger tile diffraction p.:ak position moved to smaller chann.:lnumb.:r indicating the internal strain within tile sample becamebigger. The Ineasur.:mentofiml.:r surface of sample by meansof strain gagesalso gived tile same results as above, as tile bending magllitude was bigger tile compressive strain occured ill the inner surface becamebigg.:r. Atld the neutron beam gross intensity diffra..'\ed from tile sample became high.:r as tile belldillg was biggc-r, it was suitable witll tile principle of bending monochromator crystal. From tile measurementusing DN I-M equipment, it was found tllat tile break point for this sample was about

0,95nml.

PENDAHULUAN Pcralatan DiCraktomctcr Ncutron Scrbuk (DNI) mcrupakan diCraktomctcr standar tipc dua sumbu yang kcgunaan utamanya untuk analisis struktur krista! bahan dcngan cuplikan bcrupa scrbuk. Pcralatan hibah daTi Japan International Cooperation Agency (JICA) pada tahun 1987 ini dipasang pada ujung bcrkas ncutron tangcnsial 56 di Balai Pcrcobaan Reaktor Riset Serba Guna G.A. Siwabcssy di Kawasan Puspiptck

Serpong. Pada tahun 1992 telah selesai dilakukan pemasangan pcralatan Difraktomcter Ncutron Scrbuk Rcsolusi Tinggi (ON3) di Balai Pcrcobaan Hamburan Ncutron, dan tclah dioptimalkan pcnggunaannya untuk pcnclitian struktur bahan baik di dalam ncgcri maupun pcnclitian bcrsama dengan luar ncgcri [I]. Kcbcradaan

pcralatan ini tclah mcnggantikan fungsi DNI sccara mcnycluruh, sehingga muIai tahun 1994 tcIah dilakukan modifikasi terhadap DNI menjadi Difraktometcr Neutron Untuk Pcngtlkuran Tcgangan Sisa (DNI-M) bckcrjasama dcngan para pakar daTi Dcpartcmcn Fisika Japan Atomic Energy Re.\'earch Institute (JAERI), Kegiatan modi/ikasi ini tcIah dilaporkan sccara Icngkap pada makaIah scbcIumnya [2], Pengukuran tcgangan sisa menggunakan teknik difraksi neutron mcrupakan suatu metode aItcrnatif barn yang kompIementer terhadap cara konvensionaI Iainnya seperti difraksi sinar-X, .\"train gages daD tcknik uItrasonik, KcIcbihan teknik difraksi neutron dibandingkan dcngan teknik Iainnya tcrIctak pada sifat neutron yang unik, yakni memiIiki daya tembus yang bcsar (1-4 cm) hampir pada scmua bahan kccuali pada unsur-unsur ringan [3], schingga dapat mclakukan anaIisis

1 Diprescntasikan pacta Pcrlcmuan 11miahSains Matcri '96 2 Pusat Pcnclitian Sains Matcri-BA TAN, Ka\vasan PUSPIPTEK Scrpong, Tangcrang 15314 547

tcgangan sisa dalam bahan yang tcbal tanpa merusak. Sedangkan kedua tcknik, difraksi sinar-X daD strain gages, hanya sensitif terhadap tegangan sisa di daerah permukaan, sedangkan teknik ultrasonik basil

pengukurannya banyak dipcngaruhi oleh tekstur yang dalam praktck sukar dihindarkan [4J. Tetapi tcknik neutron ini mcmiliki kekurangan yakni intcflsitas difraksi neutron lemah, sehingga wilayah radiasi hanya dapat diperkecil hingga diameter 1 mm. Pacta difraksi sinar-X diameter bcrkas dapat diperkecil sampai 0,1 mm. Biasanya pcralatan difraksi neutron adalah bcsar, daD opcrasinya memerlukan reaktor nuklir scbagai sumber neutron, sehingga mctode neutron tidak cocok untuk pengukuran in-situ, bcrbcda dengan mctode difraksi sinar-X yang dapat dijadikan portable daD telah mapan penggunaannya di lapangan. Untuk mcngoptimalkan pcmanfaatan peralatan DNI-M, telah direncanakan akan dilakukan pcnggantian monokromator PG (004) dcngan sistcm monokromator lcngkung silikon (311). Dcngan menggunakan sistcm monokromator lengkung ini diharapkan akan dapat meningkatkan intcnsitas bcrkas neutron

yang dihamburkan oleh moriokromator menuju cuplikan. Makalah ini akan mempelajari sistem kristal lengkung pada monokromator. Di sini akan dijelaskan deskripsi lengkap peralatan DNI-M dan diamati pengaruh kelengkungan pada kristal silikon (311) tcrhadap regangan internal dan intcnsitas bcrkas neutron yang dihamburkan kristal.

PERALATAN DIFRAKTOMETER NEUTRON UNTUK PENGUKURAN TEGANGAN SISA (DNI-M) Posisi pcralatan DN 1 di antara fasilitas hambllran nclItron yang dimiliki olch Pusat Penclitian Sains Materi -BATAN, dapat dilihat pada gambar 1. Dan skema pcralatan DNI dipcrlihatkan pada gambar 2. Secara garis bcsar, komponcn utama peralatan ini tcrdiri dari dctcktor proporsional sensitif posisi satu dimensi, tabling lintasan berkas, goniomclcr cuplikan, movable slit, monokromator dan sistem pcngonlrol, yang masing-masing akan dijelaskan bcrikut ini.

DN1-M DN2 ISN RSG-GAS BPR BPHN TR TTPN TPN1 TPN2

: Divisi Spektrometri Neutron : Reaktor Serba Guna -G.A. Siwabessy : Balai Percobaan Reaktor : Balai Percobaan Hamburan Neutron : Teras Reaktor : Terowongan Tabung Pemandu Neutron : Tabung Pemandu Neutron 1 Tabung Pemandu Neutron 2

DN3 RN1 SN1 SN2 SN3

Difraktometer Neutron untuk pengukuran tegangan sisa Difraktometer Neutron Empat Lingkaran/ Difraktometer Tekstur Difraktometer Neutron Serbuk Resolusi Tinggi Fasilitas Radiografi Neutron Spektrometer Neutron Tiga Sumbu Spektrometer Neutron Hamburan Sudut Kecil Spektrometer Neutron Hamburan Sudut Kecil Resolusi Tinggi

G~'mbar 1. Tata lctak pcralatan hamburan neutron Pusat Pcnclitian Sains Matcri BAT AN di Ka\\'asan Puspiptck Scrpong

548

G~.mbar 2. Skcma difraktomctcr neutron untuk pCnh'llkuran tcgangan sisa (DNI-M) yang dipasang pada ujung bcrkas tangcnsial S6 di Balai Pcrcobaan Reaktor Risct Serba Guna G.A.Siwabcssy Serpong

1. Detcktor ScnsitifPosisi (DSP) Scbagai alat dctcksi bcrkas ncutron pacta DNI-M digtmakan dctcktor proporsional scnsitif posisi satu dimcnsi Modcl 1250N dan bcrgabung dcngan Modcl AIM-206 )'ang merupakan satu kcsatuan ampliFicr dan mckanismc pcngolahan posisi. Kcduanya adalah buatan pcrusahaan Ordcla. Volumc efcktif dctcktor adalah panjang 25 cm, Icbar 2 cm, dan tebal 1,2 cm yang diisi dcngan gas 3He-CF4 bcrtekanan 400 kPa. Dctcktor ini dilctakkan pacta jarak 2 mctcr dari posisi cuplikan. Dengan menggtmakan DSP ini, dapat dipcrolch difraktogram difraksi tanpa harus mclakukan pcncacahan 0s-20s. Pcncacahan dilakukan dcngan mcnggcrakkan dctcktor kc indcks difraksi yang diinginkan. Sctclah paramctcr pcngukuran dimasukkan, dan pcngukuran dimulai, sinyal DSP masuk kc pcralatan proscs dctcktor posisi TDC (TillIe to Digital Converter) AIM-206, lalu diinpulkan ke kartu pcnganalisa puncak difraksi saluran ganda (multy channel analyzcr, MCA) Labo dalam PC9821 NEC scbagai sinyal posisi

MCA. 2. Tabung Lintasan Bcrkas Tabung lintasan bcrkas (/light luhe) ctibllal pacta jalan lc\vat bcrkas nculron scbagai kolimator kctiga. Kcgunaannya adalah untllk mcngarahkan bcrkas ncutron yang dihamburkan cuplikan kc arah dctcktor, dan juga bcrfungsi untuk mcngurangi cacah3n 13tar. Tabung ini bcrbcntuk tcrompct pcrscgi dcngan panjang 1990 mm, dibuat daTi matcrial

aluminium yang dilapisi oleh bahan penyerap neutron boron karbida (B4C) pacta lapisan dalam, dan dari lcmpcngan kadmium. Pcngaturan tabling ini dilakllkan dengan mcnggunakan pcralatan optik theodolite yang bcrdaya pisah tinggi. 3. Goniometer Cuplikan Goniometer cuplikan yang digtmakan untuk pcngukuran tegangan sisa dapat digcrakkan pacta tiga arab sumbu utama X, Y dan Z dengan arab positif dan negatif. Gerakan goniometer cuplikan dapat dioperasikan oleh komputcr dengan kctclitian langkah 0,01 ~m. Dacrah gcrakan sumbu X, Y dan Z masingmasing adalah:t 70mm, :t,0 n)m dan +50mm. Untllk pcngukuran regangan internal, goniometer 1iga sumbu yang ditempatkan di atas mcja cuplikan disambungkan ke unit driver yang dikontrol mclalui pengontrol drh'er DN-2000 buatan Labo. Perintah dan penggcrakan goniometer scpcrti pcmilihan sumbu, arab, dan posisi tujuan sumbu dimasukkan menggtmakan pcrangkat lunak buatan Labo pada komputcr PC 9821 NEC, clan mclalui GPIB dikirimkan kc pcngontrol driver. 4. Movahle

.SOlit

Pcnampang lintang bcrkas datang neutron pacta pcngukuran di[raktomctcr neutron scrbuk biasanya dipilih antara 4-10 cm2, tapi untuk pcngukuran distribusi rcgangan-tcgangan internal pactaposisi scmbarang di dalam bahan, diameter bcrkas pcrlu discmpitkan di antara 15 rom. walaupun hal tcrscbut mcnycbabkan

549

intensitasnya bcrkurang scbanding dcngan luas bidang. Pcmilihan ukuran bcrkas ini dilakukan dengan memasang slit kadmium scbclum dan sesudah cuplikan. Kcmudian untuk mcnghindari divcrgcnsi bcrkas yang mcnyebabkan volume pcngukuran rncnjadi lcbih bcsar, maka pcrlu slit bcrada pada posisi yang dckat dcngan cuplikan. Karcna alasan inilah pcrlu dibuat slit yang dapat dirniUumundurkan baik untuk bcrkas datang rnaupull bcrkas yang diharnburkan. 5. Monokromator dan Kolimator Kcluarnya bcrkas neutron dari rcaktor dikontrol dcngan scbuah pcnutup bcrkas yang dipasang pacta bagian ujung luar tablIng 56. Bcrkas polikromatis yang datang dari rcaktor tcrscbut dimonokromatisasi dan dipilih panjang gclombangnya olch lima buah kristal tunggal Phyrolitic Graphitc (PG 004) dcngan mosaik kristal 0,60 yang dipasangkan pacta pcmrokus monokromatorlcngkung. Untuk mcnscjajarkan d,)n mcmbatasi divergcnsi bcrkas neutron yang datang dari reaktor ke monokromator dan yang dihamburkan monokromator kc cuplikan dipasang kolimator 5011cr-l «XI) dan kolimator 5011er-2 «X2) dengan sudut divcrgensi masingmasing 20 mcnit. Karcna luas pcnampang lintang bcrkas datang pacta cuplikan biasanya bcrdiamctcr 1-5 mm, schingga untuk mcndapatkan bcrkas scdcmikian ad,llah cukup dengan mcmbuat bcrkas yang masuk pada kristal monokromator bcrukuran 20:'\20 mm. Hal ini dilakukan dcngan mcmasang absorber B4C berlubang pacta bagian dcpan dan bclakang kolimator-l. Bcgitu pula pacta bagian dcpan dan bclakang dari kolimator-2 ditcmpclkan juga absorber scrnpa. Dcngan gcomctri bcrkas sepcrti ini kcbocoran bcrkas neutron d:lri sumur monokromator mcnurnn draSlis dan background cacahan juga turnn. Pada tabung lintasan sctclah cuplikan, kolimator tidak dipasang. Kolimasi bcrkas yang dihamburkan ditcntukan mclalui kolimasi bcrkas }iangdatang pactacuplikan. 6. Sistcrn Pcngontrol Kornputcr

yang

dipcrgtl\1akan

pacta

pcralatan DNI-M adalah PC 9821 NEC dcngan CPU 80-186. Sistcrn pcrangkat lunak dan kcras untuk pcngontrolan pcnggcrakan rnonokrornator, goniomctcr, Icngan dctcktor, pcrintah pcnghubung. pcrolchan data dipusatkan pactakomputcr ini. Pcrangkat lun:lk untuk pcngontrolan

pcrusahaan Labo.

550

pcncacahan dibuatkan

olch

BAHAN DAN TATA KERJA Scbclum pcngukuran cuplikan kristal silikon, dilakukan alignl/lent dan kalibrasi untuk mcmpclajari karakteristik pcralatan DNI-M, karcna pcngukuran rcgangan menggunakan tcknik difraksi ncutron selain mcmcrlukan pcralatan dcngan resolusi tinggi yallg dapat mcmbcdakall pcrgcscrall pullcak pola dirraksi yallg sangat kccil, juga harus dilakukan align/llent pcralatan dall cuplikan sccara ccrmat [5]. Pcrtama dilakukall kalibrasi sudut nol dctcktor. Posisi sudut nollcngan dctcktor dapat bcrubah sctclah pcralatan digunakan untuk bcbcrapa kali pcllgukuran. Olch karena itu, korcksi sudut pcrlu dilakukan dengall cara mcngtlkur posisi bcrkas ncutroll langsung dari monokromator. Pcngukuran dilakukan mcllggunakall slit yallg kccil bcrdiamctcr I mm pada kcdua ujung kolimator sebclum dan scsudah posisi cuplikall, kemudian mcllggcrakkan dctcktor stcp pcr stcp dari -1 ° sampai dcngan 0,4° dcngan stcp 0,2°. Posisi nol ditcntukall dari posisi puncak basil pcllcocokan (fitting) data intcnsitas pcngukuran. Sctclah itu dilakukan kalibrasi nomor kanal. Data dirraksi neutron yang dihamburkan olch cuplikan dicacah olch dctcktor dan posisi hamburanllya ditunjukkall dalam nomor kaJlaI dctcklor. Ullluk mcllgctahui hubungall antara Ilomor kanal dcllg,ln sudut difraksinya, dilakukan kalibrasi nomor kanal. Pcllgukuran dilakukan dcngan mengtlkur nomor kanal dari puncak hamburan langsung untuk bcbcrapa harga sudut lellgan dctcktor, dari -3° sampai dcngall +3° dengan step 0,25°. Hubungan antara nomor kaJlaI dcngall sudut difraksi dillyatakan dcllgall pcrsamaan garis lurus y = ax + b dengall y adalah nomor kallal, x sudut dirraksi 2-thcta. scdangkall a dall b adalah konstallta. Kalibrasi palljallg gelombang neutron dilakukall ulltuk mcndapatkan harga palljang gclombang neutron monokromatis dari monokromator. Panjang gclombang ditcntukan dcngan mcngukur pola difraksi cuplikan standar nikel yang tclah dikctahui jarak antar bidang-bidang kristalnya. Dari data jarak antar bidang dan sudut difraksi puncak-puncak yallg dihasilkan dari cuplikan standar, panjallg gclomballg ncutroll dapat ditcntukan. Scbagai cuplikan uji diguJlakan lcmpcllgan kristal tullggal silikon (311). Cuplikall ditcrima dari JAERI Jcpang. Bcsaran pclcllgkullgall dillyatakall dcngan pcrgescrall j,lrum dial gml,,!;e yang dipasallg pada

pcrmukaan cuplikan. Pcrtama dicari posisi sudut bidang kristal (311) dcngan mclakukan scan 8s-28s pada dacrah sckitar sudut rcflcksi bidang (311). Sctclah dipcrolch sudut dcngan intcnsitas pcncacahan maksimal, pada sudut tersebut dilakukan pengukuran dcngan mcngubah kclcngkungan cuplikan. Pcncacahan dilakukan pada cuplikan untuk mclihat pergeseran puncak difraksi (rcgangan), lalu dilihat pula pcngaruhnya tcrhadap intcnsitas gross yang dihamburkan olch cuplikan. Untuk pcngukuran rcgangan dilakukan pula dcngan mcnggunakan strain gages scbagai pembanding terl.ladap hasil yang dipcrolch dcngan menggunakan tcknik dirraksi neutron.

HASIL DAN PEMBAHASAN Pacta gambar 3 dipcrlihatkan hasil kalibrasi sudut nol dclcktor. Dari pcncocokan mcnggunakan fungsi Gauss tcrhadap distribusi data intcnsitas gross dari masing-masing pola difraksi pcncacahan, dipcrolch bah\va intcnsitas tcrbcsar tcrletak pacta sudut 20s = 0,307°. Hasil ini menunjukkan tclah tcrjadi pcrgcscran Ictak posisi sudut nol dctcktor dari kalibrasi scbclumnya. Sctclah dipcrolch nilai tcrscbut, lcngan dctcktor digcrakkan kc sudut tcrscbut, lalu offset cncodcr diubah schingga sudut 20s ini mcnjadi sudut nol dctcktor untuk

dclcktor jangan digcrakkan-gerakkan dahulu. Dan pcrlunya dilakukan kalibrasi sudut nol dclcklor sccara bcrkala apabila terjadi pcrubahan sudut hamburan, untuk mcmpcrkecil kesalahan hasil pcncacahan. Kemudian untuk melihat bcrapa besar sudut hamburan efcktif yang dapat didctcksi olch dctcktor scrta memeriksa iluktuasi cacahan pada bcrbagai posisi dclcktor maka dilakukan pcncacahan mulai dari sudut -3° sampai sudut 4°. Dari data intensitas gross dan sudut lcngan dctcklor, scpcrti dalam gambar 5, dapat dikctahui bahwa pada jangkauan sudut antara -2,75° sampai dengan 3,5° iluktuasi cacahan adalah sckilar 2,9%, dan pada posisi 3,75° ilukluasinya sckitar 10%. Tctapi scmuanya masih bcrada di bawah batas iluktuasi yang diizinkan yakni sebcsar 15%. Hasil ini mcnunjukkan bahwa dctektor masih bckerja dcngan baik, serta dctcktor dengan panjang aktif 256 mm dan jumlah kanal 512 dapat mcndclcksi hamburan neutron sccara cfcktif dcngan lcbar sudut sckitar 6,5°.

pcngukuran bcrikutnya.

~

5000

'm~k'i~um ;

'iii' 4500 c:

:J

~

4000

~

3500

0

x --0.307 Y .4068.5

~ 3000

preset time 90 detik slitldan2:1mm daya !eaktor 17 MW

2500

Q)

.~

Gamba..

al ignmentOderaj-at

~ ,17; c:

:.

2000

1500

iifiii,fi;;tiir..il" -1.0

-0.5

0.0

0.5

2-theta-s (derajat) Gambar

3. Hasil kalibrasi

Pcrgcscran tcrjadi

bila

sudut

nol

sudut 1101dctcktor

dctcklor

pcngukuran

bcrbagai sudut difraksi mcnggcrakkan Icngan dclcktor

ini

dilakukan

tcrulam,) pad,)

20s dcngan schingga kctika

kembali pada posisi scmula tidak tcpat bcrada pada posisi awalnya. Dari hasil ini disarankan bahwa sctelah pcnctapan sudutlcngan

dctcktor.

unluk satu sct pcngukuran scbaiknya Icngan

.a:. Pcmcriksaan

dctcktor

Dari data hasil pcngtlkuran di atas, kcmudian ditcntukan posisi puncak masingmasing pola diCraksi dcngan pcndckatan fungsi Gauss, lalu dibuat kurva nomor kanal posisi puncak tcrhadap sudut 2-thcta, Scpcrti terlihat pacta gambar 5, hasilnya mcmbcrikan hubungan linicr yang dapat didckati pcrsamaan garis y = 73,753 x + 231,78 dcngan kocfisicn rcgrcsi 0,9987, .v adalah nomor kanal dctcktor dan x adalah sudut diCraksi 2-thcla, Pcrsamaan ini yang digunakan untuk mcngkon,'crsi nomor kanal kc dalam sudut, Kalibrasi panjang gclombang dilakukan mcnggunakan cuplikan scrbuk sulndar nikcl, Karcna kctcrbatasan gcrakan lcngan dctcktor ($90°) maka pcngukuran hanya dapat dilakukan pada bidang rcOcksi

551

(III), (200) dan (311). Panjang gclombang yang dipcroleh dari masing-masing bidang adalah 1,914 A, 1,905 A, dan 1,905 A. Dari statistik ini maka ditentukan rata-rata panjang gclombangnya adalah 1,908 A.

,}

400 >-

~~ 300 ~

200 100 0

Gamb:lr 5. KUTVclkalibrasi nomor kanal Dalam mclakukan pcngukuran rcgangan pada posisi scmbarang d:llam bahan, maka pcnampang lintang bcrkas datang neutron hams diperscmpit, hal ini bcrpcngaruh tcrhadap intensitas neutron yang dap:lt didctcksi dctcktor. Pada hasil pcngllkuran bcrkas langsung pada bcrbagai lcbar slit scpcrti tcrlihat pada gambar 6, dapat diamati bah\\'a scmakin kccil lcbar slit maka intcnsit,ls neutron yang datang pada dctcktor mcnurun sccara cksponcnsial tcrhadap luas slit. Pcn~~ura'jll "m~h'gguilakan' -slit bc'rdiamctcr kccil ini dipcrlukan pada saat mclakukan pcngukuran distribusi tcgangan sisa misalnya pada arah kedalaman atau bcrbagai posisi dalam bahan.

mclakukan pcngukuran. Dcngan scmakin kccilnya intcnsitas neutron ini, dipcrlukan waktu pcncacahan yang lebih lama. Dalam pcncacahan bidang (110) cuplikan b,ua tahan karat SS-304 dengan jumlah counting yang sarna 5000 counts, lama waktu pcncacahan dalam kondisi daya rcaktor 25 MW, untuk pcngukuran mcnggunakan slit bcrdiamcter 5 mm diperlukan waktu 2 jam 25 menit, scdangkan dengan slit 3 mm waktu pcncacahan mcnjadi 3 jam 25 menit. Setelah alignment clan kalibrasi inii sclcsai, maka dilakukan pengujian cuplikan silikon (311). Pada gambar 7 ditul1jukkan basil pcngukuran pcrgcscran puncak pola difraksi pada kristal yang ditimbulkan karcna proses pclcngkungan. Dari gambar dapat diamati bah\\'a scmakin lcngkung cuplikan posisi puncak bcrpindah ke nomor kanal yang Icbih kccil, mcmpcrlihatkan bahwa kristal silikon mcngalami rcgangan internal yang semakin bcsar scbanding dcngan bcsarnya gaya yang bckcrja untuk mclcngkungkan kristal kristal. Dan pada jarak pclengkungan 0,95 mm kristal tunggal silikon patah pada kedua sisinya. Posisi ini mcrupakan break point dari kristal silikon yang diukur. Data ini dipcrlukan untuk mcngctahui bcrapa pelcngkungan maksimum yang dapat dibcrikan pada kristal silikon schingga kctika mclcllgkungkan kristal untuk sistcm monokromator lcngkung tidak mele\,'ati batas break point ini.

2~4

..J

«

~ ~ Ct:

292 290

0

~ 0

z

288 286

Gambar 7. Pcngukuran break point dari cuplikan kristal tunggal silikon Pacta pcngukuran

Gambar 6. lntcnsitas nclItron pad" bcrbagai lcbar slit Rcndahnya inlcnsilas nculron ini mcrupakan salah salu kcndala pada saal 552

rncnggunakan

."train

,l;'a,l,'e tcrlladap pcnnukaan scbclah dalarn cuplikan rncrnpcrlillatkanjuga hasil yang sarna. Scmakin bcsar kclcngkungannya sernakin bcsar rcgangan kornprcsi yang tcrjadi. Hasil pcngukuran dapat dilihat pada garnbar 8.

1.

Q

a c:

!U C)

c:

!U

2.

C) Q)

~

3.

4.

Kemudian dari data intcnsitas gro.\,s dari masing-masing puncak difraksi yang dipcrolch dikctahui bahwa dcngan pcrlakuan pclcngkungan ini intcnsitasnya scmakin bcsar sciring dcngan scmakin bcsarnya pcrgcscran posisi puncak difraksi. Hasil pcngamatan dapat dilihat pactagambar 9. Hal ini dapat dimcngcrti bahwa dcngan pcrlakuan pclcngkungan ini bcrkas neutron mcnjadi Icbih tcrfokus dibandingkan tanpa dilcngkungkan schingga dipcrolch intcnsitas yang Icbih tinggi. Pengukuran ini mcrupakan pcnclitian awal dari pcmanfaatan monokromator lcngkung silikon (311), yang nantinya diharapkan mcnggantikan fungsi monokromator PG(OO~) yang dipcrgunakan sclama ini, untuk Japat menaikkan intensitas bcrkas. -:;: 35x103 .~

~

30

0

~

25

~

20

'"!II ~ 0

Sudut nol dctcktor tclah bcrgcscr scdikit dari posisi kalibrasi scbclumnya. Diperolch pCr&1maan kurva kalibrasi dctcktor y = 73,753 x + 231,78, daD fluktuasi berkas spanjang dctcktor sekitar 2,9% pertanda bahwa detC!l:tDrbc!'cr!1'1d~I'l;a:l b,tit:. Panjang gclomballg yang dlnasilkan PG(OO4)adalah sekitar 1,908 A. Scmakin kecil Icbar slit yang digunakan akan scmakin rcndah intensitas bcrkas neutron mcmbutuhkan waktu yang lcbih lama untuk mclakukan ckspcrimcn. Pcngukuran pada permukaan dalam lcmpngan kristal tunggal silikon (311) mempcrlihatkan bahwa scmakin besar kelengkungannya puncak difraksi bcrpindah pada nomor kanal yang Icbih kccil yang mcnunjukkan terjadinya rcgangan yang makin besar, bcrsamaan dcngan itu intcnsitas grossnya scmakin bcsar. Sistcm kristal lcngkung ini diharapkan dapat mcnggantikan fungsi PG(OO4) scbagai monokromator dan mcningkatkan intensitas neutron yang dihamburkan dari monokromator.

DAFTARPUSTAKA 1

PRASUAD, EPUNG, S.B., GUNAWAN, RIDW AN, MARSONGKOHADI, "Optimasi Difraktomctcr Neutron Serbllk Resolusi Tinggi," dis,uikan pada Pcrtcmuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu Pengctahuan dan TeknologiNuklir, Yogyakarta, .1995 GUNA WAN, ED! S., 2. PRASUAD,

M.R.MUSLIH, Difraktomcter

~

15

II)

10

Baja,"

5

1995

<

"Pengembangan Neutron

Serbuk

Untuk

PcngukuranTcgangan Sisa Pada Logam

3

0 0

20 40 60 80 DIAL GAGE (x 0.01 mm)

100

Gamhar 9. Hubungan bcsarnya kclcngkungan dan inlcnsilas bcrkas

4.

KESIMPULAN 5 Dari basil alig/1/1/ent, kalibrasi dan pcngamatan pada cuplikan kristal lcngkung silikon (311) dipcrolch basil-basil scbagai bcrikut :

Laporan

Intcm

PPSM-BA TAN,

W.B. YELON, A.D.KRA WITZ, "Ncutron Diffraction," American Socicty for Metals Handbook Material Charactcrization, v.l0, ASM Intcrnational (1.992)420 A.J.ALLEN, M.T.HUTCHINGS, C.G. WINSDOR dan C.ANDREANI, "Ncutron Diffraction Methods for the Study of Rcsidual Strcss Fields," Advances in Physics, 34 (1985) 445 P.C.BRAND dan H.J.PRASK, "New Mcthods for the Alignment of Instrumcntation for Residual-Strcss Mcasuremcnts by means of Nelltron DilTraclion." J. Appl.. Cryst., 27 (1994) 164

553

DISKUSI 1. TANYA: Apakah aplikasi pcnclitian pengukuran tcgangan sisa ?

ini

tcrhadap

JAWAB: Pcngamatan yang dilakukan ini mcrupakan studi awal tcrhadap sistcm monokromator lengkung. Apabila sistcm focu.\'sing bent monochromator ini bcrhasil dilakukan dan diterapkan scbagai pcngganti monokromator PG(OO4) yang dipasang sclama ini, diharapkan intcnsitas bcrkas neutron yang dihamburkan monokromator mcnuju cuplikan akan lcbih besar. Schingga hasil pcngukuran tcgangan sisanya akan Icbih baik dari daripada scbclumnya, dan \vaktu pcngukuran akan lcbih ccpat.

2. TANYA: a. Pacta abstrak discbutkan bah\va ~1rain gage digunakan scbagai pcmbanding hasil yang dipcrolch difraktomctcr ncutron. Bagaimana hasilnya ? b. Apakah ~1rain gage dipasang pacta pcrmukaan bcnda uji sctclah dilcngkungkan ? Mohon pcnjclasan.

554

JAWAB : a. Yang dimaksud pcmbanding disini adalah bahwa pada lcmpcngan kristal silikon tcrjadi regangan akibat proses pclcngkungan, dan nilai rcgangannya scmakin bcsar sciring dcngan scmakin bcsarnya kelcngkungan lcmpengan. Pcrbandingannya dapat dilihat pada gambar 7 dan 8. Lalu mengcnai pcrbandingan nilai regangan pada kclcngkungan yang sarna tidak dapat dilakukan karcna kondisi pcngukuran bcrbcda. Strain gage hanya mcngukur rcgangan pada permukaan sebelah dalam bcnda uji, sedangkan berkas neutron jatuhnya di dalam lcmpcngan kristal mendekati pernlukaan scbclah luar kelcngkungan, schingga tidak dapat dibandingkan nilai rcgangannya pada kclcngkungan cuplikan yang sarna. b. SIraiJ1 gage dipasang scjak a\\'al sampai akhir pcngukuran. Dipasang dahulu sebclum pcngukuralvcuplikan dilcngkungkan clan dihubungkan dcngan pcngolah data. Jadi sctclah dilcngkungan sampai kelengkungan yang diinginkan, lalu dilakukan pcngukuran. Kcmudian dilcngkungan lagi lalu diukur, bcgitu sctemsnya, sampai akhirnya cuplikan piltah.

PENGARUH KELENGKUNGAN LEMPENGAN KRISTAL TUNGGAL,. SILIKO~ (311) TERHADAP REGANGAN INTERNAL DAN INTENSITAS BERKAS NEUTRON TERDIFRAKSP

Recommend Documents