CERAMAH: PENGARUH
PERKEMBANGAN
BWANG
ELEKTRONIKA
TERHADAP
INSTRU-
MENT ASI NUKLIR Oleh Samaun Samadikun
Pengantar: 1.
Sudah sejak timbulnya teknoJogi Nuklir maka hubungannya dengan bidang Elektronika telah erat sekali dan mereka tclah saling menunjang di dalam memajukan bidangnya masing-masing. Didalam tahun-tahun pertama setelaJ:l perang dunia kedua, bidang pcngukuran radiasi dan instrumentasi nuklir telah mem berikan kontribusi yang besar sekali kepada kemajuan bidang elektronika. Persyaratan instrumentasi nuklir:
2.
3.
4.
'5.
Ketelitian yang diminta didalam alat instrumentasi elektronika adalah kira-kira 1%. Ketelitian ini juga diminta untuk instrumentasi nuklir. Untuk mencapai ketelitian ini dipcrlukan rangkaian-rangkaian yang rumit dan berhubung kctclitian ini harus dapat dipcrtahankan dalam jangka waktu yang lama, maka diperlukan juga komponen yang mempunyai stabilitas yang tinggi. Kekhususan dari instrumentasi nuklir ialah bahwa sebagian besar dari sinyal-sinyal yang harus diolah adalah dalam bent uk pulsa-pulsa yang bcrasal dari dctektor radiasi. Khusus juga adalah seringnya diperluk~n rangkaian-rangkaian yang mempunyai impedansi masuk yang tinggi. Faktor keandalan (reliability) yang diperlukan'dari instrumentasi suatu instalasi nuklir biasanya lcbih tinggi dibanding dengan yang dipakai didalam standard industri biasa. Untuk mencapai hal ini maka perencanaan dari instrumentasi dilakukan dengan menggunakan komponen-komponen yang mempunyai keandalan yang tinggi, pembebanan dari komponen yang rendah serta pemberian kanal-kanal \tambahan. Untuk pengukuran radiasi maka faktor keandalannya ditentukan oleh penggunaan nya yaituapakah untuk keperluan medis, penelitian, survey, dB. Faktor ekonomi menentukan ketelitian dan kcandalan yang dapat kita masukkan ke dalam instrumentasi. Karena keandalan dan ketelitian yang sempurna tidak akan mungkin tercapai dan bahwa ketelitian dan keandalan dari seluruh sistim tergantung juga oleh bagian-bagian lain di dalam sistim, maka batas-batasnya biasanya ditcntukan oleh konsiderasi ekonomi.
6.
Uktiran dari instrumentasi dibuat sckecil mungkin. Biasanya ukuran ini ada hubungannya dengan pengambilan daya dari alat ini. Makin kecil ukurannya, makin kecil pula pengambilan dayanya. Di dalam instrumentasi nuklir dimana kompleksitas dari sistim instrumentasinya membutuhkan peralatan yang ban yak maka ukuran yang kecil mcrupakan persyaratan yang penting. Demikian juga didalam alat ukur untuk survey radiasi diperlukan sekali ukuran dan pengambilan daya yang keci!.
7.
Pcrsyaratan compatibility dan repairability bagi instrumentasi nuklir tidak banyak berbeda dengan persyaratan yang diminta oleh instrumentasi bidang lain. Untuk memenuhi persyaratan compatibility dibutuhkan perencanaan sistim instrumentasi secara keseluruhan dan tidak sebagian-sebagian, sedangkan persyaratan repairability membutuhkan peninjauan subsistim secara tersendiri.
4
PERKEMBANGAN
BIDANG
ELEKTRONIKA
8.
Perkembangan dalam bidang elcktronika dipelopori oleh perl\l'mhan~.m di 11•.1.1111 dua bidang, yaitu semikonduktor dan komputcr. Bila dalam permulaan tahun 60-an transistor telah menggant. l.JiH;n:,: vai-um S.-!'.lgai alat penguat, maka dalam tahun-tahun akhir ini timbullah ral;~t;::iali-r'JI;~ka•.;n yang diintegrir (integrated circuits) yang sekaligus juga menggantikaIi kor.,knsa~or dan resistor dengan komponen zat padat dan mengintegrasikannya bersama-sama dengan transistor ke dalam sebutir kristal Silicon.
9.
Perkembangan ini sebetulnya merupakan suatu lanjutan yang wajar dari perkembangan di dalam bidang semikonduktor. Dengan meningkatkannya teknologi pembu-' atan transistor maka telah dicapai suatu faktor keandalan yang tinggi dari transistor ini serta metoda produks massa yang membuka kemungkinan pembuatan dengan murah komponen-komponcn lain sekaligus hersama-sama dengan transistor.
10.
Harga transistor Silicon sebagai fungsi dan waktu (Gbr. I) pada saat ini telah sampai ketitik minimumnya yang ditentukan oIeh t"knolo6i pada saat ini. Demikian juga faktor kecepatan kerusakan dari transistor Silkon m"nurun dari tahun ketahun (Gbr.2) sehingga pada saat ini lebih baik Jari sambl.ngan-sambungan yang menghubungkan komponen-komponen m~njadi sebuah rangkakan e'ektronik.
100
'"
~ ;=J ~ E ~ :t!
vi
10
0:1
0:1
0.1 57 Gambar 1.
60
63
66
69
Gejala perubahan harga transistor Silicon
5
rangkaian
...c--
....•.
DTL diskrit
_-----
_
silicon transistor
54 Gambar
2.
57
Gejala kecepatan
60
63
kerusakan
66
dari transistor
Silicon
II.
Karena cara yang dipakai untuk pembuatan rangkaian yang diintegrir tidak berbeda dengan cara yang dipakai untuk pcmbuatan transistor Silicon maka diharapkan ballwa harga dari rangkaian yang diintegrir akan tidak banyak berbeda dengan harga sebuah transistor dcngan faktor keandalan yang juga mcmadainya.
12.
Dengan adanya rangkaian-rangkaian yang diintegrir ini, yang biasanya berbentuk rangkaian-rangkaian yang mempunyai fungsi-fungsi tertentu, seperti penguat, gate, komparator, shift register, d11, maka dapatlah dibuat sistim-sistim yang jauh lebih kompleks dengan keandalan dan harga yang jauh lebih baik dibanding bila sistim dibuat dengan komponen diskrit.
13
Kemajuan didalam bid:mg komputer memberikan dorongan kearah dua jurusan, yaitu penggunaan fasilitas penghitungan dan programming dari komputer sebagai alat penambah kemampuan dari sistim dan penggunaan teknik digital yang dikembangkan oleh teknologi komputer sebagai metoda pengolahan sinyal. Perkembangan
instrumentasi
nuklir:
14.
Instrumentasi nuklir mengalami perkembangan discgala bidang. Detektor Germanium yang Lithium-drifted telah lama bersama kit a dan telah memberikan kepada kita suatu detektor yang sampai sekarang belum ada tandingannya didalam resolusi enersi. Kelemahan dari detektor ini ialah bahwa ia harus se1amanya didinginkan pad a temperatur Nitrogen cair untuk menghindarkan terjadinya redrigting dari Lithium. Perkembangan didalam bidang ini ialah dengan mengusahakan Germanium yang ultra-murni dan dengan demikian menghindarkan keperluan pendinginan untuk selamanya dan dibatasi hanya pad a waktu akan dipergunakan. Detcktor Silicon yang Lithium-drifted juga tclah ban yak dipakai, yang meskipun tidak sebaik yang dibuat dari Germanium, tetapi jauh lebih murah harganya.
15.
Penggunaan compund-semiconductors yang mempunyai bandgap yang lebar telah menghasilkan detektor-detektor yang dapat bekerja sampai 500 derajat Ce1cius dan dapat dipakai di dalam inti dari reaktor. Usaha-usaha untuk menggantikan kamar-kamar ionisasi dengan detektor-detektor zat padat juga telah berhasil dengan penggunaan Cadmium Sulfide sebagai bahan. Perkembangan terakhir ialah penggaJ\-
6
tian tabung Geiger dengan detektor Silicon yang bekerja didalam avalanche mode yang dapat digunakan dengan tcgangan yang jauh lebih rendah dan mempunyai dead-time yang jauh lebih tinggi. 16.
Perkembangan didalam pengolahan sinyal yang keluar dari detektor juga tidak kalah pesatnya dengan perkembangan didalam detektor sendiri. Perkembangan dari komponen-komponen zat padat yang dapat dipakai didalam rangkaian yang mempunyai impedansi tinggi serta pcnguat-penguat yang mcmpunyai gesing yang rendah telah memungkinkan penggunaan detektor-detektor tersebut sampai ke batas-batas kemampuannya. Pengolahan selanjutnya dari sinyal erat sekali hubungannya dengan perkembangan yang terjadi didalam bidang elektronika. Pcngolahan sinyal secara digital dan penggunaan teknologi komputer telah menghasilkan multichannel analyzer yang makin . keciJ, makin dapat diandalkan, makin ampuh dan makin murah.
17.
Penggabungan komputer ke dalam sistim instrumentasi secara langsung membuka kemungkinan-kemungkinan yang tidak ada batasnya dalam penggunaan radiasi nuklir sebagai alat analisa, process control atau penggunaan sistim instrumentasi itu sebagai alat pengatur reaktor.
18
Perkembangan di dalam instrumcntasi reaktor sebagian besar menuju kearah pemberian faktor keandalan dan ketelitian yang lebih tinggi dan ini dicapai dengan pemberian redundancy yang tinggi.
Prospek-pengembangan instrumentasi nuklir di Indonesia: 19. Boleh kita katakan bahwa pada saat ini kita swasembada hanya di dalam bidang teknologi sipil, sedangkan didalam bidang teknologi-teknologi lain masih belum Bila kita akui bahwa teknologi akan merupakan faktor yang menentukan sekali untuk masa datang kita, maka pengembangan swasembada dibidang-bidang lain perlu kita bina. 20
Kemampuan pengembangan instrumentasi nuklir di Indonesia erat sekali hubungannya dengan kemampuan didalam bidang elektronika pada umumnya dan instrumentasi elektronika pada khususnya. Dengan berkembangnya rangkaian-rangkaian yang diintegrir yang dapat dipakai sebagai subsistim-subsistim yang dapat diandalkan, maka perencanaan dan pembuatan dari alat-alat yang dahulu membutuhkan pcrsyaratan yang khusus dari komponen-komponen dan keahlian-keahlian tertentu, sekarang telah sampai ke dalam jangkauan kita.
21.
Dengan adanya komunikasi yang baik dengan dunia luar pada saat ini, serta banyaknya teknologi diluar Indonesia yang dapat kita transfer ke dalam negeri kita, maka usaha-usaha untuk mengoptimasikan transfer ini perlu kita tempuh. Cara-cara yang telah ditempuh di dalam bidang teknologi sipiJ dapat kit a pakai untuk mengtransfer teknologi lain ke Indonesia.
22.
Identifikasi di dalam bidang teknologi sipil mengenai tugas dan tanggungjawab dari perencana, kontraktor atau financier serta konsumer atau pemakai perlu dibina di bidang teknologi lain. Dan sudah waktunya pula kita membina kebiasaan baru untuk mengkontrakkan kebutuhan kita didalam bidang instrumentasi seperti kita mengkontrakkan kebutuhan kita didalam bidang bangunan.
Penutup: 23.
Perkembangan bidang instrumentasi nuklir sangat erat hubungannya dengan perkembangan didalam bidang elektronika. Timbulnya rangkaian-rangkaian yang diintegrir telah memungkinkan dibuatnya instrumentasi yang rumit-rumit dengan keandalan yang tinggi, tetapi disamping itu juga memungkinkan dibuatnya di Indonesia banyak alat-alat instrumentasi nuklir yang sering digunakan. Untuk ini sudah waktunya diadakan langkah-Iangkah untuk menciptakan suasana yang subur untuk perkembangan bidang ini dan . mudah-mudahan BATAN dapat memelopori hal ini. 7 Bandung, 6 Pebruari·1973.
Ikhtisar Ceramah
Oleh ~. Hariadi Supangkat
I.
Pendahuluan. Detektor dalam spektrometri nuklir - sifat zat padat untuk detektor-silicon dan germanium - sifat-sifat intrinsik dan ekstrinsik semikonduktor-junction semikonduktor. 2.
Detektor zat padat Detektor silicon yangdidifusikan -lithium drifted devices - kegunaan bermacam type detector. 3.
Lain-lain Kerusakan oleh radiasi dalam detektor zat padat.
Bahan-bahan untuk ceramah diambil dari: F.S. Coulding, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 1. J.W. Mayer, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 55. J.M. Hollander, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 65. Tabel I Beberapa Sifat silicon dan Germanium --' eV 0.67 eV 1432 Satuan 28.06 12 72.06 16 1900 3.66 l.21-2.8XIO-4T 2.96 Germanium 480 1350 3900 cm2/V.sce 1.106 ceV m2/V.sec 4.9XI07 1.05X109 11.66 12.33 O.78-3.4XI 0-4T 2.4XIOI3 9. 7X 1015T3/2 -4350/T 2.IX10912.5 2.8X l.SX I 10 016.r3/2-6450/T I 012.7 2.3XI09 Silicon pasangan pada 300 h-e K
~-'
-
E.M. Conwell, Proc. IRE 46 (1958) 1281
8
cm2/V.sec em2/V per per em3 cm3.see
Tabel II Ketidak murnian dalam Ge dan Si En.:rsi pengion (eV) Dalum Si
Unsur
Macam
Boron Alumunium Callium Indium
0.045 0.057 0.065 0.16
Fosfor Arsenic Stibiun
Acceptor Acceptor Acceptor Acceptor Donor Donor Donor
0.044 0.049 0.039
0.0104. 0.0102 0.0108 0.0112 0.0120 0.0127 0.0096
Lithium
Donor (Interstitial)
0.033
0.0093
F.S. Goalding, Nucl. Instr. Meth. 43 (1966) 1.
____-------.::1 fl$J . ?flW\J~1~Al\~ ~
--
9
