LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL ii Percobaan : Eksperimen Pengukuran Spektrum Differensial dengan SCA Pelaksanaan Praktikum Hari : Senin
Tanggal : 16 September 2014
Jam : 9-10
Oleh : Nama : Mei Budi Utami Nim : 081211332009
Anggota Kelompok : 1. Imroatul Maghfiroh 2. Hanu Lutvia 3. Mei Budi Utami 4. Dewi Karmila Sari 5. M. Patria Mahardika Dosen Pembimbing
(081211331125) (081211331144) (081211332009) (081211333003) (081211333026) : Khusnul Ain S.T, M.Si
LABORATORIUM Radiasi
UNIVERSITAS AIRLANGGA
A. TUJUAN PERCOBAAN 1.
Menentukan
spectrum
deferensial
energi
α
dengan
menggunakan
sca
detector
semikonduktor. 2. Menghitung resolusi energi α
B. ALAT DAN BAHAN 1. Detektor semikonduktor (559 92) 2. Discriminator preamplifier (559 93) 3. SCA (Singgle Chanel Analyser/559 95) yang termasuk di dalamnya: -Preamplifier -Amplifier -DAC (digital to analog converter) -Diskriminator 4.XY-YT recorder (575 662) 5.Sumber radiasi- α Ra-226 dan Am-241
C. DASAR TEORI Pengukuran spektrum energi deferensial dengan mengukur jumlah partikel yang berada dalam interval energi E tertentu,yang hal ini akan sama dengan mengukur jumlah pulsa yang berda dalam interval ΔV tertentu. Hal ini dapat diperoleh dngan cara mengoperasikan SCA sebagai mod diferensial. Jika batas SCA di set pada mode V1 (atauE1) dan jendela memiliki lebar ΔV (atau ΔE) maka hanya pulsa dengan tinggi antara V1 dan V1+ΔV yang akan dicatat. Semua pulsa diluar itu akan dibuang. Resolusi energi Untuk kerja detektor yang digunakan untuk pengukuran energi ditentukan oleh lebar distribusi pulsa sumber energi tunggal,yang ditunjukkan oleh Г Atau FWMH (fulkl with half
maximum).
Kemampuan detector untuk mengidentifikasi pertikel dengan energi yang berbeda disebut resolusi energi yang dinyatakan dalam,
𝑅(𝐸𝑂 ) = Dengan Г
Г 𝐸𝑂
..............(1)
Dalam suatu energi ,sedang
R(EO ) dalam persen. Ada tiga faktor penting yang
memepengaruhi resolusi energi: 1.Fluktuasi statistic dalam sejumlah muatan yang dihasilkan dalam detector 2.Derau elektronik dalam detektor ,preampifier dan amplifier 3.Tidak lengkapnya muatan yang dihasilkan dalam detektor
N(E) atau n(V) 𝑁𝑂
𝑁𝑂 2
EO
Distribusi tinggi pulsa E atau V
D. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Demonstrasi distribusi energi dengan osiloskop 2. Susun peralatan percobaan seperti pada gambar di bawah ini
3. Hidupkan sca selama 15 menit sebelum eksperimen di mulai 4. Letakkan potensiometer (c) untuk integral diskriminator pada skala tengah 5. Periksa setting peralatan yang digunakan seperti berikut a. Setting osiloskop Timer Base
:1 ms/cm
Y deflection
: 1V/cm
Triggering
: automatic
b. Setting SCA swith (d)
: Manual
Switch (e)
: Reset
Base potensiometer (f)
:0,00
Window potensiometer(g): 30% 6. Amati spektrum energi-alfa (distribusi energi ) yang terlihat pada osilospkop.
II. Perekaman spektrum energi dengan xy-recorder 1. Periksalah rangkaian percobaan, apakah sedah seperti pada gambar 2. Buatlah sumbu X:0,1 V/cm,dan sumbu Y : V/cm 3. Sebelum menggunakan pena XY rekorder,saklar (s) di start dan di amati bentuk puncak-puncak dan lebar spektrum. 4. Berkaitan dengan lebar dan tinggi puncak spektrum, berikut ini perlu diperhatikan -spektrum terlalu lebar------ kecilkan amplifikasi (i) -spektrum terlalu--------------perbesar amplifikasi (i) -puncak terlalu tinggi--------kurangi lebar window (g) -puncak terlalu rendah ------perbesar lebar window(g) 5. Ambil sumber am dan amati spektrumnya .Hitung resolusinya,dan cari konstanta yang menghubungkan antara energi dan tinggi pulsa . 6. Ganti sumber dengan yang lain ,cari tegangan puncak spektrum yang dihasilkan ,tentukan energi spektrum alfa tersebut
E. DATA PENGAMATAN 1. Data Spektrum Energi-α-Am-241 No. Kanal 0
Cacah 1 12232
Cacah 2 12437
Cacah 3 12422
Cacah 4 12187
Cacah 5 12208
Jumlah
10
6849
6830
6724
6788
7014
34205
20
2211
2133
2181
2118
2095
10738
30
349
351
356
339
366
1761
40
24
23
17
24
20
108
50
10
4
3
4
5
26
60
2
1
5
5
5
18
70
2
1
6
4
0
13
80
1
1
3
1
2
8
90
4
2
3
4
1
14
61486
100
0
2
0
4
2
8
110
1
2
2
1
1
7
120
2
1
0
1
3
7
130
2
2
1
1
0
6
140
3
4
2
4
2
15
150
6
3
4
2
4
19
160
1
2
5
5
3
16
170
3
4
2
3
1
13
180
5
4
15
4
3
31
190
10
5
6
7
4
32
200
7
5
7
4
8
31
210
19
15
18
17
10
79
220
23
24
24
24
31
126
230
36
42
35
34
30
177
240
37
51
36
59
53
236
250
47
60
50
51
62
270
260
62
67
68
64
61
322
270
64
59
75
62
62
322
280
83
80
64
82
75
384
290
76
71
75
80
60
362
300
62
66
89
75
73
365
310
85
86
77
59
70
377
320
74
72
76
51
65
338
330
75
93
83
82
82
415
340
66
81
86
72
79
384
350
74
89
76
76
67
382
360
76
89
82
96
81
424
370
101
84
82
86
77
430
380
79
80
93
74
65
391
390
79
59
82
74
70
364
400
76
73
66
72
54
341
410
58
58
66
70
80
332
420
57
56
48
71
53
285
430
49
50
39
46
51
235
440
41
35
42
42
28
188
450
33
38
31
24
30
156
460
26
32
16
16
24
114
470
17
15
12
17
21
82
480
17
12
16
13
15
73
490
18
9
9
5
18
59
500
5
8
10
13
5
41
510
2
4
8
4
5
23
520
5
3
6
1
2
17
530
3
2
2
1
2
10
540
5
5
1
1
2
14
550
5
3
3
3
3
17
560
1
2
1
4
1
9
570
1
1
0
1
1
4
580
0
0
1
0
0
1
590
0
0
0
1
0
1
600
2
2
0
0
1
5
610
0
1
0
0
0
1
620
0
0
1
1
0
2
630
1
0
0
1
0
2
640
0
0
0
1
1
2
650
0
0
0
1
3
4
660
0
0
1
2
0
3
670
1
0
0
0
0
1
680
1
0
0
0
1
2
690
0
0
0
0
0
0
Grafik Energi α-Am-241 70000
Jumlah Cacahan
60000 50000 40000 30000 20000 10000 0
690; 0
-10000 0
200
400
600
800
No. Kanal
2. Data Spektrum Energi -α-Ra-226 No. Kanal
Cacah 1
Cacah 2
Cacah 3
Cacah 4
Cacah 5
Jumlah
0
12376
12541
12480
12329
12408
62134
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410
8426 4670 1426 331 118 34 23 20 12 6 8 16 26 20 28 40 45 47 42 51 63 64 61 53 60 57 50 43 46 39 41 50 42 39 25 28 18 23 15 17 12
8712 4356 1384 374 91 34 17 8 6 14 16 19 18 21 36 31 41 41 53 57 65 55 56 47 61 66 54 42 53 45 46 39 48 32 29 30 25 16 17 12 12
8748 4287 1318 356 114 48 21 19 9 9 13 13 23 24 35 40 54 54 60 63 65 57 54 54 51 43 45 47 54 49 47 52 38 27 22 32 18 14 18 12 12
8761 4358 1365 388 117 40 20 10 11 16 14 16 17 19 36 41 41 54 60 75 60 55 55 58 59 55 64 47 41 46 34 31 42 28 27 32 23 19 15 14 20
8685 4078 1362 403 107 42 22 11 8 16 10 17 23 19 24 38 46 43 57 51 71 66 54 56 67 54 47 33 38 46 33 38 36 36 29 20 23 18 23 15 10
43332 21749 6855 1852 547 198 103 68 46 61 61 81 107 103 159 190 227 239 272 297 324 297 280 268 298 275 260 212 232 225 201 210 206 162 132 142 107 90 88 70 66
420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820
9 12 6 8 6 5 9 3 7 9 5 0 4 6 5 4 3 3 3 8 7 6 4 4 6 3 2 13 8 4 9 6 12 10 5 6 7 14 11 10 4
12 10 9 7 4 11 2 6 3 2 6 7 5 1 4 6 5 3 4 3 3 4 5 6 10 7 1 7 5 7 7 7 4 8 11 9 8 5 14 10 6
14 8 4 6 8 11 8 5 5 6 7 3 4 4 3 5 2 5 4 6 6 8 7 6 7 4 9 3 7 8 11 10 8 7 8 6 12 7 3 7 7
11 10 8 4 7 6 2 4 6 5 4 6 6 6 3 2 6 9 2 6 3 1 5 5 3 4 6 6 7 6 9 10 6 9 8 9 8 6 11 12 7
13 6 8 4 7 5 4 5 2 3 5 2 6 3 8 4 2 6 6 4 8 4 8 5 4 3 7 4 8 15 8 6 10 4 8 17 9 9 10 7 2
59 46 35 29 32 38 25 23 23 25 27 18 25 20 23 21 18 26 19 27 27 23 29 26 30 21 25 33 35 40 44 39 40 38 40 47 44 41 49 46 26
830 840 850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960 970 980 990 1000
10 7 15 14 11 12 8 8 10 3 8 4 3 10 7 9 4 7
3 16 11 7 8 8 10 8 7 8 9 9 12 8 7 7 6 5
5 15 14 5 9 8 8 14 5 4 5 9 9 5 7 5 3 10
5 10 9 5 5 16 11 4 9 6 5 7 9 5 7 6 2 12
7 9 9 11 12 4 14 4 7 6 2 4 11 6 7 5 8 5
30 57 58 42 45 48 51 38 38 27 29 33 44 34 35 32 23 39
Grafik Energi α-Ra-226 70000
Jumlah Cacahan
60000 50000
40000 30000 20000 10000 0
1000; 39 0
200
400
600 No. Kanal
ANALISIS PERHITUNGAN 1) Untuk Am-241
800
1000
1200
Grafik Energi α-Am-241 70000
Jumlah Cacahan
60000 50000 40000 30000 20000 10000 0
690; 0
-10000 0
100
200
300
400
500
600
700
800
No. Kanal
Jumlah Cacahan
Grafik Energi α-Am-241 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
Series1
690; 0 0
200
400
600
800
No. Kanal
Pada Am-241 jumlah rerata cacahan terbanyak terdapat pada kanal 370,sehingga diperoleh skala untuk jarak tiap kanalnya adalah : Diketahui: kanal =
5,6 𝑀𝑒𝑉 370
= 0.015 MeV
Dengan menggunakan interpolasi Lagrange, didapatkan nilai X1 dan X 2 sebagai berikut : Untuk X1 diambil nomor kanal 230 dan 240 sebagai intervalnya C1 =
y1 x 1 −x 2
=
177 230 −240
= −17,7
C2 =
𝑦1 𝑥 2 −𝑥 1
=
236 10
= 23,6
Nilaipolinomialnya P1= 215 Sehingga, P1= C1 (X-X2) + C2 (X-X1) 215= -17,7 ( X – 240 ) + 23,6 ( X – 230 ) 215=5,9X +4248-5428 X1 = 236,44 Untuk X2 diambil nomor kanal 430 dan 440 sebagai intervalnya C1 = C2 =
y1 x 1 −x 2 𝑦1 𝑥 2 −𝑥 1
= =
235
= −23,5
430 −440 188 10
= 18,8
Nilaipolinomialnya P1 = 215 sehingga P1= C1 ( X - X2 ) + C2 ( X - X1 ) 215= -23,5( X – 440 ) + 18,8 ( X – 430 ) 215=-4,7X+10340-8084 X2 = 434,25 Maka nilai FWHM-nya adalah FWHM = (X2 – X1 ) x
5,6 MeV 370 kanal
FWHM = (434,25 – 236,44) (0,015 MeV) FWHM = 2,96 MeV Resolusi Energi radiasi yang di dapat : R=
𝐹𝑊𝐻𝑀 𝐸0
x 100%
2,96
R = 5,6 𝑀𝑒𝑉 𝑥 100% R = 52,85 % Jadi, nilairesolusiuntuk Am-241 adalah 52,85 %
2) Untuk Ra-226
Grafik Energi α-Ra-226 70000
Jumlah Cacahan
60000
50000 40000 30000 20000 10000 0
1000; 39 0
200
400
600
800
1000
1200
No. Kanal
Grafik Energi α-Ra-226 600
Jumlah Cacahan
500 400 300 Series1
200 100 1000; 39
0 0
200
400
600
800
1000
1200
No. Kanal
Jika di perbesar lagi grafik tersebut mempunyai lima puncak yang berturut-turut yakni : Puncak pertama
210 , 324
Puncak kedua
250, 298
Puncak ketiga
300,225
Puncak keempat
320,210
Puncak kelima
360, 142
Berdasarkan grafik yang kita peroleh untuk Energi puncak system pada : 1. Padatitik1 Energi puncak tertinggi pada kanal 210 210 𝑥 0,015 = 3,15 𝑀𝑒𝑉 2. Pada titik2 Energi puncak tertinggi pada kanal 250 250 𝑥 0,015 = 3,75𝑀𝑒𝑉 3. Pada titik3 Energi puncak tertinggi pada kanal 300 300𝑥 0,015 = 4,5𝑀𝑒𝑉 4. Pada titik 4 Energi puncak tertinggi pada kanal 320 320 𝑥 0,015 = 4,8𝑀𝑒𝑉 5. Pada titik 5 Energi puncak tertinggi pada kanal 360 360 𝑥 0,015 = 5,4 𝑀𝑒𝑉
F. PEMBAHASAN Suatu sumber radioaktif yang memiliki nomor atom lebih dari 82 maka secaras pontan akan meluruh menjadi inti turunan memancarkan inti Helium (𝐻24 ) atau yang disebut dengan partikel alfa. Partikel ini sangat massif dan berenergi tinggi serta dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang memiliki rasio neutron terhadap proton yang terlalu rendah . Pada Eksperimen kali ini digunakan sumber radioaktif Am-241 dan Ra-226 dan juga sebuah detector semikonduktor.Detektor ini bekerja fotoida silikon yang berupa lapisantipis yang akan menyerap semua energy partikel alfa. Apabila partikelalfa menumbuk lapisantipis tersebut, maka akan terjadi interaksi yang akan menghasilkan pulsa keluaran yang tingginya sebanding dengan energy radiasi alfa tersebut. Lapisan tipis fotoida silicon akan menyerap seluruh partikel alfa yang akan menghasilkan pulsa yang dibangkitkan dari peristiwa terbentuknya pasangan hole-elektron saat partikel alfa menumbuk lapisan silicon. Pulsa yang dihasilkan ini akan sebanding dengan energy alfa, sehingga bisa menentukan energy radiasi yang belum diketahui Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon peluruhan α memenuhi reaksi yang dinyatakan oleh : A
IZ
A-4
TZ-2+α
dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Sedangkan untuk peluruhan radioaktif
226
Ra
menjadi 206Pb. Dalam eksperimen ini dapat diperoleh turunan peluruhannya: 226
Ra
222
Rn+α
222
Rn
218
Po+α
218
Po
214
Po+α
214
Po
210
Po+α
210
Po
206
Pb+α
Dari penurunan peluruhan
226
Ra menjadi
Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-masing
206
partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda. Dari grafik terlihat spectrum energinya memiliki 5 puncak yang menunjukkan besarnya energi yang dihasilkan partikel α tersebut selama meluruh. Pada eksperimen ini untuk menentukan energy dari partikel α dari Ra-226 digunakan kalibrator Am241 yang memiliki spectrum mono energetic radiasi α sebesar 5,6 MeV. Besarnya energy partikel puncak pada spectrum energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206 didapatkan dengan menganalisis spectrum energi Am-241. Puncak energy partikel α pada peluruhan Am-241 terjadi pada kanal 370, sehingga dapat diketahui bahwa 1 kanal mewakili besarny aenergi yang dipancarkan partikel α sebesar 0,015 MeV atau 0,015 𝑥 106 𝑒𝑉. Kemudian untuk mengetahui besarnya energy tiap partikel alfa hasil peluruhan, yang dilakukan adalah dengan mencari nomor kanalnya lalu dikalikan dengan 0,015 MeV. Berdasarkan analisis data, diperoleh hasil perhitungan energy partikel alfa untuk masing-masing peluruhan sebagai berikut
Nama
Energy (MeV)
Ra-226
3,15
Rn-222
3,75
Po-218
4,5
Po-214
4,8
Po-210
5,4
Tabel energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206
Berdasarkan , seperti yang terlihat pada grafik spektrum energy diatas pada titik 1 yang menunjukan Ra-226 didapatkan E= 1 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literature pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑋 100% 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟
1 − 3,15 × 100% = 68, 25 % 3,15 Pada titik 2 yang menunjukan Po-210 didapatkan E= 3,75 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahanny asebesar: 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑋 100% 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟
5,30 − 3.75 × 100% = 49,20 % 5,30 Pada titik 3 yang menunjukan Rn-222 didapatkan E= 4,5 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑋 100% 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟
5,48 − 4,5 × 100% = 31,11 % 5,48 Pada titik 4 yang menunjukan Po-218didapatkan E= 4,8 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 × 100% 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟
6 − 4.8 × 100% = 38,09 % 6 Pada titik 5 yang menunjukan Po-214 didapatkan E= 5,4 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar: 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 × 100% 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟
7,68 − 5,4 × 100% = 73,38 % 7,68 FWHM merupakan lebar “peak” pada setengah energy puncaknya. Resolusi energy radiasi alfa merupakan kemampuan system spectrometer energy radiasi untuk memisahkan antar energy radisai. Hal ini sangat penting karena dapat memberikan informasi seberapa valid informasi energy radiasi yang muncul dalam spectrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi yang kami peroleh dalam percobaan ini 52,85 %.
Adanya presentase kesalahan yang cukup besar disebabkan oleh faktor alat maupun faktor praktikan.
Selain itu, bisa juga
dari sumber radiasi yang sudah sering kali digunakan dalam
eksperimen, dan juga eksperimen hanya dilakukan sekali sehingga tidak sesuai dengan nilai literature yang sudah dilakukan eksperimen berkali.kali G. KESIMPULAN Dari eksperimen tersebut didapatkan bahwa: 1.Pada peluruhan inti turunan
226
Ra menjadi
Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-
206
masing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda 2. Berdasarkan analisis, diperoleh energy partikel tiap alfa tiap puncak dan presentase kesalahannya adalah :
Energy
Presentase
(MeV)
kesalahan
Ra-226
3,15
68,25
Rn-222
3,75
49,20
Po-218
4,5
31,11
Po-214
4,8
38,09
Po-210
5,4
73,37
Nama
3. Besarnya Resolusi Energi radiasi Am-241 sebesar 52,85 %
H. DAFTAR PUSTAKA Leybold, General Cataloque of Physics Experiments,1998. Federal Republik of Germany: Technical alterations reserved. Krane,keneth, Modern Physics, John WileySons,inc.,1992. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press). Tipler, Paul A dan Ralph A.Liewellyn.ModernPhysics. Fourth Edition.1933. New
