METODEPENGUKURAN CACAHLATARRENDAH DENGANDETEKTORGeCLi) Sudar~i, Bambang Supardiyono, Rill Isaris Pusa~ Penelilian Nuklir Yogyakarla ABSTRAK Telah dilakukan pengukuran cacah lat.ar rendah dengan sist.em an~ikoinsidensi desain sendiri sebagai det.ekt.or ut.ama dipakai GeCLi) jenis coaxial dengan volume akt.if 48,7 cm3, sedang sebagai pelindung ak~if anlikoinsidensi dipakai de~ek~or NaICTl) ~ipe sumur berukuran 4" x 4". Dalam sislem ini dipakai pula 'pelindung ~imbal berak~ivi~as rendah sebagai penahan radiasi sinar kosmis ~erhadap kedua deleklor. Dengan sis~em yang lelah dikonst.ruksi menggunakan peralalan di a~as, radiasi cacah lat.ar yang dica~a~ berhasil dilekan sampai 55 K ABSTRACT A low background counling has been measured by usin~ anlicoincidence sys~em. A coay.ial GeCLi) wilh 48.7 cm aklive volume is used as a main de~eclor, olherwise a well ~ype 4" x 4" NaICT1) is used as an aclive anlicoincidence shi el di ng. A low act.i vi ~y lead i's used as a shi el di ng of t.he whol e deleclor. By the above construcled sys~em, ~he wit.h measured background count.ing can be suppresed by 55 respect ~o ordinary system. Yo
I.
PENDAHULUAN
Di seki~ar fasililas nuklir selalu dilakukan moni~oring radioaklivilas lingkungan, agar lingka~ radiasi yang di~imbulkannya dapa~ lerdet.eksi secara dini. Sebelum ada pencemaran di sekitar fasilitas tersebul maka tingkat radiasi lingkungan sarna dengan radiasi lalar. Apabila lingkal radiasi lingkungan alau sampel yang diukur sedemikian rendahnya hingga ~idak jauh berbeda dengan cacah latar Cbackgr ound) dar i al a ~ yang di gunak an, maka kemungki nan besar akan menjurnpai kesulitan dalam inlerpreslasi dala yang diperol eh. 01 eh sebab i lu pengukuran semacam i ni memer1ukan sualu teknik khusus/cara tersendiri, sehingga cacah sampel dengan ak~ivi~as rendah lersebul lidak tenggelam dalam cacah la~ar. Dengan melode yang khusus ini rnaka cacah latar yang 390
391
menyumbang di dalam pengukuran,
baik yang berasal
dari
sinar
kosmis, sek~liling detektor, derau e1ektronik dapat ditekan serendah-rendahnya. Selain sistem alat itu sendiri yang mempengaruhi hasil pengukuran, juga. waktu pencacahan harus cukup lama, erisiensi pencacahan harus tinggi serta tingkat cacah latar harus ditekan serendah mungkin. Keuntungan sistem antikoinsiden dalam pencacahan latar rendah ini adalah dapat mengeliminasi sinar kosmis kuat yang masih lolos oleh perisai \adiasi luar (shielding), sehingga tingkat cacah latar dapat berkurang secara drastis. Sedangkan kerugiannya adalah lebih banyak peralatan yang digunakan "set up" kesel uruhan si stem termasuk peralatan bantu serta r angk ai an ak an 1ebi h r umi t dan memer1ukan ketepa tan pengDalam maka1ah ini juga akan aturan waktu ("timing" pulsa). dibahas teknik pengukuran serta berbagai masalah yang dihadapi. Akhirnya dibahas pula hasil-hasil pencacahan dan kesimpulan dalam percobaan yang telah dilakukan. II. SUMBER-SUMBER CACAHLATAR
Dalam pengukuran radioaktivitas cacah rendah, maka sumber cacah latar sangat berpengaruh di dalam menganalisa harus data yang diperoleh. Untuk itu sumber cacah 1atar diketahui dan kemudian dikurangi sekeci1 mungkin. Sumber cacah latar pada pokoknya dapat dibagi menjadi empat bagian. Pertama cacah latar yang disebabkan oleh sinar kosmis yaitu si nar kosmi s yang berenergi ti nggi, aki bat tumbukan dengan atmosfir di atas mengakibatkan terjadinya zarah-zarah baik yang bermuatan maupun yang tidak bermuatan. Radiasi yang dihasilkan oleh sinar kosmis tersebut, baik yang langsung maupun yang tidak langsung berinteraksi dengan detektor, dan ini akan merupakan sumber cacah latar yang utama dalam detek tor. Kedua, cacah 1a tar yang di sebabk an 01 eh adanya sumber-sumber disekitar pencacah yaitu .sumber-sumber yang sengaja diletakkan dekat alat pencacah. Ketiga sumbangan
392
cacah lat.ar yang disebabkan oleh kand'.lngan zat. radioakt.if dari bahan-bahan pemb'.lat. pencacah misalnya dari t.imbal penyerap at.a'.lp'.ln elekt.roda dari det.ekt.or it.'.l sendiri. Keempat., cacah lat.ar yang disebabkan oleh p'.llsa-p'.llsa pals'.l ("noise") yang berasal dari rangkaian elekt.ronik sist.em inst.r'.lmen it.'.l sendiri. III. CARA MENGURANGI
CACAH LATAR
S'.lmber cacah 'lat.ar t.idak dapat. dihilangkan sarna sekali t.et.api hanya dapat. dik'.lrangi melal'.li beberapa cara. Pert.ama mengg'.lnakan bahan-bahan yang memiliki akt.ivit.as rendah. Um'.lmnyayang dig'.lnakan sebagai bahan pemb'.lat. det.ekt.or dan penahan radiasi yang mempunyai akt.ivit.as rendah misalnya tembaga, baja dan timah hit.am. Cara yang kedua adalah penggunaan bahan penahan radiasi '.lnt.uk mengurangi radiasi yang berasal dari sumber di l'.lar det.ekt.or. Sumber-sumber di luar deleklor yang paling besar adalah sinar kosmis, yang perlu dilemahkan dengan membuat. perisai dari mat.erial .berat. misalnya digunakan timbal at.au t.embaga sehingga sinar kosmis dapat diserap at.au dikurangi secara maksimal. Cara yang keliga adalah memperbaiki kondisi, baik t.emperat.ur maupun Agar kelembaban udara di dalam ruangan pada bat.as normal. unjuk kerja alal pada kondisi opt.imal, r'.langan dipasang air Semua al at. pencacah yang condi t.i oni ng dan dehumodi f i er. mengg'.lnakan sumber t.egangan PLN, har'.ls digunakan st.abilisat.or sehi ngga dengan ber ubahanya t.egangan masukan, t.egangan kel uaran telap konst.an. Dengan cara t.erseb'.lt. di at.as maka cacah lat.ar yang disebabkan oleh derau elekt.ronik dapat. dikurangi. Cara keempat. adalah secara elekt.ronik dengan melode ant.ikoinsidensi yait.'.l sist.em pencacah yang memiliki det.ekt.or '.It.ama sebagai pencacah yang dilindungi oleh det.ekt.or '.lnt.'.lk sinar kosmis. Pulsa-pulsa dari kedua det.ekt.or t.ersebut. kemudian dicacah secara ant.ikoinsidensi, yait.u hanya pul sa-pul sa yang t.i dak bersamaan dat.ang, yang akan dit.eruskan dan dit.ampilkan oleh alat. pencacah.
393
IV. KONSTRUKSI Untuk
SISTEM PENCACAH
mereduksi
sistem peneaeah gunak an yang
sinar
ini dilindungi
mater ial
timbal
ber 1ak u sebagai
digunakan
kosmis,
kedua
perisai
dan
tembaga
pel indung
radiasi
pasi f .
seeara
t-erdiri dari
tembok
t-imbal yang
panjang dengan ukuran panjang 97,5 em dengan ketebalan
5
masi h
di1apisi
pada
85 em, lebar
1empengan
juga
dengan de-
empat
persegi
85 em dan t-inggi
Sedangkan
tembaga
it u
detekt-or ut-ama
berbentuk
Pb 7,5 em.
1uar
aktif mengguna-
antikoinsidensi
i
meng-
per isai
Disampi ng
Per sai 1uar yang tel ah ter pasang
dalam
dengan
sebagai
suatu eara dengan sistem pelindung
kan NaICT1) yang dirangkai tektor utama.
ti mbal
detektor
bagian
dengan
dalam
ketebal an
mm.
Penempatan
detektor
GeCLi)
terletak
aktif di atas. sehingga
permukaan
ditempatkan
bawah
di
perisai
dewar
timbal
Cperisai
detektor dan
pelindung
luar),
sintilasi
diletakkan
dudukan utama.
eair
t-imbal tersebut.
kosmis
100 em.
yang
digunakan
lolos
dari
pelindung
detekt-or
utama
denga
sedemikian
rupa
sehingga
tidak
memberati
sehingga
tegak
efisiensi
penempatan
perisai
aktif
atas
detektor
detektor lurus
ut-ama dan serta
peneaeahannya
dengan
4" x 4"
pelindung
tor GeCLi) sebagai detektor
eara
diberi detektor
det-ekt-or pel indung
jaraknya akan
dapat
Perisai
di
posisi
dengan
NaICT1) tipe sumur yang berukuran
Penempatan
dengan
sinar
bawah
nitrogen
timbal ini diberi kaki dengan ketinggian Untuk
di
seminim
lebih
t-idak sampai
mungkin
besar.
Dalam
membebani
detek-
utama.
V. CARA KERJ A $ISTEM Caeah disamping yang
latar
ditimbulkan
itu juga sumbangan
alin.
dengan
terutama
dua
Untuk ear a
dapat
yaitu
dari
mereduksi
dengan
oleh
radiasi
sumber-sumber sinar
membuat
kosmis,
eaeah
kosmis
1atar
digunakan
suat-u perisai
dari
394
material berat dan dengan melode elektronik sistem antikoinsidensi. Pulsa yang dihasilkan dari detektor pelindung sintilasi dikuatkan
NaICTl)
dilewalkan
suatu
penguat
awal,
oleh penguat ulama Clinieramplirier)
kemudian
dan selanjul-
nya masuk pada uni t TSCA sebagai masukan rangkai an koi nsidensi uni versal . Pulsa-pulsa dari detektor ulama sesudah lewal
penguat
masuk
ulama
rangkaian
pulse),
disamping
koinsidensi
masuk
TSCA
selanjutnya
gerbang Cgale Untuk lebih juga sebagai masukan MCA unluk dicacah.
jelasnya
cara
kerja
sistem
gambarkan
blok diagramnya
sebagai
yang
pulsa
pencacah
ini,
maka
dapal
di-
seperti pada gambar 1.
HV
Sumber regangan zS ±12 ±24
I 1
I I
Koinsiden
1
I I
~~ i I I I I I , I
Pulser
I
Delay
amp
Recorder
Gambar
1. Skema blok sistem pengukuran
ad c in ac
gerbang
! §J
cacah lalar rendah
395
Pulsa masukan MCAdari detektor utama dapat diterima dan di lampi 1kan pada 1ayar MCAhanya kal au pul sa ger bang anlikoinsidensi lidak lerjadi. Pulsa masukan MCAyang berasal dar i cacah sampel 1alar rendah. sesudah dar i penguat linier t.erlebih dahulu dit.eruskan ke "delay amplifier" unt.uk menunda pulsa yang dalang. Penundaan ini mempunyai maksud agar pul sa yang da t.ang dar i r angk ai an koi ns i d.ensi yang digunakan sebagai "gat.e", dalang bersamaan dengan pul sa dar i "delay amplifier" sebagai masukan ut.ama. Pengaturan pulsa ini dilakukan dengan menggunakan pulser sehingga akan mudah di dalam penepat.an. baik waktu tunda maupun tinggi amplitudo pulsa. Apabila ditinjau adanya sina, kosmis yang datang dan menyebabkan pulsa pada kedua detektor, maka sesudah diperkuat. oleh kedua penguat linier, pulsa yang berasal dari deteklor ulama (;eCLi) masuk pada sistem koinsidensi. Sedangkan pulsa dari detektor pelindung NaICTl) juga masuk pada sist.em koinsidensi sehingga akan ada keluaran dari rangkaian koinsidensi sebagai gerbang untuk sist.em MCA. Pada keadaan i lu pul a dar i detektor utama masuk ke MCA, karena pulsa gerbang pada MCA diset pada saklar antikoinsidensi maka pulsa masukan dari detektor utama tersebut tidak akan lercacah dan lert.ampil pada layar MCA. Sebaliknya apa bila sampel latar rendah mengenai detektor ut.ama saja, maka pulsa yang dilimbulkan akan masuk pada rangkaian koi nsi densi . Karena dar i detek tor pel i ndung NaICTl) ti dak ada pul sa kel uaran. maka kel uar an koi nsidensi ti dak akan ada. Dengan demikian tidak ada pulsa masukan unt.uk gerbang MCA, maka pul sa yang datang dar i detekt.or utama akan lercacah dan lert.ampil oleh layar MCA dan hasilnya dapat. direkam dalam rekorder. Jadi secara garis besar prinsip ant.ikoinsidensi adalah suatu sist.em rangkaian elekt.ronik yang hanya dapat. meneruskan pulsa-pulsa yang dat.ang secara lidak bersamaan, sedangkan apabila dat.angnya bersamaan maka gerbang dari sist.em ant.ikoinsidensi pada MCAakan bekerja, dan pul sa yang da t.ang dar i det.ek t.or ulama t.i dak akan t.er-
396
cacah.
Mekanisme
dari proses koinsidensi
dan antikoinsidensi
dapat digambarkan pada diagram waktu seperti pada gambar 2 berikut ini.
("timing
diagram")
V
2 pulsa kelu ar an 1 detektor
t V
keluaran
2.
kel u aran
1.
t V
-
I
I, V
II II IIII-I III I-
II I III II II
0
II
t
II II
I
I
~
keluaran koinsidensi
t
I
•
_____ . 0,--_0 :I __ I
,
[lJL,
I
:I
I
I
I I
I I I
I I
I
I
I
I
:
~
!I\ .
I: ~~~t.
VI: .
I
V
I
I
~
I
Gambar 2. Diagram waktu ("timing
I
keluaran anti koinsi den
I pulsa
1\
yang
dapa' MCA diterim.
diagram")
397
VI. HASIL PENGUKURAN Pengukuran
cacah
sampel
aLau cuplikan
laLar
dalam
maupun
meLode 2000
ukurannya
apapun.
Jadi
Lelah
deLik.
meLode
ini
dengan
meLode
Apabila
detik
hasil
cacq.h latar biasa
Secara
ke
dicoba
3000
dalam
dapaL
benar-benar
mengenai
dengan
4000
cacah detektor
kedua
inLerval
sinar
pengDengan
55 % karena
raLa-rata
sampai
dapaL
pencacah
detektor.
meLode
24 cpm.
masih
sebagaian
biasa
Hasil
sampai
tersebut
pelindung maka
dengan
latar
cacah
meLode dengan
sampai
adanya
hanya
deLik.
dikurangi
hasil
detektor
Lerukur
Pencacahan
raLa-raLa
apabila
demikian.
yang
baik
dan
dapaL
Leoritis
pengarnaLan Lanpa
berkali-kali
memberikan
baiki aLau diturunkan masuk
Limbal.
anLi koi nsi densi .
memberikan
54 cpm.
adalah
pelindung
anLikoinsidensi. waktu
laLar
diper-
GeCLi) dapaL
kosmis
besar
NaICT1).
sinar
sehingga
kosmis
Lidak
akan
diLeruskan oleh sisLem antikoinsidensi. yang selanjutnya tidak akan tercacah dalam MCA. Karena sifaL radioakLivitas yang random tor. begiLu
atau perubahan
inLensitasnya
tidak
sarna dalam
juga keLidaksLabilan
pengukuran
berubah-ubah
yang diizinkan. 3.
walaupun
yang mengenai waktu
yang
elekLronik.
masih
dalam
dapaL dilihaL
gambar spekLrumnya
Oalam pengukuran
biasa sebagai
alaL-alaL
Hasil pengukuran
dan Label 2. sedangkan gambar
sinar kosmis
Tabel 1. PengamaLan.laLar. WakLu latar cacah laLar 2000 meLode 1771 biasa 3622 2634 1213 1634 anLikoinsidensi 3000 4000 Cacah meLode 829 dengan No.
berbeda. maka hasil
baLas
ralaL
pada tabel 1
dapat dilihat
ini juga dilakukan
perbandingan.
deLek-
dengan
pada
meLode
GB.3
S PEl( T RUM
CAe A H
l
AT A R
_ DENGAN MET 0 DE ANTIKDINSIDENSI - TAN pA METODE ANTIKDINSIDENSI
40
Waktu
cacah:
4000
Detik
30
I
~ (J
~ (J
20
•
o
I 200
I
I
400
600
NOMOR KANAL
I 800
I 1000
399
Tabel 2. Pengamalan :Yo
)
koinsidensi
VI I.
lalar
dalam cpm
55,00 cacah lat.ar melode biasa runan melode C cacah ant.ilat.ar 54,00 25,51 cpm 53,00 53,00 cpm cpm24,00 54,00 prosent.ase penu25,00 cpm Cacah lalar :Yo
:Yo :Yo
KESI MPVLAN
Hasil pengukuran dengan met.ode ant.ikoinsidensi dapal disimpulkan
sebagai berikut. :
Dengan sislem pencacahan anlikoinsidensi dapal oleh
dikurangi cacah
sampai 55
lalar 54 cpm,
:Yo,
Dengan demikian
sedangkan
karena masih lenggelam
Vnl uk 1 ebi h mendapa lkan hasi 1 perlu diperhalikan hal-hal berikut. Delekt.or pelindungnya 1ebi h besar
cacah
selelah
lat.ar
biasa,
diper-
dengan
sist.em
24 cpm.
unluk sampel berakt.ivit.as lebih besar dari
pCi dapal leramali, sedangkan
lerdeleksi,
ini
dengan. melode
ini, cacah lalar dapal dilekan sampai
10,8
di alas
dar i
delekt.or ulama pelindung.
yang
lebih
dalam yang
1ebi h
bai k
delek t.or GeC Li),
t.ersebut. dapat. masuk
bahan-bahan
dan
belum
cacah lalar.
harus .mempunyai diameler
di amet.er
Harus menggunakan
kecil
pada
penahan
mak a
sumur
sehi ngga det.ekt.or
radiasi
yang mempunyai aklivit.as rendah. Oplimasi
dan kombinasi
bila dapal dilaksanakan,
dari
penyempurnaan
maka diharapkan
dapat. dilekan lebih rendah lagi.
di at.as apa-
t.ingkat.cacah lalar
400
UCAP AN TERI MA KASI H Dengan
ini
kepada
sdr.
sanaan
pengukuran
penulis
mengucapkan
Toto Tri Kasyono
atas
terima
bantuan
kasih
banyak
ide serta
pelak-
eksperimen ini sampai selesai.
ACUAN 1. Katalog
Canberra
edisi 7, "Canberra Industries, Inc." "Radiation Detection and 2. Glenn F. Knoll and John Wiley, Measurement" 3. J.M. Nielsen and R.W. Perkins, "Anticoincidence Shielded Multidimensional Gamma-ray Spectrometers for Low-level Counting", Proceedings Symposium Monaco, IAEA, 1967 4. NCRP Report No 58, "A Hand Book surements Procedur es", Febr. 1985
of
Radioactivity
Mea-
5. Geoffrey G. Eichholz and John W. Poston, "Principles of Nuclear Radiation Detection", Ann Arbor Science, Michigan
TANYA
JAWAB
1. Budiono Apa~ah
sudah pernah dicoba pada pengu~uran
biasa
hasitnya katau dibanding~an
tanpa mengeuna~an
radio-
?
a~tif unt~~ ~edo~teran n~tir - Bagaimana
pada
dete~tor
dengan
NaICTt~
metode
?
JAWABAN - Betum pernah, karena sistem teksi
radiasi
cacah
ini dirancang
rendah.
Sampet
tebi.h besar
dari. fO,8
sampet
yang
tebih kecit
karena
masih
Sudah
pernah
di.bandingkan,
pas ir
monasit
dan° has itnya pada
biasa
puncak-puncak
jetas,
sedangkan
dapat
pC I. dapat
tenggetam
tertihat
dari
pada
energinya
dengan
akt ivi tas
terdetel<>sI.sedangkan
itu betum
cacah
untuk mende-
dapat
teramati
tatar.
dengan meneeunakan me tode
tida~
sampet
s pek trome tr i
~etihatan
dengan
seteLah memakai metode antikoinsidensi
tebih jetas.
401
2. Arief R. - Preamptifier
yang dipa~ai
yang dieuna~an kedua preamp
~edua
jenis apa
dete~tor
tersebut
f?
berbeda
ditu~ar
tempat
f?
/1engapa
preamp
i
i
Baga mana j ~a
f?
JAWABAN - Untuk
dete~tor
tegangan,
NalCTL)
s'edang~an untuk
amp tipe sensitif kedua
detektor
berbeda. amp
ditukarkan
tida~ sesuai
nyebabkan
tidak
membentuk
pulsa.
preamp
detektor
muatan. tersebut
Bita
dipakai
Jenis
jenis sensi tif
GeCLi:> me~ai
preamp
mempunyai
berbeda
karena
~arakterist ik
tida~ bisa, karena
~arakterist i~ dari terjadi proses
pre-
katau pre-
detektor
peneumputan
yang
Man
muatan
meuntuk
3. Didi Gayani - Apa pertimbangan tidak sejenis
pemakaian
detektor
CNal dan GeLi:>
dan
petindung
yang
f?
JAWABAN - Detektor
utama
lebih baik.
dipakai De te~tor
dete~tor
GeCLi:> agar resotusinya
GeC L i:> tidak ada yang
Csumur:> sehingga
tidak bisa
sedangkan dengan bisa direncanMan.
memakai
melingkupi
detektor
t ipe wet t
detek.tor utama,
NalCTl:> hal
tersebut
