MODUL PRAKTIKUM EKSPERIMEN B.2.1. : Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D

MODUL PRAKTIKUM EKSPERIMEN B.2.1

TEAM PENYUSUN: 1. Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D. 2. Dra. A. A. Ratnawati, M.Si. 3. Dra. Ni Nyoman Ratini, M.Si 4. Ni Komang Tri Suandayani, S.Si., M.Si. 5. I.B. Suryatika, S.Si., M.Si. 6. Ni Luh Putu Trisnawati, S.Si., M.Si. 7. I Gusti Ngurah Sutapa, S.Si., M.Si. Kepala Lab Teknisi

: Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D. : I Ketut Artawan

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2010

Modul Praktikum B.2.1

1

KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas karunia dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan “Modul Pratikum Eksperimen B.2.1” ini. Modul ini diharapkan dapat menjadi panduan yang ringkas dalam bidang praktikum Eksperimen B.2.1, terutama untuk mahasiswa Fisika dan mereka yang berkecimpung dalam bidang radiasi. Isi buku ini meliputi tata tertib, tata cara praktikum, materi praktikum yang meliputi: Karakteristik Tabung Geiger Mullard, Waktu Resolusi Sistem Pencacah, Effisiensi Tabung Geiger Mullard, Kapasitas Dosis Ion oleh Sinar-X, Proteksi Radiasi oleh Sinar-X dan Effisiensi Tabung Geiger Mullard Pencacah-β. Melihat dari isinya, secara umum modul ini membimbing proses pelaksanaan praktikum, mulai dari pemahaman konsep dasar, tata cara pelaksanaan praktikum dan pencatatan data. Adalah harapan penulis agar “Modul Praktikum Eksperimen B.2.1” ini dapat memenuhi kebutuhan bagi penyelenggaraan mata kuliah tersebut serta dapat memberikan pengalaman yang sesungguhnya pada saat bereksperimen. Sehingga dapat menunjang mata kuliah-mata kuliah yang berkaitan dengan radiasi dan pengukurannya. Demi kesempurnaan Modul ini, penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang membangun. Akhirnya, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan Modul ini.

Desember, 2010 Penulis


2

DAFTAR ISI Hal Halaman Depan.....................................................................................................

i

Kata Pengantar......................................................................................................

ii

Daftar Isi................................................................................................................

iii

Tata Cara Dan Tata Tertib Praktikum…………………………………………………...............

4

I. Karakteristik Tabung Geiger Mullard (B.2.1.GM)…..……………………...........

9

II. Waktu Resolusi Sistem Pencacah (B.2.1.WR)…..………………………………...... 13 III. Effisiensi Tabung Geiger Mullard (B.2.1.ET)…………………………………..........

18

IV. Kapasitas Dosis Ion Oleh Sinar-X (B.2.1.KD)…………..……………..……………....

20

V. Proteksi Radiasi Sinar-X (B.2.1.PR-X)……....…………………………………….........

27

VI. Effisiensi Tabung Geiger Mullard Pencacah-β (B.2.1.ET).……………………..

34

Laporan Praktikum................................................................................................. 37 Daftar Pustaka........................................................................................................ 38


3

TATA CARA DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM Untuk kelancaran jalannya praktikum serta untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan, maka terlebih dahulu mahasiswa harus memperhatikan hal-hal yang berhubungan dengan petugas praktikum, pengelompokan mahasiswa, pelaksanaan praktikum, penyusunan laporan praktikum, dan tata tertib pelaksanaan praktikum.

I. PETUGAS-PETUGAS PRAKTIKUM Sesuai dengan latar belakang pendidikan, tugas dan profesinya, maka petugas praktikum dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok yang masingmasing mempunyai tugas dan tanggungjawab yang berbeda-beda. Petugas-petugas praktikum tersebut adalah:

1.1 Koordinator Praktikum/Kepala Laboratorium Bertugas sebagai berikut: 1. Memimpin penyelenggaraan seluruh kegiatan praktikum selama satu masa praktikum (satu semester). 2. Menetapkan dan mempersiapkan satuan-satuan praktikum. 3. Merencanakan dan menetapkan jadwal penggunaan laboratorium. 4. Menetapkan

pembagian

tugas

untuk

pengawas,

pembimbing

praktikum dan teknisi laboratorium.

1.2 Pengawas Praktikum Bertugas sebagai berikut: 1. Memimpin

penyelenggaraan

praktikum

untuk

satu

kelompok

praktikum selama satu semester. 2. Menyusun jadwal penyelenggaraan praktikum untuk masing-masing kelompok yang diawasi.


4

3. Memeriksa dan mengusahakan kelengkapan peralatan praktikum dengan bantuan teknisi laboratorium. 4. Melaporkan kepada koordinator praktikum tentang peralatan yang rusak atau pecah baik karena kadaluwarsa maupun karena kecerobohan/kelalaian mahasiswa. 5. Memimpin dan mengawasi pelaksanaan tugas pembimbing praktikum dan teknisi (memberi petunjuk/teguran seperlunya). 6. Mengumpulkan nilai pelaksanaan dan laporan praktikum dari pembimbing praktikum. 7. Membuat soal-soal evaluasi (ujian akhir) praktikum, memeriksa dan menetapkan nilainya. 8. Melaporkan nilai akhir praktikum mahasiswa kepada pengawas praktikum.

1.3 Teknisi Laboratorium Bertugas sebagai berikut: 1. Mempersiapkan tempat dan pralatan praktikum dengan petunjukpetunjuk dari koordinator praktikum. 2. Melayani mahasiswa dalam penyediaan peralatan dan bahan-bahan keperluan praktikum selama praktikum berlangsung. 3. Menyelenggarakan administrasi dengan petunjuk dari pengawas praktikum dan koordinator praktikum.

II. PENGELOMPOKAN MAHASISWA 2.1. Mahasiswa dari satu kelas yang terdiri dari 10-20 orang dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok pagi (pukul 80.30 – 10.00 Wita) dan kelompok siang (pukul 11.00 – 12.30 Wita). 2.2. Kelompok praktikum yang terdiri dari sekitar 5-10 orang dibagi menjadi 3 sub kelompok praktikum sehingga masing-masing terdiri dari 2-4 orang.


5

2.3. Mahasiswa yang terdiri dari 2-4 orang setiap sekali praktikum melakukan satu jenis percobaan sesuai dengan jadwal yang ditentukan oleh pengawas praktikum. 2.4. Selama satu semester dijadwalkan enam sampai sembilan satuan praktikum.

III. PELAKSANAAN PRAKTIKUM 3.1. Sebelum melaksanakan praktikum mahasiswa wajib mempelajari penuntun praktikum dengan sebaik-baiknya (pelajari sesuai dengan jadwal) 3.2. Sebelum praktikum dimulai, mahasiswa diabsen oleh petugas praktikum. Mahasiswa yang berhalangan hadir : a. Karena sakit harus menyampaikan surat keterangan dokter. b. Karena halangan mendadak, harus menyampaikan alasannya secepatnya/sebelum praktikum dimulai. c. Karena halangan yang direncanakan, mahasiswa harus minta izin kepada pengawas praktikum satu minggu sebelum praktikum dimulai. d. Penggantian kesempatan praktikum hanya diberikan satu kali saja dan jadwal ditentukan oleh pengawas dan pembimbing praktikum. 3.3. Alat-alat praktikum yang tidak terdapat pada meja praktikum yang sudah disiapkan, mahasiswa harus meminjam kepada petugas/teknisi dengan mengisi bon peminjaman alat serta dibubuhi tanda tangan peminjam atas persetujuan pembimbing praktikum. Setelah selesai praktikum,

alat-alat

yang

dipinjam

dikembalikan

kepada

petugas/teknisi dan bon peminjaman alat dikembalikan pada peminjam. 3.4. Peralatan praktikum disusun sendiri dengan berpedoman pada buku penuntun praktikum. Bila alat-alat sudah tersusun dan siap untuk


6

mulai praktikum, periksakanlah terlebih dahulu kepada pembimbing praktikum (terutama peralatan yang memakai listrik). Selama praktikum berlangsung, mahasiswa dapat meminta petunjuk dan bantuan pembimbing praktikum. 3.5. Selama praktikum mahasiswa hanya melakukan pengamatan dan pencatatan data, tidak melakukan perhitungan atas data yang diperoleh. Pada akhir praktikum data hasil pengamatan dicatat dalam satu lembar,” Laporan Pengamatan”, yang memuat hanya data pengamatan saja. Sebelum diserahkan kepada pembimbing pada bagian bawah kanan diberi tanggal dan nama pembimbing untuk kemudian disyahkan untuk nanti dilampirkan pada laporan praktikum. 3.6. Dari

data

pengamatan

tersebut,

pembimbing

harus

dapat

mengetahui apakah praktikum sudah dilakukan dengan benar atau tidak. Dalam hal ini pembimbing dapat mengambil keputusan sebagai berikut: a. Bila sudah benar pembimbing menerima dan menandatanganinya dan praktikum dianggap selesai. b. Apabila kurang maka harus diperbaiki bila waktunya masih ada dan bila waktunya sudah habis maka harus ditambah pada jam praktikum berikutnya atau waktunya ditentukan kemudian. c. Apabila

praktikum

dianggap

gagal

maka

harus

diulang

seluruhnya pada waktu yang ditentukan.

IV. TATA TERTIB DALAM LABORATORIUM 4.1. Selama praktikum mahasiswa wajib berlaku sopan dan tidak diperkenankan: a. Merokok. b. Bersuara keras atau berbuat gaduh. c. Membawa tas, jaket, senjata tajam dan senjata api.


7

d. Melakukan kegiatan lain yang tidak berhubungan dengan kegiatan praktikum yang sedang berlangsung. 4.2. Alat-alat yang rusak selama praktikum berlangsung yang terjadi karena kesalahan atau kelalaian mahasiswa menjadi tanggung jawab mahasiswa/kelompak yang bersangkutan. Alat-alat tersebut harus diperbaiki/diganti dengan biaya dari mahasiswa/kelompok selambatlambatnya satu minggu berikutnya.


8

1. KARAKTERISTIK TABUNG GEIGER MULLARD (B.2.1. KT) I. Tujuan Setelah melaksanakan eksperimen ini, praktikan diharapkan dapat: (a) Menentukan tegangan threshold tabung Geiger Mullard (b) Menentukan panjang plateau (c) Menghitung karakteristik slope

II. Alat-alat (a) GM – Tube Mulard (b) Marris Sealed Radioactive Source ( Ra – 226, Cs – 137, Am – 241) (c) Statif dan Klem (d) Kabel koaksial dan Soket (e) Sumber tegangan listrik AC -220 V.

III. Dasar Teori Tabung- GM adalah tabung lucutan berbentuk silinder tipis yang berfungsi sebagai katode dengan kawat koaksial sebagai anode. Di dalamnya berisi gas mulia Argon bertekanan rendah di tambah dengan halogen atau uap organik yang juga bertekanan

rendah

untuk

menghentikan

terjadinya

lucutan.

Bila

kedua

elektrodenya diberikan tegangan yang sesuai, maka masukan partikel α , β, atau foton γ ke dalam tabung menyebabkan terjadinya peristiwa ionisasi pertama yang menghasilkan pulsa-pulsa tegangan. Pulsa – pulsa tegangan ini dapat dicatat oleh tabung sinar Katode, Scaler, Elektroskope Pulsa, atau yang lainnya yang kesemuanya berbeda satu sama lainnya tergantung pada tegangan kedua elektrodenya. Jika tegangan antara kedua elektrodenya sangat rendah maka arus ionisasi yang dihasilkan sangat kecil sehingga perlu penguatan yang tinggi; tetapi jika tegangannya dinaikkan maka energi electron – electron yang dibebaskan dalam ionisasi menjadi cukup besar untuk mengionisasi atom – atom netral gas.


9

T e g a n g a n Geiger threshold

K e l u a r

0

C B

B

Plateau Slope

Geiger Plateau

A1

A

B1 Applied Voltage/V

Gambar 1.1 Karakteristik Tabung Geiger Muller.

Elektron – electron yang dihasilkan dalam benturan – benturan ini akan menimbulkan ionisasi lebih lanjut, dan demikian seterusnya. Proses – proses ini dikenal sebagai penguatan gas, yang berarti besar pulsa tegangan yang timbul dalam rangkaian luar akan naik dengan naiknya teganagn kedua elektrodenya. Hal ini ditunjukan oleh AB dalam grafik Gambar 1.1, dan dikenal sebagai daerah proporsional. Kenaikan tegangan selanjutnya akan menaikkan penguatan gas/elektron – elektron ionisasi memancar sepanjang kawat anode. Pulsa yang timbul sekarang hampir horizontal (B – C) disebut Plateau Geiger yang digunakan dalam penghitungan Geiger Muller. Dengan menaikkan tegangan di atas C menyebabkan lucutan terus – menerus sehingga tabung menjadi panas. Tabung – GM yang normal beroperasi pada tegangan kira – kira 75 Volt di atas thresholg Geiger di B, dan besar plateau kira – kira 200 Volt. Plateau tabung – GM tidak pernah datar, penyimpangan dari keadaan ideal diukur sebagai persentase kenaikan tegangan pulsa per volt perubahan dalam tegangan operasi. Untuk tabung yang konstruksinya baik adalah kurang dari 0,1 %.


10

IV. Pelaksanaan Percobaan

a. Susunlah perangkat alat seperti Gambar 1.2,

GMtube Kabel Koaksial

Sumber

Digicounter

Gambar 1.2. Diagram blok percobaan “Karakteristik Tabung Geiger Mullard”.

b. Hubungkan Digicounter pada sumber tegangan listrik AC – 220 V, kemudian MAINS di atur pada ON untuk memanaskan peralatan selama 5 menit. c. Putarlah tombol tegangan sampai Digicounter menunjukkan hitungan. d. Catatlah tegangan tersebut, dan catat pula count-rate-nya tiap 100 detik berurutan, kemudian rata-ratakan. e. Ulangi langkah kerja (d) tiap menaikkan tegangannya 20 V hingga mencapai threshold (600 V). f. Ulangi lagi langkah kerja (e) untuk tiap kenaikkan – tegangan 40 V.

HENTIKAN PEKERJAAN INI SETELAH TERLIHAT KENAIKKAN COUNT RATE BESAR SEKALI.


11

V. Tugas 1. Buat grafik karakteristik tabung Geiger Mullard! 2. Buat kesimpulan terhadap data percobaan yang telah diperoleh!

DATA HASIL PENGAMATAN Tabel 1. Count rate dengan kenaikan tegangan setiap 20 V. No. Tegangan (V)

Waktu (s)

1

V1

100

2

V2 = V1 + 20

100

3

V3 = V2 + 20

100

4

.

.

.

.

.

.

Vn = 600 = Vn-1 + 20

Count

Count rate (cacah/100 s)

100

Tabel 2. Count rate dengan kenaikan tegangan setiap 40 V. No. Tegangan (V)

Waktu (s)

1

V1

100

2

V2 = V1 + 40

100

3

V3 = V2 + 40

100

4

.

.

.

.

.

.

Vn = 600 = Vn-1 + 40


Count

Count rate (cacah/100 s)

100

12

2. WAKTU RESOLUSI SISTEM PENCACAH (B.2.1.WR) I. Tujuan Setelah melaksanakan eksperimen ini praktikan diharapkan dapat: (a). Mengenal dead – time sistem pencacah (b) Mengenal recovery – time sistem pencacah (c) Menentukan laju cacahan bersih seharusnya (d) Menentukan rata – rata perbedaan laju cacahan yang tercacah di sistem pencacah.

II. Alat – alat (a) GM – Tube Mullard (b) Harris Sealed Radioactive Source (c) Statif dan Klem (d) Kabel Koaksial dan Soket (e) Sumber Tegangan listrik AC – 220 V.

III. Teori Dasar Ion – ion yang terjadi dalam tabung – GM sebagai akibat partikel radiasi pertama akan mengurangi kuat medan listrik pada kawat anode. Oleh sebab itu partikel radiasi kedua yang masuk ke dalam tabung pada saat itu tidak cukup kuat untuk dapat membentuk pulsa. Selang waktu dimana tidak ada pulsa yang dapat terbentuk (akibat pulsa radiasi pertama), disebut waktu mati (dead time). Sedangkan selang waktu untuk kembali ke keadaan semula, yaitu peka lagi untuk dapat terbentuk pulsa yang teramati, Setelah dead time, disebut waktu pembentukan kembali (recovery time). Akibat adanya dead time dan recovery time, maka partikel – partikel radiasi yang masuk ke dalam tabung – GM, selama dead time dan recovery time tidak akan tercatat, sehingga menimbulkan hilangnya cacahan (ada partikel masuk ke dalam tabung – GM tetapi tidak tercacah). Dead


13

time dan recovery time disebut waktu resulusi (resolving time). Resolving time dapat diartikan sebagai selang waktu satu cacahan sampai cacahan berikutnya, yang mungkin teramati. Jika ion – ion positif sampai pada katode kemungkinan terjadilah peristiwa terpancarnya foton dari atom – atom gas dalam tabung gas yang dapat bersifat sebagai pengion juga. Gas quenching yang ada dalam tabung – GM bersama – sama gas mulia berfungsi untuk menghindari terjadinya foton pengion ini. Dengan demikian pulsa yang terbentuk dan kemudian tercacah semata – mata berawal dari ionisasi primer akibat datangnya partikel / foton dari luar. Adanya waktu resolusi pad system pencacah bersama tabung-GM menyebabkan laju cacahan yang diperoleh akan lebih kecil dari laju cacahan yang seharusnya ada (laju cacahan = cacahan tiap satuan waktu). Untuk mendapatkan laju cacahan seharusnya perlu ditentukan lebih dahulu resolving time kemudian digunakan untuk mengoreksi laju cacahan yang terbaca, koreksi ini menjadi penting terutama pada laju cacahan yang cukup tinggi. Resolving time merupakan karakteristik dari sistem pencacah, karena makin kecil resolving time sistem pencacah makin baik untuk mencacah pada laju cacahan yang tinggi.

Selang tak peka

Pulsa yang tak tercacah Pulsa - pulsa yang tingginya kurang dari batas ambang, tidak akan tercacah

Pulsa ke-1 Dead time

Recovery time

Pulsa ke-2 yang tercacah

-V

Gambar 2.1 Hubungan dead time, recovery time dan resolving time.

Misalkan N = laju cacahan yang seharusnya, n = laju cacahan yang tercacah, dan  = resolving time, maka jika sistem pencacah menunjukkan laju cacah sebesar n, berarti per satuan waktu ada selang waktu sebesar n dimana sistem pencacah


14

tidak dapat mencacah. Hal ini berarti bahwa yang tidak tercacah adalah Nn cacahan per satuan waktu (laju cacahan tidak tercacah).

Laju cacahan yang tidak tercacah adalah N – n, jadi N – n = Nn, sehingga laju cacahan seharusnya adalah:

N1 

n1 1  n

(2.1)

Misalkan sumber S – 1 pada suatu kondisi tertentu dicacah menghasilkan laju cacahan n1 , maka laju cacahan seharusnya adalah :

N1 

n1 1  n1 

(2.2)

Misalkan sumber S – 2 ditambahkan di samping sumber S – 1 tanpa mengubah kondisinya kemudian dicacah menghasilkan laju cacahan n12 , maka laju cacahan seharusnya adalah :

N1, 2 

n1, 2 1  n1, 2 

(2.3)

Jika kemudian sumber S – 1 diambil dan sumber S – 2 tanpa diubah kondisinya dicacah dan menghsilkan n2 maka laju cacahan seharusnya adalah:

N2 

n2 1  n2 

(2.4)

Oleh karena N12  N1  N 2 , dan dengan pendekatan  2 << 1, maka akan diperoleh

 

n1  n2  n1, 2 2  n1 n2

(2.5)

IV. Cara Kerja (a). Letakkan Tabung – GM pada statif dengan jendela menghadap ke bawah, Gambar 2.2. (b). Sebelum Digicounter dihubungkan dengan sumber listrik terlebih dahulu perhatikan bahwa semua tombol dalam keadaan OF dan posisi tombol tegangan pada – nol.


15

(c). Setelah Digicounter dihubungkan dengan sumber listrik aturlah MAINS pada posisi ON kemudian tunggu 5 menit untuk memanaskan peralatan. (d). Aturlah waktu cacahan 100 sekon, kemudian cacatlah hasil pengamatannya pada daftar yang telah disediakan. (e). Letakkan sumber Cs–137 sebagai sumber S–1 di tempatnya 15 cm vertical di bawah tabung (yakinkan bahwa jendela tabung tepat 15 cm di atas titik A pada sumber S – 1) . (f). Cacahlah sumber S – 1 sebanyak 10 kali dan catatlah hasil pengamatannya pada daftar yang telah disediakan ( n12 ). (g). Letakkan sumber Ra – 226 sebagai sumber S-2 di samping sumber S-1, kemudian cacahlah kedua sumber S – 1 dan S – 2 sebanyak 10 kali dan catatlah hasil pengamatan pada daftar yang telah disediakan ( n12 ). (h). Ambillah sumber S – 1 dan biarlah sumber S – 2 di tempatnya kemudian cacahlah 10 kali dan catatlah hasil pengamatanya pada daftar yang telah disediakan ( n12 ). (i). Ulangi langkah (e) sampai dengan (h) tetapi dengan jarak tabung – Digicounter 25 cm. (j). Catatlah nomor dan jenis tabung – GM serta nomor dan jenis Digicounter, catat pula aktivitas dan jenis sumber S – 1 dan S – 2.

V. Tugas (a) Isilah kolom cacahan rata-rata pada daftar hasil pengamatan. (b) Hitunglah resolving time sistem pencacah dari daftar hasil pengamatan dan hitung pula resolving time rat – rata. (c) Berapakah laju cacah seharusnya ( N1 , N12 , dan N 2 ). (d) Berapakah perbedan persentase rata – rata laju cacah yang tercacah dalam system pencacah.


16


Sumber

Digicounter

Gambar 2.2 Diagram blok percobaan “Waktu Resolusi Sistem Pencacah”.

DATA HASIL PENGAMATAN Yang dicacah ( d = 15 cm ) Back Gruond

Cacahan perseratus detik

Laju cacahan rata-rata

Cacahan perseratus detik

Laju cacahan rata-rata

Sumber S-1 Sumber S-1 + S-2 Sumber S-2

Yang dicacah ( d = 25 cm ) Back Gruond Sumber S-1 Sumber S-1 + S-2 Sumber S-2


17

3. EFESIENSI TABUNG-GM (B.2.1.ET) I. Tujuan Setelah melaksanakan eksperimen ini diharapkan mahasiswa dapat menentukan efesiensi Tabung-GM

II. Alat-Alat (a). Tabung-GM (b). Sumber radiasi Am-241, Ra-226, Cs-137 (c). Standar dan klem (d). Kabel dan soket (e). Sumber Listrik (f). Mistar

III. Dasar Teori Jika luas permukaan jendela tabung-GM A cm2 dan diletakkan sejauh d cm dari sumber radiasi, maka partikel radiasi yang dapat masuk ke dalam tabung adalah A/(2d2) bagian. Jumlah disintegrasi yang dialami oleh 1 Ci sumber radiasi persekon adalah 3,7 x 1010. Maka untuk 5 Ci sumber radiasi adalah 5 x 3,7 x 104 dis/s. Partikel radiasi yang masuk kedalam tabung adalah:

A x 5 x 3,7 x 10 4 dis / s 2 2 d

(3.1)

Jadi effesiensi tabung-GM untuk pencacah adalah



 =

Jml.ionisasi yang tercacah pada tabung dalam waktu tertentu Jml. Partikel radiasi yang masuk pada tabung dalam waktu yang sama

N A 2  d2

x 5 x 3,7 x 10 2

(3.2)

…………………..%


18

IV. Cara Kerja (a). Aturlah alat-alat seperti Gambar 3.1. (b). Hubungkan digicounter pada sumber listrik (c). Aturlah MAINS pada ON dan tunggu 5 menit (d). Letakkan sumber radiasi sejauh 5 cm vertikal di bawah jendela tabung (f). Simpanlah sumber radiasi di tempat yang aman (g). Catatlah laju cacahan back ground (n) (h). Koreksilah harga N tersebut dengan back ground dan resolving time (N1) (i). Hasil pengamatan: d = ……………………………………………cm N = ……………………………………………..c/dt n = ……………………………………………..c/dt N – n = ………………………………..………..….c/d N1 =  ( N – n ) = …………………………..……………….. c/d

(3.3)

V.Tugas Dari data hasil pengamatan, hitunglah berapa % effesiensi tabung-Gm!


Sumber

Digicounter

Gambar 3.1. Diagram blok percobaan Efisiensi Tabung GM.


19

4. KAPASITAS DOSIS ION OLEH SINAR-X (B.2.1.KD) I. Tujuan Mempelajari karakteristisk ionisasi udara oleh sinar – X pada ruang di antara dua plat kapasitor, yaitu bagimana ketergantungan arus ionisasi Ik terhadap: a). Tegangan kapasitor Uk dari ruang ionisasi b). Arus emisi Iem dari tabung sinar – X c). Tegangan anode UA pada tabung sinar – X

II. Alat-Alat 1 Pembangkit sinar – X, 42 KV

55490/94

1 Kapasitor plat

55491

1 I – Amplifier D

55200

1 Transformer tegangan rendah S

59105

1 Multimeter (30 V) 1 Voltmeter (3 V) Kabel – kabel penghubung 1 alat pencacah (counter P)

57545

III. Dasar Teori Sinar – X merupakan radiasi elektromagnetik energi tinggi. Jangkauan spectrum elektromagnetik adalah dari beberapa kV hingga mencapai ratusan kV. Istilah sinar – X pada umumnya hanya dibatasi pada radiasi yang terjadi akibat adanya interaksi elektron cepat dan bahan. Radiasi sinar – X dihasilkan pada saat suatu bahan ditembaki secara terus-menerus dengan elektron – elektron cepat. Karena pengaruh inti, elektron cepat tersebut mengalami perlambatan dan kehilangan energi, yaitu ditransformasikan ke dalam bentuk foton (sinar – X). Sinar – X yang terbentuk dengan cara demikian disebut “sinar – X Bremsstrhlung” dan memiliki energi paling tinggi sama dengan energi kinetik partikel bermuatan saat


20

terjadinya perlambatan, dan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan berupa spektrum kontinu. Sebuah kuantum sinar – X frekuensi maksimum dihasilkan jika elektron kehilangan energi kinetiknya. J =

Q m

(4.1)

Dimana: J disebut sebagai dosis ion dan diukur dalam satuan As kg–1. Q merupakan total muatan dari semua ion yang dihasilkan oleh radiasi. Di udara, diperlukan 34 eV untuk menghasilkan ion. Hubungan dosis dengan waktu irradiasi Δt disebut kapasitas dosis ion, j: j =

J t

(4.2)

Definisi dosis ion atau kapasitas ion adalah mengacu pada udara kering dengan suhu 00 C pada tekanan atmosfer 1013 mbar. Dari definisi (4.1), dapat digunakan metode pengukuran: sebuah ruang dengan volume udara tertentu V bermassa m di-ionisai oleh radiasi. Sejumlah muatan yang dihasilkan diukur dan dihubungkan pada massa teriradiasi di udara m. Jika udara yang teradiasi ditempatkan di antara kepingan kapasitor, ion – ion tergambar sebagai arus ionisasi I oleh tegangan pada keping. Jika tegangan pada kapasitor, Uk cukup besar, maka seluruh ion akan mengalir sebagai arus maksimum Imax. Muatan yang dihasilkan dalam volume V teriradiasi dalam waktu Δt dapat dihitung dari Imax: Q + Imax . Δt

(4.3)

Massa m dari udara teradiasi dapat dihitung dari volume udara V teriadiasi pada kapsitor dan kerapatan udaranya: m = V. udara

(4.4)

Sehingga untuk dosis ion diperoleh: J=

I max . t V.  udara


(4.5)

21

Dan kapasitas dosis ion j=

I max V.  udara

(4.6)

IV. Pelaksanaan Percobaan 4.1. Praktikum I: karekteristik kapasitor: menentukan arus inonisasi I sebagai fungsi tegangan kapasitor Uk. 1. Rangkailah peralatan seperti gambar di bawah. 2. Operasikan pembangkit sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi ON. 3. Putar pengatur waktu (f) pada posisi > 30 menit. Gambar 4.1. Rangkaian peralatan untuk menentukan kapasitas ionisasi oleh sinar – X 4. Atur tinggi tegangan UA (h) sesuai dengan kebutuhan maksimum 42 KV (level 8). 5. Atur arus I (i) sesuai dengan kebutuhan arus emisi Iem maksimum 1 mA. 6. Naikkan tegangan di antara keping kapasitor Uk dari 0-250 V.

Gambar 4.1. Rangkaian peralatan untuk menentukan kapasitas oleh ionisasi sinar-X.


22

7. Baca arus ionisasi I melalui alat ukur (j) untuk setiap kenaikkan tegangan kapasitor Uk

Tegangan Uk

Arus Ionisasi (I)

8. Buatlah grafik I sebagai fungsi Uk: I = f (Uk) 9. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari ekperimen ini?

4.2. Praktikum II: Arus ionisasi I sebagai fungsi arus emisi I em 1. Perhatikan Gambar 4.1, hubungkan alat ukur (a) dengan daerah ukur 1 mA pada pasangan socket (e) untuk mengukur arus emisi Iem. 2. Atur daerah pengukuran pada amplifier 10-9 A pada saat petunjuk 3V 3. Pilih tegangan kapasitor Uk > 100 V, tengangan UA konstan pada level 8. 4. Naikkan arus emisi Iem dengan mengatur tombol (i) dari 0,1 mA – 1 mA. 5. Ukur sebesar arus ionisasi I melalui alat ukur j untuk setiap kenaikan arus emisi

Arus emisi (Iem)

Arus Ionisasi (I)

6. Membuat grafik I = f (Iem) 7. Lakukan analiasi dan berikan kesimpulan!


23

4.3. Praktikum III: Arus ionisasi I sebagai fungsi tinggi tegangan operasi UA. 1. Perhatiakan Gambar 4.1, hubungkan alat ukur (a) (pengukuran sampai pada 30 V ~) pada pasangan socket (d). Dalam hal ini UA =

2 103 U adalah tegangan

yang terbaca pada alat ukur (a). 2. Atur tinggi tegangan melalui tombol (g) dari level 1-8 (mulailah dari level 8) 3. Baca tegangan pembanding U pada alat ukur (a) untuk setiap kenaikan level. 4. Baca arus ionisasi I pada alat ukur (j) untuk setiap kenaikan level.

Level

Tegangan U

Arus Ionisasi

Dalam satu tumbukan, Bremsstrahlung mempunyai frekuensi Cut-off fE yang diberikan oleh tegangan pemercepat UA: E UA = h fg (Hukum Duane – Hunt)

(4.7)

Beberapa elektron cepat dapat mneyebabkan terpentalnya elektron dari dalam orbital bagian dalam atom sehingga menghasilkan hole. Hole yang dihasilkan tersebut akan diisi kembali oleh elektron dari kulit yang lebih luar. Pada saat pengisian tersebut elektron meradiasikan sinar – X. Dalam proses ini, dihasilkan sinar – X dengan panjang gelombang tertentu tergantung pada asal elektronnya. Oleh karena itu menghasilkan spektrum garis dan dikatakan bahwa radiasi sinar – X tersebut adalah radiasi karakteristik. Pada prakteknya, radiasi sinar – X dihasilkan di dalam tabung hampa udara. Elektron – elektron dikeluarkan oleh katoda (filamen yang dipanaskan) dan dipercepat menuju anoda (target) oleh tegangan tinggi U A.


24

Bila sinar – X datang pada suatu medium maka dapat terjadi interaksi dengan partikel di dalam medium. Pada saat interaksi terjadi, ΔW, energi sinar – X digunakan untuk mengionisasi bahan dan energi dari sinar – X kemudian diserap ke dalam bahan.

Jika m adalah massa bahan yang

terirradiasi, maka hasil bagi dari; K

W m

(4.8)

Didefinisikan sebagai dosis energi dan dikur dalam satuan J/kg atau sama dengan dosis yang diserap yaitu 1 gray (1 Gy), diamana Gy = 1 J/Kg. Satuan yang lebih sering digunakan untuk dosis yang diserap adalah 1 rem = 10-2 Gy. Secara langsung, eksperimen untuk menetukan dosis serap sangatlah kompleks. Hal ini akan lebih mudah untuk menentukan kualitas muatan dari satu kutub yang dihasilkan dengan radiasi pengganti dari energi yang diserap ΔW. 5. Kemudian semua tombol pada posisi minimum. Matikan tegangan tinggi UA dengan menekan tombol h. Kemudian membawa tombol c ke posisi off. 6. Tentukanlah volume udara teriradiasi sbb: Ambil kapasitor, kemudian tentukan jarak d, I0, I1, panjang a dan b tegak lurus diafragma. Lihat Gambar 2. Hitunglah volume V=



h G0  3

G 0 . G1  G1



(4.9)

Dengan Go = a0b0, a0 = lebar; b0 = tinggi  permukaan atas G1 = a1 b1, a1 = lebar; b1 = tinggi  permukaan dasar H = I1 - I0 Atau V=

I1 - I 0 . a . b ( I 02 + I0 + I1 + I12 ) 2 3d

(4.10)

7. Hitunglah kapasitas dosis ion: j =

I max V.  udara

8. Lakukan analisis dan berikan kesimpulan.


25

Gambar 4.2. Gambar skema dari volume udara teriradiasi yang berada di dalam kapasitor (identified by the dotted area).


26

5. PROTEKSI RADIASI SINAR – X (B.2.1.PR-X)

I. Tujuan a. Tujuan eksperimen ini adalah untuk mempelajari sifat – sifat interaksi radiasi sinar – X dengan berbagai material dengan energi ikat yang berbeda dan kemampuan tembus sinar – X. b. Menentukan bahan untuk tujuan proteksi

II. Alat-alat a. Pembangkit sinar – X

55490/94

b. Pencacah, Counter P

57545

c. End – window counter untuk sinar – X

55905

d. Material absorber dengan ketebalan yang berbeda e. Material absober dari material bilangan atomik Z yang berbeda f. Pencatatan waktu g. Volt meter

III. Dasar Teori 3.1. Nilai tebal paro (HVL = Half Value Layer) Apabila radiasi elektromegnetik seperti sinar–X, sinar-γ menembus suatu bahan, maka sebagian dari radiasi tersebut diserap oleh bahan. Sebagai akibat intensitas radiasi setelah melewati bahan berkurang, tetapi energi dari radiasi yang lewat tersebut tidak berkurang. Ini menandakan adanya interaksi antara bahan dan radiasi. Interaksi radiasi dengan bahan secara kasar digambarkan dalam bentuk absorbsi radiasi oleh suatu bahan. Secara teoritis absorbsi radiasi oleh bahan digambarkan oleh persamaan: I = Io e –μd


(5.1)

27

Dengan Io adalah intensitas radiasi yang datang; I adalah itensitas radiasi setelah melewati material dengan ketebalan d dan μ adalah koefisien absorsi linier bahan. Nilai μ adalah tergantung pada nomor atom penyusun bahan dan energi radiasi. Karena laju cacahan adalah berbanding lurus dengan intensitas radiasi maka persamaan di atas dapat digunakan untuk mencari besar koefisien absorsi linier suatu material.

-d-

I

I0

Gambar 5.1. Penurunan intensitas radiasi oleh bahan dengan ketebalan d.

Jika intensitas radiasi setelah melewati material dengan ketebalan tertentu misalnya D adalah setengah dari intensitas radiasi yang datang, maka ketebalan D disebut dengan “nilai tebal paro” (HVL = Half Value Layer) = D. Secara matematis dengan menggunakan pers. (5.1) tebal paro dapat diungkapkan sebagai D ( HVL) 

0,693



(5.2)

Konsep ini sangat penting dalam pembicaraan proteksi radiasi. Persamaan 5.2 sangat berguna untuk menghitung dengan cepat tebal lapisan pelindung radiasi yang diperlukan untuk mengurangi inetsitas radiasi hingga pada level tertentu. Misalnya untuk mengurangi intensitas setengah dari intensitas semula diperlukan lapisan pelindung setebal HVL, untuk mengurangi intensitas radiasi sampai pada seperdelapan dari semula diperlukan lapisan pelindung setebal 3 HVL. Dengan nilai tebal paro ini besar intensitas radiasi seletah melewati material pada ketebalan tertentu, d dapat dihitung dengan persamaan:


28

1 I = I0   2

n

(5.3)

Dengan n = d / HVL

Sering juga digunakan nilai tebal sepersepuluh (THL = Tenth Value Layer), yaitu lapisan tebal pelindung yang diperlukan untuk menurunkan intensitas radiasi menjadi 1/10 dari semula. Dalam hal ini berlaku hubungan, THL = THL 

2,303

(5.4)



Dan

1 I = I0    10 

m

(5.5)

Dengan m = d / THL

IV. Pelaksanaan Percobaan Rangkailah peralatan seperti Gambar 5.2.

(a)


29

(b) Gambar 5.2 Setup to record the breaking spectrum as a function of high voltage.

1. Terlebih dahulu tempatkan material absorber (aluminium) dengan ketebalan yang berbeda pada pemegang sampel G dan kemudian masukkan pada lubang yang berhubungan dengan pengaruhnya (berada pada bagian belakang) peralatan I pada posisi 0 mm. 2. Arahkan salah satu material absorber ke arah datangnya sinar – X (A) (kolimator) dengan memutar pengarah yang berada pada bagian belakang peralatan sinar – X. 3. Operasikan peralatan sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi O. 4. Pilih tinggi tegangan UA (h) pada level 2, dan arus Iem (i) pada 0,05 mA. 5. Hidupkan alat pencacah dengan menekan tombol pada posisi ON. 6. Baca besar tegangan, pada voltmeter, yang memberikan besar tegangan UA =

2.103 . V


30

7. Baca cacahan per menit, kemudian ulangi lagi untuk ketebalan yang berbeda. Catatlah hasilnya dalam bentuk tabel sperti dibawah ini.

Tabel, d (mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Cacahan/menit

V. Tugas 1. Buatlah grafik (kurva) hubungan antara ketebalan dengan jumlah cacahan per menitnya! 2. Lakukankah langkah – langkah di atas untuk level 4, 5 dan 8! 3. Tentukanlah koefisien absorsi untuk setiap level dan hitunglah HVL dan THL untuk setiap level! 4. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen di atas! 5. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari eksperimen ini?

3.2 Absorbsi sinar – X oleh berbagai macam absorber (material dengan bilangan atomik Z berbeda)

Radiasi sinar – X (adalah radiasi gelombang elektromegnetik) akan mengalami pelemahan di dalam material karena adanya berbagai mekanisme hamburan:  Hamburan klasik (kuantum radiasi berubah arah tanpa memberikan energi pada material yang diradiasi).  Hamburan Compton (ini terjadi bila foton berinteraksi dengan elektron di dalam atom, dimana terjadi pergerakan elektron dengan energi tertentu dan disertai oleh foton lain dengan energi kinetik tertentu yang lebih rendah dari foton datang. Foton ini berhamburan dengan sudut tertentu terhadap arah


31

foton datang. Kemungkinan terjadinya hamburan Compton berkurang bila Z bertambah dan energi foton datang bertambah).  Efek Fotolistrik (ini terjadi karena interaksi antara radiasi elektromagnetik / foton dengan elektron – elektron di dalam material. Pada peristiwa ini energi kuantum radiasi secara parsial digunakan untuk melepaskan elektron ke luar dari kulit / orbital atomik selama absorbsi. Elektron – elektron yang terlepas mengambil sebagaian atau seluruhnya energi radiasi sebagai energi kinetik. Kemungkinan terjadinya efek fotolistrik berkurang bila energi foton datang bertambah, tetapi penurunannya lebih cepat dari penurunan pada hamburan Compton).  Produksi Pasangan (ini terjadi karena interaksi foton dengan medan listrik dalam inti atom berat dimana foton datang berenergi > ~ 1,20 MeV. Dalam hal ini foron akan lenyap dan timbul pasangan elektron dan positron. Produksi pasangan akan meningkat dengan meningkatnya energi radiasi yang datang. Proses ini juga sebanding dengan Z2 dari absorber.

Kapasitas absorbsi suatu material adalah digambarkan oleh koefisien absorsi μm, yang adalah tergantung pada bilangan atomik Z material dan panjang gelombang radiasi. Secara matematis diungkapkan oleh persamaan: μm = kλ3Z4

(5.6)

Dengan k adalah nilai pembanding. Persamaan ini tidak berperan jika radiasi menedekati energi ikat elektron material. Jika energi radiasi sedikit lebih kecil dari pada energi ikat elektron maka kapasitas absorsi bertambah secara cepat.

Pelaksanaan Percobaan 1. Rangkailah peralatan seperti Gambar 5.2. 2. Terlebih dahulu tempatkan material absorber (dengan beberapa jenis material dengan ketebalan yang sama d = 0.5 mm dengan bilangan atomik yang berbeda: Aluminium (Z = 13); Iron (Z = 26); Copper (Z = 29); Zicronium (Z = 40); Silver (Z = 47) pada pemegang sampel G dan kemudian masukkan pada


32

lubang yang berhubungan dengan pengarahnya (berada pada bagian belakang) peralatan sinar – X. Tempatkan posisi salah satu absorber tepat tegak lurus dengan kolimator dan sesuai dengan jarum penunjuk bahan (i). 3. Arahkan salah satu material absorber ke arah datangnya sinar – X (A) (kolimator) dengan memutar pengarah yang berada pada bagian belakang peralatan sinar – X. 4. Operasikan peralatan sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi ON. 5. Pilih tinggi tegangan UA (h) pada level 4, dan arus Iem (i) pada 0,05 mA. 6. Hidupkan alat pencacah dengan menekan tombol pada posisi ON 7. Baca cacahan per menit, kemudian ulanginya lagi untuk bahan – bahan yang berbeda (dengan nomor atom bahan yang berbeda. Catatlah hasilnya dalam bentuk tebel seperti di bawah ini:

Meteraial

Bilangan Atomik, Z

Cacahan /menit

Tugas: 1. Buatlah grafik nomor atomik terhadap cacahan per menitnya! 2. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen! 3. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari eksperimen ini?

PERHATIAN! Sebelum melakukan eksperimen pelajarilah secara teliti manual (intruction sheet) dari unit pembangkit sinar – X 42 kV karena sinar – X adalah sinar yang berbahaya.


33

6. EFESIENSI TABUNG GEIGER MULLARD PENCACAH- (B.2.1.ET) I. Tujuan Setelah melaksanakan eksperimen ini diharapkan mahasiswa dapat menentukan efesiensi Tabung-GM pencacah-.

II. Alat-Alat a. Tabung-GM pencacah- b. Sumber radiasi Am-241, Ra-226, Cs-137 c. Standar dan klem d. Kabel dan soket e. Sumber Listrik f. Mistar

III. Dasar Teori Jika luas permukaan jendela tabung-GM A cm2 dan diletakkan sejauh d cm dari sumber radiasi, maka partikel- yang dapat masuk ke dalam tabung adalah A/(2d2) bagian. Jumlah disintegrasi yang dialami oleh 1 Ci sumber radiasi persekon adalah 3,7 x 1010. Maka untuk 5 Ci sumber radiasi adalah 5 x 3,7 x 104 dis/dt. Partikel- yang masuk ke dalam tabung adalah:

A x 5 x 3,7 x 10 4 dis / sekon. 2 2 d

(6.1)

Jadi effesiensi tabung-GM untuk pencacah- β adalah:



 =

Jml .ionisasi yang tercacah pada tabung dalam waktu tertentu Jml . Partikel   yang masuk pada tabung dalam waktu yang sama

A 2  d2

N' % x 5 x 3,7 x 102

(6.2)

…………………..%


34

IV. Cara Kerja a. Aturlah alat-alat seperti Gambar 6.1. b. Hubungkan digicounter pada sumber listrik c. Aturlah MAINS pada posisi ON dan tunggu 5 menit d. Aturlah waktu cacahan 100 s dan tombol tegangan pada tegangan kerja 450 V e. Catatlah laju cacahan back ground sebanyak 5 kali (n) f. Letakkan sumber radiasi sejauh 5 cm vertikal di bawah jendela tabung g. Catatlah laju cacahan 5 kali seperti mencatat cacahan background, kemudian hitung jumlah laju cacahan per sekon N h. Koreksilah harga N tersebut dengan cacahan back ground dan resolving time (N’) i.

Hasil pengamatan : d = ……………………………………………cm N = ……………………………………………..c/dt n = ……………………………………………..c/dt N – n = ………………………………..…….c/d N’ =  ( N – n ) = …………………………c/d


Sumber

Digicounter

Gambar 6.1. Diagram blok percobaan efesiensi tabung geiger mullard pencacah-.


35

DATA PENGAMATAN: Tegangan kerja = 450 V; waktu cacahan 100 s. No.

Cacah ke -

Laju cacah (cacah/s)

1 1

Background

2

Sumber radiasi

2

3

4

5

V. Tugas Dari data hasil pengamatan, hitunglah berapa % effesiensi tabung-Gm pencacah-!


36

LAPORAN PRAKTIKUM Dengan menggunakan data hasil pengamatan, setiap mahasiswa harus membuat,”Laporan Praktikum”, dengan Format sebagai berikut:

Halaman Depan

Judul Percobaan

Logo UNUD

Nama

:

NIM

:

Tanggal

:

Kelompok

:

Nama Anggota :

Jurusan/Program Studi Fakultas

Bagian Utama I. Tujuan dan objek percobaan: uraikan secara singkat objek dan tujuan percobaan II. Dasar Teori: uraian singkat teori yang relevan dengan percobaan III. Peralatan Dan Bahan Yang Digunakan IV. Hasil Pengamatan/Percobaan: DATA; Tabulasi Data V. Analisa Data dan Pembahasan  Analisa Data - Grafik Modul Praktikum B.2.1

37

- Perhitungan - Kesalahan  Pembahasan/Diskusi VI. Kesimpulan Daftar Pustaka.

NOTE: Pada bagian lampiran memuat laporan hasil pengamatan yang telah disahkan oleh pembimbing praktikum.

Laporan praktikum hendaknya: a. Disusun dengan kalimat yang singkat dan jelas. b. Diketik di atas kertas A4 dengan jarak 1, 5 spasi. c. Diserahkan paling lambat satu minggu setelah praktikum dilaksanakan. Apabila percobaan dilanjutkan/diperbaiki atau diulang maka laporan paling lambat sudah diserahkan paling lambat satu minggu setelah percobaan dilanjutkan/diperbaiki atau diulang dilaksanakan. d. Tidak menulis proses perhitungan yang berulang-ulang, tetapi menuliskan perhitungan berikunya dalam bentuk tabel.

Daftar Pustaka: 1. Physics Experiments, Volume 3, Optics, Atomic and Nuclear Physics, Solid-state Physics. Leybold-Heraeus GMBH, Germany. 1986.


38

MODUL PRAKTIKUM EKSPERIMEN B.2.1. : Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D

Recommend Documents