Daftar isi ISSN 1693-3346
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong,20 Nopember 2007
PEMrnUATANTABUNGDETEKTOR GEIGER MULLER TIPE SIDE-WINDOWS Gunarwan Prayitno Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir - BATAN ABSTRAK Pembuatan tabung detektor tipe Geiger-Muller tipe end-windows telah dicoba dan dilakukan
di
laboratorium
PTAPB
(Pusat
Teknologi
Akselerator
Proses
Bahan)Yogyakarta. Metoda sederhana dikembangkan dan dicobadalam pembuatan tabung detector. Tabung detector yang akan dibuat terbuat dari pipa kaca pyrex. Di bagian permukaan dalam tabung dievaporasi dengan bahan tembaga Cu sebagai katoda, dan pada bagian kedua ujung tabung dibuat kedudukan anoda. Setelah selesai proses pembuatan katoda dan anoda tabung, detector dicuci dengan aquades dan disimpan pada ruang vakum. ABSTRACK A fabrication of Geiger-Muller detector ~as been done at PTAPB laboratory Yogyakarta. The simple method was developed and tried"in detector tube fabrication, The detector tube is made from glass pyrex pipe. The inside surface of the detector tube is evaporated by metal Cu, I as cathode and both sides of the detector tube made as anode support. After fabrication process of cathode and anode of detector tube, the detector is washing by aquades and store in a vacuum room. 1. PENDAHULUAN. Telah dicoba dengan metoda sederhana pembuatan detector tabung Geiger-muller di laboratorioum
elektronika Yogyakarta. Detektor Geiger-Muller
tipe end-windows
merupakan detector tipe gas isian. Pembuatan tabung detector dilakukan menggunakan bahan yang sedrhana dan cara yang sederhana. Prinsip kerja detector tipe gas isian adalah, Partikel radiasi bermuatan yang masuk ke dalam daerah aktif detektor akan mengionisasi gas yang ada didalam detektor. Akibat ionisasi gas maka akan terbentuk ion positif dan ion negative. Dengan adanya beda tegangan yang relative tinggi antara kedua elektroda (katoda dan anoda), maka kedua pasangan ion yang terbentuk akan ditarik ke elektroda yang bersesuaian. Ion positif 92
Prosiding Pertcmuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong,20 Nopember 2007
ditarik ke katoda dan ion negative akan ditarik ke anoda. Berdasarkan dijelaskan
tersebut
diatas,
masalah
yang timbul
adalah
bagaimana
ISSN 1693-3346
prinsip kerja yang membuat
kedua
elektroda tersebut dalam ukuran yang rel.ative kecil dan berada dalam tabung kaca pyrex.
2. KEBUTUHAN BAHAN. Dalam proses pembuatan detector tipe side-windows
dibutuhkan bahan-bahan
sebagai
berikut :
3.
•
Pipa kaca tipe pyrex, ukuran diameter 2,5 cm, ketebalan 1,5 mm
•
Kawat tungsten
•
Kawat tembaga (Cu)
•
Konektor
PROSEDUR PEMBUATAN. Prosedur proses pembuatan
detector OM tipe side-window
dibagi beberapa tahapan
antara lain: a). Tahap I. Pembuatan tabung deteCtor. b). Tahap II. Evaporasi tembaga sebagai elektroda negatif. c). Tahap III. Pembuatatn elektroda positif. d). Tahap IV. Pemasangan elektroda positif
a). Tahap I. Pembuatan tabung detector. Pada tahap ini kita potong sebuah pipa kaca pyrex dengan diameter berukuran 2,5 cm, sepanjang
±
15 cm. kemudian pipa tersebut dibentuk seperti terlihat pada gambar 1.
diproses di laboratorium
gelas. Pada bagian kedua ujung pipa dibentuk mengecil, lihat
gambar 2.
Oambar 1. Pipa tabung gelas
Gambar.2. Pipa gelas dengan kedua ujung mengecil
93
Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Kedua ujung tabung gelas dibentuk seperti tampak pada gambar 2 , kedua ujung tabung mempunyai bentuk yang berbeda , satu dibuat rapat dan yang satu lagi dibuat diameter pipa gelas mengecil ± 2.5 mm. pada bagian dinding luar bagian salah satu ujung tabung dibuatkan lubang saluran untuk pemvakuman, Iihat gambar 3.
~2'51E
o ~~~~~:~murnn vakum Gambar 3. Pipa gelas pyrex dengan salah satu ujung dibuat saluran pemvakuman.
Selanjutnya pada ujung yang lainnya dibuatkan kontak dengan konektor. Terbuat dari kawat tembaga, yang salah satu ujungnya dibuat bentuk gepeng atau menipis. Seperti terlihat di gambar 4. Setelah itu ditancapkan pada sisi ujung tabung lainnya dengan cara pemanasan. Pada bagian yang gepeng harus benar-benar menempel pada bagian sisi permukaan bagian dalam tabung kaca. Tujuannya adalah supaya saat evaporasi diding . tabung bagian dalam dengan tembaga, antara kawat kontak dengan lapisan tembaga benarbenar menyatu atau berhubungan atau ada kontak.
,~",
,
I
~
Kontak elektroda negatif Oinding
tabung
Kontak elektroda
Gambar 4. Pipa tabung gelas dengan salah satu ujung dibuat kontak negative
negatif
Setelah tabung gelas pyrex terbentuk seperti pada gambar 4, maka siap dilakukan evaporasi tembaga pada sisi permukaan bagian dalam tabung gelas. Sebaiknya sebelum dilakukan eveporasi tabung gelas dicuci di bak ultrasonic selama 15 menit atau lebih, gunanya membersihkan kotoran dan debu yang menempel pada dinding tabung bagian dalam akibat pemrosesan dilaboratorium gelas. Kemudian disimpan dalam tabung vakum (103 Torr).
94
ISSN 1693-3346 ~
Prosiding Serpong,20Pertemuan NopemberIlmiah 2007 Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir
Sebelum
dilakukan
evaporasi tembaga sebagai elektroda
negative.
Dipersiapkan
terlebih dahulu bahan yang akan dievaporasi. Bahan yang akan dievaporasi adalah kawat tembaga
berdiameter
0,5 mm, yang dililitkan dibeberapa
titik dikawat
tungsten.lihat
gambar 5. dibagian salah satu ujung kawat tungsten diberi sumbatan dari kaca, berbentuk kerucut, dengan diameter 5 mm, dan diameter kawat tembaga 0,25 mm.
o~
5umb: \:
r
k:
kawat tungsten
Lilitan kawat tombaga
Gambar 5. lilitan kawat tembaga di tungsten yang akan dievaporasi pada tabung gelas.
Bita lilitan kawat tembaga pada kawat tungsten yang akan dievaporasi
telah siap,
ambit tabung gelas yang disimpan ditabung vakum. Kemudian kedua ujung tabung tersebut . dipotong dengan diameter 4 mm. seperti terlihat pada gambar 6.
f'----7
~ potong
_
.•.~
."
-.
~.
f
-:;;-:._._._._._._._._._._._._._.~~
.-
Gambar 6. bentuk tabung gelas satu ujung dipotongdipotong.
Selanjutnya
dilanjutkan
dengn
pemasangan
Lilitan
kawat
tembaga
yang
akan
dievaporasi. Lilitan kawat dimasukkan kedalam tabung gelas, lihat gambar 7, hingga kawat tungsten tembus pada bagian ujung yang lain.
Gambar 7a. pemasangan lilitan kawat ke dalam tabung gelas.
95
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong,20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
HasH pemanasan kedua ujung tabung akan tampak seperti gambar 7b.
~ ... :5.
dipnnn,lean
Gambar 7b. pemanasan tabung gelas bagian ujung.
Setelah tembus. Bagian ujung tabung yang mengecil dipanaskan sempai meleleh hingga menyatu dengan kawat tungsten, yakinkan tidak terjadi kebocoran pada bagian tersebut. Pada bagian yang ada sumbat kaca dipanaskan bersamaan dengan tabung gelas, hingga meleleh dan menyatu dengan tabung gelas, seperti terlihat pada gambar 7b. Dengan demikian tabung gelas siap dilanjutkan pada tahap berikutnya yaitu evaporasi tembaga (Cu).
b). Tabap II. Evaporasi tembaga sebagai elektroda negatif. Pada tahap ini akan dilakukan dua proses sekaligus yang berlangsung bersamaan, yaitu proses pemvakuman tabung (104 Torr) dan proses pemanasan kawat tungsten secara bertahap. Kedua ujung dari kawat tungsten yang ada kawat tembaga, gambar Th. dihubungkan dengan sumber arus DC melalui pengatumya. lihat Gambar 8.
~
...-
~
Ke sistim vakum
~
ke pengatur arus de
Gambar 8. proses pemanasan tabung gelas dengan sumber arus de. Pada proses evporasi tabung gelas,ada 2 langkah yang harus dilakukan ; langkab pertama, adalah pemvakuman tabung gelas. Hubungkan saluran untuk pemvakuman ke sistim vakum. Lakukan hingga tekanan vakum mencapai 103 Torr. Setelah meneapai tekanan vakum tersebut,
96
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
(SSN 1693-3346
panaskan saluran pemvakuman hingga tertutup rapat, sistim . Saat pemanasan atau pengelasan sistim vakum tetap berjalan. Yakinkan bahwa tidak ada kebocoran saat pengelasan atau perapatan saluran pemvakuman. Kemudian matikan sistim vakum. Langkah kedua hubungkan kedua ujung kawat tungsten ke sumber arus de. Kemudian naikan arus secara bertahap melalui sistim pengaturan arus. Naikan arus searah sampai semua lilitan kawat tembaga meleleh hingga titik leleh. Naikan terus arus de sampai semua lilitan kawat tembaga menguap ke permukaan dinding tabung bagian dalam. Saat menaikkan arus dari proses meleleh ke penguapan harus hati-hati. Dijaga supaya lilitan kawat yang telah berbentuk cairan jangan sampai menetes ke dindinding tabung. Hal ini akan menyebabkan tabung akan peeah. Bila ini tejadi maka proses evaporasi dikatakan gaga\. Proses pemvakuman dikatakan berhasil seperti terlihat pada gambar 8a. dan dikatakan gagal, jika tabung retak atau pecah. Terlihat seperti gambar 8b.
! ! 1~
---{,I Ir~ 1 .
Gambar 8a. Proses evoprasi tabung·
peeah
Ir~
Gambar 8b. proses evaporasi tabung
gelas yang benar
gelas yang gagal
Bila evaporasi berjalan dengan sukses, tabung yang telah terevaporasi didiamkan sampai temperature kamar. Kemudian tereapai tabung gelas dilepaskan dari instalasi
:t-~1__5
vakum dengan pengelasan, dan sumber arus de. Langkah selanjutnya kedua ujung tabung yang telah terevaporasi elektroda negative dipotong, seperti tampak pada gambar 9.
Potong
potong
Gambar 9b. kedua ujung tabung telah dipotong
Gambar 9a. Pemotongan kedua ujung tabung.
97
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
c). Tahap IT!. Pembuatatn elektroda positif. Simpan tabung
gelas yang telah dipotong
dalam ruang vakum setelah dilakukan
pencucian dalam bak ultrasonic. Langkah berikut adalah persiapan pembuatan elektroda positif. Potong kawat tungsten lebih pangjang sedikit dari tabung gelas. Pada salah satu ujung kawat"diberi pentolan kaca, sebagai sumbat, dan dilas kaca. Dibagian depan sumbat tersebut dibuat suatu lilitan yang menyerupai spiral atau per. Gunanya untuk supaya kawat ttingsten kondisi tegang. Lihat gambar 10.
Bentuk spiral Kawat tungsten
Pentolan kaca
Gambar 10. Pembuatan elektroda positif dari kawat tungsten.
d). Tahap IV. Pemasangan elektroda positif Setelah selesai pembuatan
elektroda positif, masukkan kedalam tabung gelas. Pada
bagian yang terdapat sum bat kaca dilas kaca, sehingga menyatu dengan tabung. Pastikan tidak ada kebocoran.
Pada ujung tabung yang lain dipanaskan,sehingga
antara kawat
tungsten dan kaca menyatu, saat proses pengelasan kawat tungsten sedikit ditarik, supaya kawat tungsten sedikit tegang. Kelebihan kawat yang ada dibagian ujung dipotong Lihat gambar 11.
Dilas gelas
Gambar. 11. Pemasukan elektroda positif kedalam tabung gelas.
98
ISSN 1693-3346
Prosiding Perternuan IIrniah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong,20 Nopernber 2007
Dengan
selesainya
tahap IV, maka dapat dikatakan
pembuatan
tabung gelas
detector selesai. Untuk langkah berikutnya adalah pemvakuman tabung dan pengisian gas isian yang akan dimasukkan kedalam tabung. Tahap pemvakuman dan pengisian gas isian dapat dibicarakan atau dibahas dalam judul makalah yangberbeda.
4. PEMBAHASAN. Dalam proses pembuatan tabung detector dari gelas kaca. Ada bagian proses yang perlu mendapat perlakuan dengan hati-hati. Diantaranya : a). proses memasang tabung
atau menempelkan
gelas bagian
menyatukan dengan
kawat elektroda negative kedalam permukaan
dalam. Seperti tampak
dalam
gambar
4. dalam proses ini
antara tembaga dengan gel as, secara kimia tidak mungkin akan menyatu
sempuma.
Waktu proses memasukkan
kawat
kontak
negative
(electroda
negative), tabung gelas dipanaskan secara perlahan dan menyeluruh. Pada bagian yang akan dimasukkan
dipanaskanhingga
titik leleh kaca. Kemudian
masukkan
kawat
tersebut kedalam permukaan bagian dalam tabung. Pastikan bagian kawat yang masuk ke tabung benar-benar
menempel
pada dinding permukaan
tabung dalam. Bagian
. kawat yang masuk tabung dibuat lebih tip is atau gepeng. Hal ini memungkinkan kontak antara evaporasi tembaga dan kawat kontak negative akan lebih baik. b). Pembuatan Pemanasan
saluran antara
vakum, cara ini dilakukan tabung gelas dengan
dengan
pemanasan
atau las kaca.
pipa kaca kecil sebagai
saluran vakum
diperkirakan
mempunyai panas temperature yang sama. Bila hal ini tidak terjadi akan
menyebabkan
keretakan atau pecah, pada saat pendinginan tabung. Setiap melakukan
pengelasan perlahan
kaca
saat
pemotongan
dilakukan
pemanansan
yang merata.
Secara
lubang kaca akan mengecil dan pada akhimya akan tertutup atau merapat
dengan sendirinya, lihat gambar 12. dibawah ini, ~ ~_.
i~
-.-. -.-.-.-. -. -. - .-. -. -. -. -. -. - V) -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.j,)
Setelah dipanaskan Lubang mengecil Ketebalan kaca
pipa kaca
dipanaskan
Gambar.12. Efek proses pemanasan tabung gelas kaca
99
Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
c). Proses evaporasi tembaga, pada proses ini seringkali gagal atau tabung gelas pecah. Hal ini disebabkan karena pada saat penaikkan arus dc secara bertahap dari pengatur arusnya tidak berhati-hati atau kenaikan arus tidak konstan. akibatnya lilitan tembaga pada kawat ungsten akan cepat meleleh. Belum sempat lilitan kawat berubah menjadi uap, arus dc terus dinaikkan, akhirnya menetes ke kaca tabung. Atau saat arus dc dinaikkan, kawat tungsten menjadi panas dan akhimya ujung kawat telah
memuai.
Karena kedua
terikat mati dengan kaca, akibatnya kawat akan melengkung
kebawah. Pada kondisi kawat seperti ini atau melengkung biasanya lilitan tembaga yang telah meleleh akan menjadi satu, akhimya membesar, dengan posisi letaknya ditengah-tengah tabung kaca, seperti tampak pada g~mbar 13.
/f"
4
tetesan tembaga menyatu
kawat tungsten melengkung
Gambar13. Tetesan tembaga pada tabung gelas detector ..
d). Langkah akhir dari proses pembuatan detector OM tabung gelas tipe side-windows adalah pengujian vakum. Pasang detector tabung yang telah jadi pada instalasi vakum pengujian. Atur tekanan vakum mencapai 103 Torr, proses pemvakuman didukung oleh pompa rotary. Setelah divakum didiamkan beberapa hari, ± 2 hari, catat tinggi air raksa pada instalasi vakum. Angka ini equivalent dengan tekanan vakum di alat ukur. Setelah dua hari buka kran vakum yang terhubung dengan detector. Bila skala tinggi air raksa turon, artinya ada kebocoran pada tabung detector. Bila hal ini terjadi perlu pengecekan dari proses awal. Terutama pada titik-titik pengelasan.
100
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir Serpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
5. KESIMPULAN. Proses pembuatan tabung detector tipe side-window sangat mudah, tetapi perlu hati-hati dan secermat mungkin. Didalam melakukan proses evaporasi perlu hati-hati dalam menaikkan arus melalui pengaturan arus dc. Saat awal terjadi penguapan dari lilitan kawat ke tabung gelas, lilitan kawat tembaga sudah tidak dapat terlihat. Pengaturan arus harus tetap dinaikkan hingga semua lilitan kawat tembaga benar-benar menguap atau terevaporasi ke tabung gelas. Dengan tanpa melihat Iilitan didalam tabung pengatur arus tetap harus dinaikkan. Proses ini dapat berhasil bila kenaikkan arus dari pengatur arus benar-benar konstan. Bila lilitan kawat tembaga tidak terevaporasi seluruhnya maka kontak antara elektroda negative kurang sempurna. Atau dapat dikatakan sangat tipis dan kemungkinan tidak terjadi kontak, hal ini sering terjadi. Proses evaporasi disertai feeling yang tepat, karena tidak terlihat. Proses lain yang perlu mendapat perhatian khusus sewaktu memasukkan dan menempelkan kontak elektroda negative di permukaan tabung gelas bagian dalam. Apabila kawat yang berfungsi sebagai elektroda negative tidak menempel dengan kaca dan rata dengan .kaca tabung, maka tidak akan terjadi kontak dengan tembaga yang terevaporasi. Bila hal ini terjadi maka dapat pula proses pembuatan tabung dikatakan gagal. Pastikan semua pemutusan, penyambungan dan pengelasan tabung gelas tidak terjadi kebocoran.
5. DAFfAR PUSTAKA 1. Bruno B. Rossi, and Hans H. Staub, " Ionization Chambers and Counters ", first Edition, McGraw-Hill, New York, 1949. 2. Glenn F. Knoll,
"Radiation Detection and Measurment",
Second Edition,
John Wiley
& Sons, , New York, 1989. 3. Glenn F. Knoll, "Principle Nuclear Detection ", third Edition, Willey & Sons, New York, 1968.
101
