Perbandingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek

76

Dewita,dkk / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time(ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek

Perbandingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek Dewita*, Siswanti Pusat Sains dan Teknologi Akselerator, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jl. Babarsari Kotak Pos 1601 ykbb, Yogyakarta * E-mail: [email protected]

Abstrak –Analisis Aktivasi Neutron (AAN) merupakan satu metode pengukuran untuk menentukan unsur yang terkandung dalam cuplikan lingkungan. Cuplikan hasil aktivasi kemudian dicacah menggunakan sistem spektrometri gamma. Sistem ini mempunyai waktu mati (dead time). Makin tinggi intensitas signal yang mengenai detektor nilai waktu mati akan meningkat dan cacah yang hilang meninggi. Cuplikan lingkungan hasil aktivasi yang terdiri dari beberapa unsur memiliki umur paruh berbeda-beda. Pada saat pengukuran cuplikan hasil aktivasi yang memiliki unsur dengan umur paruh pendek harus segera dicacah sementara itu intensitas radiasi cukup tinggi. Mode ZDT (zero dead time) diberikan oleh sotware Maestro untuk mengatasi hal ini. Makalah ini membandingkan hasil cacah dengan menggunakan LTC (live time clock) dan ZDT mode yang diterapkan pada perhitungan umur paruh sejauh mana kedua mode tersebut menyimpang dari nilai yang diharapkan. Hasil eksperimen menunjukan mode ZDT lebih baik dibanding mode LTC untuk pengukuran radioaktivitas umur paruh pendek. Kata kunci: AAN, LTC, ZDT, spektrometri gamma. Abstract –Neutron Activation Analysis (NAA) was one of the measurement methods to determine elements in the environmental sample. The activated sample was then being counted by a gamma spectrometry system, which had a dead time. When the high signal intensity was came to the detector, the dead time will increase and signal lost will be high. The activated environment samples that consist of several elements had varies of half-lives. The measurement of activated samples which have elements with short half-live should be counted immediately, while on the other hand sample’s radiation intensity is still high. The ZDT (zero dead time) mode developed by Maestro software could overcome this problem. This paper compared the results of the radiation counting using LTC (live time clock) and ZDT mode applied to the calculation of half-life, and examined how far these two modes was deviate from the expected value. The Experiment result showed that the ZDT mode was better than LTC mode especially for the measurement of short half-live radioactivities. Keywords: NAA, LTC, ZDT, gamma spektrometri

I. PENDAHULUAN Sistem spektromeri gamma digunakan pada AAN yaitu teknik analisa unsur yang terkandung dalam suatu cuplikan, misalnya cuplikan lingkungan, setelah diaktivasi dengan neutron. Sample hasil aktivasi ini intensitasnya cukup tinggi dan bervariasi [1]. Pada proses pencacahan spektrum energi suatu sumber radioaktif nilai dead time mempengaruhi banyaknya cacah yang hilang. Makin tinggi dead time (karena intensitas tinggi) makin banyak cacah yang hilang [2]. Oleh karena itu harus diusahakan dead time sekecil mungkin. Tetapi bila intensitas radioaktif rendah akan mempengaruhi statistik pencacahan oleh kerena itu cuplikan dicacah dalam waktu yang cukup lama. Pencacahan sumber radioaktif dengan umur paruh panjang, maupun pendek, waktu pencacahan diset lebih pendek dari umur paruhnya[3]. Hal ini diharapkan akan menghasilkan laju cacah dan dead time yang tetap. Permasalahan muncul kalau sumber radioaktif dengan umur paruh pendek berada bersama-sama dengan sumber radioaktif umur paruh panjang atau sedang misalnya cuplikan hasil aktivasi, maka pencacahan biasanya dilakukan dengan dead time yang lebih tinggi [4] dan

waktu cacah yang lebih rendah dari umur paruhnya. Mode zero dead time (ZDT) dihadirkan untuk memecahkan masalah ini. Makalah ini membahas perbandingan hasil pencacahan pada mode LTC dan ZDT, yang diterapkan pada pencacahan cuplikan hasil aktivasi neutron. Hasil pencacahan dengan kedua mode tersebut dianalisa sejauhmana ketepatan perhitungan umur paruh sumber radioaktif dengan umur paruh pendek tersebut didapat dengan kedua mode tersebut. Hasil perbandingan diharapkan menjadi informasi bagi operator alat yang selama ini menggunakan mode LTC untuk pencacahan hasil aktivasi. II. LANDASAN TEORI A. Live Time Clock (LTC) Dalam proses pencacahan spektrum energi oleh sistem spektrometri Gamma biasanya membutuhkan waktu antara 1-10 s, dan pada saat itu sistem tidak dapat memproses sinyal yang masuk [3], sehingga sinyal yang tercacah lebih kecil dari cacah yang datang. Waktu pengumpulan atau pencacahan spektrum disebut real time (TR), total waktu sistem tidak dapat menerima sinyal

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXXI HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 18 Maret 2017 ISSN : 0853-0823

Dewita / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek

disebut dead time (TD) sehingga total waktu hidup (TL) didapat dari persamaan . (1) Biasanya DT (dead time dalam %) dinyatakan dalam persen seperti pada persamaan (2) %. Pencacahan sumber radioaktif umur paruh panjang akan memiliki laju cacah dan dead time yang tetap sehingga laju cacah (Ri) dapat dinyatakan seperti pada persamaan .

.

(3)

77

buffer 0 berisi spektrum LTC sedang buffer 1 berisi spektrum ZDT [3,5]. Pencacahan dilakukan terhadap cuplikan hasil aktivasi 1. Cuplikan Au (emas) yang diaktivasi (sebagai sumber radioaktif umur paruh sedang tunggal). 2. Cuplikan lingkungan hasil aktivasi (sebagai sumber radioaktif campuran dengan umur paruh yang bervariasi pula). Cuplikan Au setelah diaktivasi menjadi Au-198 yang aktif dengan tenaga 411,8 keV waktu paruh 2,6935 hari [6], dicacah selama 5 menit (300 detik). Cuplikan lingkungan menjadi sumber campuran dengan waktu paruh yang berbeda-beda, diambil unsur Al-28 dengan energi 1778,99 keV waktu paruh 2,2406 menit [6], dicacah selama 36 detik.

Maka cacah yang diterima oleh detektor atau cacah yang telah dikoreksi Nc seperti pada persamaan (4) dengan Nu adalah hasil pencacahan. Nilai r = TR/TL yaitu rasio Real time/Live time adalah tetap untuk laju cacah yang tetap. Apabila dead time di atas 65% maka pencacahan makin lama akan berkurang karena efek paralyzable, sehingga persamaan (3) menjadi tidak berlaku [3]. B. Zero Dead Time (ZDT) Seperti telah dijelaskan di atas bila material/bahan radioaktif yang dicacah memiliki umur paruh pendek maka dead time akan berubah cepat dan persamaan (3) menjadi tidak berlaku juga. Mode ZDT tetap berpegang pada persaman (4) di mana variabel dead time tidak ada, agar persamaan tersebut tetap berlaku maka selama dead time dibagi dengan waktu yang sangat sempit 0,1-1,5 ms, sehingga nilai diferensialnya menjadi sama. Pada selang waktu tersebut nilai r diukur. Bila pada saat tersebut ada pulsa masuk maka pada memori selain ditambah 1 juga dikalikan r. Bila tidak ada sinyal yang masuk maka hanya dikalikan r. Apabila MCA yang digunakan tipe Wilkinson maka dead ime tergantung pula pada tinggi pulsa yang datang sehingga dead time bervariasi terhadap amplitudo dan intensitas pulsa yang datang. Pencacahan spektrum pada eksperimen ini menggunakan MCA ASPEC 927 buatan ORTEC yang memiliki ADC type SuccessiveApproximation dengan linearity sliding scale sehingga dead time proses pencacahan hanya tergantung intensitas pulsa yang datang. III. TATA KERJA Diagram pencacahan seperti pada Gambar 1. MCA ASPEC 927 menggunakan software MAESTRO memiliki 3 pilihan setting pada mode ZDT yaitu OFF, NORM_CORR dan CORR_ERR. Software ini menyiapkan 2 buffer untuk tempat spektrum. Pada eksperimen ini mode ZDT diset NORM_CORR sehingga

Gambar 1. Diagram pencacahan.

Penentuan Region of Interest (ROI) mengikuti analisis yang difasilitasi oleh perangkat lunak dalam hal ini MAESTRO. Rumus yang digunakan untuk mencari waktu paruh . (5)

Nt = laju cacah pada pengukuran akhir N0 = laju cacah pada pengukuran awal ∆t = selisih waktu antar 2 pencacahan Dicari hasil T½ yang didapat dari spektrum LTC dan ZDT sejauh mana penyimpangan yang terjadi dari kedua pencacahan tersebut. Ralat menggunakan perambatan ralat 𝜎𝑇1 = 2

2 2 ∆𝑡 × 0.6951 1 1 × (√(( × 𝜎𝑁𝑡 ) + (− × 𝜎𝑁0 ) )) 𝑁 𝑁𝑡 𝑁0 (ln ( 𝑡 ))2 𝑁0

..(6) = ralat umur paruh T½ dan

= ralat Nt dan N0


78


IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Spektrum Gambar 2 merupakan spektrum unsur Au198 yang dicacah selama 5 menit (N0) setelah selang waktu

911 detik dicacah lagi selama 5 menit (Nt). Gambar 3 spektrum cuplikan lingkungan yang diaktivasi sehingga menjadi sumber campuran dengan umur paruh

Gambar 2. Spektrum Energi Au-198 saat dicacah mode dengan Mode ZDT pada saat N0 dan Nt dengan ∆t 1211 detik

Gambar 3. Spektrum Energi sebagai sumber campuran dengan Mode ZDT pada saat N 0 dan Nt , dengan ∆t 893detik

bervariasi pula. Terlihat puncak unsur Al-28 setelah 893 detik tidak tampak lagi. Dari data pada Tabel 1 terlihat hasil pencacahan ZDT dan LTC, untuk sumber radiasi umur paruh sedang dan hanya ada satu unsur yang domi nan. Keduanya akan memiliki hasil yang sama bila dead time sangat kecil time (mendekati 0). Nilai real time dan live time juga hampir sama akibatnya hasil perhitungan dead time pun akan sama. Hal ini menunjukan umur paruh orde hari dan unsur radioaktif tunggal jumlah hasil pencacahan tidak menunjukan perbedaan antara ke dua mode tersebut. Jadi untuk umur paruh sedang dan panjang apalagi dead time pencacahan rendah hasil yang didapat akan tidak jauh berbeda. Untuk spektrum energi dengan sumber campuran dan memiliki umur paruh yang berbeda ditunjukan pada Gambar 3, terlihat setelah 893 detik atau 14,88 menit unsur Al-28 sudah tidak tampak lagi.

Tabel 1. Hasil pencacahan mode LTC dan ZDT sumber Au-198

Mode

T startN0

Cacah Net

Err Net

real time detik

live time detik

dead time %

LTC

10:58:18

836

32

300,18

300

0,06

ZDT

10:58:18 T start Nt

836

32

300,18

300

0,06

LTC

11:13:29

791

29

300,18

300

0,06

ZDT

11:13:29

791

29

300,18

300

0,06

Tabel 2 merupakan hasil pencacahan sumber radioaktif campuran dengan mode LTC dan ZDT yang dilakukan selama 5 kali pencacahan dengan waktu cacah 36 detik. Diamati khusus untuk unsur Al-28 terlihat adanya


Dewita / Perbadingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek

perubahan realtime dan dead time. Pencacahan pertama dianggap sebagai N0 sedang pencacahan berikutnya sebagai Nt. Pada pencacahan ke 4 untuk LTC, software sudah tidak dapat mendeteksi (me-ROI), puncak energi 1778,9 keV sedang pada mode ZDT software masih dapat. Oleh karena itu batas ROI LTC menggunakan batas ROI ZDT. Pencacahan ke 5 yaitu setelah 14,88 menit puncak Al-28 sudah tidak tampak/hilang atau sama dengan cacah latar sehingga tidak diperhitungkan. Tabel 2. Hasil pencacahan mode LTC dan ZDT sumber Al-28. real live dead T Cacah Err Mode time time time startN0 Net Net detik detik %

dengan dead time 61% memberikan hasil yang terbaik. Dengan dead time yang makin menurun secara statistik masih masuk dalam jangkau nilai yang diharapkan (selisih terhadap nilai yang diharapkan lebih kecil dari ralatnya). Sedang dengan dead time yang tinggi, nilainya menjauh dari yang harapkan tetapi ralatnya makin kecil. Tabel 4. Perhitungan umur paruh sumber Al-28.

No

Umur Paruh eksperimen (menit) Mode

Ralat (menit)

Selisih*(menit) Mode

LTC

ZDT

Mode LTC ZDT

1

2,80

2,57

0.08

0.04

0,39

0,16

2,48

2,37

0.06

0.03

0,07

-0,04

2,54

2,44

0.18

0.08

0,13

0,03

LTC1

10:33:40

24253

373

146,1

36

75,36

2

ZDT1

10:33:40 T start Nt

106795

764

146,1

36

75,36

3

LTC2

10:37:29

8131

208

105

36

65,75

ZDT2

10:37:29

23334

354

105

36

65,75

LTC3

10:40:41

2886

144

93

36

61,29

ZDT3

10:40:41

7359

233

93

36

61,29

LTC4

10:43:35

1377

98

87,36

36

58,79

ZDT4

10:43:35

3228

156

87,36

36

58,79

LTC

ZDT

* Selisih umur paruh hasil perhitungan (eksperimen) dengan umur paruh sesungguhnya. Umur paruh Al-28 = 2,41 menit [6] (sesungguhnya).

Tabel 3. Perbedaan laju cacah mode LTC dan ZDT sumber Al28 % dead T start Laju Err time % Mode N0 Cacah LTC1 0 673,69 1,54 75,36 ZDT1

79

730,97

LTC2

0 T start Nt (detik) 265

0,72

225,86

2,56

65,75

ZDT2

265

222,23

1,52

65,75

LTC3

457

80,16

4,99

61.29

ZDT3

457

79,13

3,17

61.29

LTC4

631

38,25

7,12

58,79

ZDT4

631

36,95

4,83

58,79

V. KESIMPULAN Pencacahan dengan mode ZDT lebih akurat dibanding mode LTC untuk radioaktifitas umur paruh pendek pada suatu cuplikan campuran dan dapat diterapkan pada dead time 75-58%. PUSTAKA [1]

[2]

75,36 [3]

[4]

[5]

Tabel 3 memberi gambaran persentasi ralat ZDT lebih rendah daripada LTC. Cacah ZDT atau LTC makin rendah, ralatnya makin tinggi. Untuk umur paruh pendek laju cacah antara LTC dan ZDT tetap ada selisihnya (laju cacah, cacah ZDT dibagi real time, cacah LTC dibagi live time) tetapi secara statistik pada dead time 61% dan 58% nilainya sama (masuk dalam jangkau ± ralat). Tabel 4 merupakan hasil perhitungan waktu paruh Al28 antara mode ZDT dan LTC dengan N0 pada dead time 75% dan Nt pada dead time 65,75% (1), 61,29% (2), dan 58,79% (3). Dari Tabel 4 terlihat pencacahan dengan mode ZDT didapat nilai umur paruh lebih mendekati dengan yang diharapkan, ralatnyapun lebih kecil. Pencacahan

[6]

M. Blaauw, R. F. Fleming, R. Keyser, Digital signal processing and zero-dead-time counting, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 248, no. 2, 2001, pp. 309-313. Amol Patil, Dead Time And Count Loss Determination for Radiation Detection Systems In High Count Rate Applications, Ph.D. dissertation, Missouri University Of Science And Technology, Missouri, 2010. Dale Gedcke, Simply Managing Dead Time Errors in Gamma-Ray Spectrometry, Application Note AN63, http://www.ortec-online.com/media/ametekortec/ application%20notes/an63.pdf?la=en, diakses tanggal 17 Juli 2015. S Pommé, R Fitzgerald and J Keightley, Uncertainty of nuclear counting, IOP science, metrologia vol. 52, 2015, pp. S3-S17. ----, Loss Free Counting with Uncertainty Analysis Using ORTEC’s Innovative Zero Dead Time Technique , Application Note AN56 http://www.orteconline.com//media/ametekortec/application%20notes/an5 6.pdf?la=en, diakses 17 Juli 2015. Menno Blaauw, The k0 –Consistent IRI Gamma-ray Catalogue for INAA , Interfacultair Reactor Instituut van de Technische Universiteit Delf 1996.

TANYA JAWAB Argo Satrio W, BATAN  Apakah dilakukan variasi jarak sampel ke detektor dalam setting sistem pencacah yang dilakukan saat eksperimen? Jika tidak, mengapa dilakukan?  Tidak, karena dijauhkan untuk unsur umur paruh pendek akan cepat hilang, sementara dengan jarak 0 terhadap detektor mungkin masih dapat dideteksi


80


Dwi Satya Palupi, UGM  Apakah dead time hanya pada detektor GM saja ataukah terdapat pada detektor lain, faktor apa yang mempengaruhi besarnya dead time apakah hanya detektor atau ada faktor lain?



Juga terdapat pada detektor lain. Tidak hanya detektor tetapi sistem instrumentasi atau sistem elektroniknya, instensitas sinyal yang datang bila rendah dead time rendah, juga mempengaruhi.


Perbandingan Mode Live Time Clock (LTC) dan Zero Dead Time (ZDT) pada Pengukuran Radioaktivitas Umur Paruh Pendek

Recommend Documents