METODE ANALISIS PENGAKTIFAN NEUTRON (AKTIVASI NEUTRON)

UNTUK ANALISIS UNSUR

DEFINISI ISTILAH

• Neutron merupakan partikel penyusun inti yang tidak bermuatan listrik,

dilambangkan dengan . Neutron ditemukan oleh James Chadwik

pada tahun 1932.

• Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki

energi paling besar, dihasilkan oleh peluruhan radioaktif atau oleh

eksitasi inti atom. Sinar gamma dilambangkan dengan .

• Analisis kualitatif merupakan penentuan unsur dalam suatu sampel

dengan melihat spektrum puncak sinar gamma yang dihasilkan oleh

sampel yang telah diaktivasi neutron.

• Analisis kuantitatif merupakan penentuan kadar unsur dalam suatu

sampel yang didasarkan pada intensitas sinar gamma unsur tersebut

dalam suatu sampel yang telah diaktivasi neutron.

n10

00

Neutron

Sampel Target

Sampel menjadi radioaktif dan meluruh

Sinar Gamma

PRINSIP DASAR ANALISIS PENGAKTIFAN NEUTRON

Sampel yang telah meluruh

Prinsip Analisis Pengaktifan Neutron (APN) didasarkan pada perubahan sifat suatu inti atom yang akan menjadi radioaktif akibat ditembak oleh neutron.

Analisis Pengaktifan Neutron ditemukan oleh george Havesy seorang peneliti berkebangsaan Hongaria pada tahun 1936.

INTERAKSI NEUTRON DENGAN MATERIInteraksi neutron dengan materi memiliki 2 kemungkinan :

1. Reaksi Hamburan (Scattering)

nX 10

AZ

Tidak terjadi perubahan tenaga gerak neutron

b. Hamburan tak lenting

nX 10

AZ

nX 10

AZ terjadi perubahan tenaga gerak neutron

2. Reaksi Tangkapan

00

10

AZ nX

X1AZ

*1XAZ

a. Hamburan lenting (Elastis)

nXAZ10

*1XAZ

00

1 XAZ

a. Pemancaran Sinar Gamma (n, )

b. Pelontaran partikel bermuatan (n,α),(n,p)

nXAZ10 *1XA

Z HeXA

Z42

32

nXAZ10 *1XA

Z

HXAZ111

c. Reaksi Fissi (n,f)

nU 10

23592

QnYX AZ

AZ 1

022

11 )32(

PENAMPANG LINTANG SERAPAN NEUTRON (NEUTRON ABSORPTION CROSS SECTION)

luasper detik per datang proyektilJumlah

intiper detik per reaksiJumlah σ

Penampang lintang (cross section) adalah suatu besaran yang mengukur probabilitas suatu reaksi inti akan terjadi dalam suatu daerah tertentu pada bahan sasaran (inti). Penampang lintang disimbolkan dengan .

nI 10

12753 (Hamburan Tidak Lenting) = 4 barn

00

10

12753 nI

nXe 10

12454

00

10

12454 nXe

00

12853 I

(Hamburan Tidak Lenting) = 4 barn

nI 10

12753

nXe 10

12454 0

012554 Xe

(Tangkapan Neutron (n, )) = 7 barn

Satuan adalah Barn; 1 barn = 10 m-28 2

(Tangkapan Neutron (n, )) = 10 barn 6

REAKSI PENGAKTIFAN NEUTRON

Reaksi yang paling sering terjadi dan yang paling banyak digunakan dalam APN adalah reaksi neutron gamma (n, ) yang dapat digambarkan sebagai berikut :

nX 10

AZ

*1XAZ

00

1 XAZ

nHg 10

19680

*19780Hg

00

19780 Hg

Contoh Reaksi :

FASILITAS IRADIASI

Reaktor NuklirDalam reaktor nuklir terjadi reaksi fisi (n,f) sebagai berikut :

Akselerator

HH 21

31 nHe 1

042

Contoh reaksi yang terjadi pada akselerator :

Sumber Neutron IsotopikContoh sumber neutron isotopik :

BeHePo 74

42

21084

n10

nU 10

23592 QnYX A

ZAZ 1

022

11 )32(

Neutron Thermal ( E < 0,2 eV)

Neutron Epithermal ( 0,2 < E < 0,1 MeV)

Neutron Cepat ( E > 0,1 MeV

IRADIASI SAMPEL

Setelah iradiasi dilakukan selama selang waktu t, besarnya radioaktivitas imbas nuklida tertentu dalam cuplikan dapat dihitung secara teoritis sebagai berikut :

teNA 10

A0 = Aktivitas imbas pada saat iradiasi selesai (dps)N = jumlah atom nuklida yang diiradiasi

σ = Penampang lintang serapan neutron (barn)λ = konstanta peluruhan

Φ = fluks neutron (neutron.cm .s )-2 -1

Ativitas merupakan banyaknya inti atom yang melakukan peluruhan (disintegrasi) per satuan waktu

t0 e1NA

t0eAA

A

t

GRAFIK PERTUMBUHAN DAN PELURUHAN RADIOAKTIVITAS IMBAS

DETEKSI SINAR GAMMA DAN PENCACAHAN SAMPEL

Detektor HPGe dan

Sistem Crostat

Preamplifier

Sumber Tegangan

Tinggi (HV)

AmplifierMONITOR

PRINTER

UNIT PENGOLAH DATA

Acuspec(MCA)

PC KomputerSistem Operasi DOS

Deteksi sinar gamma dan pencacahan sampel dilakukan secara spektrometri gamma.

SISTEM CRYOSTAT DETEKTOR HPGe

DETEKTOR HPGe

Preamplifier

Tempat Pengisian Nitrogen Cair

Tangki Celup Cu

Nitrogen Cair

Dewar

Elektron

Lowong

+ + + +

+ + + + Sinar-

INTERAKSI SINAR GAMMA DENGAN DETEKTOR HPGe

n p

V+

Daerah Intrinsik

ANALISIS KUALITATIF

Merupakan penentuan unsur yang terdapat dalam suatu sampel dengan melihat spektrum puncak sinar gamma yang dihasilkan oleh sampel yang telah diaktivasi neutron kemudian membandingkannya dengan tabel tenaga radionuklida.

Contoh data spektum puncak sinar gamma :

TENAGA ISOTOP WAKTU PARUH

77,6 keV

133,1 keV

216,1 keV

320,0 keV

344,2 keV

559,2 keV

756,6 keV

Hg-197

Hf-181

Ba-131

Cr-51

Eu-152

As-74

Zr-95

65 jam

44,6 hari

11,5 hari

27,8 hari

9,35 jam

17,5 hari

65 hari

Contoh Tabel Tenaga radionuklida :

REG ENERGI (keV) FWHM CHAN CPS %ERR

1

2

3

4

5

6

132,9

215,9

320,8

344,5

559,6

756,1

1,31

1,39

1,71

1,91

1,99

2,01

550

768

1715

2118

2384

2440

3,2

3,3

2,8

2,5

1,2

0,8

0,78

0,43

1,11

1,21

1,32

1,01

Contoh Data Hasil Pencacahan :

ANALISIS KUANTITATIF

Analisis kuantitatif merupakan penentuan kadar unsur dalam suatu sampel yang didasarkan pada intensitas sinar gamma unsur tersebut dalam suatu sampel yang telah diaktivasi neutron.

Penentuan Secara Mutlak : teNA 10

Penentuan Secara Nisbi : xKstdstdA

sAKs

B0

B0

Ks = Kadar Unsur dalam SampelKstd = Kadar Unsur dalam Standar AosB = Laju cacah sampel bersih pada saat t = 0AostdB = Laju cacah standar bersih pada saat t = 0

Isotop Kelimpahan(%)

Hasil aktivasi dengan neutron

thermal

Waktu paruh

σ n thermal(barn)

Hg-196

Hg-198

Hg-199

Hg-200

Hg-201

Hg-202

Hg-204

0,15

10,1

16,9

23,1

13,2

29,7

6,8

Hg-197

Hg-199

Hg-200

Hg-201

Hg-202

Hg-203

Hg-205

65 jam

stabil

stabil

stabil

stabil

46,6 hari

50 menit

3080 ±200

1,9

2000 ±1000

<60

<60

4,9 ±0,1

(430 ±100)x10-3

Kelimpahan isotop Hg di alam dan karakteristiknya jika Diaktivasi dengan neutron thermal

ReaktorReaksi

Inti

(n, 2n)

Iradiasi Sampel dengan neutron hasil reaksi inti dalam reaktor

Dihasilkan radionuklida imbas akibat eksitasi inti

dalam sampel

Pancaran sinar gamma dari radionuklida

imbas

SPEKTROMETRI GAMMA

Detektor HPGe dengan MCA-Nomor Salur dan Energi-Cacah Radiasi (Keradioaktifan)

Spektrum Puncak Energi Sinar Gamma

Identifikasi Unsur Berdasarkan Puncak Energi

Penentuan Kadar Unsur dalam Sampel

DESAIN PENELITIAN ANALISIS PENGAKTIFAN NEUTRON