LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA EKSPERIMENTAL ii
Percobaan : Eksperimen Pengukuran Spektrum Differensial dengan
SCA
Pelaksanaan Praktikum
Hari : Senin Tanggal : 16 September 2014 Jam : 9-10
Oleh :
Nama : Mei Budi Utami
Nim : 081211332009
Anggota Kelompok :
1. Imroatul Maghfiroh (081211331125)
2. Hanu Lutvia (081211331144)
3. Mei Budi Utami (081211332009)
4. Dewi Karmila Sari (081211333003)
5. M. Patria Mahardika (081211333026)
Dosen Pembimbing : Khusnul Ain S.T, M.Si
LABORATORIUM Radiasi
UNIVERSITAS AIRLANGGA
A. TUJUAN PERCOBAAN
1. Menentukan spectrum deferensial energi α dengan menggunakan sca detector
semikonduktor.
2. Menghitung resolusi energi α
B. ALAT DAN BAHAN
1. Detektor semikonduktor (559 92)
2. Discriminator preamplifier (559 93)
3. SCA (Singgle Chanel Analyser/559 95) yang termasuk di dalamnya:
-Preamplifier
-Amplifier
-DAC (digital to analog converter)
-Diskriminator
4.XY-YT recorder (575 662)
5.Sumber radiasi- α Ra-226 dan Am-241
C. DASAR TEORI
Pengukuran spektrum energi deferensial dengan mengukur jumlah partikel yang berada dalam
interval energi E tertentu,yang hal ini akan sama dengan mengukur jumlah pulsa yang berda dalam
interval ΔV tertentu. Hal ini dapat diperoleh dngan cara mengoperasikan SCA sebagai mod
diferensial. Jika batas SCA di set pada mode V1 (atauE1) dan jendela memiliki lebar ΔV (atau ΔE)
maka hanya pulsa dengan tinggi antara V1 dan V1+ΔV yang akan dicatat. Semua pulsa diluar itu akan
dibuang.
Resolusi energi
Untuk kerja detektor yang digunakan untuk pengukuran energi ditentukan oleh lebar distribusi pulsa
sumber energi tunggal,yang ditunjukkan oleh Г Atau FWMH (fulkl with half maximum).
Kemampuan detector untuk mengidentifikasi pertikel dengan energi yang berbeda disebut resolusi
energi yang dinyatakan dalam,
𝑅(𝐸𝑂) = Г
𝐸𝑂 ..............(1)
Dengan Г Dalam suatu energi ,sedang R(EO ) dalam persen. Ada tiga faktor penting yang
memepengaruhi resolusi energi:
1.Fluktuasi statistic dalam sejumlah muatan yang dihasilkan dalam detector
2.Derau elektronik dalam detektor ,preampifier dan amplifier
3.Tidak lengkapnya muatan yang dihasilkan dalam detektor
N(E) atau n(V)
𝑁𝑂
𝑁𝑂
2
EO Distribusi tinggi pulsa
E atau V
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Demonstrasi distribusi energi dengan osiloskop
2. Susun peralatan percobaan seperti pada gambar di bawah ini
3. Hidupkan sca selama 15 menit sebelum eksperimen di mulai
4. Letakkan potensiometer (c) untuk integral diskriminator pada skala tengah
5. Periksa setting peralatan yang digunakan seperti berikut
a. Setting osiloskop
Timer Base :1 ms/cm
Y deflection : 1V/cm
Triggering : automatic
b. Setting SCA
swith (d) : Manual
Switch (e) : Reset
Base potensiometer (f) :0,00
Window potensiometer(g): 30%
6. Amati spektrum energi-alfa (distribusi energi ) yang terlihat pada osilospkop.
II. Perekaman spektrum energi dengan xy-recorder
1. Periksalah rangkaian percobaan, apakah sedah seperti pada gambar
2. Buatlah sumbu X:0,1 V/cm,dan sumbu Y : V/cm
3. Sebelum menggunakan pena XY rekorder,saklar (s) di start dan di amati bentuk puncak-puncak dan
lebar spektrum.
4. Berkaitan dengan lebar dan tinggi puncak spektrum, berikut ini perlu diperhatikan
-spektrum terlalu lebar------ kecilkan amplifikasi (i)
-spektrum terlalu--------------perbesar amplifikasi (i)
-puncak terlalu tinggi--------kurangi lebar window (g)
-puncak terlalu rendah ------perbesar lebar window(g)
5. Ambil sumber am dan amati spektrumnya .Hitung resolusinya,dan cari konstanta yang
menghubungkan antara energi dan tinggi pulsa .
6. Ganti sumber dengan yang lain ,cari tegangan puncak spektrum yang dihasilkan ,tentukan energi
spektrum alfa tersebut
E. DATA PENGAMATAN
1. Data Spektrum Energi-α-Am-241
No.
Kanal Cacah
1 Cacah
2 Cacah
3 Cacah
4 Cacah
5 Jumlah
0 12232 12437 12422 12187 12208 61486
10 6849 6830 6724 6788 7014 34205
20 2211 2133 2181 2118 2095 10738
30 349 351 356 339 366 1761
40 24 23 17 24 20 108
50 10 4 3 4 5 26
60 2 1 5 5 5 18
70 2 1 6 4 0 13
80 1 1 3 1 2 8
90 4 2 3 4 1 14
100 0 2 0 4 2 8
110 1 2 2 1 1 7
120 2 1 0 1 3 7
130 2 2 1 1 0 6
140 3 4 2 4 2 15
150 6 3 4 2 4 19
160 1 2 5 5 3 16
170 3 4 2 3 1 13
180 5 4 15 4 3 31
190 10 5 6 7 4 32
200 7 5 7 4 8 31
210 19 15 18 17 10 79
220 23 24 24 24 31 126
230 36 42 35 34 30 177
240 37 51 36 59 53 236
250 47 60 50 51 62 270
260 62 67 68 64 61 322
270 64 59 75 62 62 322
280 83 80 64 82 75 384
290 76 71 75 80 60 362
300 62 66 89 75 73 365
310 85 86 77 59 70 377
320 74 72 76 51 65 338
330 75 93 83 82 82 415
340 66 81 86 72 79 384
350 74 89 76 76 67 382
360 76 89 82 96 81 424
370 101 84 82 86 77 430
380 79 80 93 74 65 391
390 79 59 82 74 70 364
400 76 73 66 72 54 341
410 58 58 66 70 80 332
420 57 56 48 71 53 285
430 49 50 39 46 51 235
440 41 35 42 42 28 188
450 33 38 31 24 30 156
460 26 32 16 16 24 114
470 17 15 12 17 21 82
480 17 12 16 13 15 73
490 18 9 9 5 18 59
500 5 8 10 13 5 41
510 2 4 8 4 5 23
520 5 3 6 1 2 17
530 3 2 2 1 2 10
540 5 5 1 1 2 14
550 5 3 3 3 3 17
560 1 2 1 4 1 9
570 1 1 0 1 1 4
580 0 0 1 0 0 1
590 0 0 0 1 0 1
600 2 2 0 0 1 5
610 0 1 0 0 0 1
620 0 0 1 1 0 2
630 1 0 0 1 0 2
640 0 0 0 1 1 2
650 0 0 0 1 3 4
660 0 0 1 2 0 3
670 1 0 0 0 0 1
680 1 0 0 0 1 2
690 0 0 0 0 0 0
2. Data Spektrum Energi -α-Ra-226
No. Kanal
Cacah 1
Cacah 2
Cacah 3
Cacah 4
Cacah 5
Jumlah
0 12376 12541 12480 12329 12408 62134
690; 0
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 200 400 600 800
Ju
mla
h C
acah
an
No. Kanal
Grafik Energi α-Am-241
10 8426 8712 8748 8761 8685 43332
20 4670 4356 4287 4358 4078 21749
30 1426 1384 1318 1365 1362 6855
40 331 374 356 388 403 1852
50 118 91 114 117 107 547
60 34 34 48 40 42 198
70 23 17 21 20 22 103
80 20 8 19 10 11 68
90 12 6 9 11 8 46
100 6 14 9 16 16 61
110 8 16 13 14 10 61
120 16 19 13 16 17 81
130 26 18 23 17 23 107
140 20 21 24 19 19 103
150 28 36 35 36 24 159
160 40 31 40 41 38 190
170 45 41 54 41 46 227
180 47 41 54 54 43 239
190 42 53 60 60 57 272
200 51 57 63 75 51 297
210 63 65 65 60 71 324
220 64 55 57 55 66 297
230 61 56 54 55 54 280
240 53 47 54 58 56 268
250 60 61 51 59 67 298
260 57 66 43 55 54 275
270 50 54 45 64 47 260
280 43 42 47 47 33 212
290 46 53 54 41 38 232
300 39 45 49 46 46 225
310 41 46 47 34 33 201
320 50 39 52 31 38 210
330 42 48 38 42 36 206
340 39 32 27 28 36 162
350 25 29 22 27 29 132
360 28 30 32 32 20 142
370 18 25 18 23 23 107
380 23 16 14 19 18 90
390 15 17 18 15 23 88
400 17 12 12 14 15 70
410 12 12 12 20 10 66
420 9 12 14 11 13 59
430 12 10 8 10 6 46
440 6 9 4 8 8 35
450 8 7 6 4 4 29
460 6 4 8 7 7 32
470 5 11 11 6 5 38
480 9 2 8 2 4 25
490 3 6 5 4 5 23
500 7 3 5 6 2 23
510 9 2 6 5 3 25
520 5 6 7 4 5 27
530 0 7 3 6 2 18
540 4 5 4 6 6 25
550 6 1 4 6 3 20
560 5 4 3 3 8 23
570 4 6 5 2 4 21
580 3 5 2 6 2 18
590 3 3 5 9 6 26
600 3 4 4 2 6 19
610 8 3 6 6 4 27
620 7 3 6 3 8 27
630 6 4 8 1 4 23
640 4 5 7 5 8 29
650 4 6 6 5 5 26
660 6 10 7 3 4 30
670 3 7 4 4 3 21
680 2 1 9 6 7 25
690 13 7 3 6 4 33
700 8 5 7 7 8 35
710 4 7 8 6 15 40
720 9 7 11 9 8 44
730 6 7 10 10 6 39
740 12 4 8 6 10 40
750 10 8 7 9 4 38
760 5 11 8 8 8 40
770 6 9 6 9 17 47
780 7 8 12 8 9 44
790 14 5 7 6 9 41
800 11 14 3 11 10 49
810 10 10 7 12 7 46
820 4 6 7 7 2 26
830 10 3 5 5 7 30
840 7 16 15 10 9 57
850 15 11 14 9 9 58
860 14 7 5 5 11 42
870 11 8 9 5 12 45
880 12 8 8 16 4 48
890 8 10 8 11 14 51
900 8 8 14 4 4 38
910 10 7 5 9 7 38
920 3 8 4 6 6 27
930 8 9 5 5 2 29
940 4 9 9 7 4 33
950 3 12 9 9 11 44
960 10 8 5 5 6 34
970 7 7 7 7 7 35
980 9 7 5 6 5 32
990 4 6 3 2 8 23
1000 7 5 10 12 5 39
ANALISIS PERHITUNGAN
1) Untuk Am-241
1000; 390
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 200 400 600 800 1000 1200
Ju
mla
h C
aca
ha
n
No. Kanal
Grafik Energi α-Ra-226
Pada Am-241 jumlah rerata cacahan terbanyak terdapat pada kanal 370,sehingga diperoleh skala
untuk jarak tiap kanalnya adalah :
Diketahui:
kanal = 5,6 𝑀𝑒𝑉
370 = 0.015 MeV
Dengan menggunakan interpolasi Lagrange, didapatkan nilai X1 dan X 2 sebagai berikut :
Untuk X1 diambil nomor kanal 230 dan 240 sebagai intervalnya
C1 = y1
x1−x2 =
177
230−240 = −17,7
690; 0
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Ju
mla
h C
aca
ha
n
No. Kanal
Grafik Energi α-Am-241
690; 0050
100150200250300350400450500
0 200 400 600 800
Ju
mla
h C
acah
an
No. Kanal
Grafik Energi α-Am-241
Series1
C2 = 𝑦1
𝑥2−𝑥1 =
236
10= 23,6
Nilaipolinomialnya
P1= 215
Sehingga,
P1= C1 (X-X2) + C2 (X-X1)
215= -17,7 ( X – 240 ) + 23,6 ( X – 230 )
215=5,9X +4248-5428
X1 = 236,44
Untuk X2 diambil nomor kanal 430 dan 440 sebagai intervalnya
C1 = y1
x1−x2 =
235
430−440 = −23,5
C2 = 𝑦1
𝑥2−𝑥1 =
188
10= 18,8
Nilaipolinomialnya
P1 = 215
sehingga
P1= C1 ( X - X2 ) + C2 ( X - X1 )
215= -23,5( X – 440 ) + 18,8 ( X – 430 )
215=-4,7X+10340-8084
X2 = 434,25
Maka nilai FWHM-nya adalah
FWHM = (X2 – X1 ) x 5,6 MeV
370 kanal
FWHM = (434,25 – 236,44) (0,015 MeV)
FWHM = 2,96 MeV
Resolusi Energi radiasi yang di dapat :
R = 𝐹𝑊𝐻𝑀
𝐸0x 100%
R = 2,96
5,6 𝑀𝑒𝑉𝑥 100%
R = 52,85 %
Jadi, nilairesolusiuntuk Am-241 adalah 52,85 %
2) Untuk Ra-226
Jika di perbesar lagi grafik tersebut mempunyai lima puncak yang berturut-turut yakni :
Puncak pertama 210 , 324
Puncak kedua 250, 298
Puncak ketiga 300,225
Puncak keempat 320,210
Puncak kelima 360, 142
1000; 390
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 200 400 600 800 1000 1200
Ju
mla
h C
acah
an
No. Kanal
Grafik Energi α-Ra-226
1000; 390
100
200
300
400
500
600
0 200 400 600 800 1000 1200
Ju
mla
h C
aca
ha
n
No. Kanal
Grafik Energi α-Ra-226
Series1
Berdasarkan grafik yang kita peroleh untuk Energi puncak system pada :
1. Padatitik1
Energi puncak tertinggi pada kanal 210
210 𝑥 0,015 = 3,15 𝑀𝑒𝑉
2. Pada titik2
Energi puncak tertinggi pada kanal 250
250 𝑥 0,015 = 3,75𝑀𝑒𝑉
3. Pada titik3
Energi puncak tertinggi pada kanal 300
300𝑥 0,015 = 4,5𝑀𝑒𝑉
4. Pada titik 4
Energi puncak tertinggi pada kanal 320
320 𝑥 0,015 = 4,8𝑀𝑒𝑉
5. Pada titik 5
Energi puncak tertinggi pada kanal 360
360 𝑥 0,015 = 5,4 𝑀𝑒𝑉
F. PEMBAHASAN
Suatu sumber radioaktif yang memiliki nomor atom lebih dari 82 maka secaras pontan akan
meluruh menjadi inti turunan memancarkan inti Helium (𝐻24) atau yang disebut dengan partikel alfa.
Partikel ini sangat massif dan berenergi tinggi serta dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang
memiliki rasio neutron terhadap proton yang terlalu rendah .
Pada Eksperimen kali ini digunakan sumber radioaktif Am-241 dan Ra-226 dan juga sebuah detector
semikonduktor.Detektor ini bekerja fotoida silikon yang berupa lapisantipis yang akan menyerap
semua energy partikel alfa. Apabila partikelalfa menumbuk lapisantipis tersebut, maka akan terjadi
interaksi yang akan menghasilkan pulsa keluaran yang tingginya sebanding dengan energy radiasi alfa
tersebut. Lapisan tipis fotoida silicon akan menyerap seluruh partikel alfa yang akan menghasilkan
pulsa yang dibangkitkan dari peristiwa terbentuknya pasangan hole-elektron saat partikel alfa
menumbuk lapisan silicon. Pulsa yang dihasilkan ini akan sebanding dengan energy alfa, sehingga
bisa menentukan energy radiasi yang belum diketahui
Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon peluruhan α memenuhi reaksi yang dinyatakan
oleh :
AIZ
A-4TZ-2+α
dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Sedangkan untuk peluruhan radioaktif 226
Ra
menjadi 206
Pb. Dalam eksperimen ini dapat diperoleh turunan peluruhannya:
226Ra
222Rn+α
222Rn
218Po+α
218Po
214Po+α
214Po
210Po+α
210Po
206Pb+α
Dari penurunan peluruhan 226
Ra menjadi 206
Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-masing
partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda. Dari grafik terlihat spectrum energinya
memiliki 5 puncak yang menunjukkan besarnya energi yang dihasilkan partikel α tersebut selama
meluruh.
Pada eksperimen ini untuk menentukan energy dari partikel α dari Ra-226 digunakan kalibrator Am-
241 yang memiliki spectrum mono energetic radiasi α sebesar 5,6 MeV. Besarnya energy partikel
puncak pada spectrum energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206 didapatkan dengan menganalisis
spectrum energi Am-241. Puncak energy partikel α pada peluruhan Am-241 terjadi pada kanal 370,
sehingga dapat diketahui bahwa 1 kanal mewakili besarny aenergi yang dipancarkan partikel α
sebesar 0,015 MeV atau 0,015 𝑥 106 𝑒𝑉.
Kemudian untuk mengetahui besarnya energy tiap partikel alfa hasil peluruhan, yang dilakukan
adalah dengan mencari nomor kanalnya lalu dikalikan dengan 0,015 MeV. Berdasarkan analisis data,
diperoleh hasil perhitungan energy partikel alfa untuk masing-masing peluruhan sebagai berikut
Nama Energy
(MeV)
Ra-226 3,15
Rn-222 3,75
Po-218 4,5
Po-214 4,8
Po-210 5,4
Tabel energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206
Berdasarkan , seperti yang terlihat pada grafik spektrum energy diatas pada titik 1 yang menunjukan
Ra-226 didapatkan E= 1 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literature pada table di atas maka
prosentase kesalahannya sebesar:
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟− 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑋 100%
1 − 3,15
3,15 × 100% = 68, 25 %
Pada titik 2 yang menunjukan Po-210 didapatkan E= 3,75 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada
literatur pada table di atas maka prosentase kesalahanny asebesar:
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟− 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑋 100%
5,30 − 3.75
5,30 × 100% = 49,20 %
Pada titik 3 yang menunjukan Rn-222 didapatkan E= 4,5 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada
literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟− 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑋 100%
5,48 − 4,5
5,48 × 100% = 31,11 %
Pada titik 4 yang menunjukan Po-218didapatkan E= 4,8 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada
literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟− 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 × 100%
6 − 4.8
6 × 100% = 38,09 %
Pada titik 5 yang menunjukan Po-214 didapatkan E= 5,4 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada
literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟− 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 × 100%
7,68 − 5,4
7,68 × 100% = 73,38 %
FWHM merupakan lebar “peak” pada setengah energy puncaknya. Resolusi energy radiasi alfa
merupakan kemampuan system spectrometer energy radiasi untuk memisahkan antar energy radisai.
Hal ini sangat penting karena dapat memberikan informasi seberapa valid informasi energy radiasi
yang muncul dalam spectrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi yang kami peroleh dalam percobaan
ini 52,85 %.
Adanya presentase kesalahan yang cukup besar disebabkan oleh faktor alat maupun faktor
praktikan. Selain itu, bisa juga dari sumber radiasi yang sudah sering kali digunakan dalam
eksperimen, dan juga eksperimen hanya dilakukan sekali sehingga tidak sesuai dengan nilai literature
yang sudah dilakukan eksperimen berkali.kali
G. KESIMPULAN
Dari eksperimen tersebut didapatkan bahwa:
1.Pada peluruhan inti turunan 226
Ra menjadi 206
Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-
masing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda
2. Berdasarkan analisis, diperoleh energy partikel tiap alfa tiap puncak dan presentase kesalahannya
adalah :
Nama Energy
(MeV)
Presentase
kesalahan
Ra-226 3,15 68,25
Rn-222 3,75 49,20
Po-218 4,5 31,11
Po-214 4,8 38,09
Po-210 5,4 73,37
3. Besarnya Resolusi Energi radiasi Am-241 sebesar 52,85 %
H. DAFTAR PUSTAKA
Leybold, General Cataloque of Physics Experiments,1998. Federal Republik of Germany: Technical
alterations reserved.
Krane,keneth, Modern Physics, John WileySons,inc.,1992. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia
(UI-Press).
Tipler, Paul A dan Ralph A.Liewellyn.ModernPhysics. Fourth Edition.1933. New