praktikum deteksi 07 08

LAPORAN PRAKTIKUM

DETEKSI DAN PENGUKURAN RADIASI

SEMESTER II, TAHUN AKADEMIK 2015/2016

PRAKTIKUM PERCOBAAN 07-08

PENGUKURAN LEVEL FLUIDA DALAM BEJANA MENGGUNAKAN

DETEKTOR GEIGER MULLER

ASISTEN PENGAMPU : Rismah Taufik Andihutomo

Tanggal Praktikum : 31 Maret 2015

Kelompok Praktikum : G

Oleh : Bertha Rastika NIM : 13/351050/TK/41264

Partner : Estelita Felicia Golda Meirrina

Togatorop

NIM : 13/350097/TK/41247

LABORATORIUM

TEKNOLOGI ENERGI NUKLIR

JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2015

Bertha Rastika | DAFTAR TABEL 2

DAFTAR ISI

Abstrack ........................................................................................................................................................ 4

I. Tujuan Praktikum .................................................................................................................................. 5

II. Dasar Teori ............................................................................................................................................ 5

Detektor Geiger Muller ............................................................................................................................. 5

Sumber Cs-137.......................................................................................................................................... 6

Koefisien Atenuasi .................................................................................................................................... 7

III. Pelaksanaan Praktikum ..................................................................................................................... 9

3.1. Alat dan Bahan .............................................................................................................................. 9

3.2. Skema Alat .................................................................................................................................. 12

3.3. Tata Laksana ............................................................................................................................... 12

3.3.1. Praktikum 07 Menentukan Daerah Operasi GM ................................................................. 12

3.3.2. Praktikum 08 Menentukan ketinggian level fluida ............................................................. 14

IV. Hasil dan Pembahasan .................................................................................................................... 19

4.1. Hasil Praktikum .......................................................................................................................... 19

4.2. Analisis Data ............................................................................................................................... 20

4.3. Pembahasan ................................................................................................................................. 26

V. Kesimpulan ......................................................................................................................................... 29

VI. Saran ............................................................................................................................................... 30

VII. Daftar Pustaka ................................................................................................................................. 30

Bertha Rastika | DAFTAR TABEL 3

DAFTAR GAMBAR

Figure 1. Detektor Geiger Muller ................................................................................................................. 6

Figure 2. Tegangan Karakteristik Detektor Geiger Muller ........................................................................... 6

Figure 3. Skema Peluruhan Cesium-137 ....................................................................................................... 7

Figure 4. Hubungan Koefisien Atenuasi Massa terhadap Energi Foton ....................................................... 8

Figure 5. Counter dan Timer ....................................................................................................................... 11

Figure 6. HVDC sebagai suplai tegangan untuk detektor ........................................................................... 11

Figure 7. Detektor GM ................................................................................................................................ 11

Figure 8. Sumber radioaktif, alah satunya adalah Cs-137 .......................................................................... 11

Figure 9. Flowchart untuk menentukan tegangan operasi detektor GM .................................................... 13

Figure 10. Flowchart untuk menentukan cacah background ...................................................................... 14

Figure 11. Flowchart untuk menentukan koefisien atenuasi udara ............................................................ 15

Figure 12. Flowchart untuk menentukan koefisien atenuasi kaca .............................................................. 16

Figure 13. Flowchart untuk menentukan koefisien atenuasi air ................................................................. 17

Figure 14. Flowchart untuk menentukan tinggi (level) air dalam bejana ................................................... 18

Figure 15. Karakteristik tegangan pada Geiger Muller ............................................................................... 21

Figure 16. Regresi untuk menentukan koefisien atenuasi udara ................................................................. 21

Figure 17. Regresi untuk menentukan koefisien atenuasi air .................................................................... 22

Figure 18. Regresi untuk menentukan koefisien atenuasi kaca .................................................................. 22

DAFTAR TABEL

Table 1. Data untuk menentukan tegangan operasi detektor Geiger Muller. .............................................. 19

Table 2. Data untuk menentukan koefisien atenuasi udara ......................................................................... 20

Table 3. Data untuk menentukan koefisien atenuasi air ............................................................................. 20

Table 4. Data untuk menentukan koefisien atenuasi kaca .......................................................................... 20

Bertha Rastika | Abstrack 4

Abstrack

Detektor Geiger Muller memiliki kemampuan yaitu mendeteksi adanya radiasi sumber

radioaktif serta menentukan intensitas yang dipancarkannya. Kemampuan detector GM ini

mampu dimanfaatkan untuk mengukur ketinggian (level) fluida dalam bejana. Namun untuk

membuat detector bekerja, perlu ditentukan terlebih dahulu daerah tegangan operasi karena

detector GM bekerja pada tegangan tertentu. Sumber radiasi yang digunakan adalah Cesium-137,

dimana peluruhannya menghasilkan partikel beta dan gamma. Radiasi yang dipancarkan oleh Cs-

137 akan berkurang intensitasnya ketika melalui suatu materi yang disebabkan interaksi radiasi

dengan materi. Besar pelemahan yang terjadi dinyatakan dalam koefisien atenuasi linier. Pada

praktikum ini, sebelum menentukan ketinggian air, perlu di cari terlebih dahulu nilai koefisien

atenuasi linier udara, air serta kaca.

Kata kunci: detector Geiger Muller, tegangan operasi, koefisien atenuasi linier

Geiger Muller detector has the ability to detect whether theres a radiation as well as

measuring the intensity of emitted radioactive source. These ability can be used to measure the

height of fluid in vessel. But, we first should establish the operating voltage region, so it can

work properly. Cesium-137 is the radioactive source, because of the special character of GM

which cant distinguish the radiation energy, so it only has one peak energy, 662 keV. The

intensity of emitted radiation by Cs-137 is decreased because of the energy-material interaction,

this decreased is stated by linier attenuation coefficient. Before we start to measure the height of

fluid, we first should determine the attenuations of air, water, and pyrex glass.

Key words: Geiger Muller detector, the operating voltage, the linier attenuation coefficient

Bertha Rastika | Tujuan Praktikum 5

I. Tujuan Praktikum

a. Memahami pemanfaatan detector Geiger Muller

b. Memahami konsep atenuasi

c. Memahami konsep aplikasi radiasi sebagai media Non Destructive Test (NDT)

II. Dasar Teori

Detektor Geiger Muller Detektor adalah suatu alat pendeteksi radiasi. Salah satu jenis alat ukur

radiasi yang pertama kali dikenalkan dan sampai saat ini masih terus dan sering

digunakan untuk mengukur radiasi adalah detektor isian gas. Detektor Geiger

Muller terdiri dari suatu tabung yang berfungsi sebagai katoda dimana di

dalamnya terdapat gas ionisasi, dan di tengah tabung tersebut terdapat wires yang

berfungsi sebagai anoda. Pada bagian anoda sering sekali charged ion positif

mencapai ratusan volts terhadap tabung katoda. Gas isian pada tabung bisa berupa

argon, polyatomic hidrokarbon atau diatomic halogen. Ketika radiasi memasuki

tabung, radiasi yang masuk akan berionisasi dengan gas isian. Ketika radiasi yang

mengalami ionisasi, sebagian atau bahkan seluruh energy radiasi akan terdisipasi

oleh ionisasi dengan gas isian. Energy yang terbentuk oleh satu pasang ion positif

Argon dengan ion negative radiasi yang masuk adalah sekitar 26eV. Ion-ion

positif dan negative akan terpisah menuju katoda maupun anoda. Selanjutnya

electron akan menempel pada anoda, peristiwa ini disebut dengan primry

ionization. Elektron dari ionisasi primer ini akan berakselerasi pada anoda dan

memperoleh energy yang cukup tinggi untuk memulai ionisasi sekunder, tersier,

dan seterusnya. Multiplikasi electron akan terus berlanjut dan menghasilkan

electron yang sangat banyak pada anoda sampai terjadi avalanche electron

(elektron gugur) karena meluapnya jumlah electron pada anoda. Multiplikasi

electron ini dipengaruhi oleh bentuk anoda, serta beda potensial antara anoda dan

katoda yang nilainya tergantung pada HV. Sehingga sebagai konsekuensinya,

respons dari Counter GM memiliki karakteristik tegangan dengan lau cacah yang

terukur oleh counter, seperti yang tertera pada Figure 2. (Bryan, 2010)

Bertha Rastika | Dasar Teori 6

Figure 1. Detektor Geiger Muller

Figure 2. Tegangan Karakteristik Detektor Geiger Muller

Detektor Geiger Muller (GM) merupakan salah satu jenis detector isian

gas yang banyak digunakan karena kemudahan dan kesederhanaan

penggunaannya. GM menghasilkan sinyal yang kuat sehingga tidak dibutuhkan

amplifier. GM dapat digunakan untuk mendeteksi bermacam-macam radiasi

pengion. Kekurangan dari GM adalah GM tidak mampu membedakan energy

radiasi yang masuk, yang berarti semua jenis interaksi radiasi dengan materi ikut

terdeteksi, sehingga GM hanya memberikan informasi berupa jumlah partikel

yang masuk. (Dr. Ir. Agus Budi W, 2015)

Sumber Cs-137 Logam Cesium murni berwarna putih-silver, namun di alam berwarna

kuning-keemasan karena bercampur dengan sedikit komponen oksida ataupun

nitrida. Cesium adalah logam yang paling aktif dan memiliki keelektronegatifan

positif yang paling tinggi di antara logam-logam yang lain. Karena sifatnya itu,

jika Cesium-137 terpapar udara, Cesium akan dengan cepat bereaksi dengan

oksida dan nitride karena tingkat keelektronegatifan positif yang cukup besar


berinteraksi dengan oksida yang memiliki tingkat keelektronegatifan negative. (H.

L. Finston, 1961)

Cesium memiliki titik leleh 301.55 K (28.4 C atau 83.1 F) dan titik

didih 951.6 K (678.5 C atau 1253.2 F). Cesium-133 adalah satu-satunya isotop

alami dan non-radioactive. Semua isotop lain, termasuk Cesium-137 diproduksi

oleh aktivitas manusia. (Emsley, 1998)

Cesium-137 merupakan sumber radioaktif, dimana peluruhan utama

(estimasi 94%) adalah peluruhan Cs-137 menjadi Ba-137 excited (isomeric) state

dengan memancarkan beta partikel. Dalam keadaan excited ini, Ba-137 masih

dalam keadaan yang belum stabil, sehingga diikuti peluruhan kembali menjadi

Cs-137 ground state dengan pancaran radiasi gamma. Hanya 6% Cesium-137

meluruh secara langsung menjadi Ba-137 keadaan stabil dengan memancarkan

gamma tanpa melalui excited state. Oleh karena itu, sebagian besar Cs-137 adalah

sumber beta-gamma, dimana sebesar 0,511 MeV adalah energy dari partikel beta,

sedangkan 0,662 MeV adalah energy dari sinar gamma. Partikel beta yang

dipancarkan memiliki spectrum energy dari 0 sampai 0,511 MeV. (Jerry Wilson,

2009)

Figure 3. Skema Peluruhan Cesium-137

Koefisien Atenuasi Ketika foton melewati suatu materi akan terjadi 3 macam interaksi,

diantaranya adalah efek fotolistrik, hamburan compton, serta produksi pasangan.

Hamburan Compton adalah interaksi foton dengan electron valensi atom

penyusun materi. Foton akan diserap sebagian oleh electron untuk keluar dari

spektrumnya menjadi electron bebas (fotoelektron), sedangkan sebagian energy

pada foton dihamburkan sejauh sudut terhadap arah datang foton. Efek

fotolistrik merupakan interaksi foton dengan electron pada spectrum energy


rendah, sehingga seluruh energy foton akan diserap oleh electron untuk

melepaskan diri dari spektrumnya, dan digunakan untuk menjadi electron bebas.

Sedangkan produksi pasangan merupakan interaksi foton dengan inti atom,

dimana sebagai dampak interaksi ini foton akan menghilang dan dihasilkan

pasangan electron-positron sebagai gantinya. Probabilitas total untuk ketiga

interaksi tersebut di simbolkan dengan suatu koefisien total, , disebut sebagai

koefisien atenuasi.

,

dimana, merupakan koefisien probabilitas terjadinya efek fotolistrik,

merupakan koefisien probabilitas terjadinya hamburan Compton, serta

merupakan probabilitas terjadinya produksi pasangan. Koefisien atenuasi di atas

merupakan koefisien atenuasi linier yang menyatakan probabilitas terjadinya

interaksi per satuan jarak. Namun, secara umum literature menampilkannya dalam

koefisien atenuasi massa total, dalam satuan m2/kg. (Tsoufanidis, 1995)

Figure 4. Hubungan Koefisien Atenuasi Massa terhadap Energi Foton

Hubungan antara koefisien atenuasi linier dengan koefisien atenuasi massa

dinyatakan dalam:

,

Bertha Rastika | Pelaksanaan Praktikum 9

dimana merupakan massa jenis material yang dilewati foton. (Tsoufanidis,

1995)

Penurunan intensitas berkas foton per satuan panjang akibat interaksi

dengan suatu materi bergantung dengan intensitas pada saat itu, yang

digambarkan dalam persamaan berikut:

,

dimana dI merupakan perubahan intensitas berkas foton sebelum dan setelah

melewati suatu materi tertentu dengan ketebalan dx (dI/dx mewakili perubahan

intensitas per satuan panjang di setiap titik pada materi yang dilewati). Sedangkan

t adalah koefisien atenuasi linier total yang nilainya tergantung pada jenis materi

serta besar energy foton yang melaluinya. Integrasi persamaan di atas diperoleh

persamaan sebagai berikut:

dimana, I merupakan intensitas berkas foton setelah melalui materi, Io merupakan

intensitas foton sebelum melalui materi, serta x merupakan tebal materi yang

dilalui oleh foton. (Ahmed, 2007)

III. Pelaksanaan Praktikum

3.1. Alat dan Bahan

Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan selama praktikum DPR

07-08 :

1. Sumber radiasi Cs-137 sumber Cs-137 digunakan dalam praktikum ini

karena Cs-137 hanya memiliki satu puncak energy. Detector yang

digunakan adalah GM, dimana detector tersebut tidak dapat membedakan

energy yang masuk.

2. Satu set system spektroskopi, terdiri atas:

a. HVDC Power Supply untuk memberikan beda potensial tertentu

dalam detector, sehingga detector dapat mendeteksi radiasi.

b. Geiger Muller detector yang hanya bisa mendeteksi serta

mengukur cacah radiasi.


c. Pre-amp komponen dalam system spektroskopi yang memiliki

fungsi untuk menyamakan impedansi pulsa listrik yang masuk.

d. Amplifier berfungsi untuk menguatkan sinyal. Pada detector GM

sebenarnya tidak diperlukan amplifier karena pulsa yang dihasilkan

sudah cukup besar.

e. Single Channel Analzer (SCA)

f. Counter .untuk menampilkan cacah yang terbaca oleh detector.

g. Timer untuk menentukan waktu pencacahan yang dapat dilakukan

oleh detector

h. Kabel coaxial& connector

3. Bejana sebagai wadah untuk air.

4. Fluida air

5. Pengagaris (mistar) digunakan untuk mengukur ketebalan serta jarak

udara.

6. Kaca


Figure 5. Counter dan Timer

Figure 6. HVDC sebagai suplai tegangan untuk detektor

Figure 7. Detektor GM

Figure 8. Sumber radioaktif, alah satunya adalah Cs-

137


3.2. Skema Alat

3.3. Tata Laksana

3.3.1. Praktikum 07 Menentukan Daerah Operasi GM


Figure 9. Flowchart untuk menentukan tegangan operasi detektor GM


3.3.2. Praktikum 08 Menentukan ketinggian level fluida

Figure 10. Flowchart untuk menentukan cacah background


Figure 11. Flowchart untuk menentukan koefisien atenuasi udara


Figure 12. Flowchart untuk menentukan koefisien atenuasi kaca


Figure 13. Flowchart untuk menentukan koefisien atenuasi air


Figure 14. Flowchart untuk menentukan tinggi (level) air dalam bejana

Bertha Rastika | Hasil dan Pembahasan 19

IV. Hasil dan Pembahasan

4.1. Hasil Praktikum

a. Data untuk menentukan Daerah Operasi Detektor GM

Berikut merupakan table yang berisi data untuk menentukan daerah operasi

GM dengan waktu pencacahan 600 detik.

HV Cacah Rata2 Cacah

723 0 0 0

724 89 85 87

725 301 291 296

745 1012 1010 1011

765 1092 1030 1061

785 1061 1051 1056

805 1099 1067 1083

825 1040 1072 1056

845 1158 1165 1161.5

865 1153 1157 1155

885 1151 1133 1142

905 1144 1140 1142

925 1131 1134 1132.5

945 1190 1166 1178

965 1218 1218 1218

985 1251 1231 1241

1005 1229 1233 1231

1025 1205 1237 1221

1045 1182 1209 1195.5

1065 1228 1242 1235

Table 1. Data untuk menentukan tegangan operasi detektor Geiger Muller.

b. Data untuk menentukan koefisien atenuasi udara

Berikut merupakan data yang diperoleh praktikan saat praktikum. Data ini

digunakan untuk menentukan nilai koefisien atenuasi udara.

Jarak

(cm)

Cacah

1

Cacah

2

Cacah

3

Laju Cacah Rerata

Bruto (cps)

Laju Cacah

Netto (cps)

0 1276 1170 1197 1214.33 1210.33


2 280 295 263 279.33 279.33

4 136 159 159 151.33 151.33

6 87 62 71 73.33 73.33

8 62 65 49 58.67 58.67

10 40 34 35 36.33 36.33

Table 2. Data untuk menentukan koefisien atenuasi udara

c. Data untuk menentukan koefisien atenuasi air

Tebal

udara (cm)

Tinggi

Air (cm) Cacah 1 Cacah 2 Cacah 3

Laju Cacah

Rerata Bruto

(cps)

Laju Cacah

Netto (cps)

0.5 7 27 25 26 26 22.00

1.5 6 28 38 33 33 33.00

2.5 5 27 29 28 28 28.00

3.5 4 25 24 23 24 24.00

4.5 3 30 30 28 29.33 25.33

5.5 2 37 33 29 33 29.00

Table 3. Data untuk menentukan koefisien atenuasi air

d. Data untuk menentukan koefisien atenuasi kaca

Tebal

(cm)

Cacah

1

Cacah

2

Cacah

3

Laju Cacah

Rerata Bruto

(cps)

Laju Cacah

Netto (cps)

0.5 264 243 258 255 251.00

1 200 206 208 204.67 204.67

1.5 142 162 155 153 153.00

2 125 125 123 124.33 124.33

2.5 76 89 86 83.67 83.67

3 80 90 85 85 85.00

Table 4. Data untuk menentukan koefisien atenuasi kaca

4.2. Analisis Data

1. Grafik

a. Menentukan HV detector Geiger Muller

Berikut merupakan grafik antara cacah yang tercatat pada tegangan

tertentu. Tegangan awal muncul cacah disebut sebagai starting voltage,

tegangan dimana cacah menunjukkan keadaan mulai stabil dinyatakan


sebagai threshold voltage, serta tegangan dimana cacah mulai naik

kembali merupakan discharged voltage.

Figure 15. Karakteristik tegangan pada Geiger Muller

b. Menentukan Atenuasi Udara

Berdasarkan data yang tertera pada table di atas, data diolah dan

dinyatakan dalam bentuk grafik. Regresi linier yang dihasilkan

menyatakan koefisien atenuasi udara.

Figure 16. Regresi untuk menentukan koefisien atenuasi udara

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

72

3

72

4

72

5

74

5

76

5

78

5

80

5

82

5

84

5

86

5

88

5

90

5

92

5

94

5

96

5

98

5

10

05

10

25

10

45

10

65

Cac

ah R

era

ta (

cps)

HV (Volt)

Grafik Cacah vs. HV

y = 0.397xR = 0.8636

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

0 2 4 6 8 10 12

ln(I

o/I

)

Tebal udara (cm)

Grafik ln(Io/I) vs. Tebal Udara

ln(Io/I)

Linear (ln(Io/I))


c. Menentukan Atenuasi Air

Figure 17. Regresi untuk menentukan koefisien atenuasi air

d. Menentukan Atenuasi Kaca

Figure 18. Regresi untuk menentukan koefisien atenuasi kaca

2. Perhitungan

y = 0.471xR = 0.971

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 2 4 6 8

ln(I

o/I

)

Tebal Air (cm)

Grafik ln(Io/I) vs. Tebal Air

ln(Io/I)

Linear (ln(Io/I))

y = 1.093xR = -1.065

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0 1 2 3 4

ln(I

o/I

)

Tebal Kaca (cm)

Grafik ln(Io/I) vs. Tebal Kaca

ln(Io/I)

Linear (ln(Io/I))


a. Pengukuran dosis untuk praktikum tanggal 31 Maret 2015:

Diketahui bahwa sumber Cs-137 yang digunakan, memiliki data sebagai

berikut:

Aktivitas awal (Ao) = 333 kBq

Waktu paruh (t1

2) = 30,04 tahun

Tanggal pembuatan = 27 Mei 1993

Tanggal praktikum = 31 Maret 2015

t = 21,844 tahun

Berdasarkan data di atas dapat dihitung konstanta peluruhan Cs-137:

= 2 = 0,693

30,04 = 0,023/tahun

Sedangkan aktivitas saat praktikum:

At = Ao x e-t At = 333 kBq x e-(0,023/tahun x 21,844 tahun)

= 201,488 kBq

Aktivitas dalam satuan mCi adalah sebagai berikut:

201,488 x 103 Bq x 1

3,7 1010 = 5,4456 x 10-3 mCi

Untuk menghitung dosis yang akan diterima oleh praktikan, diperoleh data

sebagai berikut:

Cs-137:

E = 0,611660 Mev

n = 85,1 %

k = 4,333 R.cm2/mCi.jam

r = 60 cm (jarak praktikan ke sumber)

Satuan dosis yang digunakan adalah Sv, sehingga 1 Sv = 100 rem

Berdasarkan data di atas, dapat dihitung dosis sebagai berikut:

Dengan menggunakan rumus : =

2( (

=1 ))

Maka dosis : 60 =5,4456103

(60)2 0,851 4,333

.2

.

: 60 = 5,578 106

60 = 5,578 106

0,96

1

= 5,3547 106

Dosis yang diterima praktikan selama 4 jam dalam satuan Sv :

5,3547 106

x

1

100 x 4 jam = 0,2142 Sv


Sedangkan dosis batas maksimum yang boleh diterima praktikan adalah

sebagai berikut:

100

x

1

52 x

1

5 x

1

8 x

1

1000 x 4 jam = 1,923 Sv

Berdasarkan perhitungan di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa sumber

Cs-137 aman digunakan untuk praktikum selama 4 jam, karena dosis yang

diterima praktikan (0,2142 Sv) lebih kecil dari dosis batas yang boleh

diterima praktikan (1,923 Sv).

b. Perhitungan tegangan operasi detector GM:

Sebelumnya, perlu ditentukan daerah operasi GM dengan rumus V2 V1,

dimana V2 merupakan tegangan tepat detector akan discharge dan V1

merupakan tegangan threshold. Berdasarkan grafik untuk menentukan HV

detector diperoleh, V2 = 1065 Volt, sedangkan V1 = 765 Volt.

V2 V1 = 1065 V- 765 V

= 300 V

Untuk menentukan tegangan operasi ideal detector, dapat digunakan

rumus:

= 1 + [(50% 70%) (2 1)]

= 765 + [50% (300)]

= 915

c. Perhitungan Performance Factor (PF) detector:

=2+1

1

1

(21) 100% /Volt

Dimana, R2 : Cacah saat discharge Voltage

R1 : Cacah saat threshold Voltage

V2 : Discharge Voltage

V1 : Threshold Voltage

Sehingga untuk menentukan PF detector:

=1061 + 1235

1061

1

(1065 765) 100%

= 0,7213 %

d. Perhitungan untuk menentukan koefisien atenuasi udara


Berdasarkan regresi linier grafik ln(I/Io) terhadap tebal udara (jarak udara

ke sumber) yang divariasikan diperoleh koefisien atenuasi linier udara =

0,397/cm

e. Perhitungan untuk menentukan koefisien atenuasi air

Berdasarkan regresi linier grafik ln(I/Io) terhadap tebal air yang

divariasikan diperoleh koefisien atenuasi linier udara = 0,471/cm

f. Perhitungan untuk menentukan koefisien atenuasi kaca

Berdasarkan regresi linier grafik ln(I/Io) terhadap tebal kaca yang

divariasikan diperoleh koefisien atenuasi linier udara = 1,093/cm

g. Perhitungan untuk menentukan level fluida (air):

Pada perhitungan ini, praktikan diminta untuk menghitung tinggi air yang

sebenarnya sudah diketahui, untuk menghitung tinggi air diperoleh data-

data sebagai berikut:

Cacah awal sumber pada jarak 0 cm dari detector (Io) = 1210,33 cps

Cacah sumber pada ketinggian air yang akan dicari (I) = 38,8 cps

Tebal kaca (pada dasar wadah yang terbuat dari kaca / xkaca = 0,5 cm

Tebal udara antara permukaan air dengan sumber / xudara = 1 cm

Koefisien atenuasi udara (udara) = 0,397/cm

Koefisien atenuasi air (air ) = 0,471/cm

Koefisien atenuasi kaca (kaca ) = 1.093/cm

Untuk menghitung level / tinggi air, digunakan persamaan:

= 0 (++)

0= (++)

0= ( + + )

0

= ( + + )

1210,33

38,8=

0,397

cm. 1 +

0,471

cm. +

1.093

cm. 0,5 )

3,44 = 0,397 +0,471

cm. + 0,5465


3,44 = 0,9435 +0,471

cm.

2,4965 =0,471

cm.

= 5,3 cm

Sehingga, diperoleh tinggi air berdasarkan perhitungan adalah 5,3 cm.

4.3. Pembahasan Tujuan dari praktikum ini utamanya adalah untuk menentukan tinggi

fluida berupa air dalam bejana menggunakan detector Geiger Muller. Namun

untuk menuju tujuan tersebut praktikan harus memahami prinsip kerja serta

manfaat dari detector Geiger Muller, dan memahami konsep atenuasi. Dalam

praktikum ini digunakan detector Geiger Muller (GM), dimana detector ini

hanya memiliki kemampuan untuk mencacah radiasi saja. Salah satu

komponen yang penting bagi setiap detector adalah HV, dimana HV akan

memberikan tegangan tertentu bagi detector untuk menciptakan beda

potensial dalam detector sehingga radiasi yang berupa gelombang

elektromagnetik akan terdeteksi oleh detector, yang selanjutnya akan

dihitung cacah radiasinya di dalam counter berdasarkan waktu yang

ditentukan oleh praktikan. Begitu pula pada detector Geiger Muller, detector

ini memiliki daerah operasi tertentu, dimana sebelumnya praktikan telah

menentukan daerah operasi tersebut. Dapat dilihat pada data untuk

menentukan daerah operasi detector GM yang tertera pada lembar Hasil

Praktikum pada bab IV, bahwa cacah yang terbaca oleh counter mulai

konstan pada tegangan 765 Volt, tegangan ini disebut dengan Threshold

Voltage. Pada umumnya tegangan lebih dari 1000 Volt akan menunjukkan

bahwa detector akan discharge, pada keadaan ini detector tidak dapat

menghitung cacah yang masuk, dan apabila diteruskan pada tegangan yang

lebih besar lagi, maka detector akan rusak. Discharged Voltage yang

diperoleh praktikan adalah sebesar 1065 Volt. Rentang tegangan antara 765

Volt sampai dengan 1065 Volt ini merupakan daerah operasi detector GM,

dimana selisih keduanya merupakan lebar plateu, yaitu sebesar 300 Volt.

Hasil ini sesuai dengan teori bahwa detector GM akan bekerja optimal pada

lebar plateu kurang dari sama dengan 300 Volt. Pada daerah operasi ini perlu

ditentukan tegangan operasi ideal, sehingga detector dapat bekerja.

Berdasarkan hasil perhitungan praktikan, diperoleh 915 Volt.


Detektor GM memiliki kelemahan yang tidak dapat membedakan

energy radiasi yang masuk, oleh karena itu dipilih sumber radioaktif yang

hanya memiliki satu puncak energy saja, yaitu Cesium-137. Detektor GM

dapat mendeteksi baik partikel alpha, beta maupun gamma. Cesium-137 pada

dasarnya memancarkan partikel beta dan gamma, sehingga dengan mudah

akan terdeteksi oleh detector GM.

Radiasi foton yang melalui suatu materi akan berinteraksi dengan

materi tersebut, sehingga intensitas sebelum dan sesudah melewati materi

akan mengalami perubahan. Interaksi tersebut terjadi dalam 3 macam,

diantaranya adalah efek fotolistrik, hamburan Compton, serta produksi

pasangan. Ketiga interaksi tersebut akan menurunkan intensitas foton setelah

melewati materi yang dilaluinya. Penurunan intensitas foton yang disebabkan

akibat ketiga interaksi yang telah disebutkan sebelumya, dirumuskan dengan

suatu koefisien yaitu koefisien atenuasi. Atenuasi yang berarti pelemahan ini

dipengaruhi oleh beberapa hal, di antaranya adalah besar energy yang melalui

suatu materi, ketebalan materi yang dilalui, nomor atom materi, serta jenis

materi yang berpengaruh pada massa jenis materi tersebut. Energy yang

dipancarkan untuk menumbuk materi sangat berpengaruh, karena energy ini

nantinya akan berinteraksi dengan materi secara efek fotolistrik, hamburan

Compton, serta produksi pasangan. Semakin tinggi suatu energy yang

menumbuk materi semakin banyak electron yang akan lepas dari orbitalnya

karena energy tersebut digunakan electron selain untuk melepaskan diri dari

ikatan terhadap inti juga digunakan untuk pergi jauh dari orbitalnya, dengan

begitu intensitas yang dihasilkan setelah berinteraksi akan semakin lemah.

Jenis materi yang dijadikan sebagai perisai dapat dilihat berdasarkan nomor

atomnya, semakin tinggi nomor atomnya akan menunjukkan jumlah elektron

yang lebih banyak, sehingga memungkinkan interaksi yang lebih banyak

terjadi antara elektron dan foton. Intensitas foton setelah berinteraksi akan

semakin menurun, karena energinya telah berinteraksi dengan elektron yang

jumlahnya banyak. Interaksi foton dengan elektron yang berlimpah juga

terjadi pada tebal materi, karena semakin tebal materi yang digunakan akan

semakin banyak elektron di dalamnya. Sehingga interaksi dengan elektron-

elektron tersebut akan menurunkan intensitas foton yang telah berinteraksi.

Pada praktikum 07-08 ini, materi yang dimaksud adalah udara, air,

serta kaca. Udara yang terdiri dari Oksigen, Nitrogen serta Argon memiliki

komposisi electron yang lebih sedikit dibandingkan electron yang terkandung

dalam air dan kaca, serta fase udara yang berupa gas menunjukkan bahwa

jarak antar partikel di antaranya sangat renggang. Sehingga, berdasarkan

referensi, koefisien atenuasi yang paling rendah dimulai dari udara,

kemudian air, serta yang terakhir adalah kaca. Berdasarkan hasil perhitungan


praktikan yang diperoleh dari percobaan tertera pada Hasil Praktikum pada

bab IV, diperoleh hasil perhitungan koefisien atenuasi linier sebagai berikut:

- Koefisien atenuasi udara (udara) = 0,397/cm

- Koefisien atenuasi air (air ) = 0,471/cm

- Koefisien atenuasi kaca (kaca ) = 1.093/cm

Hasil di atas seuai dengan referensi bahwa nilai koefisien atenuasi

linier dari yang bernilai kecil berurutan adalah udara, air serta kaca. Namun,

jika nilai tersebut dibandingkan dengan nilai sebenarnya pada referensi yang

bernilai:

- Koefisien atenuasi udara (udara) = 0.0797 cm2/g

- Koefisien atenuasi air (air ) = 0.0887 cm2/g

- Koefisien atenuasi kaca (kaca ) = 0.0795 cm2/g

Data di atas merupakan data koefisien atenuasi massa total, untuk itu untuk

membandingkannya dengan koefisien atenuasi linier yang telah dihitung

praktikan, data referensi tersebut perlu di ubah menjadi koefisien atenuasi

linier dengan mengkalikannya dengan massa jenis.

= 0.0797 2/ 0.001293 /3 = 0.0001/

= 0.0887 2/ 1 /3 = 0.0887/

= 0.0795 2/ 2.23 /3 = 0.1773/

Dibandingkan dengan nilai koefisien atenuasi linier berdasarkan perhitungan

praktikan, nilai referensi dengan nilai hitungan terdapat perbedaan yang

cukup signifikan, meski urutan dari koefisien terkecil sampai terbesar sama,

yaitu di mulai dari udara, air, sampai kaca. Perbedaan hasil perhitungan

melalui percobaan dengan referensi yang ada disebabkan oleh beberapa hal.

Yang pertama adalah menentukan koefisien atenuasi udara, untuk

menentukannya terlebih dahulu praktikan harus memvariasikan ketebalan

udara atau lebih tepatnya jarak antara sumber radioaktif dan detector dengan

menggunakan alat ukur berupa penggaris dimana penggaris memiliki

ketelitian sebesar 1 mm. Selain itu adalah ketidaktelitian praktikan dalam

mengarahkan radiasi sumber yang tidak tepat di tengah detector pada jarak

antara sumber dengan detector yang tinggi (10 cm), sehingga laju cacah yang

terbaca detector tidak sesuai.

Yang kedua adalah menentukan nilai koefisien atenuasi kaca, untuk

menentukan koefisien atenuasi linier kaca, praktikan memvariasikan tinggi

kaca sebanyak 6 variasi, setiap kaca memiliki ketebalan sebesar 0,5 cm,

Bertha Rastika | Kesimpulan 29

sehingga untuk 6 variasi nilai ketebalan kaca, ketebalan kaca maksimum

adalah 3 cm. Untuk mengukur ketebalan, praktikan menggunakan alat ukur

berupa penggaris yang memiliki ketelitian 1 mm sehingga hasil yang

diperoleh kurang akurat. Jika hasil yang diperoleh ingin lebih akurat, maka

praktikan dapat menggunakan jangka sorong untuk mengukur ketebalan kaca.

Yang ketiga adalah menentukan koefisien atenuasi air, dan untuk

menentukannya juga dibutuhkan nilai dari koefisien atenuasi kaca dan udara.

Praktikan mendapatkan nilai koefisien atenuasi linier udara dan kaca melalui

regresi linier dari data-data yang diperoleh. Variasi ketinggian air juga

dilakukan untuk menentukan koefisien atenuasi linier air. Namun praktikan

kurang teliti dalam menentukan tinggi air yang divariasikan karena air

memiliki sifat meniscus cembung terhadap wadahnya dimana air memiliki

gaya kohesi yang lebih besar daripada gaya adhesi sehingga kesalahan

praktikan dalam melihat batas air dapat mengakibatkan kesalahan dalam

menentukan tinggi air.

Selanjutnya adalah menentukan tinggi fluida (air). Tujuan utama dari

menentukan tinggi air yang sebenarnya diketahui adalah untuk

membandingkan nilai real dengan nilai perhitungan praktikan. Untuk

menentukan tinggi fluida (air) perlu diketahi nilai koefisien kaca beserta tebal

kaca, nilai koefisien udara serta tebal udara serta nilai koefisien air itu sendiri

serta cacah yang tercatat. Diketahui bahwa tinggi air real adalah 4,5 cm.

Sedangkan tinggi air berdasarkan perhitungan praktikan pada sub-bab Hasil

Perhitungan Bab IV adalah sebesar 5,3 cm. Error yang terjadi adalah sebesar:

5,3 4,5

4,5 x 100% = 17,78 %

Error sebesar 17,78 % di atas disebabkan karena dalam perhitungan

tinggi air terdapat komponen koefisien atenuasi linier udara, air serta kaca,

dimana masing-masing komponen memiliki kesalahan-kesalahan yang

dilakukan oleh praktikan dan terjadi selama praktikum seperti yang telah

dijelaskan sebelumnya. Selain itu, adalah sedikitnya variasi cacah yang

diambil oleh praktikan, yaitu hanya sebanyak 5 kali pencacahannya. Semakin

banyak praktikan mengambil variasi cacah semakin akurat pula hasil yang

nantinya akan diperoleh.

V. Kesimpulan

1. Tegangan operasi ideal detector GM adalah 915 Volt.

2. Koefisien atenuasi linier udara adalah 0,397/cm.

3. Koefisien atenuasi linier air adalah 0,471/cm.

Bertha Rastika | Saran 30

4. Koefisien atenuasi linier kaca adalah 1,093/cm.

5. Tinggi (level) air sesuai perhitungan adalah 5,3 cm.

VI. Saran

Laboratorium Teknologi Energi Nuklir perlu untuk mengupgrade detector beserta

komponen-komponen lain pendukungnya karena dengan alat yang ada, terdapat

ketidaksensitivan alat pada tombol komponen Timer-Counter, sehingga perlu usaha

yang cukup untuk menekan tombol tersebut. Selain itu sumber tambahan juga bisa

ditambahkan, sehingga data yang diperoleh dapat bervariasi lagi.

VII. Daftar Pustaka

Ahmed, S. N. (2007). Physics and Engineering of Radiation Detection. Ontario,

Canada: Academic Press.

Bryan, S. A. (2010). Experiments in Nuclear Science. CRC Press.

Dr. Ir. Agus Budi W, M. d. (2015). Petunjuk Praktikum Deteksi dan Pengukuran

Radiasi. Yogyakarta.

Emsley, J. (1998). The Elements. 3rd ed. New York: Oxford University Press Inc.

H. L. Finston, M. T. (1961). The Radiochemistry of Cesium. New York: U.S.

Atomic Energy Commission.

Jerry Wilson, C. H.-H. (2009). Physics Laboratory Experiments. Boston, USA:

Mary Finch.

Tsoufanidis, N. (1995). Measurement And Detection Of Radiation. Washington

DC: Taylor & Francis.

DAFTAR TABELAbstrackI. Tujuan PraktikumII. Dasar TeoriDetektor Geiger MullerSumber Cs-137Koefisien Atenuasi

III. Pelaksanaan Praktikum3.1. Alat dan Bahan3.2. Skema Alat3.3. Tata Laksana3.3.1. Praktikum 07 Menentukan Daerah Operasi GM3.3.2. Praktikum 08 Menentukan ketinggian level fluida

IV. Hasil dan Pembahasan4.1. Hasil Praktikum4.2. Analisis Data4.3. Pembahasan

V. KesimpulanVI. SaranVII. Daftar Pustaka

praktikum deteksi 07 08

Documents