cacahradiasi_fahyurinda_130322615545

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA MODERN

Judul Praktikum

CACAH RADIASI

Oleh:

Fahyurinda Erviarismana (130322615545)

Kelompok 11

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

September 2015

PERCOBAAN 6

PENGUKURAN CACAH RADIASI NUKLIR

A. TUJUAN

1. Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif

2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung

B. DASAR TEORI

Detektor radiasi bekerja dengan cara mengukur perubahan yang disebabkan oleh

penyerapan energi nuklir oleh medium penyerap. Walaupun jenis peralatan untuk mendeteksi

zarah radiasi nuklir banyak macamnya, akan tetapi prinsip kerja peralatan tersebut pada

umumnya didasarkan pada interaksi zarah radiasi terhadap detektor (sensor) yang sedemikian

rupa sehingga tanggap efek radiasi atau sebanding dengan sifat radiasi yang diukur. Detektor

radiasi dapat dibedakan menjadi 3 yaiut:

a. Detektor Isian Gas

b. Detektor Sinitasi

c. Detektor semikonduktor

Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Muller adalah sebuah alat pengukur

radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan beta.

Sensornya menggunakan sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor

ketika partikel atau foton radiasi menyebabkan gas (umumnya Argon) menjadi konduktif. Alat

tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bisa berupa jarum

penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi

tertentu pencacag Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun tingkat

reliabilitasnya kurang. Pencacah Geiger tidak bisa digunakan untuk mengisi neutron.

Detektor GM terdiri dari suatu tabung gelas/logam berisi gas mulia dengan tekanan rendah

dan pada umumnya juga berisi polyatomik atau gas halogen. Gas ini disebut quenching gashes

(tekanan = 1 cmHg). Ditengah-tengah tabung, sepanjang sumbunya dimasukkan suatu lapisan

logam silinder yang dilapiskan pada dinding tabung. Antara katoda dan anoda diberi tegangan

tinggi dengan polaritas positif pada anoda. Karena itu perlu ionisasi antara anodan dan katoda.

Bila peristiwa yang ditimbulkan oleh partikel gamma produksi pasangan katoda masuk ke

dalam tabung yang menimbulkan ionisasi pada gas mulia. Dalam peristiwa ionisasi terbentuk

pasangan ion positif dan ion negatif dengan jumlah yang berbanding lurus dengan energi

pengionnya.

Adanya tegangan tinggi dalam tabung antar katoda dan anoda menyebabkan elektron yang

terbentuk bergerak ke anoda dengan cepat sedangkan ion positif bergerak dengan lambat.

Elektron mendapat percepatan dari medan listrik yang ada diantara anoda dan katoda. Dalam

perjalanan elektron juga mengionisasi atom-atom dengan jalan tumbukan. Elektron hasil

ionisasi disebut elektron sekunder dan dipercepat lagi sehingga arus ion positif dan elektron

semakin besar. Jadi, ion positif dan elektron sekunder terjadi secara beranting terkumpul di

anoda sejumlah N jauh lebih besar dari jumlah elektron primer sebagai berikut:

N = M . n dimana M = faktor multifikasi yang besarnyaM >> 1

Peristiwa ionisasi ini disebt Avalanche.

Pencacah pulsa yang mengitung akibat adanya partikel pengion dilakukan oleh pencacah

yang disebut counter. Pulsa ini tingginya tetap waktu terdeteksi, karena karakteristik counter

dan kondisi-kondisi alat ketika sedang bekerja. Bila GM terkena radiasi nuklir yang

intensitasnya tetap, maka terjadi ketergantungan laju pencacah terhadap tegangan yang

merupakan karakteristik dari GM. Tegangan dimana GM mulai mencacah disebut tegangan

mulai (start) kemudian pencacah naik dengan cepat bila tegangan diperbesar sampai tegangan

ambang.

Jika terbentuknya pulsa sebagai masuknya zarah-zarah pengion, sewaktu ion positif

bergerak menuju katoda, kuat medan listrik disekitar kawat anoda naik dari harga rendah.

Sedikit demi sedikit sampai mencapai harga minimun yang diperlukan untuk bisa

menimbulkan avelanche yang baru. Sampai ini dicapai detektor tak peka. Sesudahnya

medannya kembali lagi keharga starting operatio, pada saat ini detektor kembali peka. Waktu

selama detektor memberikan pulsa-pulsa dengan ukuran yang kurang dari harga penuhnya

disebut recovery time (waktu pulih kembali).

Deteksi dari radiasi dengan intensitas yang tinggi memerlukan koreksi dengan adanya dead

time counter τ , maka bila countingrate yang diberikan oleh counter = N maka selama waktu

Nτ counter tersebut mengalami keadaan mati. Andaikan counting rate yang sebenarnya = n

maka kehilangan count selama selang waktu Nτ tersebut adalah N x τ x n. Jadi N = n – Nτ = n

(1 – Nτ), atau 𝑛 = 𝑁

1−𝑁𝜏

Untuk N yang tinggi, maka koreksi adanya dead time (sebesar faktor 1 / (1 – Nτ)) penting

untuk diperhitungkan. Koreksi ini hanya bisa dilaksanakan bila dari counter diketahui.

Dead time τ dapat ditentukan paling mudah dengan metode dua sumber. Didalam mtode

ini bila masing-masing sumber memberikan counting rate teramati sebesar N1 dan N2 dan bila

dua sumber radiasi tersebut memberikan N12 maka n1 dan n2 masing-masing adalah counting

rate yang sebenarnya dari kedua sumber tersebut, sehingga persamaan untuk masing-masing

n1 dan n2 serta n1 + n2 adalah sebagai berikut:

𝑛1 = 𝑁

1−𝑁1𝜏 ; 𝑛2 =

𝑁2

1− 𝑁2𝜏 dan 𝑛1 + 𝑛2 =

𝑁12

1− 𝑁12𝜏 dengan pendekatan diperoleh hasil:

𝜏 = |𝑁1 + 𝑁2 − 𝑁12

𝑁122 − 𝑁1

2 − 𝑁22|

C. ALAT DAN BAHAN

1. Satu set GM counter beserta counter

2. Sumber radioaktif (Amersium, Barium, dan kaos lampu)

3. Kabel penghubung

4. Alumunium foil

5. Timah hitam

6. Stopwatch

Skema Rangkaian:

Gambar 2. Set-Up

percobaan1

menentukan daerah

plateau

3

2

5

4

Keterangan:

2. Detektor radiasi

3. Sumber radiasi

4. Counter

5. Statif

D. PROSEDUR PERCOBAAN

Percobaan 1

Tujuan: Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif

1. Menyiapkan alat-alat yang digunakan dalam percobaan dan sekalian di set seperti pada

gambar 2.

2. Menyalakan Geiger Counter dan detektor.

3. Meletakkan bahan radioaktif (Barium) tanpa pelindung didekat detektor.

4. Mengoperasikan alat pencacah radiasi bersamaan dengan pencatat waktu

5. Mencatat cacah radiasi selama selang waktu satu menit.

6. Mencatat data hasil percobaan pada tabel 1.

7. Melakukan prosedur 1 – 4 dengan mengganti bahan radioaktif dengan Amersium dan kaos

lampu.

Percobaan 2

Tujuan: Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung

1. Menyiapkan alat-alat yang digunakan dalam percobaan dan sekalian di set seperti pada

gambar 2.

2. Meletakkan sumber radioaktif barium, kemudian melakukan cacah radiasi dalam satu menit.

3. Membungkus bahan radioaktif dengan alumunium foil atau timah hitam.

4. Mencatat cacah radiasi selama waktu satu menit pada tabel 2.

E. DATA PENGAMATAN

1. Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif

No Sumber Radioaktif Cacah radiasi / menit (N)

1 2 3 4 5

1. Barium 45 40 46 43 35

2. Amersium 211 201 197 222 238

3. Kaos Lampu 19 15 16 17 16

2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung

No Sumber Radioaktif Bahan Pelindung Cacah radiasi / menit

1 Barium

1 Alumunium foil 1. 36



2 Amersium




3. Kaos lampu - -

F. ANALISIS DATA

Percobaan 1.

a. Cacah radiasi Barium (N1)

No Cacah Radiasi |𝑁1 − 𝑁1 | |𝑁1 − 𝑁1

|2

1 45 3,2 10,24

2 40 1,8 3,24

3 46 4,2 17,64

4 43 1,2 1,44

5 35 6,8 46,24

∑ 209 17,2 78,8

𝑁1 =

∑ 𝑁1

𝑛=

209

5= 41,8 cacah

radiasi

menit= 0,6967 𝐵𝑞

𝑆𝑁1 = √∑|𝑁1 − 𝑁1

|2

𝑛(𝑛 − 1)= √

78,8

20= 1,985 cacah

radiasi


𝑅𝑁1 = 𝑆𝑁1

𝑁1

𝑥 100%

𝑅𝑁1 = 0,0331

0,6967 𝑥 100%

𝑅𝑁1 = 4,75 % (3 𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑖𝑛𝑔)

Jadi nilai 𝑁1 = (0,697 ± 0,033)𝐵𝑞 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡 4,75 %

b. Cacah radiasi Amersium (𝑁2)


|2

1 211 2,8 7,84

2 201 12,8 163,84

3 197 16,8 282,24

4 222 8,2 67,24

5 238 24,2 585,64

∑ 1069 64,8 1106,8

𝑁2 =

∑ 𝑁2

𝑛=

1069

5= 213,8 cacah

radiasi


𝑆𝑁2 = √∑|𝑁2 − 𝑁2

|2

𝑛(𝑛 − 1)= √

1106,8

20= 7,439 cacah

radiasi



𝑁2

𝑥 100%

𝑅𝑁2 = 0,1240

3,5633 𝑥 100%



c. Cacah radiasi Kaos Lampu (N3)


|2

1 19 2,4 5,76

2 15 1,6 2,56

3 16 0,6 0,36

4 17 0,4 0,16

5 16 0,6 0,36

∑ 83 5,6 9,2

𝑁3 =

∑ 𝑁3

𝑛=

83

5= 16,6 cacah

radiasi


𝑆𝑁3 = √∑|𝑁3 − 𝑁3

|2

𝑛(𝑛 − 1)= √

9,2

20= 0,6782 cacah

radiasi



𝑁3

𝑥 100%

𝑅𝑁3 = 0,0113

0,2767 𝑥 100%



Percobaan 2

Menentukan hubungan tebalnya lapisan pelindung dengan cacah radiasi barium

Menentukan hubungan tebalnya lapisan pelindung dengan cacah radiasi amersium

G. PEMBAHASAN

Dalam pengukuran suatu besaran fisis selalu diperlukan beberapa komponen yang

membentuk suatu sistem, demikian pula untuk pengukuran radiasi nuklir. Sistem pengukuran

radiasi selalu terdiri dari detektor dan alat penunjang lainnya. Detektor berfungsi sebagai

pengubah energi nuklir menjadi energi lain yang lebih mudah diolah, seperti energi listrik,

sedng penunjang lainnya berfungsi untuk mengolah sinyal listrik yang dihasilkan oleh detektor

menjadi informasi.

Salah satu aplikasinya yakni sebagai pencacah radiasi nuklir dengan detektor GM dalam

bentuk kartu antarmuka di IBM-PC. Sistem pencacah beroperasi cukup baik, bentuk dalam

kartu antarmuka yang dipasangkan pada slot IBM-PC cukup memberikan kemudahan operasi

dan kemudahan untuk modifikasi konfigurasi pengukuran dan lenih jauh dalam pengolahan

data serta pengarsipan hasil akuisisi data maupun pengolahan data (Gayani: 2000).

Pengukuran radiasi radioaktif yang terdapat di udara dilakukan dengan menggunakan air

sampler dan dilengkapi dengan kertas filter. Selanjutnya kertas filter yang digunakan untuk

menangkap partikulat diudara di cacah radioaktifitasnya dengan menggunakan detektor radiasi.

Untuk keperluan pencacahan radiasi α digunakan detektor α. Pengukuran paparan radiasi γ

dengan menggunakan detektor γ. Pengukuran udara buang biasanya dilakukan dengan

menggunakan instrumen α β aerosol yang bekerja secara otomatis dan terus menerus.

Namun dalam pengukuran radiasi dalam praktikum ini hanya mengukur cacah radiasi yang

dipancarkan oleh bahan radiasi barium, amersium, dan kaos lampu setiap menitnya.Terdapat 2

besaran yang biasanya diukur dari suatu paparan radiasi nuklir, yaitu jumlah radiasi dan energi

radiasi. Akan tetapi, dalam praktikum ini yang diukur hanyalah jumlah radiasi yang dapat

digunakan untuk mengukur aktifitas radioaktif. Secara ideal, setiap radiasi yang mengenai

detektor akan diubah menjadi pulsa sehingga jumlah radiasi dapat diukur dengan jumlah pulsa

yang dihasilkan detektor. Dalam hal ini, praktikan menggunakan detektor GM Counter.

Proses pengubahan radiasi menjadi pulsa listrik dan akhirnya tercatat sebagai sebuah

cacahan memerlukan selang waktu tertentu yang sangat dipengaruhi oleh kecepatan detektor

dan peralatan penunjangnya. Selang waktu tersebut adalah dead time. Radiasi yang datang

berurutan dengan selang waktu yang lebih singkat daripada sistem matinya, tidak dapat dicacah

oleh sistem pencacah karena intensitas radiasi yang mengenai detektor tidak tercatat. Waktu

mati sistem pencacah yang menggunakan detektor GM adalah sekitar ratusan X detik. Untuk

sumber arus disesuaikan dengan aktifitasnya. Sumber dipilih yang belum dipengaruhi waktu

mati tetapi bila dicacah bersama-sama dipengaruhi waktu mati. Tapi karena dalam praktikum

ini tidak dilakukan percobaan untuk cacah radiasi barium + amersium yang dikarenakan tidak

ada bahannya, maka tidak dapat dihitung dead time nya maupun cacah radiasi sebenarnya dari

barium dan amersium.

Kalibrasi alat merupakan hal yang sangat penting dalam melakukan praktikum.

Seharusnya sebelum praktikum kalibrasi alat terlebih dahulu sehingga akan menghasilkan data

yang lebih valid. Dalam praktikum kali ini, praktikan tidak melakukan kalibrasi alat sehingga

data yang diperoleh mendapatkan ralat yang besar. Sama halnya dengan jurnal yang

didapatkan, pengolahan data hasil pengukuran radiasi menggunakan perambatan ralat dan

deviasi standar dari nilai rerata.

Dari praktikum pertama didapatkan cacah radiasi Barium sebesar 𝑁1 = (0,697 ±

0,033)𝐵𝑞 dengan ralat relatif sebesar 4,75%. Untuk Amersium didapatkan nilai 𝑁2 =

(3,560 ± 0,124)𝐵𝑞 dengan ralat relatif sebesar 3,48%. Sedangkan untuk kaos lampu

didapatkan nilai 𝑁3 = (0,277 ± 0,011)𝐵𝑞 dengan ralat relatif sebesar 4,09%.

Pada praktikum kedua, bahan radioaktif Barium dan Amersium diberi pelindung berupa

lapisan alumunium foil. Hal ii dimaksudkan untuk melihat seberapa besar penyerapan bahan

pelindung terhadap cacah radiasi. Pemberian lapisan bahan pelindung akan membuat GM

counter mencatat nilai cacah radiasi semakin kecil. Grafik yang didapatkan pada analisis data

telah menunjukkan nilai cacah radiasi semakin turun pada bahan Barium dan Amersium.

Dari hasil praktikum, data yang diperoleh mendapatkan nilai ralat yang relatif besar dan

juga grafik hubungan tebal bahan lapisan pelindung dengan bahan barium maupun amersium

sudah sesuai dengan teori. Grafik tersebut seharusnya menurun kebawah karena semakin tebal

lapisan maka akan semakin banyak radiasi yang akan diserap. Kesalahan-kesalahan dalam

praktikum dapat disebabkan oleh beberapa hal sebagai berikut:

1. Peralatan tidak dikalibrasi terlebih dahulu

2. Kurang telitinya praktikan saat mengatur jarak antara detektor dengan sumber radioaktif

3. Kurang telitinya praktikan pada saat membaca skala pada alat ukur

H. JAWABAN TUGAS

Percobaan 1

1. 𝑁1 = (0,697 ± 0,033)𝐵𝑞 dengan ralat relatif sebesar 4,75%.

𝑁2 = (3,560 ± 0,124)𝐵𝑞 dengan ralat relatif sebesar 3,48%.

𝑁3 = (0,277 ± 0,011)𝐵𝑞 dengan ralat relatif sebesar 4,09%.

2. Untuk dead time tidak bisa dihitung karena tidak ada bahan barium + amersium.

3. Cacah radiasi sebenarnya juga tidak bisa dihitung karena tidak ada dead time.

4. Kesimpulan percobaan dilampirkan pada halaman tersendiri.

Percobaan 2

1. Dari grafik yang diperoleh pada analisis data didapatkan hubungan antara ketebalan lapisan

dengan bahan radioaktif adalah berbanding terbalik. Semakin banyak bahan pelindung

radiasi yang diserap semakin besar sehingga radiasi yang diipancarkan kelingkungan akan

semakin berkurang.

2. Kesimpulan percobaan dilampirkan pada halaman tersendiri

I. KESIMPULAN

1. Setiap bahan radioaktif memiliki cacah radiasi yang berbeda dan dapat diukur dengan GM

counter.

2. Banyaknya cacah radiasi dapat dihitung dengan perambatan ralat dan deviasi standar dari

nilai rerata.

3. Dead Time adalah waktu ketika detektor tidak peka sama sekali.

4. Recovery time adalah waktu selama detektor memberikan pulsa dengan ukuran kurang dari

harga sepenuhnya.

5. Cacah radiasi Amersium lebih besar daripada Barium.

6. Hubungan antara ketebalan lapisan dengan bahan radioaktif adalah berbanding terbalik.

7. Semakin banyak lapisan bahan pelindung maka radiasi yang diserap semakin besar sehingga

radiasi yang dipancarkan kelingkungan semakin berkurang.

J. DAFTAR PUSTAKA

Beissner, Arthur. 2010. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

Gayani, Didi., Indasah, Iin., 2000. Pencacah Radiasi Nuklir dengan Detektor GM dalam

Bentuk Kartu Antarmuka di IBM-PC. ISSN 1411-3481. Vol 1 No 2. Agustus 2000 : 121-

135.

Team Pembina Mata Kuliah Praktikum Fisika Modern. 2015. Petunjuk Eksperimen Fisika

Modern. Malang: Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Malang.

cacahradiasi_fahyurinda_130322615545

Documents