EKSPERIMEN B.2 - · PDF filepraktikum Eksperimen B.2.1, terutama untuk mahasiswa Fisika dan mereka yang berkecimpung dalam bidang radiasi. Isi buku ini meliputi tata tertib, tata cara

Modul Praktikum B.2.1 1

MODUL PRAKTIKUM

EKSPERIMEN B.2.1

TEAM PENYUSUN:

1. Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D. 2. Dra. A. A. Ratnawati, M.Si. 3. Dra. Ni Nyoman Ratini, M.Si

4. Ni Komang Tri Suandayani, S.Si., M.Si. 5. I.B. Suryatika, S.Si., M.Si. 6. Ni Luh Putu Trisnawati, S.Si., M.Si. 7. I Gusti Ngurah Sutapa, S.Si., M.Si.

Kepala Lab : Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D.

Teknisi : I Ketut Artawan

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS

UDAYANA

2010


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas karunia dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan “Modul Pratikum Eksperimen B.2.1” ini.

Modul ini diharapkan dapat menjadi panduan yang ringkas dalam bidang praktikum Eksperimen B.2.1, terutama untuk mahasiswa Fisika dan mereka yang berkecimpung dalam bidang radiasi.

Isi buku ini meliputi tata tertib, tata cara praktikum, materi praktikum yang meliputi: Karakteristik Tabung Geiger Mullard, Waktu Resolusi Sistem Pencacah, Effisiensi Tabung Geiger Mullard, Kapasitas Dosis Ion oleh Sinar-X, Proteksi Radiasi oleh Sinar-X dan Effisiensi Tabung Geiger Mullard Pencacah-β. Melihat dari isinya, secara umum modul ini membimbing proses pelaksanaan praktikum, mulai dari pemahaman konsep dasar, tata cara pelaksanaan praktikum dan pencatatan data.

Adalah harapan penulis agar “Modul Praktikum Eksperimen B.2.1” ini dapat memenuhi kebutuhan bagi penyelenggaraan mata kuliah tersebut serta dapat memberikan pengalaman yang sesungguhnya pada saat bereksperimen. Sehingga dapat menunjang mata kuliah-mata kuliah yang berkaitan dengan radiasi dan pengukurannya.

Demi kesempurnaan Modul ini, penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang membangun.

Akhirnya, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan Modul ini.

Desember, 2010

Penulis


DAFTAR ISI

Hal

Halaman Depan..................................................................................................... i

Kata Pengantar...................................................................................................... ii

Daftar Isi................................................................................................................ iii

Tata Cara Dan Tata Tertib Praktikum…………………………………………………............... 4

I. Karakteristik Tabung Geiger Mullard (B.2.1.GM)…..……………………........... 9

II. Waktu Resolusi Sistem Pencacah (B.2.1.WR)…..………………………………...... 13

III. Effisiensi Tabung Geiger Mullard (B.2.1.ET)………………………………….......... 18

IV. Kapasitas Dosis Ion Oleh Sinar-X (B.2.1.KD)…………..……………..…………….... 20

V. Proteksi Radiasi Sinar-X (B.2.1.PR-X)……....……………………………………......... 27

VI. Effisiensi Tabung Geiger Mullard Pencacah-β (B.2.1.ET).…………………….. 34

Laporan Praktikum................................................................................................. 37

Daftar Pustaka........................................................................................................ 38


TATA CARA DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM

Untuk kelancaran jalannya praktikum serta untuk menghindari hal-hal yang

tidak diinginkan, maka terlebih dahulu mahasiswa harus memperhatikan hal-hal

yang berhubungan dengan petugas praktikum, pengelompokan mahasiswa,

pelaksanaan praktikum, penyusunan laporan praktikum, dan tata tertib

pelaksanaan praktikum.

I. PETUGAS-PETUGAS PRAKTIKUM

Sesuai dengan latar belakang pendidikan, tugas dan profesinya, maka

petugas praktikum dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok yang masing-

masing mempunyai tugas dan tanggungjawab yang berbeda-beda. Petugas-petugas

praktikum tersebut adalah:

1.1 Koordinator Praktikum/Kepala Laboratorium

Bertugas sebagai berikut:

1. Memimpin penyelenggaraan seluruh kegiatan praktikum selama satu

masa praktikum (satu semester).

2. Menetapkan dan mempersiapkan satuan-satuan praktikum.

3. Merencanakan dan menetapkan jadwal penggunaan laboratorium.

4. Menetapkan pembagian tugas untuk pengawas, pembimbing

praktikum dan teknisi laboratorium.

1.2 Pengawas Praktikum


1. Memimpin penyelenggaraan praktikum untuk satu kelompok

praktikum selama satu semester.

2. Menyusun jadwal penyelenggaraan praktikum untuk masing-masing

kelompok yang diawasi.


3. Memeriksa dan mengusahakan kelengkapan peralatan praktikum

dengan bantuan teknisi laboratorium.

4. Melaporkan kepada koordinator praktikum tentang peralatan yang

rusak atau pecah baik karena kadaluwarsa maupun karena

kecerobohan/kelalaian mahasiswa.

5. Memimpin dan mengawasi pelaksanaan tugas pembimbing praktikum

dan teknisi (memberi petunjuk/teguran seperlunya).

6. Mengumpulkan nilai pelaksanaan dan laporan praktikum dari

pembimbing praktikum.

7. Membuat soal-soal evaluasi (ujian akhir) praktikum, memeriksa dan

menetapkan nilainya.

8. Melaporkan nilai akhir praktikum mahasiswa kepada pengawas

praktikum.

1.3 Teknisi Laboratorium


1. Mempersiapkan tempat dan pralatan praktikum dengan petunjuk-

petunjuk dari koordinator praktikum.

2. Melayani mahasiswa dalam penyediaan peralatan dan bahan-bahan

keperluan praktikum selama praktikum berlangsung.

3. Menyelenggarakan administrasi dengan petunjuk dari pengawas

praktikum dan koordinator praktikum.

II. PENGELOMPOKAN MAHASISWA

2.1. Mahasiswa dari satu kelas yang terdiri dari 10-20 orang dibagi menjadi

dua kelompok yaitu kelompok pagi (pukul 80.30 – 10.00 Wita) dan

kelompok siang (pukul 11.00 – 12.30 Wita).

2.2. Kelompok praktikum yang terdiri dari sekitar 5-10 orang dibagi

menjadi 3 sub kelompok praktikum sehingga masing-masing terdiri

dari 2-4 orang.


2.3. Mahasiswa yang terdiri dari 2-4 orang setiap sekali praktikum

melakukan satu jenis percobaan sesuai dengan jadwal yang ditentukan

oleh pengawas praktikum.

2.4. Selama satu semester dijadwalkan enam sampai sembilan satuan

praktikum.

III. PELAKSANAAN PRAKTIKUM

3.1. Sebelum melaksanakan praktikum mahasiswa wajib mempelajari

penuntun praktikum dengan sebaik-baiknya (pelajari sesuai dengan

jadwal)

3.2. Sebelum praktikum dimulai, mahasiswa diabsen oleh petugas

praktikum. Mahasiswa yang berhalangan hadir :

a. Karena sakit harus menyampaikan surat keterangan dokter.

b. Karena halangan mendadak, harus menyampaikan alasannya

secepatnya/sebelum praktikum dimulai.

c. Karena halangan yang direncanakan, mahasiswa harus minta izin

kepada pengawas praktikum satu minggu sebelum praktikum

dimulai.

d. Penggantian kesempatan praktikum hanya diberikan satu kali

saja dan jadwal ditentukan oleh pengawas dan pembimbing

praktikum.

3.3. Alat-alat praktikum yang tidak terdapat pada meja praktikum yang

sudah disiapkan, mahasiswa harus meminjam kepada petugas/teknisi

dengan mengisi bon peminjaman alat serta dibubuhi tanda tangan

peminjam atas persetujuan pembimbing praktikum. Setelah selesai

praktikum, alat-alat yang dipinjam dikembalikan kepada

petugas/teknisi dan bon peminjaman alat dikembalikan pada

peminjam.

3.4. Peralatan praktikum disusun sendiri dengan berpedoman pada buku

penuntun praktikum. Bila alat-alat sudah tersusun dan siap untuk


mulai praktikum, periksakanlah terlebih dahulu kepada pembimbing

praktikum (terutama peralatan yang memakai listrik). Selama

praktikum berlangsung, mahasiswa dapat meminta petunjuk dan

bantuan pembimbing praktikum.

3.5. Selama praktikum mahasiswa hanya melakukan pengamatan dan

pencatatan data, tidak melakukan perhitungan atas data yang

diperoleh. Pada akhir praktikum data hasil pengamatan dicatat dalam

satu lembar,” Laporan Pengamatan”, yang memuat hanya data

pengamatan saja. Sebelum diserahkan kepada pembimbing pada

bagian bawah kanan diberi tanggal dan nama pembimbing untuk

kemudian disyahkan untuk nanti dilampirkan pada laporan

praktikum.

3.6. Dari data pengamatan tersebut, pembimbing harus dapat

mengetahui apakah praktikum sudah dilakukan dengan benar atau

tidak. Dalam hal ini pembimbing dapat mengambil keputusan sebagai

berikut:

a. Bila sudah benar pembimbing menerima dan menanda-

tanganinya dan praktikum dianggap selesai.

b. Apabila kurang maka harus diperbaiki bila waktunya masih ada

dan bila waktunya sudah habis maka harus ditambah pada jam

praktikum berikutnya atau waktunya ditentukan kemudian.

c. Apabila praktikum dianggap gagal maka harus diulang

seluruhnya pada waktu yang ditentukan.

IV. TATA TERTIB DALAM LABORATORIUM

4.1. Selama praktikum mahasiswa wajib berlaku sopan dan tidak

diperkenankan:

a. Merokok.

b. Bersuara keras atau berbuat gaduh.

c. Membawa tas, jaket, senjata tajam dan senjata api.


d. Melakukan kegiatan lain yang tidak berhubungan dengan

kegiatan praktikum yang sedang berlangsung.

4.2. Alat-alat yang rusak selama praktikum berlangsung yang terjadi karena

kesalahan atau kelalaian mahasiswa menjadi tanggung jawab

mahasiswa/kelompak yang bersangkutan. Alat-alat tersebut harus

diperbaiki/diganti dengan biaya dari mahasiswa/kelompok selambat-

lambatnya satu minggu berikutnya.


1. KARAKTERISTIK TABUNG GEIGER MULLARD

(B.2.1. KT)

I. Tujuan

Setelah melaksanakan eksperimen ini, praktikan diharapkan dapat:

(a) Menentukan tegangan threshold tabung Geiger Mullard

(b) Menentukan panjang plateau

(c) Menghitung karakteristik slope

II. Alat-alat

(a) GM – Tube Mulard

(b) Marris Sealed Radioactive Source ( Ra – 226, Cs – 137, Am – 241)

(c) Statif dan Klem

(d) Kabel koaksial dan Soket

(e) Sumber tegangan listrik AC -220 V.

III. Dasar Teori

Tabung- GM adalah tabung lucutan berbentuk silinder tipis yang berfungsi

sebagai katode dengan kawat koaksial sebagai anode. Di dalamnya berisi gas mulia

Argon bertekanan rendah di tambah dengan halogen atau uap organik yang juga

bertekanan rendah untuk menghentikan terjadinya lucutan. Bila kedua

elektrodenya diberikan tegangan yang sesuai, maka masukan partikel α , β, atau

foton γ ke dalam tabung menyebabkan terjadinya peristiwa ionisasi pertama yang

menghasilkan pulsa-pulsa tegangan. Pulsa – pulsa tegangan ini dapat dicatat oleh

tabung sinar Katode, Scaler, Elektroskope Pulsa, atau yang lainnya yang

kesemuanya berbeda satu sama lainnya tergantung pada tegangan kedua

elektrodenya. Jika tegangan antara kedua elektrodenya sangat rendah maka arus

ionisasi yang dihasilkan sangat kecil sehingga perlu penguatan yang tinggi; tetapi

jika tegangannya dinaikkan maka energi electron – electron yang dibebaskan dalam

ionisasi menjadi cukup besar untuk mengionisasi atom – atom netral gas.


C

B B Plateau Slope

0 A A1 B1

Gambar 1.1 Karakteristik Tabung Geiger Muller.

Elektron – electron yang dihasilkan dalam benturan – benturan ini akan

menimbulkan ionisasi lebih lanjut, dan demikian seterusnya. Proses – proses ini

dikenal sebagai penguatan gas, yang berarti besar pulsa tegangan yang timbul

dalam rangkaian luar akan naik dengan naiknya teganagn kedua elektrodenya. Hal

ini ditunjukan oleh AB dalam grafik Gambar 1.1, dan dikenal sebagai daerah

proporsional. Kenaikan tegangan selanjutnya akan menaikkan penguatan

gas/elektron – elektron ionisasi memancar sepanjang kawat anode. Pulsa yang

timbul sekarang hampir horizontal (B – C) disebut Plateau Geiger yang digunakan

dalam penghitungan Geiger Muller. Dengan menaikkan tegangan di atas C

menyebabkan lucutan terus – menerus sehingga tabung menjadi panas. Tabung –

GM yang normal beroperasi pada tegangan kira – kira 75 Volt di atas thresholg

Geiger di B, dan besar plateau kira – kira 200 Volt.

Plateau tabung – GM tidak pernah datar, penyimpangan dari keadaan ideal

diukur sebagai persentase kenaikan tegangan pulsa per volt perubahan dalam

tegangan operasi. Untuk tabung yang konstruksinya baik adalah kurang dari 0,1 %.

T

e

g

a

n

g

a

n

K

e

l

u

a

r

Geiger threshold

Geiger Plateau

Applied Voltage/V


IV. Pelaksanaan Percobaan

a. Susunlah perangkat alat seperti Gambar 1.2,

Gambar 1.2. Diagram blok percobaan “Karakteristik Tabung Geiger Mullard”.

b. Hubungkan Digicounter pada sumber tegangan listrik AC – 220 V,

kemudian MAINS di atur pada ON untuk memanaskan peralatan

selama 5 menit.

c. Putarlah tombol tegangan sampai Digicounter menunjukkan

hitungan.

d. Catatlah tegangan tersebut, dan catat pula count-rate-nya tiap 100

detik berurutan, kemudian rata-ratakan.

e. Ulangi langkah kerja (d) tiap menaikkan tegangannya 20 V hingga

mencapai threshold (600 V).

f. Ulangi lagi langkah kerja (e) untuk tiap kenaikkan – tegangan 40 V.

HENTIKAN PEKERJAAN INI SETELAH TERLIHAT KENAIKKAN COUNT RATE

BESAR SEKALI.

Kabel Koaksial

Digicounter Sumber

GM-

tube


V. Tugas

1. Buat grafik karakteristik tabung Geiger Mullard!

2. Buat kesimpulan terhadap data percobaan yang telah diperoleh!

DATA HASIL PENGAMATAN

Tabel 1. Count rate dengan kenaikan tegangan setiap 20 V.

No. Tegangan (V) Waktu (s) Count Count rate

(cacah/100 s)

1 V1 100

2 V2 = V1 + 20 100

3 V3 = V2 + 20 100

4 .

. .

. .

. Vn = 600 = Vn-1 + 20 100

Tabel 2. Count rate dengan kenaikan tegangan setiap 40 V.

No. Tegangan (V) Waktu (s) Count Count rate

(cacah/100 s)

1 V1 100

2 V2 = V1 + 40 100

3 V3 = V2 + 40 100

4 .

. .

. .

. Vn = 600 = Vn-1 + 40 100


2. WAKTU RESOLUSI SISTEM PENCACAH

(B.2.1.WR)

I. Tujuan

Setelah melaksanakan eksperimen ini praktikan diharapkan dapat:

(a). Mengenal dead – time sistem pencacah

(b) Mengenal recovery – time sistem pencacah

(c) Menentukan laju cacahan bersih seharusnya

(d) Menentukan rata – rata perbedaan laju cacahan yang tercacah di sistem

pencacah.

II. Alat – alat

(a) GM – Tube Mullard

(b) Harris Sealed Radioactive Source

(c) Statif dan Klem

(d) Kabel Koaksial dan Soket

(e) Sumber Tegangan listrik AC – 220 V.

III. Teori Dasar

Ion – ion yang terjadi dalam tabung – GM sebagai akibat partikel radiasi

pertama akan mengurangi kuat medan listrik pada kawat anode. Oleh sebab itu

partikel radiasi kedua yang masuk ke dalam tabung pada saat itu tidak cukup kuat

untuk dapat membentuk pulsa. Selang waktu dimana tidak ada pulsa yang dapat

terbentuk (akibat pulsa radiasi pertama), disebut waktu mati (dead time).

Sedangkan selang waktu untuk kembali ke keadaan semula, yaitu peka lagi untuk

dapat terbentuk pulsa yang teramati, Setelah dead time, disebut waktu

pembentukan kembali (recovery time). Akibat adanya dead time dan recovery time,

maka partikel – partikel radiasi yang masuk ke dalam tabung – GM, selama dead

time dan recovery time tidak akan tercatat, sehingga menimbulkan hilangnya

cacahan (ada partikel masuk ke dalam tabung – GM tetapi tidak tercacah). Dead


time dan recovery time disebut waktu resulusi (resolving time). Resolving time dapat

diartikan sebagai selang waktu satu cacahan sampai cacahan berikutnya, yang

mungkin teramati.

Jika ion – ion positif sampai pada katode kemungkinan terjadilah peristiwa

terpancarnya foton dari atom – atom gas dalam tabung gas yang dapat bersifat

sebagai pengion juga. Gas quenching yang ada dalam tabung – GM bersama – sama

gas mulia berfungsi untuk menghindari terjadinya foton pengion ini. Dengan

demikian pulsa yang terbentuk dan kemudian tercacah semata – mata berawal dari

ionisasi primer akibat datangnya partikel / foton dari luar. Adanya waktu resolusi

pad system pencacah bersama tabung-GM menyebabkan laju cacahan yang

diperoleh akan lebih kecil dari laju cacahan yang seharusnya ada (laju cacahan =

cacahan tiap satuan waktu). Untuk mendapatkan laju cacahan seharusnya perlu

ditentukan lebih dahulu resolving time kemudian digunakan untuk mengoreksi laju

cacahan yang terbaca, koreksi ini menjadi penting terutama pada laju cacahan yang

cukup tinggi. Resolving time merupakan karakteristik dari sistem pencacah, karena

makin kecil resolving time sistem pencacah makin baik untuk mencacah pada

laju cacahan yang tinggi.

Gambar 2.1 Hubungan dead time, recovery time dan resolving time.

Misalkan N = laju cacahan yang seharusnya, n = laju cacahan yang tercacah,

dan = resolving time, maka jika sistem pencacah menunjukkan laju cacah sebesar

n, berarti per satuan waktu ada selang waktu sebesar n dimana sistem pencacah

Pulsa - pulsa

yang tingginya

kurang dari batas

ambang, tidak

akan tercacah

Recovery

time Pulsa ke-1

Dead time

Pulsa ke-2

yang tercacah

Pulsa yang tak tercacah Selang tak peka

-V


tidak dapat mencacah. Hal ini berarti bahwa yang tidak tercacah adalah Nn cacahan

per satuan waktu (laju cacahan tidak tercacah).

Laju cacahan yang tidak tercacah adalah N – n, jadi N – n = Nn, sehingga laju

cacahan seharusnya adalah:

n

nN

1

11 (2.1)

Misalkan sumber S – 1 pada suatu kondisi tertentu dicacah menghasilkan laju

cacahan 1n , maka laju cacahan seharusnya adalah :

1

1

11 n

nN

(2.2)

Misalkan sumber S – 2 ditambahkan di samping sumber S – 1 tanpa mengubah

kondisinya kemudian dicacah menghasilkan laju cacahan 12n , maka laju cacahan

seharusnya adalah :

2,1

2,1

2,11 n

nN

(2.3)

Jika kemudian sumber S – 1 diambil dan sumber S – 2 tanpa diubah kondisinya

dicacah dan menghsilkan 2n maka laju cacahan seharusnya adalah:

2

2

21 n

nN

(2.4)

Oleh karena 2112 NNN , dan dengan pendekatan 2 << 1, maka akan diperoleh

21

2,121

2 nn

nnn

(2.5)

IV. Cara Kerja

(a). Letakkan Tabung – GM pada statif dengan jendela menghadap ke

bawah, Gambar 2.2.

(b). Sebelum Digicounter dihubungkan dengan sumber listrik terlebih dahulu

perhatikan bahwa semua tombol dalam keadaan OF dan posisi tombol

tegangan pada – nol.


(c). Setelah Digicounter dihubungkan dengan sumber listrik aturlah MAINS

pada posisi ON kemudian tunggu 5 menit untuk memanaskan peralatan.

(d). Aturlah waktu cacahan 100 sekon, kemudian cacatlah hasil

pengamatannya pada daftar yang telah disediakan.

(e). Letakkan sumber Cs–137 sebagai sumber S–1 di tempatnya 15 cm

vertical di bawah tabung (yakinkan bahwa jendela tabung tepat 15 cm di

atas titik A pada sumber S – 1) .

(f). Cacahlah sumber S – 1 sebanyak 10 kali dan catatlah hasil

pengamatannya pada daftar yang telah disediakan ( 12n ).

(g). Letakkan sumber Ra – 226 sebagai sumber S-2 di samping sumber S-1,

kemudian cacahlah kedua sumber S – 1 dan S – 2 sebanyak 10 kali dan

catatlah hasil pengamatan pada daftar yang telah disediakan ( 12n ).

(h). Ambillah sumber S – 1 dan biarlah sumber S – 2 di tempatnya kemudian

cacahlah 10 kali dan catatlah hasil pengamatanya pada daftar yang telah

disediakan ( 12n ).

(i). Ulangi langkah (e) sampai dengan (h) tetapi dengan jarak tabung –

Digicounter 25 cm.

(j). Catatlah nomor dan jenis tabung – GM serta nomor dan jenis

Digicounter, catat pula aktivitas dan jenis sumber S – 1 dan S – 2.

V. Tugas

(a) Isilah kolom cacahan rata-rata pada daftar hasil pengamatan.

(b) Hitunglah resolving time sistem pencacah dari daftar hasil pengamatan

dan hitung pula resolving time rat – rata.

(c) Berapakah laju cacah seharusnya ( 2121 ,, NdanNN ).

(d) Berapakah perbedan persentase rata – rata laju cacah yang tercacah

dalam system pencacah.


Gambar 2.2 Diagram blok percobaan “Waktu Resolusi Sistem Pencacah”.

DATA HASIL PENGAMATAN

Yang dicacah ( d = 15 cm )

Cacahan perseratus detik Laju cacahan rata-rata

Back Gruond

Sumber S-1

Sumber S-1 + S-2

Sumber S-2

Yang dicacah ( d = 25 cm )

Cacahan perseratus detik Laju cacahan rata-rata

Back Gruond

Sumber S-1

Sumber S-1 + S-2

Sumber S-2

Kabel Koaksial

Digicounter Sumber

GM-

tube


3. EFESIENSI TABUNG-GM

(B.2.1.ET)

I. Tujuan

Setelah melaksanakan eksperimen ini diharapkan mahasiswa dapat menentukan

efesiensi Tabung-GM

II. Alat-Alat

(a). Tabung-GM

(b). Sumber radiasi Am-241, Ra-226, Cs-137

(c). Standar dan klem

(d). Kabel dan soket

(e). Sumber Listrik

(f). Mistar

III. Dasar Teori

Jika luas permukaan jendela tabung-GM A cm2 dan diletakkan sejauh d cm

dari sumber radiasi, maka partikel radiasi yang dapat masuk ke dalam tabung

adalah A/(2d2) bagian. Jumlah disintegrasi yang dialami oleh 1 Ci sumber radiasi

persekon adalah 3,7 x 1010. Maka untuk 5 Ci sumber radiasi adalah 5 x 3,7 x 104

dis/s.

Partikel radiasi yang masuk kedalam tabung adalah:

sdisxxxd

A/107,35

2

4

2 (3.1)

Jadi effesiensi tabung-GM untuk pencacah adalah

samayangwaktudalamtabungpadamasukyangradiasiPartikelJml

tertentuwaktudalamtabungpadatercacahyangionisasiJml

.

.

2

2107,35

2xxx

N

d

A

(3.2)

= …………………..%


IV. Cara Kerja

(a). Aturlah alat-alat seperti Gambar 3.1.

(b). Hubungkan digicounter pada sumber listrik

(c). Aturlah MAINS pada ON dan tunggu 5 menit

(d). Letakkan sumber radiasi sejauh 5 cm vertikal di bawah jendela tabung

(f). Simpanlah sumber radiasi di tempat yang aman

(g). Catatlah laju cacahan back ground (n)

(h). Koreksilah harga N tersebut dengan back ground dan resolving time (N1)

(i). Hasil pengamatan:

d = ……………………………………………cm

N = ……………………………………………..c/dt

n = ……………………………………………..c/dt

N – n = ………………………………..………..….c/d

N1 = ( N – n ) = …………………………..……………….. c/d (3.3)

V.Tugas

Dari data hasil pengamatan, hitunglah berapa % effesiensi tabung-Gm!

Gambar 3.1. Diagram blok percobaan Efisiensi Tabung GM.

Kabel Koaksial

Digicounter Sumber

GM-

tube


4. KAPASITAS DOSIS ION OLEH SINAR-X

(B.2.1.KD)

I. Tujuan

Mempelajari karakteristisk ionisasi udara oleh sinar – X pada ruang di antara

dua plat kapasitor, yaitu bagimana ketergantungan arus ionisasi Ik terhadap:

a). Tegangan kapasitor Uk dari ruang ionisasi

b). Arus emisi Iem dari tabung sinar – X

c). Tegangan anode UA pada tabung sinar – X

II. Alat-Alat

1 Pembangkit sinar – X, 42 KV 55490/94

1 Kapasitor plat 55491

1 I – Amplifier D 55200

1 Transformer tegangan rendah S 59105

1 Multimeter (30 V)

1 Voltmeter (3 V)

Kabel – kabel penghubung

1 alat pencacah (counter P) 57545

III. Dasar Teori

Sinar – X merupakan radiasi elektromagnetik energi tinggi. Jangkauan

spectrum elektromagnetik adalah dari beberapa kV hingga mencapai ratusan kV.

Istilah sinar – X pada umumnya hanya dibatasi pada radiasi yang terjadi akibat

adanya interaksi elektron cepat dan bahan. Radiasi sinar – X dihasilkan pada saat

suatu bahan ditembaki secara terus-menerus dengan elektron – elektron cepat.

Karena pengaruh inti, elektron cepat tersebut mengalami perlambatan dan

kehilangan energi, yaitu ditransformasikan ke dalam bentuk foton (sinar – X). Sinar

– X yang terbentuk dengan cara demikian disebut “sinar – X Bremsstrhlung” dan

memiliki energi paling tinggi sama dengan energi kinetik partikel bermuatan saat


terjadinya perlambatan, dan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan berupa

spektrum kontinu. Sebuah kuantum sinar – X frekuensi maksimum dihasilkan jika

elektron kehilangan energi kinetiknya.

J = m

Q (4.1)

Dimana: J disebut sebagai dosis ion dan diukur dalam satuan As kg–1. Q merupakan

total muatan dari semua ion yang dihasilkan oleh radiasi. Di udara, diperlukan 34 eV

untuk menghasilkan ion. Hubungan dosis dengan waktu irradiasi Δt disebut

kapasitas dosis ion, j:

j = t

J

(4.2)

Definisi dosis ion atau kapasitas ion adalah mengacu pada udara kering dengan

suhu 00 C pada tekanan atmosfer 1013 mbar.

Dari definisi (4.1), dapat digunakan metode pengukuran: sebuah ruang

dengan volume udara tertentu V bermassa m di-ionisai oleh radiasi. Sejumlah

muatan yang dihasilkan diukur dan dihubungkan pada massa teriradiasi di udara m.

Jika udara yang teradiasi ditempatkan di antara kepingan kapasitor, ion – ion

tergambar sebagai arus ionisasi I oleh tegangan pada keping. Jika tegangan pada

kapasitor, Uk cukup besar, maka seluruh ion akan mengalir sebagai arus maksimum

Imax. Muatan yang dihasilkan dalam volume V teriradiasi dalam waktu Δt dapat

dihitung dari Imax:

Q + Imax . Δt (4.3)

Massa m dari udara teradiasi dapat dihitung dari volume udara V teriadiasi pada

kapsitor dan kerapatan udaranya:

m = V. udara (4.4)

Sehingga untuk dosis ion diperoleh:

J = udara

max

V.

t . I

(4.5)


Dan kapasitas dosis ion

j = udara

max

V.

I

(4.6)


4.1. Praktikum I: karekteristik kapasitor: menentukan arus inonisasi I sebagai fungsi

tegangan kapasitor Uk.

1. Rangkailah peralatan seperti gambar di bawah.

2. Operasikan pembangkit sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi ON.

3. Putar pengatur waktu (f) pada posisi > 30 menit.

Gambar 4.1. Rangkaian peralatan untuk menentukan kapasitas ionisasi oleh

sinar – X

4. Atur tinggi tegangan UA (h) sesuai dengan kebutuhan maksimum 42 KV (level

8).

5. Atur arus I (i) sesuai dengan kebutuhan arus emisi Iem maksimum 1 mA.

6. Naikkan tegangan di antara keping kapasitor Uk dari 0-250 V.

Gambar 4.1. Rangkaian peralatan untuk menentukan kapasitas oleh ionisasi sinar-X.


7. Baca arus ionisasi I melalui alat ukur (j) untuk setiap kenaikkan tegangan

kapasitor Uk

Tegangan Uk Arus Ionisasi (I)

8. Buatlah grafik I sebagai fungsi Uk: I = f (Uk)

9. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen

Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari ekperimen ini?

4.2. Praktikum II: Arus ionisasi I sebagai fungsi arus emisi Iem

1. Perhatikan Gambar 4.1, hubungkan alat ukur (a) dengan daerah ukur 1 mA pada

pasangan socket (e) untuk mengukur arus emisi Iem.

2. Atur daerah pengukuran pada amplifier 10-9 A pada saat petunjuk 3V

3. Pilih tegangan kapasitor Uk > 100 V, tengangan UA konstan pada level 8.

4. Naikkan arus emisi Iem dengan mengatur tombol (i) dari 0,1 mA – 1 mA.

5. Ukur sebesar arus ionisasi I melalui alat ukur j untuk setiap kenaikan arus emisi

Arus emisi (Iem) Arus Ionisasi (I)

6. Membuat grafik I = f (Iem)

7. Lakukan analiasi dan berikan kesimpulan!


4.3. Praktikum III: Arus ionisasi I sebagai fungsi tinggi tegangan operasi UA.

1. Perhatiakan Gambar 4.1, hubungkan alat ukur (a) (pengukuran sampai pada 30

V ~) pada pasangan socket (d). Dalam hal ini UA = 2 103 U adalah tegangan

yang terbaca pada alat ukur (a).

2. Atur tinggi tegangan melalui tombol (g) dari level 1-8 (mulailah dari level 8)

3. Baca tegangan pembanding U pada alat ukur (a) untuk setiap kenaikan level.

4. Baca arus ionisasi I pada alat ukur (j) untuk setiap kenaikan level.

Level Tegangan U Arus Ionisasi

Dalam satu tumbukan, Bremsstrahlung mempunyai frekuensi Cut-off fE yang

diberikan oleh tegangan pemercepat UA:

E UA = h fg (Hukum Duane – Hunt) (4.7)

Beberapa elektron cepat dapat mneyebabkan terpentalnya elektron dari

dalam orbital bagian dalam atom sehingga menghasilkan hole. Hole yang

dihasilkan tersebut akan diisi kembali oleh elektron dari kulit yang lebih luar.

Pada saat pengisian tersebut elektron meradiasikan sinar – X. Dalam proses

ini, dihasilkan sinar – X dengan panjang gelombang tertentu tergantung pada

asal elektronnya. Oleh karena itu menghasilkan spektrum garis dan dikatakan

bahwa radiasi sinar – X tersebut adalah radiasi karakteristik.

Pada prakteknya, radiasi sinar – X dihasilkan di dalam tabung hampa

udara. Elektron – elektron dikeluarkan oleh katoda (filamen yang dipanaskan)

dan dipercepat menuju anoda (target) oleh tegangan tinggi UA.


Bila sinar – X datang pada suatu medium maka dapat terjadi interaksi

dengan partikel di dalam medium. Pada saat interaksi terjadi, ΔW, energi

sinar – X digunakan untuk mengionisasi bahan dan energi dari sinar – X

kemudian diserap ke dalam bahan. Jika m adalah massa bahan yang

terirradiasi, maka hasil bagi dari;

m

KW

(4.8)

Didefinisikan sebagai dosis energi dan dikur dalam satuan J/kg atau sama

dengan dosis yang diserap yaitu 1 gray (1 Gy), diamana Gy = 1 J/Kg. Satuan

yang lebih sering digunakan untuk dosis yang diserap adalah 1 rem = 10-2 Gy.

Secara langsung, eksperimen untuk menetukan dosis serap sangatlah

kompleks. Hal ini akan lebih mudah untuk menentukan kualitas muatan dari

satu kutub yang dihasilkan dengan radiasi pengganti dari energi yang diserap

ΔW.

5. Kemudian semua tombol pada posisi minimum. Matikan tegangan tinggi UA

dengan menekan tombol h. Kemudian membawa tombol c ke posisi off.

6. Tentukanlah volume udara teriradiasi sbb:

Ambil kapasitor, kemudian tentukan jarak d, I0, I1, panjang a dan b tegak lurus

diafragma. Lihat Gambar 2. Hitunglah volume

V = 1100 G G .G G 3

h (4.9)

Dengan Go = a0b0, a0 = lebar; b0 = tinggi permukaan atas

G1 = a1 b1, a1 = lebar; b1 = tinggi permukaan dasar

H = I1 - I0

Atau

V = 2

01

3d

I - I . a . b ( 2

0I + I0 + I1 +2

1I ) (4.10)

7. Hitunglah kapasitas dosis ion:

j = udara

max

V.

I

8. Lakukan analisis dan berikan kesimpulan.


Gambar 4.2. Gambar skema dari volume udara teriradiasi yang berada di

dalam kapasitor (identified by the dotted area).


5. PROTEKSI RADIASI SINAR – X

(B.2.1.PR-X)

I. Tujuan

a. Tujuan eksperimen ini adalah untuk mempelajari sifat – sifat interaksi radiasi

sinar – X dengan berbagai material dengan energi ikat yang berbeda dan

kemampuan tembus sinar – X.

b. Menentukan bahan untuk tujuan proteksi

II. Alat-alat

a. Pembangkit sinar – X 55490/94

b. Pencacah, Counter P 57545

c. End – window counter untuk sinar – X 55905

d. Material absorber dengan ketebalan yang berbeda

e. Material absober dari material bilangan atomik Z yang berbeda

f. Pencatatan waktu

g. Volt meter

III. Dasar Teori

3.1. Nilai tebal paro (HVL = Half Value Layer)

Apabila radiasi elektromegnetik seperti sinar–X, sinar-γ menembus suatu

bahan, maka sebagian dari radiasi tersebut diserap oleh bahan. Sebagai akibat

intensitas radiasi setelah melewati bahan berkurang, tetapi energi dari radiasi yang

lewat tersebut tidak berkurang. Ini menandakan adanya interaksi antara bahan dan

radiasi. Interaksi radiasi dengan bahan secara kasar digambarkan dalam bentuk

absorbsi radiasi oleh suatu bahan.

Secara teoritis absorbsi radiasi oleh bahan digambarkan oleh persamaan:

I = Io e –μd (5.1)


Dengan Io adalah intensitas radiasi yang datang; I adalah itensitas radiasi setelah

melewati material dengan ketebalan d dan μ adalah koefisien absorsi linier bahan.

Nilai μ adalah tergantung pada nomor atom penyusun bahan dan energi radiasi.

Karena laju cacahan adalah berbanding lurus dengan intensitas radiasi maka

persamaan di atas dapat digunakan untuk mencari besar koefisien absorsi linier

suatu material.

I

I0

Gambar 5.1. Penurunan intensitas radiasi oleh bahan dengan ketebalan d.

Jika intensitas radiasi setelah melewati material dengan ketebalan tertentu

misalnya D adalah setengah dari intensitas radiasi yang datang, maka ketebalan D

disebut dengan “nilai tebal paro” (HVL = Half Value Layer) = D. Secara matematis

dengan menggunakan pers. (5.1) tebal paro dapat diungkapkan sebagai

693,0)( HVLD (5.2)

Konsep ini sangat penting dalam pembicaraan proteksi radiasi. Persamaan 5.2

sangat berguna untuk menghitung dengan cepat tebal lapisan pelindung radiasi

yang diperlukan untuk mengurangi inetsitas radiasi hingga pada level tertentu.

Misalnya untuk mengurangi intensitas setengah dari intensitas semula diperlukan

lapisan pelindung setebal HVL, untuk mengurangi intensitas radiasi sampai pada

seperdelapan dari semula diperlukan lapisan pelindung setebal 3 HVL. Dengan nilai

tebal paro ini besar intensitas radiasi seletah melewati material pada ketebalan

tertentu, d dapat dihitung dengan persamaan:

-d-


I = I0

n

2

1 (5.3)

Dengan n = d / HVL

Sering juga digunakan nilai tebal sepersepuluh (THL = Tenth Value Layer),

yaitu lapisan tebal pelindung yang diperlukan untuk menurunkan intensitas radiasi

menjadi 1/10 dari semula. Dalam hal ini berlaku hubungan,

THL =

303,2THL (5.4)

Dan

I = I0

m

10

1 (5.5)

Dengan m = d / THL


Rangkailah peralatan seperti Gambar 5.2.

(a)


(b)

Gambar 5.2 Setup to record the breaking spectrum as a function of high voltage.

1. Terlebih dahulu tempatkan material absorber (aluminium) dengan ketebalan

yang berbeda pada pemegang sampel G dan kemudian masukkan pada lubang

yang berhubungan dengan pengaruhnya (berada pada bagian belakang)

peralatan I pada posisi 0 mm.

2. Arahkan salah satu material absorber ke arah datangnya sinar – X (A)

(kolimator) dengan memutar pengarah yang berada pada bagian belakang

peralatan sinar – X.

3. Operasikan peralatan sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi O.

4. Pilih tinggi tegangan UA (h) pada level 2, dan arus Iem (i) pada 0,05 mA.

5. Hidupkan alat pencacah dengan menekan tombol pada posisi ON.

6. Baca besar tegangan, pada voltmeter, yang memberikan besar tegangan UA =

310.2 . V


7. Baca cacahan per menit, kemudian ulangi lagi untuk ketebalan yang berbeda.

Catatlah hasilnya dalam bentuk tabel sperti dibawah ini.

Tabel, d (mm) Cacahan/menit

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

V. Tugas

1. Buatlah grafik (kurva) hubungan antara ketebalan dengan jumlah cacahan per

menitnya!

2. Lakukankah langkah – langkah di atas untuk level 4, 5 dan 8!

3. Tentukanlah koefisien absorsi untuk setiap level dan hitunglah HVL dan THL

untuk setiap level!

4. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen di atas!

5. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari eksperimen ini?

3.2 Absorbsi sinar – X oleh berbagai macam absorber (material dengan bilangan

atomik Z berbeda)

Radiasi sinar – X (adalah radiasi gelombang elektromegnetik) akan

mengalami pelemahan di dalam material karena adanya berbagai mekanisme

hamburan:

Hamburan klasik (kuantum radiasi berubah arah tanpa memberikan energi

pada material yang diradiasi).

Hamburan Compton (ini terjadi bila foton berinteraksi dengan elektron di

dalam atom, dimana terjadi pergerakan elektron dengan energi tertentu dan

disertai oleh foton lain dengan energi kinetik tertentu yang lebih rendah dari

foton datang. Foton ini berhamburan dengan sudut tertentu terhadap arah


foton datang. Kemungkinan terjadinya hamburan Compton berkurang bila Z

bertambah dan energi foton datang bertambah).

Efek Fotolistrik (ini terjadi karena interaksi antara radiasi elektromagnetik /

foton dengan elektron – elektron di dalam material. Pada peristiwa ini energi

kuantum radiasi secara parsial digunakan untuk melepaskan elektron ke luar

dari kulit / orbital atomik selama absorbsi. Elektron – elektron yang terlepas

mengambil sebagaian atau seluruhnya energi radiasi sebagai energi kinetik.

Kemungkinan terjadinya efek fotolistrik berkurang bila energi foton datang

bertambah, tetapi penurunannya lebih cepat dari penurunan pada hamburan

Compton).

Produksi Pasangan (ini terjadi karena interaksi foton dengan medan listrik

dalam inti atom berat dimana foton datang berenergi > ~ 1,20 MeV. Dalam

hal ini foron akan lenyap dan timbul pasangan elektron dan positron.

Produksi pasangan akan meningkat dengan meningkatnya energi radiasi yang

datang. Proses ini juga sebanding dengan Z2 dari absorber.

Kapasitas absorbsi suatu material adalah digambarkan oleh koefisien absorsi

μm, yang adalah tergantung pada bilangan atomik Z material dan panjang

gelombang radiasi. Secara matematis diungkapkan oleh persamaan:

μm = kλ3Z4 (5.6)

Dengan k adalah nilai pembanding. Persamaan ini tidak berperan jika radiasi

menedekati energi ikat elektron material. Jika energi radiasi sedikit lebih kecil dari

pada energi ikat elektron maka kapasitas absorsi bertambah secara cepat.

Pelaksanaan Percobaan

1. Rangkailah peralatan seperti Gambar 5.2.

2. Terlebih dahulu tempatkan material absorber (dengan beberapa jenis

material dengan ketebalan yang sama d = 0.5 mm dengan bilangan atomik

yang berbeda: Aluminium (Z = 13); Iron (Z = 26); Copper (Z = 29); Zicronium (Z

= 40); Silver (Z = 47) pada pemegang sampel G dan kemudian masukkan pada


lubang yang berhubungan dengan pengarahnya (berada pada bagian

belakang) peralatan sinar – X. Tempatkan posisi salah satu absorber tepat

tegak lurus dengan kolimator dan sesuai dengan jarum penunjuk bahan (i).

3. Arahkan salah satu material absorber ke arah datangnya sinar – X (A)

(kolimator) dengan memutar pengarah yang berada pada bagian belakang

peralatan sinar – X.

4. Operasikan peralatan sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi ON.

5. Pilih tinggi tegangan UA (h) pada level 4, dan arus Iem (i) pada 0,05 mA.

6. Hidupkan alat pencacah dengan menekan tombol pada posisi ON

7. Baca cacahan per menit, kemudian ulanginya lagi untuk bahan – bahan yang

berbeda (dengan nomor atom bahan yang berbeda. Catatlah hasilnya dalam

bentuk tebel seperti di bawah ini:

Meteraial Bilangan Atomik, Z Cacahan /menit

Tugas:

1. Buatlah grafik nomor atomik terhadap cacahan per menitnya!

2. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen!

3. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari eksperimen ini?

PERHATIAN!

Sebelum melakukan eksperimen pelajarilah secara teliti manual

(intruction sheet) dari unit pembangkit sinar – X 42 kV karena sinar –

X adalah sinar yang berbahaya.


6. EFESIENSI TABUNG GEIGER MULLARD PENCACAH-

(B.2.1.ET)

I. Tujuan

Setelah melaksanakan eksperimen ini diharapkan mahasiswa dapat

menentukan efesiensi Tabung-GM pencacah-.

II. Alat-Alat

a. Tabung-GM pencacah-

b. Sumber radiasi Am-241, Ra-226, Cs-137

c. Standar dan klem

d. Kabel dan soket

e. Sumber Listrik

f. Mistar

III. Dasar Teori

Jika luas permukaan jendela tabung-GM A cm2 dan diletakkan sejauh d cm

dari sumber radiasi, maka partikel- yang dapat masuk ke dalam tabung adalah

A/(2d2) bagian. Jumlah disintegrasi yang dialami oleh 1 Ci sumber radiasi persekon

adalah 3,7 x 1010. Maka untuk 5 Ci sumber radiasi adalah 5 x 3,7 x 104 dis/dt.

Partikel- yang masuk ke dalam tabung adalah:

./107,352

4

2sekondisxxx

d

A

(6.1)

Jadi effesiensi tabung-GM untuk pencacah- β adalah:

samayangwaktudalamtabungpadamasukyangPartikelJml

tertentuwaktudalamtabungpadatercacahyangionisasiJml

.

.

%107,35 2

2

'

2xxx

N

d

A

(6.2)

= …………………..%


IV. Cara Kerja

a. Aturlah alat-alat seperti Gambar 6.1.

b. Hubungkan digicounter pada sumber listrik

c. Aturlah MAINS pada posisi ON dan tunggu 5 menit

d. Aturlah waktu cacahan 100 s dan tombol tegangan pada tegangan kerja 450 V

e. Catatlah laju cacahan back ground sebanyak 5 kali (n)

f. Letakkan sumber radiasi sejauh 5 cm vertikal di bawah jendela tabung

g. Catatlah laju cacahan 5 kali seperti mencatat cacahan background, kemudian

hitung jumlah laju cacahan per sekon N

h. Koreksilah harga N tersebut dengan cacahan back ground dan resolving time

(N’)

i. Hasil pengamatan :

d = ……………………………………………cm

N = ……………………………………………..c/dt

n = ……………………………………………..c/dt

N – n = ………………………………..…….c/d

N’ = ( N – n ) = …………………………c/d

Gambar 6.1. Diagram blok percobaan efesiensi tabung geiger mullard pencacah-.

Kabel Koaksial

Digicounter Sumber

GM-

tube


DATA PENGAMATAN:

Tegangan kerja = 450 V; waktu cacahan 100 s.

No. Cacah ke - Laju cacah

(cacah/s)

1 2 3 4 5

1 Background

2 Sumber radiasi

V. Tugas

Dari data hasil pengamatan, hitunglah berapa % effesiensi tabung-Gm

pencacah-!


LAPORAN PRAKTIKUM

Dengan menggunakan data hasil pengamatan, setiap mahasiswa harus

membuat,”Laporan Praktikum”, dengan Format sebagai berikut:

Halaman Depan

Judul Percobaan

Logo UNUD

Nama :

NIM :

Tanggal :

Kelompok :

Nama Anggota :

Jurusan/Program Studi

Fakultas

Bagian Utama

I. Tujuan dan objek percobaan: uraikan secara singkat objek

dan tujuan percobaan

II. Dasar Teori: uraian singkat teori yang relevan dengan

percobaan

III. Peralatan Dan Bahan Yang Digunakan

IV. Hasil Pengamatan/Percobaan:

DATA; Tabulasi Data

V. Analisa Data dan Pembahasan

Analisa Data

- Grafik


- Perhitungan

- Kesalahan

Pembahasan/Diskusi

VI. Kesimpulan

Daftar Pustaka.

NOTE: Pada bagian lampiran memuat laporan hasil pengamatan

yang telah disahkan oleh pembimbing praktikum.

Laporan praktikum hendaknya:

a. Disusun dengan kalimat yang singkat dan jelas.

b. Diketik di atas kertas A4 dengan jarak 1, 5 spasi.

c. Diserahkan paling lambat satu minggu setelah praktikum dilaksanakan.

Apabila percobaan dilanjutkan/diperbaiki atau diulang maka laporan paling

lambat sudah diserahkan paling lambat satu minggu setelah percobaan

dilanjutkan/diperbaiki atau diulang dilaksanakan.

d. Tidak menulis proses perhitungan yang berulang-ulang, tetapi menuliskan

perhitungan berikunya dalam bentuk tabel.

Daftar Pustaka:

1. Physics Experiments, Volume 3, Optics, Atomic and Nuclear Physics, Solid-state

Physics. Leybold-Heraeus GMBH, Germany. 1986.

Documents

EKSPERIMEN B.2 - · PDF filepraktikum Eksperimen B.2.1, terutama untuk mahasiswa Fisika dan mereka yang berkecimpung dalam bidang radiasi. Isi buku ini meliputi tata tertib, tata cara