Jobsheet 4 Detektor Radiasi

8/17/2019 Jobsheet 4 Detektor Radiasi

1/14

BAB 4

DETEKTOR RADIASI

Deteksi radiasi nuklir membutuhkan pengetahuan tentang jenis radiasi dan

interaksinya dengan materi. Dalam pelakasanaannya pengetahuan tersebut masih

harus dilengkapi dengan pengetahuan instrumentasi elektronika.

4.1 Lintasan Partikel Melalui Materi

Partikel yang dihasilkan dalam reaksi nuklir atau peluruhan berinteraksi dengan

materi dengan cara yang tergantung pada sifat mereka. Kita dapat membedakan

kasus-kasus berikut:

(1) Inti dan partikel er!uatan.

Partikel-partikel ini kehilangan energi mereka dengan ionisasi atom dalam

medium dan akhirnya diam. Proses ini dijelaskan dalam Sect. 5.3. untuk partikel

dengan massa !! me.

(") #$t$n

Sinar " umumnya kehilangan energi dalam materi melalui hamburan

#ompton pada atom elektron.

"e- $ "e-. %&.'

(lektron sekunder kemudian melepaskan energi mereka dalam medium

melalui ionisasi. )oton terus mengalami hamburan #ompton sampai diserap

melalui efek foto listrik*

"atom $ e-atom + . %&.,'

)oton dengan energi lebih besar dari ,me dapat langsung diserap oleh produksi

pasangan elektron-positron

" %* ' $ e + e- %* '. %&.3'

Proses ini dipelajari dalam Sect. 5.3.&.

(%) &eutr$n.

/eutron kehilangan energi dengan hamburan elastis pada inti sampai mereka

mencapai . 0ereka akhirnya diserap* biasanya oleh %n*"' reaksi n%*' $ "% + *


2/14

'. Proses ini dijelaskan dalam Sect. 5.3.5. Pada bagian ini* kami menjelaskan ini

proses fisik. (fek biologis mereka akan dijelaskan secara singkat di Sect. 5.&.

4.1.1 Partikel Ber!uatan Berat

Ketika partikel bermuatan melintasi media* itu semakin kehilangan energi

dengan mentransfer ke elektron dari atom medium. 1ingkat kehilangan energi

dapat diperkirakan dengan mempertimbangkan sebuah ion dengan massa mion dan

muatan 2ione yang meleati dekat elektron bebas* seperti yang diilustrasikan pada

4ambar. 5.. 6ntuk mempermudah perhitungan* pertama kita menganggap baha

ion adalah non-relati7istik* 7 88 c* dan m ion !! me. Karena mion !! me* gerakan ion

hampir tidak terpengaruh oleh pertemuan dekat dengan elektron sehingga

lintasannya* secara pendekatan berupa garis lurus dengan parameter dampak b.

4ambar &. 9intasan dari partikel bermuatan di sekitar atom.

%Sumber : asde7ant*;ich* and Spiro. * ,


3/14

;umus ini berlaku untuk nilai b yang cukup besar baha selama melintas*

elektron mundur melalui jarak yang kecil dibandingkan dengan b. @ilangnya

energi dari ion* A(* adalah energi kinetik dari elektron mundur:

e

ion

e

e

mbv

e z

m

pvb E

,,

<

,, ,

&,'*%

==∆

πε %&.5'

Kehilangan energi sebanding dengan 7B, karena semakin lambat ion* semakin

lama aktu yang elektron mengalami medan listrik dari ion. (nergi yang hilang

sebanding dengan b-, jadi kita perlu untuk mengambil rata-rata lebih dari

parameter dampak. Prosedur berikut tepat apa yang kita lakukan di #hap. 3 ketika

kita menghitung probabilitas reaksi dalam hal penampang. Kita ambil kotak

7olume 93 yang mengandung satu elektron. Kehilangan energi rata-rata untuk

parameter dampak acak adalah

,

<

,

,,, &

,,

'%

maC

min

=∆ ∫ πε π

e z

mbvbdb

Lv E ion

e

b

b

'?ln%

&

&minmaC

,

<

,

,, bbe z

mv L

ion

e

=

πε

π

'?ln%'%&'%

minmaC

,

,,,

,

bb z cm L

cion

e

α β

π = %&.'

dimana E 7ion?c dan F adalah konstanta struktur halus. 6ntuk /e elektron dalam

kotak* total kehilangan energi diperoleh dengan mengalikan dengan /e. 9aju

kehilangan energi* d(?dC* kemudian diperoleh dengan membagi dengan panjang

kotak 9

'?ln%'%&'% minmaC,

,,

,bb z

cm

nc

dx

dE ion

e

e α β π = %&.='

dimana ne E /e?93 adalah densitas elektron dalam kotak.

1ingkat kehilangan energi %5.,&' memiliki ketergantungan logaritmik pada bmaC

? bmin yang harus diperkirakan. @arapan sederhana bmin E < jelas tidak akan

dilakukan. Sumber masalahnya adalah baha metode kita untuk menghitung

kehilangan energi A(%7*b' memberikan kerugian energi tak terbatas %5.,,' untuk b

E


4/14

&(ion %me?mion' di mana (ion adalah energi kinetik ion. Kita kemudian dapat

mengambil untuk nilai efektif bmin yang nilai b pada %5.,,' memberikan A( %7*b'

E A(maC* yaitu


5/14

Kondisi α β 3?

ion z > hanya untuk bmaC ! bmin. 6ntuk ion lambat* α β

3?

ion z < kita

berharap sedikit kehilangan energi karena gangguan tersebut tidak cukup cepat

untuk merangsang atom.

6ntuk α β 3?

ion z > * kehilangan energi sebanding dengan kuadrat terbalik dari

kecepatan dan kerapatan elektron. (liminasi densitas elektron dalam kepadatan

massa L m p%?'ne kita peroleh

( )[ ] ?ln'%& 33,,

,,,

α β β

α π ρ ion

e p

ion z cmm

c

A

Z z

dx

dE

=

%&.,'

Perlakuan yang ditingkatkan oleh @. ethe dan ). loch hanya berbeda dalam

suku logaritmik

,

ln'%& ,

,,,

,,

,,,

−

= β

γ β

β

α π ρ

I

cm

cmm

c

A

Z z

dx

dE e

e p

ion

%&.3'

di mana > JF,mec,* adalah rata-rata energi ionisasi elektron di dalam atom.

Dibandingkan dengan %5.,'* argumen dari logaritma sekarang J,

?F,

. ;umusethe-loch %5.3


6/14

Kuantitas L-d(?dC* die7aluasi untuk 2ion E disebut daya pengereman dari suatu

material. 6ntuk LJgcm-3 dan ?J?,* kita melihat baha tingkat kehilangan

energi dalam orde 0eN cm-?,.

6ntuk J* rumus ethe-loch memprediksi perkiraan daya hentinya

konstan* meningkat hanya logaritmis dengan energi. Partikel yang memiliki

energi memberikan kehilangan energi dekat nilai minimum* J, 0eN %g cm-, '- *

yang disebut partikel pengion minimum. Kebanyakan muon sinar kosmik

mencapai permukaan bumi adalah secara kasar pengion minimum dan partikel-

partikel ini sering digunakan untuk dengan cepat mengkalibrasi kehilangan energi

detektor %lihat di baah'.

4ambar &., Daya pengereman untuk muon positif dalam tembaga sebagaifungsi dari ,, ?? cvcv −=βγ . 6ntuk


7/14

4ambar 5.= menunjukkan perhitungan daya pengereman O. ;umus ethe-

loch %5.3


8/14

e+eB $ "". %&.G'

6ntuk (e ! < 0eN* elektron dan positron kehilangan sebagian energi mereka

dengan radiasi foton %bremsstrahlung' yang dihasilkan dari akselerasi mereka

dalam medan elektron dari inti. Rarak di mana elektron kehilangan sebagian kecil

?e energi melalui proses ini disebut panjang radiasi*


9/14

dominan untuk elektron energi tinggi dan positron dengan ( ! < 0eN. @al ini

dapat dilihat pada 4ambar. 5. untuk lead.

4.1.% #$t$n

)oton berinteraksi dengan materi melalui reaksi berikut yang penampangnya

pada karbon dan timbal ditunjukkan pada 4ambar. 5.,:

%' @amburan ;ayleigh* yaitu hamburan elastis dari atom. Proses ini memiliki

satu-satunya penampang yang tidak memiliki ambang batas energi.

%,' @amburan #ompton* yaitu hamburan elastis dari elektron kuasi-bebas. Proses

ini memiliki ambang batas untuk setiap kulit elektron terikat sesuai dengan energi

ionisasi* >* dari kulit. Dalam rentang > 88 (γ 88 mec, * penampang adalah

penampang 1homson

( ,'3?G eT r π σ = > 88 (γ 88 mec, %&.'

Dalam rentang energi ini* penampang diferensial adalah maju dan mundur

dengan puncak

π

θ σ σ

,

cos,T

d

d =

Ω %&.,


10/14

4ambar &.& )oton penampang pada karbon dan lead O seperti yang dijelaskan

dalam teks. Pada energi rendah* keN 8( 8


11/14

/eutron dalam range 0eN berinteraksi dengan materi kebanyakan oleh

hamburan elastis pada inti. @al ini menyebabkan hilangnya secatra progresif

energi kinetik neutron sampai mereka mengalami termalisasi dengan energi rata-

rata* Jk1* yang diberikan oleh suhu medium %4ambar 5.&'. /eutron kemudian

terus melakukan gerak random dengan kecepatan 7J,


12/14

terpasangnya rendah dan pulsa keluarannya merupakan ukuran jumlah ionisasi

yang terbentuk.

4.".% Penaa* Seandin

Pencacah sebanding merupakan modifikasi dari ruang ionisasi* yang berbeda pada

, aspek. Pertama. dalam pencacah sebanding salah satu elektroda merupakan

silinder tipis sedang yang lainnya merupakan kaat yang ditempatkan sepanjang

sumbu silinder. Kedua* tegangan yang dipakai pada pencacah sebanding lebih

tinggi dibandingkan dengan ruang ionisasi. eda tegangan dibuat sedemikian

rupa sehingga terjadi ionisasi sekunder yang memberikan multiplikasi elektron.

#ampuran dan tekanan gas dipilih agar multiplikasi linier terhadap energi partikel.

Kuat medan listrik pada jarak r dari kaat elektroda adalah

'?ln% abr

V E = %&.,&'

Dimana N adalah tegangan yang diterapkan pada elektroda* a dan b adalah jari-

jari kaat dan silinder elektroda.

4.".4 +eier,Muller -$unter

Detektor tabung ionisasi* tabung sebanding dan tabung 4eiger 0uller

%40' adalah sekeluarga. entuk dasarnya sama* masing-masing menggunakan

ruang tertutup berisi gas atau campuran gas. ;uang itu diberi elektroda yaitu

anoda dan katoda dengan bentuk geometri sedemikian rupa sehingga medan

listriknya memungkinkan pengumpulan hasil ionisasi yang efisien. 1abung

ionisasi sekedar mengumpulkan ionisasi tanpa memperbolehkan terjadinya

ionisasi sekunder. Pencacah Sebanding memanfaatkan ionisasi sekunder

sedemikian rupa sehingga setiap tembusan radiasi menghasilkan satu pulsa dan

tinggi pulsa sebanding dengan besar energi radiai. 1abung 40 memanfaatkan

ionisasi sekunder sehingga satu tembusan radiasi menghasilkan satu pulsa dan

tinggi pulsa itu tetap sama tinggi* tidak tergantung dari besarnya energi radiasi.

Daerah tegangan kerja tabung 40 yang menghasilkan keadaan itu disebut daerah

,


13/14

40 dan lebih terkenal dengan nama plato. 9ebar tegangan plato pada tabung 40

yang baik mencapai ,


14/14

PERTA&AA& DA& SOAL,SOAL

1. Relaskan persamaan dan perbedaan prinsip kerja ;uang >onisasi* PencacahSebanding dan 1abung 4eiger 0ullerX

". Sebuah partikel F kehilangan semua energinya di dalam gas sebuah tabung

ionisasi dan menghasilkan ,.

Documents

Jobsheet 4 Detektor Radiasi