RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH RADIASI GAMMA MULTI

RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH RADIASI GAMMA

MULTI DETEKTOR BERBASIS PERSONAL KOMPUTER (PC)

A. Labib Fardany Faisal, Arief Sudarmaji, Wibisono

1. Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Imu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia,Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia

2. Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Imu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia,Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia

3. Departemen Industri dan Lingkungan, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BATAN,Jl. Lebak Bulus Raya 49, Jakarta, 12440, Indonesia

E-mail: [email protected]

Abstrak

Sering kali dalam melakukan pengukuran/pencacahan radiasi, teknik NDT (Non Destructive Testing) memerlukan lebih dari satu detektor misalnya pada teknologi tomografi dan radiotracer. Pencacahan radiasi dengan multi detektor menjadi lebih mudah dilakukan jika semua detektor dihubungkan ke sebuah sistem terpadu yang dapat menyalurkan data cacahan ke komputer, seperti yang dirancang pada penelitian ini. Sistem terpadu yang dirancang merupakan rangkaian master-slave dimana setiap detektor dihubungkan pada sebuah slave. Setiap slave dapat berkomunikasi dengan master yang terkoneksi ke personal komputer (PC) secara serial. Dengan perangkat lunak yang terdapat pada komputer, user dapat membaca cacahan dari masing-masing detektor dalam bentuk angka dan grafik, menyimpan data, serta mengatur variabel kontrol: tegangan tinggi, window dan waktu cacah dari masing-masing detektor. Pengaturan tegangan tinggi dapat digunakan untuk memperoleh kurva plateau sehingga didapatkan daerah tegangan kerja detektor yang terbaik, sedangkan pengaturan window digunakan untuk menyeleksi energi radiasi untuk dicacah. Sistem yang dibuat sudah dapat berfungsi namun memiliki noise yang besar karena ketidakstabilan power supply tegangan tinggi.

Design of Gamma Radiation Counting System with Multi Detectors Based on Personal Computer (PC)

Abstract

Frequently in NDT (Non Destructive Testing), measuring or counting the radiation needs more than one detector, e.g. at tomography and radiotracer technology. Radiation counting with multi detectors becomes easier if all ofthe detectors are connected to an integrated system that able to send the counting data to a computer, likedesigned in this research. The integrated system designed is master-slave circuit where each detectors connectedto a slave. Every slave can communicate with master that connected to a personal computer (PC) via serialcommunication. By a software in the PC, user can read the radiation counting from each detectors in numbersand graphs, saving the data, and adjusting the control variable: high voltage, window, and counting time for eachdetector. High voltage adjustment is used for plotting plateau curve so the detector’s best working voltage regionwill be obtained, whilst window adjustment is used for selecting radiation energies to be counted. The systemmade can run properly but has much noise because of high voltage power supply unstability.

Keywords: master-slave; multi detectors; PC; gamma radiation; software

Rancang bangun ..., A. Labib Fardany Faisal, FMIPA UI, 2015

Pendahuluan

Salah satu alat penting yang digunakan pada kebanyakan metode inspeksi adalah alat

pencacah radiasi (ratemeter). Pencacah radiasi berfungsi menghitung/mencacah sinyal dari

detektor radiasi. Dalam praktek di lapangan, Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) masih

sering menggunakan pencacah analog yang menggunakan 1 detektor untuk melakukan

tomografi sehingga waktu pengerjaan menjadi sangat lama. Selain itu sistem yang masih

analog sangat rentan terhadap error dan tidak otomatis. Penyebab penggunaan pencacah ini

masih digunakan adalah pencacah digital dengan multi detektor yang tersedia di pasaran

masih sangat mahal dan terbatas. Meskipun tersedia dipasaran akan tetapi fitur dan

karakteristiknya kadang-kadang tidak sesuai dengan keinginan serta maintenance/reparasinya

sulit karena pabrikan berada di luar negeri.

Penelitian ini bertujuan untuk membuat rancang bangun sistem pencacah radiasi yang dapat

melakukan akuisisi data dari beberapa detektor sekaligus, merancang sistem pencacah radiasi

yang terintegrasi dengan PC serta sebuah software sebagai pengontrol, pembacaan data, dan

penyimpanan data serta melakukan pengujian pada fitur-fitur dari sistem intrumentasi yang

dibuat dan menganalisisnya. Detektor yang digunakan adalah detektor sintilasi siap pakai

berbahan NaI(Tl) yang sudah terpadu dengan Photo Multiplier Tube (PMT) sebanyak 3 buah.

Dalam penelitian ini tidak membahas analisis error secara kuantiatif dan tidak membahas

interpretasi dan pengolahan data hasil pengukuran. Adapun radiasi yang dipakai sebagai objek

pengukuran di penelitian ini adalah radiasi gamma dari isotop Am-241 dengan aktifitas 1,98

mCi.

Tinjauan Teoritis

Radiasi Gamma

Radiasi gamma merupakan radiasi gelombang elektromagnetik. Sinar gamma teradiasi

layaknya foton atau kuanta energi yang berkecepatan cahaya, c = 3 × 108 m/detik. Adapun

energi satu foton gamma dinyatakan dalam

𝐸 = ℎ𝑓

Dimana E adalah energi dalam joule, h adalah konstanta Planck (6,624 × 10-34 J.s) dan f

adalah frekensi dalam vibrasi per detik. Di alam ini sinar gamma memiliki panjang

gelombang yang paling pendek atau frekuensi yang paling tinggi yaitu dalam orde 1019 Hz.


Karena itulah sinar gamma memiliki energi yang paling besar diantara gelombang

elektromagnetik yang lain. Dengan energi yang besar ini sinar gamma mampu menembus plat

besi dengan ketebalan beberapa sentimeter.

Radiasi gamma timbul dari proses peluruhan radioaktif sehingga produksi sinar gamma tidak

akan terjadi secara konstan dan terus menerus. Setiap atom yang selesai meluruh akan

berubah karakteristik radioaktifnya atau sama sekali hilang sifat radioaktifnya. Peluruhan dari

seluruh jenis atom radioaktif memenuhi reaksi orde pertama dimana kecepatan luruh

berbanding lurus dengan jumlah atom luruh yang tersisa sebagaimana dijelaskan dalam

persamaan berikut:

𝑑𝑁𝑑𝑡

= −𝜎𝑁 (1)

Dimana σ disebut konstanta peluruhan (decay constant), yang merupakan probabilitas per unit

waktu untuk inti yang akan meluruh.

Sinar gamma di alam berbeda-beda energinya berdasarkan jenis sumbernya. Karakteristik

energi inilah yang yang menjadi dasar spektrometri sinar gamma, dengan mengetahui

karakteristik energi foton sinar gamma, sumber radiasi dapat ditentukan. Sebagai contoh

potassium dan uranium mempunyai karakteristik spektrum yang berbeda seperti pada gambar

1.

Gambar 1. Spektrum energi radiasi gamma dari sumber potassium (a) dan uranium (b) Pengukuran Radiasi Gamma

Instrumentasi untuk mendeteksi dan mengukur radiasi memerlukan dua elemen dasar, sebuah

sensor dan indikator. Elemen sensor berfungsi mengubah energi radiasi menjadi energi listrik.

Energi listrik ini dapat dihubungkan secara langsung ke elemen indikator (scaler, meter, atau


recorder) atau dihubungkan terlebih dahulu ke rangkaian elektronik pengkondisi sinyal untuk

penguatan dan analisis sinyal. Elemen sensor untuk mendeteksi radiasi lebih sering disebut

sebagai detektor. Detektor harus dapat berinteraksi secara efisien dengan sinar radioaktif yang

diselidiki. Karena radiasi nuklir jenisnya beragam maka detektor untuk mengukur radiasi

nuklir jenisnya beragam pula. Untuk radiasi gamma detektor yang paling efektif digunakan

adalah detektor sintilasi/scintillator.

Dalam sistem detektor sintilasi terdapat 2 komponen utama yaitu kristal/flour berupa NaI(Tl)

dan photomultiplier tube (PMT). Ketika foton gamma berinteraksi dengan medium NaI(Tl)

akan menghasilkan loncatan elektron. Elektron ini dapat meloncat ke pita konduksi bila

energinya lebih besar dari forbidden energy gap. Level energi eksitasi maksimum yang dapat

dicapai elektron berbeda-beda tergantung energi foton yang datang. Beberapa saat setelah

tereksitasi, elektron tersebut akan kembali ke ground state untuk mengisi kekosongan

(recombination) dengan menghasilkan foton lain dalam range cahaya tampak. Energi foton

hasil recombination (cahaya tampak) sama dengan selisih antara level energi eksitasi

maksimum yang dicapai elektron dan level energi groud state elektron. Jadi semakin besar

energi foton gamma yang mengenai detektor maka semakin besar juga energi foton cahaya

tampak yang dihasilkan, sementara itu semakin banyak foton gamma yang mengenai detektor

maka semakin banyak foton cahaya tampak yang dihasilkan.

Gambar 2. Proses sintilasi Tabung photomultiplier terbuat dari tabung hampa yang kedap cahaya dengan photokatoda

yang berfungsi sebagai masukan pada salah satu ujungnya dan terdapat beberapa dinode

untuk menggandakan elektron. Photokatoda yang ditempelkan pada bahan sintilator, akan

memancarkan elektron bila dikenai cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai. Elektron


yang dihasilkannya akan diarahkan, dengan perbedaan potensial, menuju dinode pertama.

Dinode tersebut akan memancarkan beberapa elektron sekunder bila dikenai oleh elektron.

Gambar 3. Penggandaan elektron oleh PMT Setiap dinode diberi tegangan yang berbeda-beda, semakin dekat dinode dengan katoda

tegangannya semakin besar. Beda potensial total dari anoda dan katoda adalah 900 – 2000

volt. Dengan ini elektron-elektron sekunder yang dihasilkan dinode pertama akan menuju

dinode kedua dan dilipatgandakan kemudian ke dinode ketiga dan seterusnya sehingga

elektron yang terkumpul pada dinode terakhir berjumlah sangat banyak. Kemudian dengan

sebuah kapasitor kumpulan elektron tersebut akan diubah menjadi pulsa listrik.

Seluruh sistem pencacah memiliki pengkondisi sinyal dan counter. Pengkondisi sinyal

bertujuan untuk membuat pulsa arus dari PMT menjadi dapat dibaca oleh counter.

Pengkondisi sinyal itu sendiri terdiri dari rangkaian amplifier dan discriminator. Amplifier

berguna untuk mengkonversi pulsa dari PMT yang berupa arus menjadi pulsa tegangan yang

cukup besar sehingga dapat diproses lebih lanjut. Diskriminator berfungsi untuk menyaring

apakah suatu pulsa listrik keluaran amplifier diteruskan ke counter atau tidak. Sedangkan

counter berfungsi menghitung jumlah pulsa yang sudah disaring.

Metode Penelitian

Perancangan Hardware

Sistem pencacah radiasi gamma multi detektor berbasis personal komputer ini dibagi menjadi

dua bagian pokok yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak


(software). Secara umum sistem dapat digambarkan ke dalam blok diagram seperti pada

gambar 4.

Detektor yang digunakan sebanyak 3 buah sehingga juga diperlukan 3 buah slave board.

Secara umum kerja dari alat ini adalah membaca data (monitoring) dan mengatur parameter

(controlling). Alur pembacaan data ditunjukkan dengan anak panah yang mengarah ke kanan

dan ke bawah sedangkan alur pengaturan parameter ditunjukkan dengan anak panah yang

mengarah ke kiri dan ke atas.

Gambar 4. Diagram blok umum sistem instrumentasi pencacah radiasi gamma multi detektor berbasis PC Pada pembacaan data, slave board menerima pulsa dari detektor, mengolahnya, mencacahnya,

kemudian mengirimnya ke master melalui koneksi BUS RS485. Data yang dikirmkan dari

masing-masing slave ke master disisipi dengan kode. Kode sisipan berfungsi untuk menandai

dari detektor yang mana data berasal. Setelah tiba di master, data langsung dikirimkan lagi ke

PC dan ditampilkan di LCD. Aplikasi java yang ada di PC menangkap data dan

menerjemahkannya, kemudian menampilkannya berdasarkan asal detektor yang sesuai. Data

ditampilkan dalam bentuk angka dan grafik.

Pada pengaturan parameter, user meng-input nilai melalui aplikasi. Data yang dimasukkan

dapat berupa nilai tegagan tinggi, window (ULD dan LLD), serta waktu cacahan dari masing-

masing detektor. Sebelum data dikirim dari PC ke master board, data disisipi dengan kode

yang menunjukkan jenis parameter dan/atau slave tujuan. Setelah itu barulah data dikirim ke

master board. Di master board data diseleksi kemudian dikirimkan kembali ke slave tujuan


yang sesuai. Pada slave, data dibaca dan digunakan untuk mengatur parameter secara analog.

Karena inilah rangkaian elektronik sebuah slave cukup kompleks, tidak seperti master yang

hanya terdiri dari kontroler dan sistem komunikasi data. Secara umum keseluruhan rangkaian

elektronik sistem slave dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 5. Blok diagram sistem slave Perancangan Software dan Firmware

Alur kerja dari sistem ini diatur oleh program. Program yang ditanam pada sistem ini terbagi

menjadi 2 jenis, program pada mikrokontroler slave dan master merupakan firmware

sedangkan program pada PC merupakan software. Firmware mikrokontroler slave ditulis

dengan bahasa BASIC menggunakan software BASCOM-AVR. Firmware berisi perintah-

perintah untuk mengatur sistem DAC, pencacah, monitoring tegangan tinggi, dan sistem

komunikasi RS485. Master merupakan jembatan data dan perintah dari PC ke slave atau

sebaliknya. Sementara itu mikrokontroller master juga tertanam firmware yang jugaditulis

dengan bahasa BASIC menggunakan software BASCOM-AVR. Firmware mikrokontroler

master berfungsi untuk komunikasi data dengan slave (menggunakan RS485) atau dengan PC

(menggunakan RS232) dan menampilkan data di LCD.

Pada PC dibuat sebuah software yang ditulis dalam bahasa java dengan menggunakan

Netbeans IDE 8.02. Karena menggunakan bahasa java, program ditulis dengan metode OOP

(Object Oriented Programming). Karena seluruh komputer pada jaman sekarang sudah


menggunakan Graphical User Interface (GUI) maka software ini dibuat berbasis GUI untuk

berkomunikasi dengan user secara lebih mudah, Tujuan GUI pada sistem ini adalah untuk

kemudahan akses dan kejelasan informasi.

Gambar 6. Tampilan GUI software sistem pencacah radiasi gamma multi detektor Di pojok kanan atas pada gambar 6 terdapat tombol start dan stop yang berfungsi untuk

proses pencacahan secara kontinyu/terus menerus. Jika tombol start ditekan maka software

akan meminta data cacahan dari seluruh slave setiap selang waktu tertentu secara berulang-

ulang selama tombol stop tidak ditekan. Di sebelah kanan tombol stop terdapat tombol-

tombol untuk mencacah sekali. Tombol “Count All” berfungsi meminta data cacahan dari

semua slave satu kali, sedangkan tombol yang lain berfungsi untuk meminta data cacahan dari

salah satu slave satu kali.

Data ditampilkan di monitor PC dalam bentuk angka dan grafik. Jendela “Graph”

menampilkan semua data yang diakuisisi dari slave dalam satu grafik dengan warna yang

berbeda-beda. Nilai dari masing-masing data juga ditampilkan di jendela “Data” di pojok

kanan bawah. Jendela “Adjustment” berisi panel kontrol untuk masing-masing slave yang


ditampilkan secara tabulasi. Dengan cara ini semua panel kontrol dapat disusun secara teratur

dan simple. Untuk mengontrol tegangan tinggi, user dapat menginput nilai melalui text-box

“Voltage (V)” atau menggeser-geser slider atas. Sedangkan untuk mengatur window, user

dapat menginput nilai ULD dan LLD secara langsung pada text-box atau menggeser-geser

slider bawah. Pada bagian paling bawah juga terdapat text-box untuk menginput nilai waktu

cacahan (Counting Time) dengan satuan milisekon.

Hasil Penelitian dan Pembahasan

Karakteristik Pulsa Detektor

Detektor sintilasi tidak dibuat pada penelitian ini melainkan langsung memakai produk yang

sudah jadi. Dalam penelitian ini detektor yang digunakan sebanyak 3 buah. Semua detektor

terdiri dari kristal NaI(Tl) yang sudah dipadukan dengan PMT. Ketiga detektor merupakan

buatan perusahaan Ludlum.

Detektor menghasilkan pulsa listrik yang merupakan hasil konversi dari foton. Telah

dijelaskan di bab sebelumnya bahwa satu pulsa listrik mewakili satu foton yang tertangkap,

kemudian besar tidaknya pulsa bergantung pada seberapa besar energi foton yang dikonversi.

Bentuk pulsa listrik tersebut jika dibaca menggunakan osiloskop adalah sebagai berikut.

Gambar 7. Bentuk pulsa output detektor setelah melewati penguat inverting dengan ukuran pulsa berbeda-beda, (a) Amplitudo 2,96V & lebar 6,76µs; (b) Amplitudo 5,52V & lebar 7,6µs; (c) Amplitudo 8,08V & lebar 13,45µs

Pengontrolan Tegangan Tinggi PMT

HVPS (High Voltage Power Supply) yang dipakai dalam sistem ini merupakan buatan EMCO

(a) (b)

(c)


High Voltage Corporation dengan tipe AH20P-12T. Power supply jenis ini merupakan jenis

DC to HV DC converter yang dapat mengeluarkan tegangan output dengan rentang 0 hingga

2000 volt (dengan beban maksimum). Besar tegangan output dapat diubah-ubah dengan

mengatur tegangan kontrol dari 0 hingga 12 volt. Tegangan tiggi output dependen terhadap

beban, dan eksperimen telah membenarkan hal tersebut seperti terlihat pada gambar 8.

Gambar 8. Grafik karakteristik konrol tegangan tinggi tanpa beban (no load) dan dengan beban penuh (full load) Perubahan tegangan tinggi output terhadap nilai tegangan digital yang diberikan lebih besar

jika sistem tidak diberi beban (no load) daripada sitem diberi beban penuh (full load).

Perbedaan output yang sangat mencolok antara kondisi ‘full load’ dan ‘no load’ membuat

pengontrolan tegangan tinggi harus dilakukan menggunakan suatu algoritma kontrol loop

tertutup. Setelah diberi pengontrolan dengan metode “digital ramp”, tegangan output HVPS

sudah dapat menyamai nilai setpoint namun masih terdapat fluktuasi jika tegangannya diatas

1000V. Hal ini dikarenakan ketidakstabilan HVPS yang dipakai.

FULLLOADy=2.05x-33.96

NOLOADy=5.17x-86.21

0

500

1000

1500

2000

2500

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tegangan

outpu

tAH2

0P-12T

(V)

Nilaidigital

fullloadnaik

fullloadturun

noloadnaik

noloadturun


Gambar 9. Respon pengontrolan tegangan tinggi dari slave 1, slave 2 dan slave 3 dengan memberi setpoint yang dinaikkan setiap 200 volt

Mencari Daerah Plateau Detektor

Kurva plateau dapat dijadikan acuan untuk menemukan daerah/range tegangan yang membuat

cacahan detektor stabil. Dengan kata lain, jumlah cacahan detektor tidak akan berubah

signifikan meskipun tegangan detektor berflukuasi di daerah ini.

Sistem ini dapat melakukan plotting kurva plateau dengan fasilitas “Plateau Wizard” yang

digunakan dengan mengklik File → New → Plateau Curve. Slave yang digunakan untuk

mengakuisisi data plateau adalah slave C karena memiliki noise yang paling sedikit. Adapun

nilai LLD untuk slave C yang menurut kami cukup tepat adalah 460 serta waktu cacah dan

waktu sampling yang digunakan adalah 1000 ms.

Gambar 10. Hasil plot cacahan vs tegangan dalam range 700V sampai 1300V dengan kenaikan setiap 2V untuk detektor 1

0200040006000800010000120001400016000180002000022000

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300

Coun

t/s

Tegangan(volt)




Pada detektor 1 grafik menunjukkan daerah plateau yang cukup lebar yaitu mulai dari

tegangan 1050 V sampai 1250 V, jadi lebar daerah plateau detektor 1 adalah 200 V. Pada

detektor 2 grafik menunjukkan bahwa detektor 2 memiliki daerah plateau yang lebih sempit

daripada detektor pertama yaitu mulai tegangan 1200 V sampai 1326 V, jadi lebar daerah

plateau detektor 2 adalah 126 V. Detektor 3 memiliki daerah plateau yang paling sempit

diantara yang lain yaitu dalam range 1173 V sampai 1230 V yang berarti lebarnya hanya 57

volt. Dari kurva plateau yang didapat, dapat disimpulkan bahwa detektor yang paling stabil

terhadap fluktuasi tegangan adalah detektor 1.

020004000600080001000012000140001600018000200002200024000

900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350

Coun

t/s

Tegangan(volt)

0500

1000150020002500300035004000450050005500600065007000

900 925 950 975 1000 10251050 10751100 11251150 11751200 12251250

Coun

t/s

Tegangan(volt)


Sistem Window dan Distribusi Tinggi Pulsa

Pada sistem ini terdapat rangkaian window/diskriminator. Diskriminator berfungsi

melewatkan pulsa dengan amplitudo spesifik agar dapat dicacah oleh counter. Untuk menguji

apakah rangkaian diskriminator/window ini sudah benar adalah dengan membaca sinyal input

dan output dari rangkaian dengan osiloskop. Dengan ULD yang diatur sebesar 4 V dan LLD

yang diatur sebesar 3 V, rangkaian window memiliki respon seperti gambar 13. Saat

amplitudo sinyal yang masuk sebesar 2,44 V, diskriminator tidak mengeluarkan pulsa. Saat

amplitudo sinyal masuk sebesar 3,28 V diskriminator mengeluarkan pulsa dan saat amplitudo

sinyal masuk sebesar 4,64 V diskriminator kembali tidak mengeluarkan pulsa.

Gambar 13. Hasil pembacaan osiloskop dari input (biru) dan output (merah) diskriminator dengan ULD sebesar 4V dan LLD sebesar 3V

Dari pengamatan siloskop ini terbukti bahwa diskriminator sudah dapat berfungsi

sebagaimana mestinya.

Karena window dapat datur secara digital sistem dapat mencari distribusi tinggi pulsa detektor

dengan menjalankan sebuah program. Plotting distribusi tinggi pulsa dapat dilakukan dengan

mengklik File → New → Energy Distribution pada software. Pada penelitian ini diambil

distribusi amplitudo dari semua slave dengan menggunakan detektor 1 karena detektor 1

memiliki daerah plateau yang peling lebar. Tegangan detektor 1 di set sebesar 1100V.

Masing-masing distribusi diambil dengan “starting amplitude” dan jumlah data yang berbeda-

beda namun dengan lebar window yang sama yaitu 10. Adapun waktu cacah yang dipakai

adalah 5 detik. Distribusi amplitudo detektor yang mencacah radiasi gamma dari sumber Am

241 dijelaskan pada gambar .


Gambar 14. Distribusi amplitudo sinyal cacahan radiasi gamma dari sumber Am-241 di slave A

Gambar 15. Distribusi amplitudo sinyal cacahan radiasi gamma dari sumber Am-241 di slave B

Gambar 161. Distribusi amplitudo sinyal cacahan radiasi gamma dari sumber Am-241 di slave C

Dari gambar 4.23 didapatkan letak photopeak dari Am-241 secara jelas, yaitu berada

pada channel 180. Pada slave B letak photopeak tidak terlalu jelas karena pengaruh noise

sangat besar terhadap sinyal cacahan. Noise slave B memang yang terbanyak diantara yang

03000600090001200015000180002100024000

100 150 200 250 300 350 400 450

Coun

ts/5s

channel

010002000300040005000600070008000

350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650

Coun

ts/5s

channel

0500

100015002000250030003500400045005000

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Coun

ts/5s

channel


lain sebagaimana yang telah dijelaskan pada sub bab 4.2.3. Namun grafik menunjukkan

sedikit ketajaman di channel 440, meskipun terlihat samar, di situlah letak photopeak Am-

241. Untuk Slave C, distribusi terlihat sangat lebar, photopeak berada pada channel 470. Pada

slave B dan C letak photopeak berdekatan namun tidak untuk slave A. Hal ini dikarenakan

perbedaan penguatan rangkaian penguat dan pengaruh perbedaan filter. Rangkaian penguat A

memang memiliki penguatan yang paling kecil diantara yang lain dan slave A memakai filter

orde 2 sedangkan yang lainya orde 1 Hal ini membuat lebar kurva distribusi terdistorsi

menjadi lebih kecil.

Perbandingan Hasil Pengukuran dengan Referensi

Berikut adalah perbandingan hasil pengukuran antara sistem pencacah radiasi yang dibuat

dengan surveymeter terkalibrasi berdasarkan perubahan jarak detektor-sumber dengan skala

variasi 5cm dari jarak 5cm sampai 70cm. Adapun spesifikasi surveymeter yang dipakai adalah

sebagai berikut.

Merek : Victoreen 491 Sn. 3117

No. Sertifikat : 4067 / KN 03 02 / KMR 5.1 / 2014

Skala : count/s

Faktor kalibrasi : 0,101 ( Cs-137)

Tanggal kalibrasi ulang : 3 November 2015

Gambar 17. Grafik perbandingan cacahan slave A dengan surveymeter berdasarkan variasi jarak

051015202530354045

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Coun

t/m(surveym

eter)

Coun

t/s(ratemeter)

jaraksumber-detektor(cm)

count/s

count/m


Gambar 18. Grafik perbandingan cacahan slave B dengan surveymeter berdasarkan variasi jarak

Gambar 19. Grafik perbandingan cacahan slave C dengan surveymeter berdasarkan variasi jarak

Trend grafik yang didapatkan sudah sesuai dengan teori bahwa intensitas radiasi berbanding

terbalik dengan kuadrat jarak. Grafik juga menunjukkan trend yang hampir sama antara hasil

pengukuran dari sistem yang dibuat dengan hasil surveymeter terkalibrasi yang berarti respon

alat ukur yang dibuat sudah cukup baik.

Uji Pencacahan Paralel

Pengujian paralel dilakukan untuk mengetahui respon ketiga detektor terhadap sumber radiasi

gamma secara bersamaan. Pengujian dilakukan dengan memanfaatkan alat untuk mengukur

kecepatan dari sumber radiasi. Pencacahan radiasi dilakukan dengan cara meletakkan ketiga

detektor secara sejajar dengan jarak yang sama yaitu 20 cm, kemudian sumber radiasi

digerakkan dengan arah sejajar dengan jarak antar detektor. Kecepatan dapat diukur dengan

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80

Coun

t/m(surveym

eter)

Coun

t/s(ratemeter)

jaraksumber-detektor(cm)

count/s

count/m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Coun

t/m(surveym

eter)

Coun

t/s(ratemeter)

Jaraksumber-detektor(cm)

count/s

count/m


membagi jarak antara 2 detektor dengan selisih waktu saat cacahan yang terukur di masing-

masing detektor bernilai maksimum. Cacahan maksimum akan tergambar dalam grafik

sebagai peak. Untuk waktu cacah diatur sebesar 100 ms. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali

dengan menggunakan variasi kecepatan sumber radiasi.

Gambar 20. Uji pencacahan paralel dengan sumber yang digerakkan dengan kecepatan 0,25 m/s



0

100

200

300

25000 26000 27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000

Coun

t/10

0ms

Waktu(milideSk)

Detektor1 Detektor2 Detektor3

0100200300400

27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000 36000 37000Coun

t/10

0ms

Waktu(milideSk)


0

50

100

150

25000 26000 27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 34000 35000

Coun

t/10

0ms

Waktu(milideSk)



Berdasarkan hasil pengukuran didapat kecepatan sumber radiasi pada percobaan pertama

sebesar 0,24 m/s, pada percobaan kedua sebesar 0,36 m/s dan pada percobaan ketiga sebesar

0,79 m/s. Berdasarkan perbandingan dengan kecepatan yang sebenarnya, perocobaan pertama

memiliki kesalahan literatur sebesar 4,00%, percobaan kedua sebesar 2,86%, dan percobaan

ketiga sebesar 5,33%.

Kesimpulan

Berikut merupakan kesimpulan dari hasil perancangan, pengujian dan analisis yang telah

dilakukan.

1. Sistem komunikasi serial multi drop antara master dan slave sudah berfungsi, sehingga

memungkinkan untuk ditambah slave yang lebih banyak.

2. Fungsi pencacah radiasi gamma ini dapat bekerja bergantung pada sistem software yang

dibuat.

3. Sistem pengontrolan tegangan HVPS AH20P12T dengan mode “digital ramp” sudah

berfungsi namun kurang sempurna karena adanya fluktuasi HVPS.

4. Sistem sudah dapat mendapatkan daerah plateau detektor dengan menjalankan suatu

program menggunakan slave 3.

5. Sistem window sudah berfungsi dengan baik ditandai dengan mampunya sistem untuk

mencari distribusi tinggi pulsa.

6. Sistem sudah dapat mengukur intensitas radiasi dengan baik ditandai dengan respon

pengukuran yang berkorelasi linier dengan pengukuran surveymeter.

7. Sistem akuisisi data untuk masing-masing detektor sudah dapat dijalankan secara

bersamaan ditandai dengan berfungsinya sistem untuk membedakan kecepatan sumber

radiasi yang bergerak.

Saran

Berikut ini adalah beberapa saran untuk pengembangan sistem selanjutnya

1. Berhubung noise yang tinggi, HVPS perlu diganti dengan komponen yang lebih baik atau

membuat sistem filter yang lebih baik.

2. Akan lebih baik jika master memiliki konektor-konektor tambahan untuk mengendalikan

aktuator. Hal ini berguna jika sistem akan dikembangkan menjadi sistem tomografi multi


detektor.


Daftar Referensi

[1] G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, 3rd Ed., John Wiley & Sons, Inc.,

USA, 1999.

[2] M.K. Nanda, Prawito, H.T. Hendriyanto, Sistem Pengukuran Ketinggian Zat Cair

dengan Metode Radiasi Nuklir Berbasis Mikrokontroler dan LabVIEW, Depok, 2013.

[3] K. Bondan, Wibisono, S. Arief, Rancang Bangun Ratemeter Menggunakan Detektor

NaI(Tl) Berbasis Mikrokontroler, Depok, 2014.

[4] H.T. Hendriyanto, Pengukuran Radiasi, 2006. Diperoleh pada Januari 2015, dari

http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/.

[5] T. Stephen T, Modern Physics for Scientist and Engineers, 4th Ed., Brooks/Cole., USA,

2013.

[6] Hamamatsu Photonics K.K., Photomultiplier Tubes Basics and Applications, 3rd Ed.,

Hmamatsu Photonics K.K., Japan, 2006.

[7] S.K. Kenneth, Introductory Nuclear Physics, 3rd Ed., John Wiley & Sons, Inc., USA,

1987.


Documents

RANCANG BANGUN SISTEM PENCACAH RADIASI GAMMA MULTI