DETEKTOR SiLi
A. Pendahuluan Perkembangan pemanfaatan zat radioaktif pada zaman modem ini sangat berkembang dengan pesat seiring dengan pertumbuhan dan perkembangan teknologi dalam pemanfaatannya. Penggunaan dan pemanfaatan sumber radioaktif untuk saat ini bukan hal yang awam lagi, hampir seluruh negara maju dan berkembang terus berupaya untuk melakukan pemanfaatan energi radioaktif dengan menggunakan detektor SiLi sudah mulai berkembang. Pemanfaatan sumber radioaktif khususnya detektor SiLi membawa manfaat untuk identifikasi dan pencacahan sinar-X karakteristik karakteristik yang terjadi dari peristiwa efekfotolistrik. Dalam hal ini dibutuhkan suatu alat ukur yang dapat mendeteksi sinar-X. Teknik yang digunakan yaitu dengan menggunakan alat X-Ray Fluoresence (XRF) untuk menganalisis kandungan unsur dalam bahan yang menggunakan metode spektrometri
B. Detektor SiLi Detektor sili merupakan contoh dari detektor semi konduktor oleh karena itu prinsip kerja dari detektor sili merupakan prinsip kerja detektor semi konduktor
1. Prinsip Detektor Prinsip dari detektor SiLi adalah ionisasi bahan/medium pada semikonduktor, membentuk pasangan lubang dan elektron.
2. Detektor semikonduktor Bahan semikonduktor, semikonduktor, yang diketemukan relatif relatif lebih baru terbuat dari dari unsur golongan IV pada tabel periodik yaitu silikon atau germanium. Detektor ini mempunyai beberapa keunggulan yaitu lebih effisien dibandingkan dengan detektor isian gas, karena terbuat dari zat padat, serta mempunyai resolusi yang lebih baik daripada detektor sintilasi.
Gambar 11: struktur pita energi elektron Pada dasarnya, bahan isolator dan bahan semikonduktor tidak dapat meneruskan arus listrik. Hal ini disebabkan semua elektronnya berada dipita valensi sedangkan di pita konduksi kosong. Perbedaan tingkat energi antara pita valensi dan pita konduksi di bahan isolator sangat besar sehingga tidak memungkinkan elektron untuk berpindah ke pita konduksi ( > 5 eV ) seperti terlihat pada Gambar 6. Sebaliknya, perbedaan tersebut relatif kecil pada bahan semikonduktor ( < 3 eV ) sehingga memungkinkan elektron untuk meloncat ke pita konduksi bila mendapat tambahan energi. Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan sehingga beberapa elektronnya dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Bila di antara kedua ujung bahan semikonduktor tersebut terdapat beda potensial maka akan terjadi aliran arus listrik. Jadi pada detektor ini, energi radiasi diubah menjadi energi listrik.
Gambar 12: konstruksi Detektor Semikonduktor Sambungan semikonduktor dibuat dengan menyambungkan semikonduktor tipe N dengan tipe P (PN junction). Kutub positif dari tegangan listrik eksternal dihubungkan ke tipe N sedangkan kutub negatifnya ke tipe P seperti terlihat pada
Gambar 7. Hal ini menyebabkan pembawa muatan positif akan tertarik ke atas (kutub negatif) sedangkan pembawa muatan negatif akan tertarik ke bawah (kutub positif), sehinggaterbentuk (depletion layer) lapisan kosong muatan pada sambungan PN. Dengan adanya lapisan kosong muatan ini maka tidak akan terjadi arus listrik. Bila ada radiasi pengion yang memasuki lapisan kosong muatan ini maka akan terbentuk ion-ion baru, elektron dan hole, yang akan bergerak ke kutub-kutub positif dan negatif. Tambahan elektron dan hole inilah yang akan menyebabkan terbentuknya pulsa atau arus listrik. Oleh karena daya atau energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan ionion ini lebih rendah dibandingkan dengan proses ionisasi di gas, maka jumlah ion yang dihasilkan oleh energi yang sama akan lebih banyak. Hal inilah yang menyebabkan detektor semikonduktor sangat teliti dalam membedakan energi radiasi yang mengenainya atau disebut mempunyai resolusi tinggi. Sebagai gambaran, detektor sintilasi untuk radiasi gamma biasanya mempunyai resolusi sebesar 50 keV, artinya, detektor ini dapat membedakan energi dari dua buah radiasi yang memasukinya bila kedua radiasi tersebut mempunyai perbedaan energi lebih besar daripada 50 keV. Sedang detektor semikonduktor untuk radiasi gamma biasanya mempunyai resolusi 2 keV. Jadi terlihat bahwa detektor semikonduktor jauh lebih teliti untuk membedakan energi radiasi. Sebenarnya, kemampuan untuk membedakan energi tidak terlalu diperlukan dalam pemakaian di lapangan, misalnya untuk melakukan survai radiasi. Akan tetapi untuk keperluan lain, misalnya untuk menentukan jenis radionuklida atau untuk menentukan jenis dan kadar bahan, kemampuan ini mutlak diperlukan. Kelemahan dari detektor semikonduktor adalah harganya lebih mahal, pemakaiannya harus sangat hati-hati karena mudah rusak dan beberapa jenis detektor semikonduktor harus didinginkan pada temperatur Nitrogen cair sehingga memerlukan dewar yang berukuran cukup besar. Secara singkat prinsip detektor Sili dijelaskan sebagai berikut :
• Radiasi yang mengenai depletion layer, maka timbul pasangan lobang
(hole) elektron pada lapisan tersebut • Karena ada medan listrik karena diberi tegangan, hole dan elektron bergerak menimbulkan pulsa listrik • Jumlah muatan yang dibebaskan sebanding dengan energi radiasi.
C. Keunggulan dan Kelemahan detektor Sili Keunggulan : - resolusi sangat tajam - sangat teliti membedakan energi - efisiensi tinggi untuk radiasi g. Kelemahan : - memerlukan sistemelektronik (alat penunjang) sangat rumit. - Kontruksi rumit dan mudah rusak - HPGe & SiLi perlu pendingin
D. Alat yang menggunakan Detektor SiLi X-Ray Fluoresence (XRF) Definisi XRF adalah alat yang digunakan untuk menganalisis kandungan unsur dalam bahan yang menggunakan metode spektrometri. Alat ini mempunyai keunggulan analisis yaitu lebih sederhana dan lebih cepat dibanding analisis dengan alat lain. Alat XRF merupakan alat uji tak merusak yang mampu menentukan kandungan unsur
dalam suatu bahan padat maupun serbuk secara kualitaif dan kuantitatif dalam waktu yang relatif singkat. XRF merupakan pemancaran sinar X dari atom tereksitasi yang dihasilkan oleh tumbukan elektron berenergi tinggi, partikel-partikel lain, atau suatu berkas utama dari sinar X lain. Fluoresensi sinar X digunakan pada beberapa teknik seperti pada mikroanalisis dengan kuar elektron. Prinsip
Analisis menggunakan XRF dilakukan berdasarkan identifikasi dan pencacahan sinar-X karakteristik yang terjadi dari peristiwa efekfotolistrik. Efekfotolistrik terjadi karena elektron dalam atom target (sampel) terkena sinar berenergi tinggi (radiasi gamma, sinar-X). bila energi sinar tersebut lebih tinggi dari pada energi ikat elektron dalam orbit K, L, atau M atom target, maka elektron atom target akan keluar dari orbitnya. Dengan demikian atom target akan mengalami kekosongan elektron. Kekosongan elektron ini akan diisi oleh elektron dari orbital yang lebih luar diikuti pelepasan energi yang berupa sinar-X. Sinar-X yang dihasilkan merupakan gabungan spektrum sinambung dan spektrum berenergi tertentu (discreet) yang berasal bahan sasaran yang tertumbuk elektron. Jenis spektrum discreet yang terjadi tergantung pada perpindahan elektron yang terjadi dalam atom bahan. Spectrum ini dikenal dengan spektrum sinar-X karakteristik. Spektrometri XRF memanfaatkan sinar-X yang dipancarkan oleh bahan yang selanjutnya ditangkap detektor untuk dianalisis kandungan unsur dalam bahan. Bahan yang dianalisis dapat berupa padat massif, pelat, maupun serbuk. Analisis unsur dilakukan secara kualitatif maupun kuantitatif. Analisis kualitaif menganalisis jenis unsur yang terkandung dalam bahan dan analisis kuantitaf dilakukan untuk menentukan konsetrasi unsur dalam bahan. Sinar-X yang dihasilkan dari peristiwa seperti peristiwa tersebut diatas ditangkap oleh oleh detektor simi konduktor Silikon Litium (SiLi). Detektor tersebut dapat berfungsi o o dengan baik bila temperatur dijaga pada kondisi suhu di bawah 0 C (-115 C) dengan cara meredamnya dalam nitrogen cair. Analisis menggunakan alat XRF mempunyai keunggulan analisis yang cepat dan tidak memerlukan preparasi yang rumit. Waktu yang dipergunakan untuk satu kali pengukuran selama 300 detik (5 menit). Sedangkan preparasi sample tidak perlu dilakukan dengan uji merusak, sehingga sampel dapat segera diukur.
