LAPORAN PERCOBAAN INTI PERBEDAAN PROTEKSI RADIASI ANTARA ALUMUNIUM (Al) dan TIMBAL (Pb)
Disusun Oleh: KELOMPOK 2 Mela Yusvarina
( 12306141002)
Siti Khoerunisa
(12306141014)
Mahmudah S
(12306141031)
Rahmat Yudha K
(12306141037)
Retno Damayanti
(12306141039)
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2015 BAB I
PENDAHULUAN A. Latar Belakang Radiasi dari suatu bahan raioaktif tidak dapat dilihat oleh manusia. Jika radiasi mengenai tubuh manusia, ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi: berinteraksi dengan tubuh manusia, atau hanya melewati saja. Jika berinteraksi, radiasi dapat mengionisasi atau dapat pula mengeksitasi atom. Setiap terjadi proses ionisasi atau eksitasi, radiasi akan kehilangan sebagian energinya. Energi radiasi yang hilang akan menyebabkan peningkatan temperatur (panas) pada bahan (atom) yang berinteraksi dengan radiasi tersebut. Dengan kata lain, semua energi radiasi yang terserap di jaringan biologis akan muncul sebagai panas melalui peningkatan vibrasi (getaran) atom dan struktur molekul. Ini merupakan awal dari perubahan kimiawi yang kemudian dapat mengakibatkan efek biologis yang merugikan. (www.efek.radiasi.com) Untuk mengurangi dampak radiasi di sekeliling kita ,perlu adanya suatu bahan penghalang yang mampu mengurangi jumlah radiasi ke tubuh kita. Dalam percobaan ini, dilakukan cacah radiasi menggunakan detector Geiger Muller dan variasi ketebalan bahan penghalang. Percobaan ini bertaan untuk mencari nilai atenuasi suatu bahan. B. Tujuan 1. Untuk mengetahui hubungan ketebalan bahan (Al dan Pb) terhadap cacah radiasi sinar ϒ. 2. Untuk menentukan koefisien abasorbsi (atenuasi) alumunium dan timbal. 3. Untuk menentukan bahan terbaik antara Al dan Pb sebagai absorbter radiasi sinar gamma. C. Alat dan bahan 1. Satu set detektor geiger muller 2. Pengeras suara counter bejana tipis 3. Penjepit tabung counter 4. Lempeng timbal (Pb) dan alumunium (Al) dengan berbagai ketebalan
5. Penjepit 6. Sumber radioaktif Sr 90
D. Langkah Kerja
Skema percobaan
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan Menset alat dan bahan sperti skema diatas Menentukan cacah latar Mencacah radiasi sinar gamma dengan memvariasi ketebalan bahan penghalang Membuat grafik hubungan antara ketebalan bahan dengan cacah radiasi. Menentukan nilai atenuasi bahan.
BAB II DASAR TEORI
1. Radiasi Radiasi dari bahan radioaktif tidak dapat dilihat dengan mata biasa, sehingga untuk mendeteksinya harus digunakan alat. Alat yang dapat mendeteksi radiasi disebut detektor radiasi. Salah satu jenis detektor radiasi yang pertama kali diperkenalkan dan sampai saat ini tetap digunakan adalah detektor ionisasi gas. Detektor ini memanfaatkan hasil interaksi antara radiasi dengan gas yang dipakai sebagai detektor. Radiasi yang masuk ke dalam detektor dapat mengakibatkan terlepasnya electron-elektron dari atom gas, sehingga terbentuk pasangan ion positif dan ion negatif. Karena bahan detektornya berupa gas maka detektor radiasi ini disebut detektor ionisasi gas. Pencacah GM dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan partikel α,β, dan ϒ. Pencacah silinder terbuat dari dua bagian, tabung dan pencacah seperti pada gambar 1.1. Tabung tersebut berbentuk silinder terbuat dari bahan gelas yang bagian dalamnya dilapisi lapisan logam yang berfungsi sebagai katoda. Sepanjang sumbu di tengah tabung terdapat kawat logam halus yang berfungsi sebagai anoda. Antara anoda dan katoda diberi tegangan tinggi. Di dalam tabung berisi gas mulia (argon atau helium) bertekanan rendah kira-kira 10 cmHg atau gas poliatomik (alkohol atau quenching gases) bertekanan kira-kira 1 cmHg. Salah satu ujung tabung (end window) tertutup oleh bahan mika yang tipis. Melalui ujung tabung tersebut
partikel-partikel α,β, dan ϒ masuk ke dalam tabung, kemudian
mengionisasikan atom-atom gas di dalamnya. Ion-ion positif yang terjadi akan bergerak ke katoda, sedang ion-ion negatif bergerak ke anoda. Bila ion-ion tersebut sampai anoda dan katoda maka terjadilah pulsa-pulsa. Pulsa tersebut kemudian diteruskan ke pencacah untuk dihitung. Pencacah akan “menghitung” setiap kali radiasi mengionisasi gas. Radiasi adalah pancaran energy dari suatu sumber energy ke lingkungannya. Radiasi tidak dapat dideteksi oleh indra manusia, sehingga untuk mengenalinya diperlukan suatu alat bantu pendeteksi yang disebut dengan detektor radiasi. Ada beberapa jenis detektor yang secara spesifik mempunyai kemampuan untuk melacak keberadaan jenis radiasi tertentu yaitu detektor alpha, detektor gamma, detektor neutron, dll. Radiasi dapat berinteraksi dengan materi yang dilaluinya melalui proses ionisasi, eksitasi dan lain-lain. Dengan menggunakan sifat-sifat tersebut kemudian digunakan sebagai dasar untuk membuat detektor radiasi.
Gambar 1. Radiasi α, β dan ɣ Beberapa jenis radiasi dari radioaktif, yaitu radiasi alpha, betha dan gamma. Radiasi alpha pada umumnya dipancarkan oleh elemen berat, yaitu unsure yang nilai massanya besar, tetapi tenaga ikatnya rendah. Radiasi alpha ini daya jangkauannya atau daya tembusnya sangat rendah sekali. Hal ini disebabkan karena radiasi alpha bermassa 4 dan bermuatan positif, padahal di alam banyaj sekali electron bebas yang bermuatan negative, sehingga mudah sekali dihentikan oleh elketron-elektron tersebut. Geraknya lambat karena massanya 4 (relatif berat). Radiasi alpha memiliki jangkauan di udara yang sangat pendek, sekitar 2-3 cm, sehingga untuk perlindungan diri (proteksi radiasi) terhadap radia alpha bisa dihentikan dengan menutup memakai sehelai kertas. Radiasi beta sebenarnya ada dua macam, yaitu Beta min dan Beta plus yang keduanya memilki sifat berlainan. Pemakaina mindan plus adalah untuk menyatakan muatan listrik yang dibawa oleh zarah radiasi beta.ditinjau darisegi struktu atomnya, radiasi beta min ini terjadi pada atom yang kelebihan electron. Radiasi beta min pada umumnya disertai juga dengan radiasi gamma. Radiasi beta plus serupa dengan pancaran elktron positif atau positron dari inti atom. Radiasi beta plus terjadi pada atom yang kelebihan potron. (sumber: Sita Ari Imamah/ academia edu/ Fisika_Dasar_2_-_Dasar_teori_bab_Radioaktif) 2. Radiasi Sinar Gamma Hukum Kuadat Balik Hukum kuadrat balik merupakan besarnya suatu kuantitas atau kekuatan fisika berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber pemancarnya. Umumnya berlaku ketika suatu gaya, energi, atau kuantitas kekal lainnya dipancarkan secara radial dari sumbernya. Dalam hal ini radiasi gamma dari sumber radiasi terpancar ke segala arah, intensitas radiasi gamma di suatu titik akan menjadi lemah karena berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari sumber radiasi. Untuk radiasi gamma yang mempunyai aktivitas 1 Currie, persentase paparan radiasinya pada titik yang berjarak 1 m disingkat rhm (Rontgen per jam pada jarak 1 m), yang disebut juga konstanta gamma.
Penyerapan Radiasi Sinar Gamma Jika radiasi gamma dengan intensitas tertentu menembus bahan penahan, maka
intensitas radiasinya akan berkurang secara eksponensial sebanding dengan tebal bahan penahan. Koefisien pengurangan intensitas radiasi gamma yang berenergi antara 1-3 MeV tidak berubah karena tebal bahan, sehingga dapat dianggap bahwa kemampuan penahanan hanya berkaitan dengan rapat jenis materi. Koreksi Hamburan Pengurangan intensitas radiasi apabila melalui suatu materi, berlaku ketika berkas radiasi sejajar melewati celah bahan penahan. Radiasi yang terhambur dalam materi akan menjadi banyak bila bahan penahan semakin tebal. Sehingga, intensitas yang dihasilkan akan lebih rendah daripada intensitas radiasi yang dihitung dengan hukum eksponensial. Pengaruh radiasi yang telah terhambur dikoreksi menggunakan koefisien build up. Koefisien build up bergantung pada energi radiasi, tebal materi yang dilewati dan geometri sumber radiasi. 3. Strotium a. Sifat Kimia dan Fisika Strotium Strotium merupakan logam alkali tanah lunak dan berwarna perak kekuningan. Strotium memiliki tiga bentuk kristal alatropik dengan sifat fisik dan kimia mirip dengan kalium dan barium. Unsur uni cepat bereaksi dengan air dan udara sehingga harus disimpan dalam wadah yang tidak memungkinkan kontak dengan air dan udara. Ketika berinteraksi dengan udara, maka strotium akan menghasilkan strotium oksida dan strotium nitrida. Strotium umumnya terjadi di alam, berkontribusi terhadap sekitar 0,0034% dari semua batuan beku dan hadir dalam bentuk mineral SrSO4 dan SrSO3 b. Penggunaan strotium Strotium memiliki penggunaan mirip dengan bahan kalium dan barium. Namun jarang digunakan karena biayanya yang tidak murah. Penggunaan utama senyawa Strotium adalah dalam pyrotecnic (untuk memunculkan warna merah cemerlang dalam kembang api dan flare). Selain itu manfaat lainya yaitu untuk menghilangkan udara atau gas lain yang tertinggal dalam vakum. Meskipun strotium ini merupakan isotop radioaktif berbahaya, namun memiliki banyak manfaat dalam kehidupan. Radiasi tertinggi yang dipunyainya dapat menghasilkan
arus listrik sehingga
digunakan dalam kendaraan ruang angkasa, stasium cuaca terpencil dan pelampungan navigasi. c. Efek Kesehatan dan Dampak Lingkungan Strotium
Senyawa strotium yang tadinya tidak dapat larut dalam air dapat menjadi larut dalam air sebagai hasil dari reaksi kimia. Senyawa-senyawa yang larut dalam air menjadi ancaman yang lebih besar dari pada bentuk padatan.meskipun hanya sedikit unsur yang mencemari air minum ini akan sangat berbahaya. Efek dari radiasi stritium pada anak akan menimbulkan masalah dalam pertumbuhan tulang. Selain itu juga dapat menyebabkan anemia dan kekurangan oksigen. Dalam konsentrasi yang sangat tinggi dapat menyebabkan kanker dan mutasi gen. Dalam lingkungan radiasinya dapat mencemari udatra, air, batuan dan tanah.Senyawa strotium pada udara vbiasanya dihasilkan dari pembakaran batu bara dan minyak bumi. Elain itu juga dari kebocoran radioaktif dan pengujian bom nukllir. (sumber: AMAZINE online knowledge:Sifat, Kegunaan dan Efek Kesehatanya) 4.
Bahan alumunium dan Timbal a. Alumunium Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol (sma). Di dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan larutan asam maupun basa. b. Timbal Timbal atau dalam keseharian lebih dikenal dengan nama timah hitam.Dalam bahasa ilmiahnya dinamakan Plumbum, dan logam ini disimbolkandengan Pb. Logam ini termasuk kedalam kelompok logam-logam golonganIV-A pada tabel periodik unsur kimia. Mempunyai unsur atom (Na)82 dengan bobot atau berat atom (Ba)207,2.
5. Atenuasi Bahan Peristiwa absorbsi adalah saat energy radiasi beta mengenai medium. Berbeda dengan radiasi partikel bermuatan (a atau b), daya tembus radiasi gamma dan sinar-X sangat tinggi bahkan tidak dapat diserap secara keseluruhan.
Gambar 2. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnetik
Bila sinar γ dijatuhkan pada suatu bahan, sinar akan berinteraksi dengan bahan melalui efek fotolistrik, efek Compton, atau efek terjadinya pasangan ion. Efek-efek tersebut mungkin terjadi bersama-sama, mungkin juga hanya satu atau dua dari tiga efek tersebut, bergantung pada energi sinarnya. Interaksi antara sinar γ dengan bahan tersebut menyebabkan berkuran gnya intensitas sinar secara eksponensial, menurut : Hubungan antara intensitas radiasi yang datang (I 0) dan intensitas yang diteruskan (Ix) setelah melalui bahan penyerap setebal x adalah sebagai berikut. I =I 0 e−μt (1) μ adalah koefisien serap linier bahan terhadap radiasi gamma dan sinar-X. μ sangat dipengaruhi oleh jenis bahan penyerap, nomor atom (Z) dan densitas (r) serta energi radiasi yang mengenainya. Nilai tebal bahan penyerap dapat dalam satuan panjang (mm ; cm) ataupun dalam satuan massa persatuan luas (gr/cm 2). Terlihat bahwa persamaan (1) di atas merupakan persamaan eksponensial seperti persamaan peluruhan radioaktif sehingga dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 3. Kurva intensitas radiasi yang diteruskanoleh bahan penyerap
Bila di peluruhan radioaktif dikenal istilah waktu paro, disini terdapat istilah tebal paro (HVL = half value layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap separo dari intensitas mula-mula atau intensitas yang diteruskan tinggal separonya. Istilah lain adalah TVL (tenth value layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap 90% intensitas mula-mula atau intensitas yang diteruskan tinggal sepersepuluh (10%) nya. Nilai HVL dan TVL suatu bahan ditentukan dari koefisien serap linier (μ) nya dengan persamaan berikut. 0,693 2,303 HVL= ; TVL= μ μ (2) Perhitungan intensitas radiasi yang masih diteruskan setelah melalui suatu bahan penyerap (penahan radiasi) lebih mudah bila menggunakan konsep HVL dan TVL ini dibandingkan harus menggunakan persamaan dasarnya 1 n 1 m I x= I 0; I x = I0 2 10
()
( )
Dimana n adalah jumlah HVL (x / HVL) sedangkan m adalah jumlah TVL (x / TVL).
Nomwe N-latar 1 5 2 3 3 4 4 2 5 2 6 5 7 2 A. 8 2 9 3 10 2 11 2 Rata- 2.9090 rata 91
BAB III DATA DAN PEMBAHASAN Data hasil percobaan Cacah latar
(3)
B. Alumunium
Nomer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ratarata
0 731 715 679 697 718 673 712 697 649 731 700.2
Ketebala n bahan(m m) 0 1.1 2.55 3.85 4.95 6.05
Ketebalan bahan alumunium(mm) 1.10 2.55 3.85 4.95 6.05 mm mm mm mm mm 89 9 7 3 3 97 9 6 2 6 87 6 2 2 6 68 8 2 4 6 84 8 8 8 4 90 5 5 7 1 74 10 4 6 3 70 10 4 4 2 86 10 9 2 3 82 6 3 3 7 82.7
N-N0 (cacah/1 0s) 697.290 9 79.7909 1 5.19090 9 2.09090 9 1.19090 9 1.19090 9
8.1
5
4.1
4.1
Dianalisis menggunakan origin Grafik Hubungan antara Ketebalan alumunium dengan cacah radiasi/10 s B B
Cacah radiasi/10s atau (N-N o)/10 s
800 700
Data: Data1_B Model: ExpDec1
600
Chi^2/DoF = 1.52743 R^2 = 0.99998
500
y0 A1 t1
0 ±0 697.28325 0.50775
±1.23585 ±0.00362
400 300 200 100 0 -100 0
1
2
3
4
5
ketebalan alumunium (mm)
y= y 0 + Ae−μx
y= y 0 + Ae
−1 x t
koefisien atenuasi → μ=
1 t
6
7
μ=
1 1 = =¿ 1.970443/mm t 1 0,50775
C. Timbal Ketebalan bahan(mm) Nomer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ratarata
Keteb alan bahan (mm) 0 1.45 2.45 3.75 6.25 8.25
0 731 715 679 697 718 673 712 697 649 731 700,2
N-N0 (cacah /10s) 697.2 909 1.390 909 0.490 909 0.090 909 0.309 09 0.009 09
1.45 6 3 6 5 6 2 5 4 4 2 4.3
2.45 3 5 3 3 1 5 2 6 3 3 3.4
3.75 2 2 7 1 1 3 1 7 2 4 3
6.25 2 4 2 4 2 3 0 2 2 5 2.6
8.25 5 3 2 6 2 1 1 3 4 2 2.9
Grafik Hubungan antara Ketebalan timbal dengan cacah radiasi/10 s B B
800
cacah radiasi/ 10 s atau (N-N0)/10 s
700
Data: Data1_B Model: ExpDec1
600
Chi^2/DoF R^2 = 1
500
y0 A1 t1
400
= 0.08159
0 ±0 697.2909 0.23352
300 200 100 0 -100 0
2
4
6
ketebalan timbal (mm)
y= y 0 + Ae−μx
y= y 0 + Ae
−1 x t
8
±0.28563 ±0.00766
koefisien atenuasi → μ=
μ=
1 t
1 1 = =¿ 4.282288/mm t 1 0,23352
Berdasarkan analisis data diatas,diketahui bahwa nilai koefisien serapan bahan timbal lebih besar dibandingkan dengan alumunium. Karena intensitas yang diteruskan merupakan fungsi −μt exponensial ¿ I 0 e
. Sehingga semakin besar koefisien serapan ( μ ) semakin kecil intensitas
yang teruskan. Dengan kata lain semakin kecil intensitas yang diteruskan maka semakin banyak radiasi yang diserap oleh bahan tersebut.
BAB IV KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Hubungan antara ketebalan bahan dan cacah radiasi merupakan fungsi eksponensial
Grafik Hubungan antara Ketebalan alumunium dengan cacah radiasi/10 s B B
Cacah radiasi/10s atau (N-No)/10 s
800 700
Data: Data1_B Model: ExpDec1
600
Chi^2/DoF = 1.52743 R^2 = 0.99998
500
y0 A1 t1
0 ±0 697.28325 0.50775
±1.23585 ±0.00362
400 300 200 100 0 -100 0
1
2
3
4
5
6
7
ketebalan alumunium (mm)
Grafik Hubungan antara Ketebalan timbal dengan cacah radiasi/10 s
B B
800
cacah radiasi/ 10 s atau (N-N0)/10 s
700
Data: Data1_B Model: ExpDec1
600
Chi^2/DoF R^2 = 1
500
y0 A1 t1
400
= 0.08159
0 ±0 697.2909 0.23352
±0.28563 ±0.00766
300 200 100 0 -100 0
2
4
6
8
ketebalan timbal (mm)
2.
Nilai koefisien absorpsi alumunium Nilai koefisien absorpsi timbal =
¿ μ=1.970443 /mm
μ=4.282288/¿ /mm
3. Bahan yang bagus untuk menyerap radiasi adalah timbal karena koefisien absorpsinya
lebih besar sehingga daya absorpsi terhadap radiasinya lebih banyak.
DAFTAR PUSTAKA Yusman Wiyatmo,M.Si.2015. Petunjuk Praktikum Fisika Inti.Yogyakarta:Jurusab pendidikan Fisika UNY. Sita Ari Imamah.2014. Radioaktif. http:/ academia edu/ Fisika_Dasar_2__Dasar_teori_bab_Radioaktif). Diakses pada tanggal 22 Mei 2015 pukul 10.00.
