LAPORAN PRAKTIKUM ALAT DETEKSI DAN PENGUKURAN RADIASI
Disusun oleh : Nama
: Claudya Astrid Liana Wijaya
NIM
: 011400374
Program Studi
: D-IV Teknokimia Nuklir
Jurusan
: Teknokimia Nuklir
Semester
: III (Tiga)
Rekan kerja
: 1. Ahmad Marzuki R 2. Erick Maulana
Kelompok
: A2
Materi
: Detektor HPGe
Asisten
: Maria Christina P, SST, M. Eng
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2015
DETEKTOR HPGe I.
TUJUAN Menentukan FWHM, resolusi, efisiensi, dan peak to Compton detector HPGe.
II.
DASAR TEORI Detektor radiasi adalah suatu transduser atau alat yang bisa mengubah besaran radiasi ke suatu besaran yang lain sehingga bisa dianalisis dan diketahui energinya. Detektor HPGe (High Purity Germanium) merupakan salah satu jenis detektor semikonduktor yang prinsip kerjanya sama dengan detektor isian gas, tetapi pada detektor ini bahan gas diganti dengan zat padat yang bersifat semikonduktor (seperti Si atau Ge). Di dalam zat padat elektron menempati tingkat (pita) tenaga yang sudah tertentu yaitu pita valensi dan pita konduksi dan daerah diantara keduanya disebut daerah terlarang yang meliputi suatu kesenjangan energi dan besarnya tertentu. Prinsip kerja detektor HPGe berdasar pada kemampuan elektron mengalami ionisasi dan tereksitasi bila dikenai radiasi sehingga elektron dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi yang akan menghasilkan pulsa listrik. Pulsa listrik inilah yang selanjutnya diolah dan diperkuat. Tinggi pulsa sebanding dengan tenaga foton gamma yang berinteraksi dengan detektor. Detektor HPGe dari germanium kemurnian tinggi (dengan konsentrasi ketidakmurnian ±1010 atom/Cm atau kurang). Resolusi terbaik dari detektor jenis ini pada rentang energi 3 KeV ≤ E ≤ 1 MeV. Detektor HPGe didinginkan ketika digunakan dan dapat dioperasikan pada suhu kamar tanpa merusak hasilnya. Efisiensi detektor ini sangat tinggi un tuk energi 3 KeV sampai 100 KeV. Detektor HPGePada prinsipnya detektor radiasi adalah sebagai media pengubah (tranducer) radiasi menjadi pulsa listrik agar dapat diamati oleh panca indera manusia. Detektor germanium kemurnian tinggi (High-Purity Germanium, HPGe) merupakan detektor zat padat dengan bahan dasar semi-konduktor. Bahan semi konduktor adalah bahan yang mempunyai elektron terluar (elektron valensi) berjumlah 4 buah. Bahan yang mempunyai elektron valensi 4 dan dapat di pergunakan sebagai bahan detektor
radiasi adalah Germanium (Ge) dan Silikon (Si). Detektor HPGebanyak dipergunakan dalam spektrometri gamma karena mempunyai resolusi paling baik untuk periode saat ini. Resolusi detektor HPGe berkisar antara 1,8 keV sampai dengan 2,2 keV pada energi 1332,50keV.1]Detektor semi-konduktor kemurnian tinggi seperti detektor HPGemempunyai daerah depletion region(daerah intrinsik). Resolusi detektor HPGedapat selalu berada pada kondisi optimum apabila detektor berada pada suhu yang rendah. Untuk menjaga hal tersebut detektor HPGe di letakan pada sebuah tabung yang berisi nitrogin cair yang berfungsi untuk menjaga agar ditektor selalu pada suhu yang rendah.
Apabila terdapat radiasi gamma yang masuk ke dalam daerah intrinsik ini maka akan terbentuk pasangan electron(ion negatif) dan hole (ion positif). Oleh karena pengaruh medan listrik dari HVPSmaka electronakan bergerak menuju ke elektroda positif dan hole akan bergerak menuju ke elektroda negatif. Pada ujung-ujung elektroda akan terjadi perubahan beda potensial yang menghasilkan pulsa listrik. Tinggi amplitudo pulsa yang dihasilkan sebanding dengan tenaga foton gamma yang berinteraksi dengan detektor. Pulsa yang dihasilkan langsung diterima oleh penguat awal (Pre-Amplifier) jenis peka terhadap muatan yang melekat pad a detektor. Resolusi Detektor Resolusi detektor adalah kemampuan detektor untuk membedakan dua puncak energi radiasi gamma yang berdekatan. Ukuran resolusi detektor dinyatakan dengan lebar setengah tinggi maksimum spektrum yang sering ditulis sebagai FWHM (Full Width Half Maximum). Ilustrasi FWHMditunjukkan pada Gambar 2 di bawah ini.
Apabila sebuah spektrum puncak energi gamma ditarik garis vertikal pada ujung puncak (C) memotong garis yang menghubungkan kedua kaki spektrum (AB) di D maka CD adalah tinggi maksimum. Jika E adalah titik pertengan CD dan garis FG adalah garis horizontal yang melalui titik E maka panjang garis FG dinamakan FWHM. Biasanya FWHMdinyatakan dalam satuan keV. Resolusi suatu detektor adalah fungsi energi sinar gamma. Makin tinggi energi sinar gamma makin rendah resolusi detektor atau semakin lebar FWHM. Ukuran FWHM detektor secara konvensi internasional di tentukan pada energi 1332,5 keV dari sumber Co-60. Sebagian besar program pengolah data dari sistem spektrometer telah dapat menampilkan nilai FWHM ini secara otomatis di dalam layar monitor. Beberapa parameter yang merupakan karakteristik detektor semikonduktor Geyang perlu kita amati dalam rangka melakukan suatu kegiatan pengujian dan sumberradiasi yang digunakan sebagai sumber standar adalah Co-60, Parameter tersebut antaralain :
Resolusi energi dari detector HPGe pada range besar yaitu ditunjukkan
denganmengukur nikai FWHM pada puncak energi dari Co-60 pada 1332.5 keV.
Peak to Compton (PC) ratio adalah nila perbandingan antara cacahan padapuncak
energi dari 60Co yang terhitung pada 1332.5 keV dengan rentangpenghitungan energi (1040 – 1096) keV
Efisiensi relatif dapat didefinisikan sebagai efisiensi peak absolut (ηab)
daridetektor HPGe dan merupakan percabangan (ηab) dari detektor NaI(Tl) denganukuran kristal inchi pada energi 1332.5 keV dari Co-60 dan nilai dari ηabdari NaI(Tl).
III.
ALAT DAN BAHAN 3.1.Alat
Rangkaian detector HPGe
3.2.Bahan
IV.
Sumber radiasi Co-60
LANGKAH KERJA 1. Tegangan dan waktu cacah detector di atur terlebih dahulu. 2. Di lakukan pencacahan background. 3. Sumber radiasi (Co-60) di letakkan di bawah d etector. 4. Pencacahan terhadap sumber dilakukan. 5. Tinggi pulsa yang di hasilkan di “roy” dan di cacat FWHM, energy serta hasil cacahannya. 6. Pengecekan cacahan Compton di mulai dari energy 1040 – 1096 KeV dengan interval 5 KeV.
V.
DATA PENGAMATAN 5.1. Cacah Background Energi : 1173.28 KeV Count : 0
5.2. Menentukan FWHM Cacahan Sumber Co-60 Waktu cacah : 100 detik Nama No.
Nett Energi
FWHM
Puncak
Gross Area
E1
E2
13855
1170.07
1177.99
Area
Photopeak 1
1173.66 1
1.86
9441
Photopeak 2
1332.9
1.89
8303
11515
2
5.3. Menentukan Rasio Peak to Compton No.
Energi (KeV)
Cacahan
1
1040.53
21
2
1045.15
19
3
1050.43
17
4
1055.61
11
5
1060.23
15
6
1065.51
17
7
1070.13
15
8
1075.41
19
9
1080.03
17
10
1085.31
15
11
1090.59
16
12
1095.87
17
5.4. Menetukan efisiensi detector
VI.
Sumber
: Co-60
A0
: 1μCi, pada tanggal November 2011
Tanggal praktikum
: November 2015
Waktu paruh
: 5.27 tahun
PERHITUNGAN 6.1. Menentukan FWHM
Puncak I FWHM pada alat: 1.86
1329.6
1338.84
FWHM berdasarkan perhitungan :
(1177.99 − 1170.07) = 7.92
Puncak II FWHM pada alat : 1,89 FWHM berdasarkan perhitungan :
(1338.84 − 1329.6) = 9.24
6.2. Menetukan resolusi
=
∆
× 100% = × 100%
Puncak I
=
. ,
× 100% = 0.67%
Puncak II
=
. .
× 100% = 0,69 %
6.3. Menentukan Efisiensi Sumber
: Co-60
A0
: 1μCi, pada tanggal November 2011
Tanggal praktikum
: November 2015
Waktu paruh
: 5.27 tahun
= 1 = 1 × 10 = 36700
×
.×
= 36700
= 2011 − 2015 = 4 ℎ =
=
. .
= 0.1315
= . = 36700 × . = 21688.38
Puncak I Laju cacahan
:
=
= 94.41
94.41 21688.38
× 100% = 0.435 %
Puncak II Laju cacahan
:
=
= 83.03
83.03 21688.38
× 100% = 0.383 %
6.4. Menetukan Peak to Compton =
ℎ ∑ ℎ
=
=
= 47,44
= 41.72
VII.
PEMBAHASAN Parameter yang merupakan karakteristik dari detector demikonduktor seperti HPGe yang perlu di perhatikan dalam rangka pengujjian kerja detector adalah resolusi, efisiensi, dan peak to Compton. Oleh karena itu pada praktikum ini dilakukan pengujian terhadap parameter tersebut dengan detector HPGe dan sumber standar Co-60. FWHM merupakan lebar setengah puncak maksimal. FWHM mempengaruhi besarnya resolusi. Semakin kecil nilai FWHM maka resolusi detector semakin baik. Dari hasil perhitungan FWHM untuk tiap puncak di dapat nilai FWHM yang cukup besar. FWHM ini juga berbeda dengan FWHM yang di tampilkan oleh alat. Hal ini di sebabkan kesalahan dalam menentukan lebar puncak pada saat “roy”. Resolusi detektor adalah kemampuan detektor untuk membedakan energi radiasi yang berdekatan. Suatu detektor diharapkan mempunyai resolusi yang sangat kecil (high resolution) sehingga dapat membedakan energi radiasi secara teliti. Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan sehingga beberapa elektronnya dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Biladiantara kedua ujung bahan semikonduktor terdapat beda potensial maka akan terjadialiran arus listrik. Jadi pada detector ini energi radiasi diubah menjadi energi listrik. Olehkarena itu energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan ion – ion lebih rendahdibandingkan dengan proses ionisasi di gas, maka jumlah ion yang dihasilkan oleh energiyang sama akan lebih banyak. Hal inilah yang menyebabkan detector semikonduktorsangat teliti dalam membedakan energi radiasi yang mengenainya karena itu detector semikonduktor mempunyai resolusi tinggi. Dari hasil perhitungan di peroleh nilai resolusi untuk puncak 1 dengan energi 1173.66 KeV adalah 0.67% dan untuk puncak dengan energi 1332.9 adalah 0.69 %. Berdasarkan pengukuran resousi pada dua puncak dengan energy yang berbeda ini dapat dilihat bahwa energy berbanding terbalik dengan kemampuan daya pisah detector. Semakin besar energy maka resolusi atau kemampuan daya pisah detector akan semakin kecil, hal ini disebabkan karena semakin besar energy maka semaki banyak radiasi yang akan mengenai detector sehingga daya pisahnya akan turun,
Efisiensi detektor adalah suatu nilai yang menunjukkan perbandingan antara jumlah pulsa listrik yang dihasilkan detektor terhadap jumlah radiasi yang diterimanya. Detektor di katakan semakin baik apabila mempunyai efisiensi yang besar. Dari hasil perhitungan di peroleh efisiensi detector pada energy 1173.66 KeV adalah 0.435% dan untuk energy 1332,9 adalah 0.383%. Berdasarkan perbandingan efisiensi pada dua tingkat energy yang berbeda dapat di lihat bahwa energy berbanding terbalik dengan efisiensi. Hal ini dikarenakan semakin tinggi energy maka semakin bayak radiasi yang di pancarkan oleh detector sehingga kemungkinan radiasi yang lolos semakin akan semakin besar, Peak to Compton merupakan niali perbandingan antara cacahan pada puncak energy cacahan Compton yang di hasilkan. hamburan Compton yang muncal ini tidak di inginkan dalam pengukuran dengan HPGe, oleh karena itu nilai peak to Compton di harapkan sebesar mungkin. Compton biasanya terjadi pada rentang energy 1040-1096 KeV. Berdasarkan perhitungan di diperoleh peak to ccompton untuk puncak I adalah 47.44% dan untuk puncak II adalah 41.72%. untuk peak too Compton dapat di lihat bahwa semakin besar energy yang di gunakan maka Compton akan semakin kecil sehingga peak to comptonnya akan semakin baik. Hal ini di sebabkan compton lebih banyak terjadi pada daerah energy rendah terutama 1040-106 KeV. Sistem spektroskopi gamma dikatakan baik bila mempunyai nilai peak to Compton ratio lebih besar dari 40. Berdasarkan teori tersebut, hal ini berarti, sistem spektroskopi gamma dengan detektor HPGE ini dalam kondisi yang baik.
VIII. KESIMPULAN 1. FWHM mempengaruhi besarnya harga resolusi.
2. Nilai resolusi untuk puncak 1 dengan energi 1173.66 KeV adalah 0.67% dan untuk puncak dengan energi 1332.9 adalah 0.69 %. Resolusi berbanding terbalik dengan energy.
3. Efisiensi detector pada energy 1173.66 KeV adalah 0.435% dan untuk energy 1332,9 adalah 0.383%. Energi berbanding terbalik dengan efisiensi detector.
4. Peak to compton untuk puncak I adalah 47.44% dan untuk puncak II adalah 41.72%. Nilai peak to Compton berbanding lurus dengan energy,
IX.
DAFTAR PUSTAKA 1. http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/555/jbptitbpp-gdl-umihabibah27724-3-2007ta-2.pdf (Diakses tanggal 24 Desember 2105 pukul 19.00 WIB) 2. http://papers.sttn-batan.ac.id/prosiding/2013/makalah05.pdf (Diakses tanggal 24 Desember 2015 pukul 19.00 WIB) 3. Cristina P, Maria. 2014. ”Petunjuk Praktikum Alat Deteksi Pengukuran Radiasi”. Yogyakarta:Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Batan.
4. Nofridianita,Susi.2012.”Laporan praktikum Kesehatan dan Proteksi Radiasi, Sistem Spektrometri Gamma dengan Menggunakan Detektor HPGe”.Jakarta:Universitas Indonesia
Yogyakarta, 24 Desember 2015 Asisten,
Praktikan,
Maria Christina P, SST, M.Eng
Claudya Astrid Liana Wijaya
