Grafik Distribusi Statistik Sumber Cs-137
m
P (m)
Grafik Distribusi Statistik Latar
m
P (m)
LAPORAN FISIKA EKSPERIMENTAL II
Percobaan :
DETEKTOR GEIGER MULLER
Pelaksanaan Praktikum
Hari: Selasa Tanggal : 8 September 2015 Jam ke : 11-12
Oleh :
Inda Rahmawati
NIM. 081311333078
Anggota Kelompok :
Ayu Martiningsih (081311333048)
M. Patricia R. (081311333057)
Dosen Pembimbing : 1. Drs. R. Arief Wibowo, M.Si
2. Khusnul Ain, S.T., M.Si
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
Percobaan Detektor Geiger Muller
1Inda Rahmawati (081311333078), 2Ayu Martiningsih (081311333048), 3M. Patricia R. (081311333057)
Laboratorium Fisika Radiasi Departemen Fisika
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
Surabaya
ABSTRAK
Telah dilakukan percobaan detektor Geiger Muller dengan tujuan untuk mempelajari cara kerja detektor Geiger Muller pada pencacahan radiasi nuklir, menentukan resolving time detektor Geiger Muller dan mempelajari watak statistik dari pencacahan radiasi nuklir. Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu detektor Geiger Muller, sistem deteksi radiasi dan sumber radioaktif seperti Cs-137, dan Co-60. Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh grafik distribusi statistik latar dan sumber Cs-137. Selain itu, diperoleh hasil resolving time sistem pencacah dari sumber Co-60 dan Cs-137 sebesar τ=τ=0,00778 ±0,002364s . Selain itu, diperoleh laju cacah sesungguhnya untuk sumber Co-60 sebesar 7,66 cacahan/s, sumber Cs-137 sebesar 316,69 cacahan/s dan kedua sumber Co-60 dan Cs-137 sebesar 124,38 cacahan/s.
Kata kunci: detektor Geiger Muller, Cs-137, Co-60, resolving time, sumber radioaktif
Dasar Teori
Prinsip kerja detektor Geiger Muller
Salah satu detektor yang digunakan untuk mengukur cacah radiasi nuklir adalah detektor Geiger Muller. Detektor ini berbentuk tabung yang bagian dalamnya dilampisi logam. Logam ini berfungsi sebagai anoda. Antara anoda dan katoda dipasang tegangan tinggi. Tabung ini berisi gas mulia (Argon) dan gas quenching (Halogen).
Jika ada radiasi pengion masuk ke dalam tabung, maka atom gas di dalam tabung akan mengalami proses eksitasi ataupun ionisasi primer membentuk sejumlah pasangan ion positif dan elektron. Jika tegangan V yang terpasang antara anoda dan katoda rendah, maka pasangan ion tersebut akan membentuk atom semula. Namun, jika tegangan V cukup tinggi akan menyebabkan ion positif bergerak ke arah katoda dan elektron bergerak ke arah anoda dengan kecepatan yang lebih besar daripada kecepatan ion positif tersebut sehingga akan menimbulkan pulsa. Tinggi pulsa ditentukan oleh jumlah elektron yang dapat mencapai anoda.
Avalanche terjadi jika tenaga gerak elektron cukup besar dan akan mampu untuk mengionisasi gas sehingga menimbulkan pasangan ion sekunder. Selanjutnya ion sekunder menghasilkan pasangan ion generasi berikutnya sampai mencapai keadaan jenuh. Detektor Geiger Muller bekerja pada kondisi keadaan jenuh sudah tercapai, setiap radiasi yang masuk ke dalam tabung, berapapun energi radiasi itu, atau apapun jenisnya, sehingga akan menghasilkan pasangan ion yang sama. Hal yang perlu dicatat dari sifat detektor ini adalah bahwa pulsa keluarnya cukup besar akibat pulsa-pulsa avalanche yang mencapai jenuh meskipun berakibat tidak dapat membedakan tenaga radiasi yang masuk.
Level deteksi merupakan pulsa yang dihasilkan detektor Geiger Muller yang sudah cukup tinggi untuk dicacah langsung pada alat pencacah dengan batas minimum tinggi pulsa yang dapat dicacah. Sehingga pulsa yang tingginya diatas level deteksi saja yang dicacah, sedangkan pulsa yang tingginya dibawah level deteksi tidak dicacah. Tegangan operasi terendah dimana alat pencacah mulai mencacah radiasi disebut tegangan awal.
Resolving time
Keadaan mati ialah keadaan dimana detektor tidak dapat mendeteksi radiasi yang masuk. Hal ini dikarenakan lapisan ion positif yang terbentuk akibat masih berada dalam ruang antara anoda dan katoda dan menyebabkan berkurangnya kuat medan listrik antara anoda dan katoda sehingga menghalangi terkumpulnya elektron yang ditimbulkan oleh radiasi yang datang berikutnya. Sehingga pulsa yang terbentuk akan sangat kecil dan tidak tercatat. Selain itu, selang waktu dimana detektor tidak dapat membentuk pulsa disebut waktu mati (tm).
Ketika ion positif sudah terkumpul pada katoda, kuat medan listrik telah pulih kembali seperti semula dan tinggi pulsa pulih seperti pada pulsa yang terdahulu. Selang waktu antara akhir waktu mati sampai dengan pulihnya kembali tinggi pulsa disebut waktu pemulihan (tp).
Resolving time adalah selisih waktu minimum yang diperlukan oleh radiasi yang berurutan agar radiasi dapat tercatat atau selang waktu antara satu cacahan sampai cacahan berikutnya yang dapat teramati. Resolving time merupakan ciri yang karakteristik dari sistem pencacah karena makin kecil resolving time sistem pencacah makin baik untuk mencacah pada laju cacahan yang tinggi. Maka rumus untuk mencari cacahan yang sebenarnya adalah
n=g+ngτ ........ (1) atau n= g1-gτ ........... (2)
Resolving time diukur dengan metode dua sumber. Sehingga berlaku persamaan:
n1- nb+ n2- nb= n12- nb atau n1+ n2= n12+ nb
dengan menggunakan persamaan 2 diperoleh:
g11- g1τ+ g21- g2τ= g121- g12τ+ b1- bτ
dengan asumsi bahwa
b1- bτ=b
11- g1τ 1+ g1τ
maka diperoleh τ
τ= g1+ g2- g12- bg122- g12- g22
Distribusi pancaran radiasi
Suatu bahan radioaktif memancarkan partikel radiasi ke sebarang arah secara acak, jadi partikel radiasi yang keluar dari inti belum tentu dapat masuk ke tabung Geiger Muller dan tentu saja belum tentu dapat tercatat dalam pencacah. Jika diadakan beberapa kali pengamatan jumlah (k) atau harga cacahan pada selang waktu tertentu, jarak tertentu, kondisi pencacah tertentu, maka akan dihasilkan harga cacahan yang berbeda. Hasil ini dikelompokkan hingga diperoleh cacah pengamatan N(m) untuk hasil cacah m. Bila cacah pengamatan N(m) dibagi dengan k pengamatan akan diperoleh keboleh jadian nilai m yang diperoleh atau
Pm= Nmk
Grafik antara keboleh jadian nilai m yang diperoleh P(m) dengan m menunjukkan distribusi statistik suatu cacahan. Beberapa macam distribusi yang dikenal dan masing-masing dengan cirinya adalah distribusi binomial, distribusi normal dan distribusi poison. Adapun harga cacahan rata-ratanya diperoleh dengan persamaan:
N= i=1kNik atau N= m=0mpm
N = cacahan rata-rata, Ni= cacahan ke-i, k = jumlah pengamatan
Metode Percobaan
2.1 Waktu dan tempat percobaan
Percobaan ini dilakukan di laboratorium radiasi fakultas sains dan teknologi, Universitas Airlangga pada hari Selasa tanggal 8 September 2015 pukul 16.30 s/d 19.15
2.2 Tujuan Percobaan
1. Mempelajari cara kerja detektor Geiger Muller pada pencacahan radiasi nuklir.
2. Menentukan resolving time detektor Geiger Muller.
3. Mempelajari watak statistik dari pencacahan radiasi nuklir.
2.3 Alat dan Bahan Percobaan
1. Detektor Geiger Muller
2. Sistem deteksi radiasi
3. Sumber Cs-137
4. Sumber Co-60
5. Stopwatch
2.4 Prosedur Percobaan
2.4.1 Penentuan distribusi statistik latar dan sumber Cs-137
1. Rangkai peralatan
2. Cacah radiasi latar dengan interval waktu 10 detik sebanyak 100 kali.
3. Gunakan isotop Cs-137 sebagai sumber radiasi, lakukan pencacahan sebanyak 100 kali dengan interval waktu masing-masing 10 detik.
4 Buat grafik antara keboleh jadian nilai m yang diperoleh P(m) dengan m pada kedua langkah (2) dan (3).
5 Dari grafik yang telah diperoleh, distribusi mana yang memenuhi (lihat Knoll, 1989, hal85).
2.4.2 Penentuan resolving time detektor
1. Rangkai peralatan.
2. Atur waktu cacahan 10 detik kemudian cacahlah latar 20 kali berurutan dan catatlah hasil pengamatannya (b).
3. Letakkan sumber Co-60 sebagai sumber S-1 di depan detektor.
4. Cacahlah sumber S-1 sebanyak 20 kali dan catatlah hasil pengamatannya (g1).
5. Letakkan sumber Cs-137 sebagai sumber S-2 disamping sumber S-1 di tempatnya, kemudian cacahlah kedua sumber S-1 dan S-2 sebanyak 20 kali dan catatlah hasil pengamatannya (g12).
6. Ambillah sumber S-1 dan biarkan sumber S-2 ditempatnya kemudian cacahlah 20 kali dan catatlah hasil pengamatannya (g2).
7. Hitung resolving time sistem pencacah.
8. Hitung laju cacah sesungguhnya n1, n2, n12
Hasil Percobaan
3.1 Distribusi Statistik Latar
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm
T = 10s
Data pengamatan untuk pencacahan latar
Data ke-
m
1
8
2
3
3
6
4
4
5
0
6
4
7
9
8
8
9
4
10
6
11
2
12
2
13
3
14
4
15
7
16
4
17
4
18
3
19
1
20
1
21
4
22
6
23
4
24
1
25
2
26
1
27
6
28
4
29
1
30
2
31
3
32
4
33
1
34
4
35
7
Data ke-
m
36
7
37
4
38
3
39
1
40
1
41
6
42
4
43
1
44
4
45
3
46
2
47
6
48
3
49
4
50
4
51
7
52
8
53
2
54
2
55
5
56
1
57
4
58
5
59
3
60
5
61
5
62
1
63
5
64
4
65
3
66
8
67
1
68
2
69
4
70
0
Data ke-
m
71
3
72
0
73
7
74
7
75
5
76
7
77
9
78
1
79
4
80
4
81
1
82
5
83
2
84
5
85
5
86
0
87
3
88
3
89
3
90
4
91
2
92
2
93
3
94
0
95
3
96
6
97
6
98
1
99
1
100
1
3.2 Distribusi Statistik Sumber Cs-137
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm
T = 10s
Data pengamatan untuk pencacahan sumber Cs-137
Data ke-
m
1
490
2
509
3
426
4
635
5
515
6
554
7
561
8
486
9
554
10
445
11
542
12
561
13
573
14
557
15
567
16
515
17
582
18
469
19
588
20
613
21
618
22
625
23
608
24
495
25
613
26
748
27
695
28
679
29
528
30
626
31
752
32
720
33
555
34
615
35
722
Data ke-
m
36
599
37
652
38
575
39
567
40
613
41
595
42
553
43
630
44
590
45
589
46
651
47
712
48
673
49
615
50
622
51
727
52
671
53
635
54
679
55
586
56
631
57
651
58
703
59
634
60
620
61
581
62
656
63
573
64
618
65
603
66
606
67
688
68
698
69
744
70
618
Data ke-
M
71
686
72
621
73
679
74
560
75
697
76
710
77
643
78
651
79
724
80
731
81
671
82
698
83
691
84
639
85
774
86
735
87
662
88
615
89
675
90
725
91
638
92
644
93
590
94
638
95
640
96
737
97
668
98
596
99
648
100
622
3.3 Resolving Time Detektor
3.3.1 Pencacahan sumber latar
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm
T = 10s
Data pencacahan latar
Data ke-
m
1
21
2
9
3
6
4
11
5
9
6
1
7
10
8
12
9
10
10
6
Data ke-
m
11
9
12
5
13
6
14
4
15
13
16
8
17
8
18
4
19
9
20
15
3.3.2 Pencacahan sumber Co-60
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm
T = 10s
Data pencacahan Co-60
Data ke-
m
1
83
2
101
3
80
4
66
5
74
6
78
7
68
8
44
9
98
10
70
Data ke-
M
11
75
12
65
13
59
14
73
15
63
16
56
17
97
18
62
19
72
20
57
3.3.3 Pencacahan sumber Co-60 dan Cs-137
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm
T = 10s
Data pencacahan Co-60 dan Cs-137
Data ke-
m
1
682
2
623
3
630
4
648
5
741
6
568
7
592
8
616
9
600
10
595
Data ke-
M
11
578
12
618
13
688
14
624
15
697
16
590
17
568
18
652
19
712
20
665
3.3.4 Pencacahan sumber Cs-137
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm
T = 10s
Data pencacahan Cs-137
Data ke-
m
1
904
2
897
3
882
4
869
5
1000
6
884
7
832
8
895
9
1039
10
922
Data ke-
m
11
932
12
915
13
900
14
815
15
871
16
934
17
998
18
959
19
1010
20
910
Pembahasan
Pada percobaan ini kami melakukan pencacahan terhadap sumber radioaktif berupa Cs-137 dan Co-60 dengan menggunakan detektor Geiger Muller. Detektor Geiger Muller adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah ini dapat mendeteksi radiasi alpha dan beta. Detektor ini berbentuk tabung dari gelas yang bagian dalmnya dilapisi logam yang berfungsi sebgai katoda. Sepanjang sumbu tabung in idiberi kawat logam yang berfungsi sebagai anoda. Antara anoda dan katoda dipasang tegangan tinggi. Tabung ini berisikan gas argon dan gas quenching (Halogen).
Jika ada radiasi pengion masuk ke dalam tabung maka akan terbentuk sejumlah pasangan ion positif dan elektron akibat proses eksitasi atau ionisasi primer atom gas. Pulsa tersebut timbul akibat elektron lebih cepat sampai ke anoda daripada ion positif ke katoda dan juga menunjukkan tinggi pulsa.
Distribusi Statistik cacah latar dan Sumber Cs-137
Cacahan latar merupakan cacahan yang terjadi saat tidak ada sumber. Pada grafik distribusi statistik latar akan terbentuk grafik yang memenuhi asumsi yakni distribusi statistik Gauss dan distribusi Poisson. Grafik distribusi latar dalam percobaan kami terlihat pada grafik 1.
Grafik 1. Grafik distribusi poison sebagai grafik distribusi statistik latar
Pada grafik ini terbentuk distribusi statistik poisson karena puncaknya tidak tepat berada di tengah melainkan pada jumlah cacahan 4.
Selain itu, pada grafik distribusi statistik sumber Cs-137 terlihat bahwa puncaknya terletak di pinggir pada kelas interval cacahan 606-641 dengan peluang 0,26 sehingga termasuk ke dalam distribusi poisson pula. Grafik distribusi statistik sumber Cs-137 terlihat pada grafik 2.
Grafik 2. Grafik distribusi poisson sebagai grafik distribusi statistik sumber Cs-137
Penentuan Resolving Time Detektor Geiger Muller
Resolving time merupakan selang waktu antara satu cacahan sampai cacahan berikutnya yang dapat teramati. Pada praktikum ini, nilai resolving time diperoleh dari hasil analisis. Sehingga besarnya resolving time adalah τ=0,00778 ±0,002364s dengan persentase kesalahan hitung sebesar 0,3%. Resolving time ini merupakan ciri karakteristik dari sistem pencacahan, karena makin kecil resolving time maka makin baik untuk mencacah pada laju cacahan yang cukup tinggi. Dari nilai resolving time kita dapat mengoreksi laju cacahan yang terbaca. Karena laju cacahan. Koreksi laju cacahan ini menjadi penting terutama pada laju cacahan yang cukup tinggi. Dari nilai resolving time, diperoleh laju cacah sesungguhnya untuk sumber Co-60 sebesar 7,66 cacahan/s, sumber Cs-137 sebesar 316,69 cacahan/s dan kedua sumber Co-60 dan Cs-137 sebesar 124,38 cacahan/s.
Kesimpulan
Dari percobaan yang telah praktikan lakukan, diperoleh hasil bahwa:
Detektor Geiger Muller bekerja jika ada ion positif dan ion negatif yang bergerak ke anoda dan katoda sehingga menghasilkan pasangan ion.
Diperoleh resolving time sebesar τ=0,00778 ±0,002364s
Diperoleh laju cacahan sesungguhnya untuk:
sumber Co-60 n1=7,66 cacahans
sumber Cs-137 n2=316,69cacahans
sumber Co-60 dan Cs-137 n12=124,38cacahans
distribusi statistik latar termasuk ke dalam distribusi poison dan distribusi statistik sumber Cs-137 termasuk ke dalam distribusi normal.
Daftar Pustaka
Bevington, P.R.,1969,Data Reduction and Error Analysis Physical Science, , Mc. Graw Hill
Knoll, G.F.,1989,Radiation Detection and Measurement,New York,John Wily & Sons,
Singru, R.M.,1972,Introduction to Experimental Nuclear Physics,New Delhi,Wiley Eastern Private Ltd,
