Pengukuran Cacah Radiasi Nuklir

PERCOBAAN 6 PENGUKURAN CACAH RADIASI NUKLIR

LAPORAN HASIL PRAKTIKUM

UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH Prantikum Fisika Modern Yang dibina oleh Bapak Hari Wisodo

oleh: Imam Tantowi 130322615540

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN FISIKA November 2015

PERCOBAAN 6 PENGUKURAN CACAH RADIASI NUKLIR

A. Tujuan

1. Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif. 2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung.

B. Dasar Teori Pengantar

Untuk mengukur besaran radiasi yang dipancarkan bahan radioaktif seperti uranium, plutonium, radon, dan lain-lain diperlukan sensor yang dapat mengubah radiasi menjadi aliran listrik. Akan tetapi, besaran tersebut memiliki beberapa parameter seperti tenaga radiasi dan cacah radiasi. Oleh sebab itu, dalam mengukur baha radiasi tersebut diperlukan beberapa teknik untuk dapat membuat sensor radiasi.

Dalam percobaan ini, diperkenalkan sensor radiasi guna mencacah radiasi dari bahan radioaktif, sensor yang digunakan adalah sensor GeigerMuller Counter. Alat ini secara teoritis akan dibahas pada sub-bab dasar teori dan teknik pengukurannya dibahas dalam prosedur percobaan. Oleh sebab itu, hati-hati dalam menggunakan peralatan ini dan perhatikan prosedur dalam melaksanakan praktikum.

Prinsip Dasar dan Penurunan Rumus

Detektor GM terdiri dari suatu tabung gelas / ebonit / logam berisi gas mulia dengan tekanan rendah, dan pada umumnya juga berisi poli atomik (misalnya alkohol) atau gas halogen). Gas ini disebut quenching gashes (tekanan = 1 cmHg). Di tengah-tengah tabung, sepanjang sumbunya dimasukkan suatu lapisan logam silinder yang dilapiskan pada dinding tabung. Antara anoda dan katoda diberi tegangan tinggi dengan polaritas positif pada anoda. Karena itu, perlu ionisasi yang baik antara anoda dan katoda.

Jika partikel gamma membentuk katoda akan terjadi pembebasan elektron melalui efek fotolistrik maupun efek compton, juga memungkinkan produksi pasangan. Bila peristiwa yang ditimbulkan pleh partikel gamma yang menumbuk katoda masuk ke dalam tabung yang menimbulkan ionisasi pada gas mulia. Dalam peristiwa ionisasi ini terbentuk pasangan ion positif dan ion negatif yang jumlahnya berbanding lurus dengan energi pengionnya (ion terbentuk disebut ion primer).

Adanya tegangan yang tinggi dalam tabung antara katoda dan anoda ini menyebabkan elektron (ion negatif) yang terbentuk pada peristiwa ionisasi bergerak ke anoda dengan cepat, sedangkan ion positif terhanyut ke katoda dengan gerak yang lambat. Elektron selama bergerak ke anoda mendapat percepatan dari medan listrik yang ada di antara anoda dan katoda. Dalam perjalanan

elektron

juga

mengionisasi

atom-atom

lain

dengan

cara

bertumbukan. Elektron hasil ionisasi disebut elektron-elektron sekunder dan dipercepat lagi, sehingga terjadi arus ion positif dan elektron semakin besar. Jadi ion positif dan elekton sekunder terjadi secara beranting terkumpul di anoda sejumlah N jauh lebih besar pada jumlah elektron primer sebagai berikut:

 = 

dimana M faktor multifikasi yang besarnya >> 1. Peristiwa ionisasi dalam tabung disebut Avalanche.

Pulsa yang timbul di anoda tiap kali ada partikel pengion masuknya beberapa volt, sehingga dapat dideteksi secara langsung, tanpa memperbesar secara elektronik. Pencacahan pulsa ini dilakukan oleh pencacahan yang disebut counter. Pulsa-pulsa ini tingginya tetap saat terdeteksi, karena karakteristik dari counter dan kondisi alat-alat ketika sedang bekerja. Bila sensor Geiger-Muller terkena radiasi nuklir yang intensitasnya tetap, maka terjadi ketergantungan laju pencacah (banyaknya pulsa per satuan waktu) terhadap

tegangan

yang

merupakan

karakteristik

dari

Geiger-Muller.

Tegangan dimana Geiger-Muller mulai pencacah disebut tegangan mulai

(start), kemudian pencacahannya naik dengan cepat bila tegangan diperbesar sampai tegangan ambang.

Jka terbentuknya pulsa sebagai masuknya zarah-zarah pengion, sewaktu ion positif bergerak menuju katoda, kuat medan listrik disekitar kawat anoda naik dari harga rendah (karena adanya selubung ion). Sedikit demi sedikit sampai mencapai harga maksimum yang diperlukan untuk bisa menimbulkan avalanche yang bar. Sampai ini dicapai detektor dalam keadaan tak peka. Sesudah medannya kembali lagi ke har ga starting operation, detektor menjadi peka lagi dan siap untuk menerima pulsa-pulsa. Waktu selama mana detektor sama sekali tak peka disebut waktu mati τ (dead time). Waktu selama mana detektor memberikan pulsa-pulsa dengan ukuran yang kurang dari harga penuhnya disebut recovery time (waktu pulih kembali).

Deteksi dari radiasi dengan intensitas yang tinggi memerlukan koreksi dengan adanya dead time counter τ, maka bila counting rate yang diberikan oleh counter

= N, maka selama waktu Nτ counter tersebut mengalami

keadaan mati. Andaikan counting rate yang sebenarnya = n, maka kehilangan count selama selang waktu Nτ tersebut adalah N.τ.n. Jadi N = n – Nτ = n (1 – Nτ), atau

 = 1−

Untuk N yang tinggi, maka koreksi adanya dead time (sebesar faktor 1/(1- Nτ)) penting untuk diperhitungkan. Koreksi ini hanya bisa dilaksanakan bila dari counter diketahui.

Dead time τ dapat ditentukan paling mudah dengan metode dua sumber. Di dalam metode ini bila masing-masing sumber memberikan counting rate teramati sebesar N1 dan N2 dan bila dua sumber radiasi tersebut memberikan N12, maka n1 dan n 2 masing-masing adalah counting rate yang sebenarnya dari kedua sumber tersebut, sehingga persamaan untuk masingmasing n1 dan n2 serta n1 + n2 adalah sebagai berikut:

 = 1 −  ;  = 1 −  ;  +  = 1 −  = | +− − −|

dengan pendekatan diperoleh hasil:

C. Alat dan Bahan 1. Satu set GM Counter beserta counter 2. Sumber radioaktif (Amersium, Barium, dan kaos lampu) 3. Kabel penghubung. 4. Aluminium foil. 5. Timah hitam 6. Stopwatch 7. Mistar

D. Prosedur Percobaan Percobaan 1

Tujuan: Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif. 1. Menyiapkan alat-alat yang digunakan dalam percobaan dan mengeset seperti gambar. 2. Menyalakan Geiger Counter dan detektor. 3. Meletakkan bahan radioaktif (Barium) tanpa pelindung di dekat detektor. 4. Mengoperasikan alat pencacah radiasi bersamaan dengan pencatat waktu. 5. Mencatat cacah radiasi selama selang waktu satu menit. 6. Mengulang langkah 1-5 dengan bahan radioaktif Amersium, dan kaos lampu.

Keterangan: 1. Detektor radiasi 2. Sumber radiasi 3. Counter 4. Statif

Percobaan 2

Tujuan: Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung. 1. Mengeset peralatan seperti gambar. 2. Meletakkan sumber radioaktif Barium, kemudian melakukan cacah radiasi dalam waktu satu menit. 3. Membungkus bahan radioaktif dengan alumunium foil atau timah hitam. 4. Mencatat cacah radiasi selama selang waktu satu menit. 5. Mengulangi langkah 1-4 untuk bahan radioaktif Amersium.

Metode Percobaan

1. Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif. Variabel bebas: bahan radioaktif Variabel terikat: cacah radiasi tiap menit 2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung. Variabel kontrol: bahan radioaktif Variabel bebas: lapisan bahan pelindung Variabel terikat: cacah radiasi tiap menit

E. Data Pengamatan 1. Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif

No.

Cacah Radiasi Per Menit (N)

Sumber Radioaktif

1

2

3

4

5

1.

Barium

88

92

90

88

92

2.

Amersium

445

470

463

441

497

3.

Kaos Lampu

16

21

21

19

18

2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung

No.

1.

Sumber

Bahan Pelindung

Cacah Radiasi

Radioaktif

Aluminium Foil

Per Menit (N)

1 lapis

82

2 lapis

82

3 lapis

65

1 lapis

406

2 lapis

347

3 lapis

329

Barium

2.

Amersium

nst GM counter = 1 radiasi

F. Analisis Data 1. Menentukan Cacah Radiasi Bahan Radioaktif Bahan Radioaktif: Barium

Cacah Radiasi Per Menit Rata-rata

̅ = ∑ = 88 + 92 + 905 + 88 + 92 = 90 /

Cacah Radiasi Per Detik

 = 60̅  = 1,5 

Simpangan Baku

 ̅ ∑ ( −  )   ∆ = √ ( − 1)

∆      (88− 90) + (92− 90) + (90− 90) + (88− 90) + (92− 90) = √ 5(5 −1) ∆ = √ 4 + 4+5.04+ 4+ 4 ∆ = 0,8943  = 0,014907   = ∆ .100 %  = 0,014907 .100 % 1, 5  = 0,9938 % (4  )

Ralat Relatif



Jadi, cacah radiasi Barium adalah sebesar N 1 = (1,500 ± 0,015) Bq dengan ralat relatif sebesar 0,9938 %.

Bahan Radioaktif: Amersium


̅ = ∑ = 445 + 470 + 4635 + 441 + 497 = 463 /


 = ̅60 = 7,71667 

Simpangan Baku

 ̅ ∑ ( −  )   ∆ = √ ( − 1)

∆      (445 − 463) + (470− 463) + (463 − 463) + (441 − 463) + (497− 463) = √ 5(5− 1) ∆ = √ 324 + 49 + 0+5.4 484 + 1156 ∆ = 10,03245  = 0,16721   = ∆ .100 % 6721 .100 %  = 7,0,711667  = 2,1669 % (3  ) Ralat Relatif



Jadi, cacah radiasi Amersium adalah sebesar N2 = (7,72 ± 0,17) Bq dengan ralat relatif sebesar 2,1669 %.

Bahan Radioaktif Kaos Lampu


̅ = ∑ = 16 + 21+ 215 + 19 + 18 = 19 /


 = ̅60 = 0,31667 

Simpangan Baku

 ̅ ∑ ( −  )   ∆ = √ ( − 1)

∆      (16− 19) + (21− 19) + (21− 19) + (19− 19) + (18− 19) = √ 5(5 −1) ∆ = √ 9 + 4+5.44+ 0+ 1 ∆ = 0,9487  = 0,0158   = ∆ .100 % 158 .100 %  = 0,0,301667  = 4,9894 % (3  )

Ralat Relatif

Jadi, cacah radiasi kaos lampu adalah sebesar N3 = (3,17 ± 0,16). 10 -1 Bq dengan ralat relatif sebesar 4,9894 %.

2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung Bahan Radioaktif: Barium

Hubungan antara tebal bahan pelindung dengan cacah radiasi tiap menit t 100 n e M 80 p a i T 60 i s a i d 40 a R h 20 a c a C 0

y = -8.5x + 93.333

0

1

2

3

4

Lapisan Bahan Pelindung


Hubungan antara tebal bahan pelindung dengan cacah radiasi tiap menit t 500 n e M400 p a i T300 i s a i d200 a R h100 a c a C 0

y = -38.5x + 437.67

0

1

2

3


Dari kedua grafik tersebut, dapat disimpulkan bahwa, semakin tebal lapisan bahan pelindung aluminium foil, maka semakin sedikit cacah radiasi bahan radioaktif, karena semakin banyak radiasi yang diserap bahan pelindung.

4

G. Pembahasan

Radiasi adalah suatu cara perambatan energi dari suatu energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Salah satu bentuk energi yang dipancarkan secara radiasi adalah radiasi nuklir. Percobaan pencacahan radiasi nuklir ini dikalukan dengan menggunakan detektor Geiger-Muller. Detektor Geiger-Muller merupakan instrumen yang bekerja berdasarkan prinsip ionisasi, di mana partikel radiasi yang masuk akan mengionisasi gas dalam detektor. Detektor radiasi bekerja dengan cara mengukur

perubahan yang

disebabkan oleh perubahan yang disebabkan oleh penyerapan energi radiasi.

Pada percobaan pertama, bertujuan untuk menentukan cacah radiasi (counting rate) dari bahan radioaktif. Percobaan ini menggunakan bahan radioaktif yang bervariasi, yaitu Barium, Amersium, dan kaos lampu. Untuk mengetahui cacah radiasinya, bahan radioaktif ditempatkan dibawah detektor Geiger-Muller, yang akan terbaca hasilnya sebagai jumlah cacah radiasi. Untuk memperoleh data yang akurat, percobaan ini dilakukan sebanyak 5 kali. Sehingga diperoleh nilai cacah radiasi sebagai berikut. 

Barium: N1 = (1,500 ± 0,015) Bq dengan ralat relatif sebesar 0,9938 %.



Amersium: N2 = (7,72 ± 0,17) Bq dengan ralat relatif sebesar 2,1669 %.



Kaos Lampu: N3 = (3,17 ± 0,16). 10 -1 Bq dengan ralat relatif sebesar 4,9894 %.

Tujuan kedua dari praktikum ini adalah untuk menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung, yaitu aluminium foil. Pada umumnya, aluminium foil diketahui sebagai penangkal radiasi. Masing-masing bahan radioaktif, yaitu Barium dan Amersium diberi lapisan pelindung dengan ketebalan lapisan yang divariasi, yaitu 1 lapis, 2 lapis, dan 3 lapis. Selanjutnya dengan menggunakan detektor Geiger-Muller digunakan untuk mengetahui apakah terdapat radiasi yang diserap oleh bahan pelidung aluminium foil. Pada grafik di analisis data, dapat disimpulkan bahwa aluminium foil dapat menyerap radiasi nuklir. Semakin tebal lapisan pelindung yang digunakan,

semakin banyak radiasi yang diserap oleh aluminium foil, maka semakin kecil pula radiasi yang diteruskan menuju detektor Geiger-Muller.

Hal-hal berikut yang menyebabkan adanya penyimpangan antara hasil percobaan dengan teori cacah radiasi yang seharusnya: 1. Kurang teliti dalam membaca counter pada detektor Geiger-Muller. 2. Kurang tepat saat menentukan cacah radiasi dalam satu menit. 3. Adanya radiasi diluar radiasi nuklir bahan radioaktif.

H. Tugas Percobaan 1

1. Cacah radiasi dari bahan radioaktif dalam satuan radioaaktivitas: 








2. Pada percobaan ini tidak dilakukan untuk menghitung dead time pada bahan radioaktif. 3. Untuk menentukan cacah radiasi yang sebenarnya dari bahan radioaktif, dibutuhkan nilai dead time dari bahan radioaktif tersebut, sehingga cacah radiasi yang sebenarnya tidak dapat ditentukan. 4. Nilai cacah radiasi dari amersium lebih besar dibandingkan cacah radiasi dari barium dan kaos lampu, hal ini di karenakan Barium memiliki sifat radioaktifitas yang lebih rendah dibandingkan dengan Amersium, sementara kaos lampu sebenarnya bukan merupakan radioaktif, sehingga radiasi yang dipancarkan sangat kecil.

Percobaan 2

1. Grafik hubungan antara tebal bahan pelindung denga cacah radiasi bahan radioaktif Bahan Radioaktif: Barium

Hubungan antara tebal bahan pelindung dengan cacah radiasi tiap menit t 100 n e M 80 p a i T 60 i s a i d 40 a R h a 20 c a C 0

y = -8.5x + 93.333

0

1

2

3

4



Hubungan antara tebal bahan pelindung dengan cacah radiasi tiap menit t 500 n e M400 p a i T300 i s a i d200 a R h a 100 c a C 0

y = -38.5x + 437.67

0

1

2

3


2. Dari kedua grafik tersebut, dapat disimpulkan bahwa, semakin tebal lapisan bahan pelindung aluminium foil, maka semakin sedikit cacah

4

radiasi bahan radioaktif, karena semakin banyak radiasi yang diserap bahan pelindung. 3. Telah disusun laporan.

I. Kesimpulan

1. Untuk menentukan cacah radiasi (counting rate) dari bahan radioaktif dapat menggunakan detektor Geiger-Muller. Pada bagian analisis, sehingga dapat disimpulkan besar counting rate dari bahan radioaktif adalah sebagai berikut: 








2. Penyerapan radioaktif dari bahan pelindung dapat diketahui dari percobaan 2. Semakin tebal lapisan bahan pelindung, maka semakin besar radiasi yang diserap oleh bahan pelindung, semakin kecil pula radiasi yang diteruskan menuju detektor Geiger-Muller.

J. Daftar Pustaka

Kholimmatussa’diah, Septia. 2010. Eksperimen Detektor Geiger-Muller . Surabaya: Universitas Airlangga. Mukti,

Kusnanto.

2011.

Statistik

Pencacahan

Radiasi .

Surakarta:

Universitas Sebelas Maret. Penyusun, Tim. 2015. Petunjuk Eksperimen Fisika Modern . Malang: Jurusan Fisika FMIPA UM.

K. Lampiran 1. Menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif

No.

Sumber

Cacah Radiasi Per Menit (N)

Radioaktif

1

2

3

4

5

1.

Barium

88

92

90

88

92

2.

Amersium

445

470

463

441

497

3.

Kaos Lampu

16

21

21

19

18

2. Menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung

No.

1.

2.

Sumber

Bahan Pelindung

Cacah Radiasi

Radioaktif

Aluminium Foil

Per Menit (N)

1 lapis

82

2 lapis

82

3 lapis

65

1 lapis

406

2 lapis

347

3 lapis

329

Barium

Amersium

nst GM counter = 1 radiasi

Malang, 28 Oktober 2015

(Nurlaila R)

Pengukuran Cacah Radiasi Nuklir

Recommend Documents