Spektroskopi Gamma
Spektrometer Gamma adalah alat yang digunakan untuk mengukur aktivitas radionuklida. Besarnya aktivitas radionuklida ditentukan dengan membandingkan hasil cacahan cuplikan radionuklida dengan cacahan sumber standar radionuklida yang sesuai. Metode yang digunakan dengan sistem spektrometer gamma dinamakan Spektrometri Gamma. Gamma .
Analisa yang digunakan dalam metode spektrometri gamma berdasarkan interpretasi spektrum gamma hasil pengukuran. Interaksi antara sinar gamma suatu radionuklida dengan detektor menghasilkan pulsa pulsa yang sebanding dengan energi gamma radionuklida tersebut dan pada akhirnya diproses secara elektronik yang menghasilkan spektrum gamma. Sebelum dilakukan pengukuran radioaktivitas radionuklida menggunakan sistem pencacah spektrometer gamma, sistem pencacah tersebut harus dikalibrasi terlebih dahulu karena dengan metode ini ketelitian hasil pengukuran tergantung pada kondisi peralatan. Beberapa tahap yang perlu dilakukan yaitu menentukan menentukan efisiensi sistem pencacah menggunakan sumber standar radionuklida dengan memperhatikan geometri pencacahan yang meliputi bentuk cuplikan, jarak antar detektor dengan sumber standar radionuklida, ukuran, bentuk dan jenis radionuklidanya. Sistem Spektroskopi
Sistem spektroskopi sebenarnya juga melakukan pencacahan sebagaimana sistem pencacah diferensial akan tetapi dengan selang energi yang sangat sempit sehingga dapat dikatakan melakukan pencacahan (jumlah radiasi) pada setiap “tingkat” energi. Hasil pencacahan tersebut ditampilkan sebagai suatu grafik antara jumlah radiasi (sumbu Y) terhadap energi radiasi (sumbu X) yang sering disebut sebagai spektrum radiasi, seperti contoh pada gambar 3 sebelum ini. Memang suatu spektrum radiasi dapat saja diperoleh menggunakan suatu sistem pencacah diferensial dengan mode SCA (single channel analyzer), sebagaimana dilakukan pada era sebelum tahun 70 an. Saat ini, atau setelah ditemukannya teknologi ADC (analog to digital converter), sistem spektroskopi sudah tidak lagi memakai mode SCA melainkan menggunakan peralatan yang disebut sebagai MCA (multi channel analyzer). Seperti halnya pada sistem pencacah diferensial, detektor yang digunakan disini tidak boleh detektor GM. Detektor yang terbaik untuk keperluan ini adalah detektor semikonduktor karena mempunyai noise yang lebih kecil (low noise) dibandingkan detektor yang lain, sehingga lebih teliti dalam membedakan energi radiasi. Sebagai contoh detektor yang digunakan untuk radiasi gamma adalah detektor HPGe sedangkan untuk radiasi sinar-X adalah detektor SiLi atau LEGe. Sebagaimana detektor yang lain, detektor yang digunakan disini juga membutuhkan sumber tegangan tinggi (HV). Penentuan tegangan kerja detektor untuk sistem spektroskopi adalah dengan cara mencari tegangan kerja yang dapat menghasilkan nilai resolusi te rbaik.
Pre amplifier mutlak dibutuhkan dalam sistem spektroskopi karena pulsa yang dihasilkan detektor sangat lemah. Sedang amplifier yang digunakan pada sistem spektroskopi mempunyai beberapa fasilitas tambahan dibandingkan dengan spektroskopi yang digunakan pada sistem pencacah diferensial, diantaranya shaping time, base line restorer dan pile up rejection. MCA merupakan alat yang menerapkan teknologi relatif baru. Bagian utama dari suatu MCA adalah ADC (analog to digital conerter) yang berfungsi untuk menentukan tinggi pulsa dari setiap pulsa listrik (sinyal analog) yang memasukinya dan mengubahnya menjadi bilangan biner (sinyal digital). Bilangan biner tersebut akan diteruskan ke bagian memory yang akan menyimpan jumlah dari masing-masing bilangan biner yang dihasilkan ADC. Isi dari memory akan ditampilkan pada layar berupa spektrum radiasi. Sistem spektroskopi digunakan untuk pengukuran yang bersifat analisis baik kualitatif maupun kuantitatif, karena untuk keperluan ini harus berdasarkan spektrum radiasi yang dipancarkan oleh sampel yang dianalisis. Salah satu aplikasi yang paling banyak adalah untuk menganalisis jenis dan kadar unsur yang terkandung di dalam suatu bahan. Sumber: http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Pencacah_04.htm
Radiasi gamma dipancarkan bersama alpha, beta atau tangkapan elektron. Karena sinar gamma tidak dibiaskan oleh medan listrik, maka sinar itu tidaklah terdiri dari partikel yang bermuatan. Tetapi sinar itu didifraksikan pada permukaan sebuah kristal, seperti difraksi sinar-X tetapi dengan sudut difraksi yang kecil, percobaan memberikan kesimpulan bahwa sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek, kira-kira 1/100 panjang gelombang sinar-X. Terbentukmnya sinar gamma merupakan hasil disentigrasi inti atom.Inti atom yang mengalami disentegrasi dengan memancarkan sinar alfa akan terbentuk inti-inti baru dengan memiliki tingkat energi yang agak tinggi.Kemudian terjadi Proses transisi ke tingkat energi yang lebih rendah atau tingkat dasar sambil memancarkan sinar gamma. Sinar gamma sama halnya dengan sinar X,termasuk gelombang elektromagnetis,jika sinar gamma menembus lapisan materi setebal X maka intensitas akan berkurang. Spektrum sinar gamma dari suatu unsur adalah spektrum garis, yang memperlihatkan adanya foton sinar gamma, bila sebuah inti pindah dari keadaan energi yang lebih tinggi ke keadaan yang lebih rendah. Tenaga sinar gamma bersifat diskrit dan karakteristik, masing-masing mempunyai energi gamma dalam bentuk spektrum energi tertentu. Apabila radiasi sinar gamma mengenai bahan akan terjadi beberapa efek, yaitu : Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah interaksi antara sebuah foton dan sebuah loncatan atom elektron. Sebagai hasil dari interaksi, foton menghilang dan salah satu dari atom elektron dilepaskan sebagai elektron bebas yang disebut fotoelektron.Elektron orbital dari atom terpental oleh tumbukan sinar gamma dan energi gamma menjadi elektron bebas dengan energi E e sehingga didapat :
Di mana:
Eg = Energi gamma ;
Ei = Energi Ikat
Untuk elektron orbital energi ikat kecil sekali. Efek Chompton
Energi
radiasi
hanya
sebagian
saja
diserap
untuk
mengeluarkan
electron
dari
atom(fotoelektron)sedangkan sisi energi akan terpancar sebagai”scattered radiaton”.Efek kompton terjadi pada Elektron-elektron bebas atau terikat secara lemah pada lapisan kulit yang terluar pada penyinaran dengan energi radiasi yang lebih tinggi yaitu berkisar antara 200-1.000 KeV. Hamburan Compton adalah tumbukan anatara sebuah foton dengan sebuah elektron bebaas. Foton yang datang dibelokan arahnya dengan sudut terhadap sebelumnya.Foton mentransfer sebagian energinya ke elektron,yang dikenal dengan elektron recoil.Karena besarnya sudut bisa sembarang,maka energi yang ditransfer besarnya anatara nol sampai dengan besarnya fraksi energi foton. (knoll,1989) Sinar gamma mengalami elektron bebas akan terjadi hamburan elektron, maka elektron akan terpental :
Di mana :
[ ] () () = sudut hamburan ; = massa elektron (511,033 KeV)
Jadi, energi elektron bebas tergantung pada sudut hamburan dan penguat spektrum kontinu. Produksi Pasangan
Pembentukan sepasang elektron Yaitu suatu proses pembentukan positron dan electron melalui energi radiasi sinar gamma yang melebihi 1.02MeV yaitu energi massa positron+electron.Proses ini terjadi apabila radiasi dengan energi yang sangat tinggi mendekati atau memasuki medan listrik atom atau inti.Energi radiasi ini akan berubah menjadi electron dan positron. Produksi pasangan memerlukan energi foton minimal adalah 1,02 MeV. Setiap tambahan energi akan menjadi energi kinetik bagi elektron dan positron. Radiasi gamma dengan tenaga yang cukup tinggi melewati medan listrik dekat inti atom akan menghasilkan produksi pasangan yaitu terciptanya elektron dan positron. Energi gamma pada proses ini adalah :
() () Setelah itu positron berintilasi dengan elektron sehingga memancarkan dua foton sinar gamma dengan energi 511 KeV. Bila energi tersebut ditangkap kristal pada detektor maka total energi yang diserap pada kristal adalah :
dimana
