Rancang Bangun Pembangkit Pulsa Gelombang Linear Pada Perangkat Instrumentasi Nuklir

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG

LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR

SKRIPSI

RIADY A. P. SITANGGANG

100801064

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG

LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR

SKRIPSI

Diajukan untuk Melengkapi Tugas dan Memenuhui Syarat Mencapai Gelar Sarjana Sains

RIADY A. P. SITANGGANG

100801064

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

PERSETUJUAN

Judul : Rancang Bangun Pembangkit Pulsa Gelombang Linear Pada Perangkat Instrumentasi Nuklir

Kategori : Skripsi

Nama : Riady A. P. Sitanggang

Nim : 100801064

Program studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara

Diluluskan di Medan, Agustus 2014

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing 1, Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang Drs.Takdir Tamba, M.Eng,Sc

NIP.195310301980031003 NIP.196006031986011002

PERNYATAAN

PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG LINEAR

PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR

SKRIPSI

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan dalam daftar pustaka.

Medan, Agustus 2014 Penulis

PENGHARGAAN

Segala Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat , kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.

Selama perkuliahan sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih kepada :.

1. Bapak Dr. Sutarman, Msc. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU.

2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua departemen Fisika USU dan Bapak Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU.

3. Bapak Ir. Ferly Hermana, M.M selaku Kepala Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir yang telah memberikan izin kepada penulis untuk melakukan penelitian di PRFN BATAN

4. Bapak Ir. Atang Susila, M.Eng selaku Kepala Bidang Instrumentasi PRFN BATAN.

5. Drs. Takdir Tamba, M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesasian skripsi ini.

6. Bapak Riswal Hanafi Siregar, S.Si, M.Si selaku pembimbing penulis di PRFN BATAN yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan, mengajari, memotivasi dan memberi kepercayaan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini .

7. Bapak Joko Sumanto, ST yang banyak membantu, berbagi ilmu dan memberikan motivasi kepada penulis selama di PRFN BATAN beserta seluruh staf dan karyawan Bidang Instrumentasi PRFN BATAN.

8. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku dosen penguji I. 9. Bapak Dr. Bisman P. M.Eng.Sc selaku dosen penguji II. 10. Bapak Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc selaku dosen penguji III

11. Keluarga yang saya sayangi, orang tua saya R. Sitanggang dan N. Sitohang beserta saudara-saudari saya Febry, Dipo, Uli Artha dan Enjelina Merici atas cinta kasih, doa dan dukungannya

12. Keluarga Ridwan Pandiangan yang memberikan tempat berteduh, berbagi kasih beserta doa ,dukungannya dan keluaraga besar Op. Ridwan yang banyak membantu.

14. Juliana Sitorus dan Lasmini Sihombing yang memberikan semangat dukungan dan menghabiskan banyak waktu untuk belajar bersama. Salam hangat dan sukses buat kita.

15. Sahabat-sahabatku Eko Manik, Yndra Samosir, Irwan Sihombing, Novalina Sitorus, Feronika Sitanggang, Junita Hutabarat, teman satu kost, Tim Futsal saya GS FC terimakasih atas dukungan, doa dan kebersamaannya.

16. Teman-teman Stambuk Physic Inside yang berbagi kasih dan kebersamaan selama ini.

17. Adik-adikku Stambuk 2011, 2012, 2013 yang memberikan warna di kampus dan kebersamaannya.

18. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan dan kelancaran penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi para pemabaca dan kepentingan orang banyak.

Medan, Agustus 2014 Penulis

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG

LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR

ABSTRAK

Telah dilakukan rancang bangun pembangkit pulsa gelombang linear pada instrumentasi nuklir. Pelaksanaan kegiatan meliputi pembuatan dan pengujian alat. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian detektor, tegangan tinggi (HV), dan amplifier menggunakan function generator, sumber radioaktif I-125 dan simulasi pada proteus. Dari hasil pengujian didapat detektor memiliki resolusi 7,95 % dan efisiensi 4,08 % dan pulsa keluaran dari detektor dan pre amplifier merupakan pulsa listrik berbentuk eksponensial. HV yang dirancang mampu membangkitkan kinerja detektor dengan linearitas tegangan antara HV dan daerah kerja detektor. Hasil pengujian amplifier menghasilkan pulsa gelombang linear berbentuk Gaussian.

PULSE GENERATION DESIGN LINEAR WAVES ON THE

NUCLEAR INSTRUMENTATION

ABSTRACT

It has been designed linear wave pulse generator on the nuclear instrumentation. The implementation activities include the manufacture and testing tools. The testing was conducted on the test detector, high voltage (HV), and the amplifier using the function generator, source of radioactive I-125 and simulated in proteus.The results obtained from the test is detector has a resolution of 7.95% and efficiency of the detector is 4.08% and the output pulses from the detector and preamplifier is a exponential electric pulses. HV desinged to raise the performance of the detector with the voltage linearity between HV and detector work area.

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Lembar Pengesahan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak vi

Abstract vii

Daftar Isi viii

Daftar Tabel x

Daftar Gambar xi

Daftar lampiran xii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 2

1.5 Manfaat Penelitian 2

1.6 Metodologi Penelitian 3

1.7 Sistematika Penulisan 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Radiasi 5

2.2 Instrumentasi Nuklir 7

2.2.1 Detektor 8

2.2.2 Preamplifier 9

2.2.3 Tegangan Tinggi 10

2.2.4 Amplifier 10

2.2.5 Single Channel Analyzer (SCA) 11

2.2.6 Counter ( Pencacah) 12

BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Sistem Deteksi 13

3.2 Perancangan Tegangan Tinggi 15

3.2.1 Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinus 16

pada Tegangan Tinggi 3.2.2 Rangkaian Penguat Tegangan pada Tegangan Tinggi 18

3.2.3 Rangkaian Push Pull Pembentuk Tegangan Referensi Pada TeganganTinggi 18

3.2.4 Pelipat Ganda Tegangan pada Tegangan Tinggi 20

3.2.5 Rangkaian Pengatur Tegangan pada Tegangan Tinggi 22

3.3 Perancangan Pembangkit Pulsa 23

3.3.2 Pole Zero Cancellation 25

3.3.3 Gain 27

3.3.4 Pole Complex 28

BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Pengujian Detektor 30

4.1.1 Pengujian tegangan kerja detektor 30

4.1.2 Pengujian resolusi detektor 32

4.1.3 Pengujian efisiensi detektor 34

4.2 Pengujian Instrumentasi Nuklir 36

4.2.1 Pengujian Tegangan Tinggi Pensuplay Tegangan Detektor 36

4.2.1.1 Uji Keluaran Tegangan Tinggi 36

4.2.1.2 Uji Stabilitas Tegangan Tinggi 38 4.2.2 Penguat Linear Pembentuk Pulsa Gaussian 41

4.2.2.1 Uji Pengamatan Hasil Pulsa 42

4.2.2.2 Uji Linearitas Penguat Linear 44

4.3 Pengujian Sistem secara Virtual pada Proteus 46

4.4 Pengujian Sistem Pembangkit Pulsa 47

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 49

5.2 Saran 49

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Hasil Uji Kerja Detektor 31

Tabel 4.2 Hasil uji resolusi detektor 33

Tabel 4.3 Hasil pengujian sumber radioaktif I-125 35

Tabel 4.4 Data hasil uji HV 37

Tabel 4.5 Data uji HV tanpa beban 38

Tabel 4.6 Data uji HV dengan Beban 40

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Daya tembus radiasi pengion 6

Gambar 3.1 Blok diagaram pembangkit pulsa gelombang linear 13

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Deteksi 14

Gambar 3.3 Rancangan Detektor dan Penguat Awal 15

Gambar 3.4 Blok Rancangan Tegangan Tinggi 16

Gambar 3.5 Blok Diagram Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinus 16

Gambar 3.6 Rangkaian Pembentuk Gelombang Sinus 17

Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Tegangan pada Tegangan Tinggi 18

Gambar 3.8 Rangkaian Push Pull TDA 2004 19

Gambar 3.9 Blok Diagram Pelipat Ganda Tegangan 21

Gambar 3.10 Rangkaian Pelipat Ganda Tegangan 21 Gambar 3.11 Blok Rancangan Umpan Balik 23

Gambar 3.12 Blok Diagram Filter dan Divider keluaran HV 23

Gambar 3.13 Diagram Blok Amplifier 24

Gambar 3.14 Skema Rangkaian Amplifier pada Proteus 25

Gambar 3.15 Diagram Blok Pole zero cancellation 26

Gambar 3.16 Skematik Rangkain Pole zero cancelation 26

Gambar 3.17 Digram Blok Diferensiator 26

Gambar 3.18 Skema Rangkaian Diferensiator 27

Gambar 3.19 Diagram Blok Gain 27

Gambar 3.20 Skematik rangkaian Gain 28

Gambar 3.21 Blok Diagram Rangkaian Pole Complex 28

Gambar 3.22 Rangkaian Pole Complex 29

Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Detektor 31

Gambar 4.2 Grafik Tegangan Kerja Detektor 31

Gambar 4.3 Blok Diagram Uji Resolusi Detektor 32

Gambar 4.4 Grafik Hasil uji resolusi detektor 33

Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir 36

Gambar 4.6 Grafik Uji Keluaran HV 37

Gambar 4.7 Grafik Uji Stabilitas HV 39

Gambar 4.8 Blok Diagram Uji Stabilitas dengan Beban 39

Gambar 4.9 Grafik Uji Stabilitas HVdengan Beban 40

Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Penguat Linear 41

Gambar 4.11 Pulsa Keluaran Penguat Awal 42

Gambar 4.12 Pulsa Keluaran Pole Zero Cancellation 42

Gambar 4.13 Pulsa keluaran Pulse Shapping 43

Gambar 4.14 Pulsa Keluaran Pole Complex 43

Gambar 4.15 Bentuk Pulsa Keluaran Penguat Awal dan Penguat Linear 44

Gambar 4.16 Grafik Linearitas Penguat Linear 45

Gambar 4.17 Simulasi Sistem pada Proteus 46

Gambar 4.18 Tampilan Gelombang pada Osiloskop Virtual 47

Gambar 4.19.a Pulsa Keluaran Penguat Awal 47

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Pengujian Sistem

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT PULSA GELOMBANG

LINEAR PADA PERANGKAT INSTRUMENTASI NUKLIR

ABSTRAK

Telah dilakukan rancang bangun pembangkit pulsa gelombang linear pada instrumentasi nuklir. Pelaksanaan kegiatan meliputi pembuatan dan pengujian alat. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian detektor, tegangan tinggi (HV), dan amplifier menggunakan function generator, sumber radioaktif I-125 dan simulasi pada proteus. Dari hasil pengujian didapat detektor memiliki resolusi 7,95 % dan efisiensi 4,08 % dan pulsa keluaran dari detektor dan pre amplifier merupakan pulsa listrik berbentuk eksponensial. HV yang dirancang mampu membangkitkan kinerja detektor dengan linearitas tegangan antara HV dan daerah kerja detektor. Hasil pengujian amplifier menghasilkan pulsa gelombang linear berbentuk Gaussian.

PULSE GENERATION DESIGN LINEAR WAVES ON THE

NUCLEAR INSTRUMENTATION

ABSTRACT

It has been designed linear wave pulse generator on the nuclear instrumentation. The implementation activities include the manufacture and testing tools. The testing was conducted on the test detector, high voltage (HV), and the amplifier using the function generator, source of radioactive I-125 and simulated in proteus.The results obtained from the test is detector has a resolution of 7.95% and efficiency of the detector is 4.08% and the output pulses from the detector and preamplifier is a exponential electric pulses. HV desinged to raise the performance of the detector with the voltage linearity between HV and detector work area.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi berdampak positif dalam pengembangan nuklir dengan diciptakannya berbagai instrumentasi nuklir khususnya di bidang kedokteran nuklir. Pemeriksaan kedokteran nuklir banyak membantu dalam menunjang diagnostik berbagai penyakit dari sisi fisiologik, patofisiologik, metabolik maupun tingkat seluler seperti kelainan pada otak, jantung, paru, kelenjar liur, tiroid, dan lain sebagainya.(www.infonuklir.com)

Instrumentasi nuklir dibidang kedokteran prinsip dasar perangkat kerasnya adalah pencacahan (count). Hasil cacahan diperoleh dari isotop yang digunakan sebagai perunut (tracer) yang dimasukkan ke dalam tubuh manusia (in-vivo) maupun pada sampel darah atau urine (in-vitro) di laboratorium. Teknik pemeriksaan berupa teknik imaging (pencitraan) oleh kamera gamma dan teknik non imaging. Pencitraan yang diperoleh berdasarkan jumlah akumulasi terkumpulnya radioaktif pada organ tertentu dengan melihat pada skala warna atau skala hitam putih. Teknik non imaging menggunakan detektor radiasi yang dirangkai dengan instrumentasi lainnya untuk mencacah pulsa masukan yang dideteksi dari bahan radioaktif. Proses pencacahan dapat dilakukan setelah pulsa masukan mengalami penguatan/pembangkitan.

1.2Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang di atas, maka perumusan masalahnya adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana merancang pembangkit pulsa berupa pulsa linear pada instrumentasi nuklir sehingga keluarannya dapat diolah oleh instrumentasi nuklir lainnya menjadi pulsa digital.

1.3Batasan Masalah

Untuk menghindari adanya pembahasan di luar materi dalam mengerjakan penelitian ini, maka batasan masalah terdiri dari :

1. Perancangan tegangan tinggi sebagai trigger untuk detektor. 2. Perancangan pembangkit pulsa gelombang linear.

3. Pengujian rancangan dilakukan secara manual dengan tampilan osiloskop.

1.4Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukan penelitian ini adalah

1. Untuk mendalami prinsip kerja instrumentasi nuiklir bidang kedokteran. 2. Untuk mendapatkan pulsa gelombang linear sehingga dapat diolah untuk

menjadi pulsa digital.

1.5Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat baik untuk penulis sendiri, mahasiswa, institusi, perekayasa, ataupun masyarakat pengguna pada umumnya.

2. Bagi institusi pendidikan maupun masyarakat pengguna diharapkan hasil penelitian ini bisa digunakan sebagai refrensi untuk melakukan penelitian berikutnya ataupun untuk bahan pembelajaran.

3. Bagi perekayasa diharapkan hasil rancangan bangun ini dapat diaplikasikan pada bidang kedokteran nuklir.

1.6Metodologi Penelitian

Pada pembuatan tugas akhir ini digunakan metode studi literature, konsultasi dengan pembimbing, perancangan sistem, dan pengambilan data serta analisanya.

1. Meode literatur

Studi pustaka sebagai persiapan dalam melakukan penelitian dengan mencari dan mengumpulkan referensi mengenai pembangkit sinyal, Instrumentasi Nuklir.

2. Metode Konsultasi

Berkonsultasi secara interaktif dengan pembimbing di Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir dan Pembimbing di Universitas Sumatera Utara.

3. Metode Perancangan Sistem

Melakukan penelitian secara langsung di Laboratorium Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir (PRFN). Metode yang dilakukan dalam penelitian adalah membangkitkan pulsa gelombang linear pada perangkat Instrumentsi Nuklir.

4. Metode Pengambilan Data dan Analisa

1.7Sistematika Penulisan

Adapun sistematika dalam penulisan skripsi ini mencakup beberapa bab dan subbab seperti dijelaskan di bawah ini :

BAB I Pendahuluan

Bab ini mencakup latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan. BAB II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk pengambilan data, analisa data serta pembahasan.

BAB III Perancangan Sistem

Bab ini mencakup perancangan dan sistem kerja. BAB IV Pengujian dan Analisa sistem

Bab ini membahas pengujian modul secara manual, pengujian rancangan pembangkit sinyal (amplifier) pada proteus, pengambilan data dan analisa sistem secara keseluruhan.

BAB V Kesimpulan

Bab ini berisi tentang kesimpulan perancangan pembangkit pulsa gelombang linear pada perangkat instrumentasi nuklir dan saran-saran yang dikemukakan berdasarkan pada saat penelitian.

Daftar Pustaka

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Sistem Radiasi

Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Radiasi terdiri dari beberapa jenis, dan setiap jenis radiasi tersebut memiliki panjang gelombang masing-masing. Ditinjau dari massanya, radiasi dapat dibagi menjadi radiasi elektromagnetik dan radiasi partikel. Radiasi elektromagnetik adalah radiasi yang tidak memiliki massa. Radiasi ini terdiri dari gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, sinar-X, sinar gamma dan sinar kosmik. Radiasi partikel adalah radiasi berupa partikel yang memiliki massa, misalnya partikel beta, alfa dan neutron.

pengaruhnya dapat diabaikan. Demikian pula dengan radiasi alfa, yang hanya dapat menembus beberapa milimeter udara. Sedang radiasi neutron pada umumnya hanya terdapat di reaktor nuklir.

Gambar 2.1 Daya tembus radiasi pengion

Sumber radiasi yang digunakan pada penelitian ini adalah radiasi pengion sinar gamma yaitu I-125. Iodium-125 merupakan radioisotop pemancar gamma dengan energ rendah yaitu sebesar 35 keV. Radioisotop ini meluruh melalui

electron capture (EC) dan memiliki waktu paruh 60 hari. Anak luruhnya adalah

isotop stabil teleterium-125. Iodium-125 dapat digunakan di bidang kesehatan dan

energi. Di bidang kesehatan, radioisotop ini dapat digunakan untuk diagnosis

dalam bentuk radioimmunoassay (RIA) dan untuk terapi kanker dalam bentuk

sumber tertutup (sealed sources). Dibidang energi, iodium-125 digunakan sebagai

perunut fluida untuk pengembangan lapangan migas dan panas bumi.

(www.bata.go.id)

dalam studi metabolisme, serta teknik pelacakan dan penatahan berbagai organ tubuh, tanpa harus melakukan pembedahan. (www.info nuklir.com)

2.2Instrumentasi Nuklir

Instrumentasi Nuklir adalah instrumentasi yang melibatkan penggunaan detektor nuklir yang umumnya digunakan untuk pengukuran atau pendeteksian gejala radioaktivitas. Untuk dapat mengadakan pengukuran radioaktivitas diperlukan detektor yang dapat berinteraksi secara efisien dengan sinar radioaktif yang diselidiki. Komponen dari keseluruhan sistem pengukur yang mendeteksi radiasi dan mengubahnya ke sinyal listrik adalah detektor radiasi, sedangkan unit yang mengolah dan mencatat sinyal dari detektor disebut sebagai alat ukur (measuring equipment / instrument). Pada prinsipnya tujuan dari teknik pengukuran nuklir adalah menentukan parameter integral atau bagian dari partikel partikel yang membentuk radiasi tertentu. Umumnya pengukuran radiasi nuklir adalah mengukur intensitas radiasi tertentu dengan atau tanpa memperhatikan energinya atau mengukur intensitas dari partikel partikel yang membentuk radiasi tertentu.

Instrumentasi Nuklir memiliki peranan yang penting dalam dunia kedokteran nuklir yang merupakan cabang ilmu kedokteran yang menggunakan sumber radiasi terbuka berasal dari disintegrasi inti radionuklida buatan, untuk mempelajari perubahan fisiologi, anatomi dan biokimia, sehingga dapat digunakan untuk tujuan diagnostik, terapi dan penelitian kedokteran. Pada kedokteran Nuklir, radioisotop dapat dimasukkan ke dalam tubuh pasien (studi invivo) maupun hanya direaksikan saja dengan bahan biologis antara lain darah, cairan lambung, urine da sebagainya, yang diambil dari tubuh pasien yang lebih dikenal sebagai studi in-vitro (dalam gelas percobaan).

dapat diperoleh dari diagnosis dengan penerapan teknologi nuklir yang pada saat ini berkembang pesat. (Sriwidodo WS, 1995)

Pada umumnya instrumentasi nuklir memiliki bagian-bagian yang utama yaitu detektor, preAmp, HV, pengkondisi sinyal (SCA), amplifier , pencacah (counter).

2.2.1 Detektor

Detektor merupakan suatu bahan yang peka terhadap radiasi, yang bila dikenai radiasi akan menghasilkan tanggapan mengikuti mekanisme yang telah dibahas sebelumnya. Perlu diperhatikan bahwa suatu bahan yang sensitif terhadap suatu jenis radiasi belum tentu sensitif terhadap jenis radiasi yang lain. Sebagai contoh, detektor radiasi gamma belum tentu dapat mendeteksi radiasi neutron

.

_Pada

perancangan sistem ini, detektor yang digunakan adalah detektor sintilasi.

Detektor sintilasi selalu terdiri dari dua bagian yaitu bahan sintilator dan photomultiplier. Bahan sintilator merupakan suatu bahan padat, cair maupun gas, yang akan menghasilkan percikan cahaya bila dikenai radiasi pengion. Photomultiplier digunakan untuk mengubah percikan cahaya yang dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik. (Panitia PPR STTN, 2009)

Mekanisme pendeteksian radiasi pada detektor sintilasi dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu :

a. proses pengubahan radiasi yang mengenai detektor menjadi percikan cahaya di dalam bahan sintilator;

b. proses pengubahan percikan cahaya menjadi pulsa listrik di dalam tabung photomultiplier.

Detektor sintilasi NaI(Tl) dibuat dari Kristal tunggal natrium iodide (Nal) yang sudah sedikit diberi pengotor Talium (Tl). Kristal NaI bersiafat higroskopis, maka Kristal tersebut ditutup rapat-rapat dalam wadah aluminium (Al) yang dilapisi chromium(Cr). Di antara Kristal NaI(Tl) dan dinding wadah Al dimasukkan reflector berupa serbuk mangan oksida (MnO) atau aluminium trioksida (Al2O3). Kristal NaI(Tl) direkatakan pada sebuah tabung pelipat ganda electron menngunakan perekat bening yang terbuat dari silikon. Pada ujung tabung pelipat ganda elektron terdapat elektroda peka cahaya yang disebut fotokatoda. (www.batan.go.id)

2.2.2 Pre Amplifier

Preamplifier sering disebut preamp atau kontrol amplifier adalah sebuah alat elektronik ampli yang mengolah atau memproses sinyal elektronik sebelum masuk kedalam amplifier. Sirkuit rangkaiannya bisa saja serumah dengan transducer sebelum amplifier ataupun rangkaian terpisah. Secara umumnya fungsi dari preamp atau preamplifier adalah meng-ampli atau menguatkan sinyal dari low level ke line level. Jadi sinyal yang keluar dari transducer masuk ke rangkaian preamp, dalam rangkaian tersebut memproses sinyal elektronik yang masuk, diolah ke level-level tertentu yang kemudian di teruskan kedalam rangkaian amplifier. (www.bata.go.id)

Interaksi sinar gamma dengan detektor akan menghasilkan sinyal pulsa. Tinggi pulsa yang dihasilkan detektor bersesuaian dengan tenaga foton gamma yang mengenai detektor. Selanjutnya pulsa-pulsa tersebut diproses secara elektronik dalam serangkaian peralatan yang membentuk perangkat spektroskopi gamma. (Toto Trikasjono, 2009)

2.2.3 Tegangan Tinggi (HV)

Catu daya tegangan tinggi mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan rendah DC sesuai kebutuhan untuk mencatu rangkaian elektronik dan peralatan lainnya. Catu daya tegangan tinggi pada sistem spektrometri gamma diperlukan untuk operasi detektor nuklir. (Prayitno, 2008)

Penggunaan catu daya tegangan tinggi pada sistem pencacah gamma sangat menentukan kualitas pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Sumber tegangan yang digunakan dalam sistem ini ada dua macam yaitu tegangan tinggi untuk detektor dan tegangan rendah untuk rangkaian elektroniknya. Tegangan untuk detektor NaI(Tl) dirancang sedemikian rupa sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan sesuai dengan tegangan kerja dari detector NaI(Tl). Tegangan tinggi untuk megaktifkan detektor sebesar 750 volt DC sehingga tegangan tinggi yang dirancang harus mampu mengeluarkan tegangan minimal 750 volt sedangkan , untuk tegangan rendah untuk rangkaian elektroniknya menggunakan tegangan 5 volt. (www.batan.go.id)

2.2.4 Amplifier

Amplifier adalah salah satu komponen dari rangkaian elektronika yang sebagian di pakai untuk menguatkan daya atau tenaga. Untuk keperluan audio baik itu di radio, speaker, televisi ataupun yang lainya amplifier di gunakan sebagai penguat signal suara yaitu memperkuat signal arus (I) dan tegangan (V) listrik dari input menjadi arus listrik di bagian outputnya yang lebih besar. Amplifier merupakan perangkat yang menggunakan sejumlah kecil energi untuk mengontrol jumlah energi yang lebih besar. Hubungan rangkaian elektronika amplifier antara masukan dan keluaran dalam biasanya di nyatakan sebagai fungsi frekuensi input yang di sebut fungsi transfer penguat dan besar dari fungsi transfer di sebut dengan gain.

oleh detektor setelah mengalami penguatan awal oleh preamplifier agar dapat dianalisa oleh bagian-bagian selanjutnya. Dalam memperkuat pulsa-pulsa ini, informasi yang dibawa pulsa harus dijaga agar jangan sampai hilang atau rusak, informasi itu adalah tinggi pulsa yang sebanding dengan intensitasnya.

Pada bagian amplifier akan mengalami penguatan sampai pada amplitudo yang dapat dianalisis oleh penganalisa pulsa. Pulsa yang terbentuk mempunyai waktu bangkit (rise time) yang pendek dan konstanta waktu jatuh yang panjang. Selain untuk mempertinggi pulsa , penguat juga berfungsi untuk membentuk pulsa menjadi bentuk Gaussian/semi Gaussian. (www.batan.go.id)

2.2.5 Single Chanel Analyzer (SCA)

Zat radioaktif pemancar alpha, beta atau gamma, masing-masing mempunyai spectrum energy yang khas, sehingga dengan mengetahui bentuk spectrum dan mengukur besar tenaganya dapat diketahui jenis isotop radioaktif tersebut. Detektor dan pre-amplifier bergantung pada radiasi yang dideteksi, sedangkan dsitribusi tinggi pulsa detektor dapat dipelajari dengan menggunakan penganalisa tinggi pulsa yaitu SCA, TSCA (Timing single Channel Analyzer) ataupun MCA (

Multi Channel Analyzer). Zat radioaktif pemancar gamma, umumnya mempunyai

pancaran sinar gamma dengan menggunakan tenaga karekteristik tertentu. Bila diukur dengan detektor yang dapat membedakan tenaga sinar gamma, akan diketahui distribusi atau spectrum tenaga sumber radiasi. Maka dapat ditentukan jenis radioisotope dari sumber radioaktif pemancar gamma yang belum dikethui.

2.2.6 Pencacah (Counter)

Pulsa-pulsa listrik yang diteruskan oleh SCA masuk ke dalam satu perangkat elektronik yaitu counter. Untuk menentukan jumlah cacah yang dapat dilewatkan pada SCA pada selang waktu tertentu dengan timer. Counter merupakan gabungan sehingga untuk menentukan cacah tiap selang waktu tertentu cukup diatur waktu sesuai yang diinginkan pada timer. (Mukhlis Akhadi, 1997)

BAB 3

PERANCANGAN SISTEM

Rancangan sistem pembangkit pulsa ini merupakan bagian dari sistem istrumentasi nuklir yang terdiri dari detektor NaI(Tl), Preamplifier, High Votage (HV), dan Amplifier. Sampelnya menggunakan sumber radioaktif I-125 yang indikator hasil dari rancangan tersebut ditampilkan pada osiloskop. Adapun rancangan blok diagram penelitian untuk membangkitkan pulsa linear pada instrumentasi nuklir ditunjukkan pada Gambar 3.1 di bawah ini:

Sumber Radioaktif

I-125

Sistem Deteksi

Pembangkit

Pulsa Osiloskop

High Voltage (HV)

Gambar 3.1 Blok diagaram pembangkit pulsa gelombang linear

3.1. Perancangan Sistem deteksi

Sistem deteksi terdiri dari sampel, detektor dan pre-amplifier. Sampel yang digunakan adalah sumber radioaktif. Adapun detektor yang digunakan adalah NaI(Tl) berukuran kecil beserta pre-amplifiernya yang telah disesuaikan dengan detektor tersebut. Detektor dan pre-ampnya dipabrikasi oleh perusahaan detektor Bicron, USA. Panel konektor dari penguat awal terdiri dari konektor low voltage dengan inputan tegangan 12 volt , -12 volt dan ground, konektor BNC SHV dan konektor BNC signal.

Sampel Detektor Preamplifier

Konektor HV

Konektor LV

Konektor Signal

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Deteksi

Detektor yang digunakan dengan spesifikasi teknis yang ditentukan sebagai berikut :

a. Effisiensi 80 % counting I-125 b. Crystal NaI(Tl) ; Ø = 1,γ7” x β” c. PMT ; Ø= 15”

d. Detektor + Pre-Amp ; Panjang = 200 mm, e. Diameter = 40 mm, well size = 16 mm f. Pre-Amp ; Voltage Devider and positif

[image:30.595.182.468.119.515.2]

Adapun gambar dari detektor dapat dilihat gambar di bawah ini :

Gambar 3.3 Detektor dan Penguat Awal

3. 2. Perancangan Tegangan Tinggi (High Voltage)

Penggunaan catu daya tegangan tinggi pada sistem pencacah gamma sangat menentukan kualitas pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Banyak detektor nuklir memerlukan catu daya tegangan tinggi sampai 3000 Vdc. Tegangan tinggi tersebut mempunyai spesifikasi antara lain: stabilitas tegangan yang baik terhadap perubahan beban dan bebas derau.

Sistem tegangan tinggi ini terdiri rangkaian analog yang dilengkapi dengan proteksi hubungan singkat. Rangkaian tegangan tinggi ini terdiri dari sub

PMT

Kristal

Konektor signal

bagian antara lain: rangkaian pembangkit gelombang sinus, rangkaian penguat tegangan, rangkaian pushh-pull, trafo inti ferrit dan rangkaian pelipat tegangan, pengatur tegangan dengan umpan balik agar tetap stabil. Blok diagram sistem tegangan tinggi yang dirancang dapat dilihat pada gambar 3.4 di bawah ini :

Pembangkit gel. Sinus dan penguat

tegangan

Rangkaian

Push-pull Ferrit Core Pelipat Ganda

Regulator tegangan

Rangkaian Umpan Balik

Keluaran HV

Gambar 3.4 Blok Rancangan Tegangan Tinggi

3.2.1 Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinus pada Tegangan Tinggi

Rangkaian ini adalah membangkitkan gelombang sinus. Rangkaian ini tidak memiliki input, keluarannya berupa gelombang sinus dengan frekwensi tertentu. Besar frekwensi pada rangkaian ini ditentukan oleh besar R dan C. Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 3.5 di bawah ini :

Pembangkit Gel. Sinus

[image:31.595.124.497.185.353.2]

R dan C Frekwensi

Gambar 3.5 Blok Diagram Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinus

dari C1 harus sama dengan C2, sedangkan harga Rv dibuat variabel disesuaikan dengan frekwensi yang dihasilkan. Adapun persamaan frekwensi yang dihasilkan adalah

( 3. 1 ) dengan :

[image:32.595.187.453.290.499.2]

f = frekwensi ( Hz ) R = resistor ( ohm ) C = capasitor ( farad )

Gambar rangkaian dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.6 Rangkaian Pembentuk Gelombang Sinus

Dari rangkaian di atas besar R = R2 + Rv1 dan besar C = 1nF.

Untuk ; f maksimum ; R = R2; sehingga frekwensi yang dihasilkan f = 1/ 0.7 RC = 1/0.7 x 10.103x10-9

= 150 kHz

f minimum ; R = R2+ Rv1 ; Rv1>>>R2

R = Rv1, sehingga frekwensi yang dihasilkan f = 1/0,7x100.103x10-9 ∞ 15 kHz

3.2.2 Rangkaian Penguat Tegangan pada Tegangan Tinggi

[image:33.595.173.423.329.515.2]

Rangkaian penguat tegangan ini berfungsi untuk memperbesar amplitudo gelombang sinus. Rangkaian ini diperlihatkan pada Gambar 3.7. Rangkaian ini disebut juga dengan penguat operasional transkonduktansi. Penguat ini menggunakan IC CA3080. Rangkaian penguat ini akan bekerja apabila ada arus yang masuk melalui pin tertentu pada IC 3080. Besar kecil nya arus yang dialirkan ke penguat ini diatur oleh transistor. Transistor yang digunakan adalah BC212. Jika arus yang mengalir semakin besar maka amplitudo keluaran akan semakin besar dan sebaliknya. Adapun rangkaian skematik dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Tegangan pada Tegangan Tinggi

3.2.3 Rangkaian Push Pull Pembentuk Tegangan Referensi pada TeganganTinggi

resistansinya kecil, hal ini diharapkan besar keluaran amplitudo dari rangkaian ini diatur sedemikian rupa sehingga gelombang sinus yang masuk ke transformator menjadi lebih stabil. Rangkaian penguat gelombang penuh ini menggunakan power amplifier TDA 2004. Inputan penguat ini sebesar 0,5 volt dan daya keluarannya mencapai maksimal 20 watt. Kemampuan daya ini cukup untuk memenuhi catu daya tegangan tinggi. Penguat ini mampu menekan derau dengan baik. Penguat ini juga memiliki rentang frekwensi yang lebar dan proteksi hubung singkatnya yang baik.

Dalam rancangan gelombang penuh yang diinginkan adalah 2 Volt peak to peak dengan input 0,2 volt peak to peak. Sedangkan tegangan Vcc yang digunakan 5 volt. Dengan demikian faktor penguat Gainnya adalah

3. 2) maka

[image:34.595.128.492.387.636.2]

Adapun rangkaiannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.8. Rangkaian Push Pull TDA 2004

Dari rangkaian pembentukan TDA 2004, maka keluaran masing-masing tegangannya adalah

Vo1 = Keluaran push-pull 1 non inverting dalam satuan Volt Vo2 = Keluaran push-pull 2 inverting dalam satuan Volt Vinp = Tegangan input dalam satuan Volt

Sehingga untuk menentukan besarnya masing-masing hambatan dalam rancangan rangkaian di atas adalah :

Untuk keluaran push-pull1 1 10 12 10 12 10 12 1 10 1 9 o in V R V R R R R R

Dan keluaran push-pull2 nya adalah : o2 16

in 12 13

16

12 13

V R

=

V R R

R 10=

R R

Maka untuk keluaran push-pull1 perbandingan R10 dan R12 yang dirancang adalah 9 ∞ 10. Jika R10 = 100, maka R12 = 10 ohm. Adapun keluaran

push-pull2nya, jika R13 = 10 ohm, maka R16 = 200 ohm.

3.2.4 Pelipat Ganda Tegangan pada Tegangan Tinggi

Rangkaian pelipat ganda tegangan berfungsi untuk menaikkan keluaran tegangan dari trafo yang berupa keluaran push-pull 2Vpp dan keluaran trafo akan digandakan dari keluaran standarnya. Pelipat tegangan yang direncanakan melalui dioda dan kapasitor 3 kali tegangan keluaran standar dari keluaran sekunder ferrit core. Jika tegangan keluaran tegangan tinggi yang dirancang 900 Volt, maka tegangan keluaran standar dari output sekunder ferrit core sebesar 900 : 3 = 300 volt.

Trafo Ferrit Pelipat ganda

tegangan Out HV

[image:36.595.117.512.92.160.2]

Input Push-pull

Gambar 3.9 Blok Diagram Pelipat Ganda Tegangan

Adapun rangkaiannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 3.10 Rangkaian Pelipat Ganda Tegangan

Untuk mendapatkan perbandingan jumlah lilitan yang dilakukan pada ferrit core antara primer dan sekundernya dapat dilihat hubungan antara tegangan searah dan tegangan bolak balik yaitu :

Vac = Vmaks sinωt ( γ. γ )

Vac = Vmaks.; sinωt = 1 dan Vmaks = Veff

Vac = Veff

Veff merupakan tegangan terukur, yaitu tegangan keluaran berupa Vdc pada trafo,

sehingga : Vdc =

[image:36.595.161.464.239.476.2]

Dimana :

Vdc = Tegangan skunder DC kelaran standar

Vac = Tegangan Skunder AC dalam satuan Vpp

Dengan besar Vdc = 300 volt, maka

Vac = Vdc : 0,7

Vac= 300 : 0,7

Vac= 4β8 volt atau ∞ 450 volt

Dengan demikian besar Vac output adalah 450 volt dan besar Vac masukan 2 Vpp.

Masukan ke tegangan primer adalah push pull, maka tegangan maksimumnya menjadi pembagi dua, maka perbandingan tegangan primer dan sekunder menjadi: Vp : Vs = 1 : 225

Pada suatu transformator jumlah tegangan sebanding dengan jumlah lilitan, maka perbandingan lilitan primer dan sekundernya adalah :

Np : Ns = 1 : 225

3.2.5 Rangkaian Pengatur Tegangan pada Tegangan Tinggi

Pada rancangan ini untuk pengaturan tingkat linearitas tegangan keluarannya digunakan rangkaian umpan balik dan dapat diatur sedemikian rupa oleh rangakaian pengatur. Rangakaian pengatur terdiri dari regulasi tegangan , penguat inverting, integrator. Regulasi tegangan menggunakan potensiometer. Potensiometer di set sebagai inputan bagi penguat inverting. Hasil keluaran dari penguat inverting masuk pada rangkaian integrator. Keluaran dari integrator tersebut merupakan inputan untuk rangkaian umpan balik.

maksimum. Sebaliknya bila hasil keluaran penguat inverting bernilai maksimum, maka transistor sebagai penguat arus dalam keadaan bekerja sehingga dilakukan proses umpan balik keluaran tegangan tinggi dari rangkaian ini sehingga terjadi proses umpan balik dan regulasi tegangan dari awal. Dengan demikian rangkaian umpan balik dan regulasi ini diperlukan agar detektor tidak mengalami tegangan kejut. Adapun blok rangkaian filter dan umpan balik diperlihatkan pada gambar di bawah ini:

Penguat Inverting Integrator

Pembagi

Gain Amplitudo Kontrol Pengatur

Keluaran HV Helitrim

Regulasi tegangan

[image:38.595.213.413.584.725.2]

Tegangan Keluaran 0 s/d 10

Gambar 3.11 Blok Rancangan Umpan Balik

Rangkaian filter untuk keluaran tegangan pada rangkaian tegangan tinggi ini digunakan beberapa kapasitor. Kapasitor dirangkaian secara paralel dimana besar kapasitansi dan tegangannya sesuai dengan keluaran tegangan tinggi yang dihasilkan. Beberapa resistor yang berfungsi sebagai divider di atas akan meneruskan tegangan menjadi keluaran tegangan tinggi yang dihasilkan ditapis oleh rangkaian filter tersebut. Adapun diagram bloknya sebagai berikut :

Pembagi/ Divider Keluaran HV

Penyaring/Filter

3.3 Perancangan Pembangkit Pulsa

Amplifier mempunyai fungsi utama sebagai penguat dan pembentuk pulsa masukan dari Preamplifier. Sinyal yang dihasilkan berbentuk Gaussian Unipolar. Pulsa yang keluar dari detektor berupa pulsa listrik yang berfungsi sebagai input peguat linear/ pengkondisi sinyal. Pulsa tersebut adalah pulsa dengan ekor panjang, banyaknya pulsa sebanding dengan aktivitas radiasinya, sedangkan tinggi pulsa sebanding dengan energi radiasi penguat sinyal tersebut.

Agar pulsa ini dapat dianalisa berdasar tingginya dengan daya urai yang memadai maka diperkuat kembali sampai keluarannya dalam orde beberapa volt. Penguat ini merupakan penguat linear yang dilengkapi dengan perubahan penguatan ( gain ) secara diskrit maupun kontinu serta pemilihan polaritas masukan. Adapun diagram blok seperti pada Gambar 3.12 di bawah ini :

Rangkaian Pole Zero Cancellation

Rangkaian Penguat

Rangkaian Pole Complex

Pulsa masuk

Pulsa keluaran

Gambar 3.13 Diagram Blok Amplifier

3.3.1 Rangkaian Amplifier

R1 1k R2 1k C1 10000pF R3 1k RV1 1k R4 10k C3 1nF R5 10k +12V -12V R6 10k C4 1nF 3 2 6 7 4 5 1 8 U1

LM318 R7 1k R8 22k C2 1nF R9 10k +12V -12V R10 10k C5 1nF 3 2 6 7 4 5 1 8 U2

[image:40.595.161.476.91.296.2]

LM318 3 2 6 7 4 5 1 8 U4 LM318 R13 1k R15 3k3 C10 1nF R16 10k +12V -12V R17 10k C11 1nF C9 1000pF C8 1000pf R14 10k C19 1nF C6 5pF RV2 10K

Gambar 3.14 Skema Rangkaian Amplifier pada Proteus

Modul amplifier yang dirancang dapat berfungsi bila dilengkapi dengan modul Pre-amplifier sebagai pemberi pulsa. Pulsa yang diolah berasal dari detektor dengan menggunakan catu daya detektor sesuai dengan daerah kerjanya. Untuk tegangan tinggi detektor sintilasi berkisar 500 Vdc sampai dengan 1000 Vdc. . Pulsa masukan yang berasal dari detektor harus berupa pulsa berekor panjang.

Amplifier dan pole zero concellation ( Pz ) digunakan untuk mengatur agar pulsa keluaran tidak terjadi undershoot/overshoot dalam proses pembentukan pulsa Gaussian setelah terjadi proses penguatan. Rangkaian pole zero concellation digunakan untuk menurunkan pulsa ekor panjang dengan falltime yang sempit serta membentuk sinyal keluaran akhir. Pulsa keluaran yang telah dikuatkan tersebut dibentuk menjadi pulsa Gaussian oleh pole complex ( Pc ), pole complex juga berfungsi untuk menghindari interferensi dan osilasi pulsa.

3.3.2 Pole Zero Concellation

Rangkain

Pole zero cancellation

Gambar 3.15 Diagram Blok Pole zero concellation

Skematik rangkaian pole zero concelation sebagai berikut :

R1 1k R2 1k C1 10000pF R3 1k RV1 1k R4 10k C3 1nF R5 10k +12V -12V R6 10k C4 1nF 3 2 6 7 4 5

1 8 U1

[image:41.595.158.471.227.400.2]

LM318

Gambar 3.16 Skematik Rangkain Pole zero concellation

Rangkaian diferensiator berfungsi untuk menurunkan pulsa yang keluar dari detektor berupa pulsa ekor panjang ( eksponensial) karena sinyal yang dihasilkan penguat awal mempunyai rise time yang sangat cepat dan fall time yang sangat panjang bahkan bersifat stair case pada penguat awal optikal/transistor resetfeedback. Hal ini tidak sesuai untuk pengukuran tinggi pulsa, karena pulsa berikutnya akan berada di atas ekor pulsa sebelumnya sehingga akan tampak lebih tinggi dari sebenarnya. Diagram blok nya dapat dilihat pada Gambar 3.16 di bawah ini.

Diferensiator

Rangkaian diferensiator terdiri dari dua komponen pasif yaitu kapasitor dan resistor yang disusun secara seri. Adapun rangakaian skematiknya sebagai berikut:

R2

1k

C1

1000pF

R3

1k

RV1

1k

Gambar 3.18 Skema Rangkaian Diferensiator

Pada differensiator amplifier tegangan output sebandingdengan laju dari perubahan (kemiringan) tegangan input. Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dilakukan dengan persamaan:

(3.4) di mana dan adalah fungsi dari waktu.

Pulsa keluaran diferensiator akan mengalami penguatan oleh rangkaian penguat yang menghasilkan pulsa keluaran seperti pada Gambar 3.14. Besarnya penguatan nya adalah R4/R1.

3.3.3 Gain

Penguat (Gain control) yaitu berfungsi untuk mengatur tinggi-rendahnya pulsa listrik yang dihasilkan amplifier. Sebagai standard NIM tinggi pulsa maksimum yang dapat diolah instrumentansi nuklir adalah 10 Volt. Faktor penguatan akan mempengaruh linearitas sistem yaitu antara energi radiasi yang memasuki detektor dan tinggi pulsa analog yang dihasilkannya. Penguatannya dapat diilustrasikan pada diagram blok berikut:

[image:42.595.240.397.154.252.2]

Gain

Pada rangkain gain tersusun atas resistor yang dikombinasikan dengan IC LM318 yang dapat dilihat pada gambar skematik berikut ini :

R7 1k R8 22k C2 1nF R9 10k +12V -12V R10 10k C5 1nF 3 2 6 7 4 5

1 8 U2

LM318 C8 C6 5pF RV2 10K

Gambar 3.20 Skematik rangkaian Gain

Nilai penguatan pada rangkain di atas dapat diperoleh dengan menggunakan rumus :

Gain = ( R8 / R7 ) (3.5)

3.3.4 Pole Complex

Rangkaian pole complex berfungsi untuk membentuk gelombang gaussian yang simetris dari rangkaian penguat linear. Adapun diagram bloknya dapat dilihat pada Gambar 3.20 di bawah ini :

Rangkain

Pole complex

Gambar 3.21 Blok Diagram Rangkaian Pole Complex

3 2 6 7 4 5 1 8 U4 LM318 R13 1k R15 3k3 C10 1nF R16 10k +12V -12V R17 10k C11 1nF C9 1000pF C8 1000pf R14 10k C19 1nF

Gambar 3.22 Rangkaian Pole Complex

BAB 4

PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

Pengujian sistem dilakukan dengan tiga cara, yaitu pengujian masing-masing rangkaian, pengujian perangkat dan pengujian sistem secara virtual pada simulasi proteus. Pengujian rangkaian dilakukan dengan menggunakan sumber radioaktif atau function generator yang hasilnya dilihat pada osiloskop. Pengujian rangkaian tersebut diantaranya pengujian detektor, pengujian rangkaian tegangan tinggi, pengujian rangkaian ampilifier.

4. 1 Pengujian Detektor

Pengujian dilakukan terhadap detektor dan pre-amplifiernya. Adapun sampelnya menggunakan bahan radioaktif I-125 yang hasilnya dibaca pada osilioskop. Untuk menangkap informasi dari sumber maka detektor diberi tegangan tinggi oleh rangkaian high voltage pada rancangan ini. Pengujian dilakukan untuk mengetahui daerah tegangan kerja detektor, pengujian kemampuan resolusi detektor dan pengujian efisiensi detektor.

4.1.1 Pengujian tegangan kerja detektor

Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Detektor

Hasil pengujian daerah kerja detektor memperhatikan tinggi pulsa ( amplitudo ) sebagai fungsi tegangan pada osiloskop dan keluaran tegangan pada rangkaian tegangan tinggi. Hasil uji kerja detektor dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Uji Kerja Detektor

No Tegangan Input ( volt ) Tegangan Keluaran HV ( volt )

1 0,1 128

2 0,2 245

3 0,3 360

4 0,4 450

5 0,5 570

6 0,6 658

7 0,7 755

Berdasarkan tabel di atas maka dapat dibuat grafik pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Grafik Tegangan Kerja Detektor

Sampel

Pre Ampli

fier

HV

Signal

Detektor

LV

Dari grafik tegangan kerja detektor didapat kurva dengan persamaan Y = aX + b = 104.1X + 35.57 , sehingga didapat nilai regresi nilainya R2 = 0,998. Dengan

demikian terjadi linearitas antara tinggi pulsa ( amplitudo ) sebagai fungsi tegangan dan tegangan kerja detektor yang dihasilkan. Semakin tinggi tegangan yang diberikan pada detektor maka pulsa keluarannya juga semakin tinggi atau dengan kata lain berbanding lurus.

4.1.2 Pengujian resolusi detektor

Pengujian bertujuan mengetahui kemampuan detektor dalam memisahkan dua puncak spectrum gamma yang memiliki energi saling berdekatan, dimana energi spektrum dianalogikan dengan besar tegangan. Adapun persamaannya adalah

qV

W _4.1 dengan W ≡ V

Blok diagram nya dapat dilihat pada Gambar 4. 3 berikut ini :

Gambar 4. 3. Blok Diagram Uji Resolusi Detektor Detektor + PreAmp Gamma Counter

( Riswal, 2009)

Sbr KIT I125

Osiloskop

PC

[image:48.595.124.497.140.400.2]

Dari hasil pengujian diperoleh data pada Tabel 4.2 di bawah ini :

Tabel 4. 2. Hasil uji resolusi detektor

NO VDis (volt) Cacah (c/s) NO VDis (volt) Cacah ( c/s )

1 0 0 11 4.1 400

2 1 0 12 4.2 578

3 2 0 13 4.25 608

4 3 0 14 4.3 1009

5 3.5 46 15 4.4 1201

6 3.6 63 16 4.5 1055

7 3.7 78 17 4.6 618

8 3.8 109 18 4.7 233

9 3.9 246 19 4.8 48

10 4 302 20 4.9 10

Dari data pengujian maka dapat dibuat grafik sepertipada Gambar 4. 4.

Gambar 4.4 Grafik Hasil uji resolusi detektor

Dari data diatas, dapat dicari resolusi detektor. Jumlah counter maksimum adalah 1201 pada V diskrimnator (VDis) 4,4 volt.

[image:48.595.129.495.422.649.2]

Jumlah counter = 608 ; Vdis = 4,25 dan

Jumlah counter = 618 ; Vdis = 4,6 Sehingga

FWHM (Full Width at Half Maximum ) = 4,6 – 4,25 =0,35 dan spektrum energi maksimumnya = 4,4

Maka resolusi detektornya adalah : 4, 6 - 4, 25 0,35

R = x100% = x100%

4, 4 4, 4

R = 7,95%

Resolusi detektor menurut sertifikat yang dikeluarkan oleh Scinti Tech, Inc USA adalah 8 %.

Maka persentase ralatnya:

% 100 % x teori hasiluji teori ralat % 100 8 95 , 7 8

%ralat x

% 625 , 0 %ralat

4.1.3 Pengujian efisiensi detektor

Hasil percobaan didapat cacahan seperti Tabel 4. 3 berikut ini :

Tabel 4.3 Hasil pengujian sumber radioaktif I-125 No Pengujian VDis (volt ) Cacahan ( c/s )

1 I 4.5 1055

2 II 4.5 1070

3 III 4.5 1050

4 IV 4.5 1095

5 V 4.5 1060

Dari tabel pencacahan pada pengujian sumber radioaktifI-125 didapat cacahan rata-ratanya adalah 1069. Sehingga aktivitas sumber standar netto ( An ) = 1066. Adapun aktivitas standar sumber radioaktif I-125 25 Maret 2014 adalah 1 µCi, sedangkan waktu pengujian tanggal 24 April 2014, sehingga :

t = 25 Maret - 24 April 2014 = 30 hari T½= 60 hari

Persamaan aktivitasnya adalah : 2 / 1

)

(

T t

At

An

Ao

At

60 30 ) 2 1 ( 1 At Ci At 0,707 Sehingga :

At= 0.707µCix3,7.1010 At= 2,61.104

At= 26100

Effisiensi detektornya adalah :

Dengan demikian kemampuan detektor menerima pancaran radiasi dari sumber radioaktif I-125 sebesar 4,084 %.

4. 2 Pengujian Instrumentasi Nuklir

Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian tegangan tinggi pensuplay tegangan detektor, penguat Linear pembentuk pulsa Gaussian dari sinyal keluaran detektor.

4.2.1 Pengujian Tegangan Tinggi Pensuplay Tegangan Detektor

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besar tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian high voltagedan uji stabilitas rangkaiannya. Pengujian ini menggunakan alat/bahan rangkaian high voltage, probe high voltage, voltmeter dan beban. Beban yang digunakan adalah detektor NaITl.

4.2.1.1 Uji Keluaran Tegangan Tinggi

Uji keluaran tegangan tinggi bertujuan mengetahui keluaran maksimum tegangan yang dihasilkan rangkaian high voltage. Pengujian ini hanya menggunakan voltmeter dengan probe HV sebagai pembaca skala 1: 10. Pada pengujian ini tegangan referensi di atur sedemikian rupa secara perlahan-lahan dan hasilnya dicatat pada voltmeter. Diagram blok pengujian pada Gambar 4.5 di bawah ini :

Tegangan Tinggi Pencacah Nuklir

Volt Meter

[image:52.595.119.486.137.407.2]

Hasil pengujiannya dapat dilihat pada Tabel 4. 4 di bawah ini :

Tabel 4.4 Data hasil uji HV

NO Vreff (volt) Vout (volt) NO Vref (volt) Vout (volt)

1 0 0.234 12 5.5 549.758

2 0.5 50.089 13 6 598.629

3 1 98.985 14 6.5 648.46

4 1.5 149.83 15 7 698.356

5 2 198.678 16 7.5 748.222

6 2.5 249.562 17 8 799.089

7 3 298.328 18 8.5 849.954

8 3.5 348.264 19 9 898.82

9 4 397.16 20 9.5 949.678

10 4.5 448.026 21 10 989.567

11 5 489.892

Berdasarkan tabel data di atas maka grafik nya dapat dilihat pada Gambar 4. 6 di bawah ini :

Gambar 4. 6. Grafik Uji Keluaran HV

[image:52.595.128.495.462.687.2]

demikian terjadi linearitas antara tegangan referensi dan tegangan yang dihasilkan.

4. 2. 1. 2. Uji Stabilitas Tegangan Tinggi

[image:53.595.199.420.361.602.2]

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui stabilitas rangkaian HV. Uji Kestabilan ini dilakukan dengan dua tahap yaitu tanpa beban dan menggunakan beban dengan keluaran tegangan tetap yang dibiarkan selama 2 jam. Adapun alat yang digunakan seperti blok diagram pada Gambar 4.5 sedangkan pencatatan waktunya menggunakan stopwatch yang dilakukan setiap 15 menit . Data hasil pengujian tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 4. 5.

Tabel 4. 5. Data uji HV tanpa beban

NO

Pengamatan ( menit )

Vout (volt )

1 0 800

2 15 800

3 30 800

4 45 800

5 60 800

6 75 800

7 90 800

8 105 800

Adapun grafik pengujian seperti berikut ini:

Gambar 4.7 Grafik Uji Stabilitas HV

Uji kestabilan dengan beban menggunakandetektor dengan impedansi 20 MOhm dan pencatatan waktunya menggunakan stopwatchyang dilakukan setiap 15 menit. Peralatan yang digunakan pada pengujian ini adalah rangkaian HV, voltmeter beserta probe HVnya dan detektor sebagai beban. Blok diagramnya pada Gambar 4.8.

Beban

Tegangan Tinggi

[image:54.595.137.490.124.367.2]

Pencacah Nuklir

Voltmeter

[image:55.595.224.401.140.384.2]

Data hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4. 6 di bawah ini:

Tabel 4. 6. Data uji HV dengan Beban

NO

Pengamatan (menit)

Vout (volt)

1 0 800

2 15 800

3 30 799

4 45 798

5 60 799

6 75 798

7 90 800

8 105 800

9 120 797

Dari Tabel diatas maka grafiknya dapat dilihat pada Gambar 4. 9.

Gambar 4.9 Grafik Uji Stabilitas HV dengan Beban

[image:55.595.130.497.442.661.2]

menggunakan beban, keluaran tegangan tingginya terjadi perubahan pada menit ke 30, 60, yaitu 799 volt dan menit 45 dan 75, yaitu 79 volt dan 795 volt dan menit 120 yaitu 197 volt.

Ralat persentase untuk uji stabilitas menggunakan beban dapat dihitung dengan persamaan : % 100 % x teori hasiluji teori ralat

Tegangan rata-rata hasil uji = 799 volt

Tegangan yang diharapkan = 800 volt, sehingga

%

125

,

0

%

ralat

Dengan hasil persentase ralat sebesar 0,125 % maka rancangan tegangan tinggi pendeteksi cukup stabil.

4. 2. 2 Penguat Linear Pembentuk Pulsa Gaussian

Pengujian penguat linear untuk mengetahui pulsa keluaran yang telah dikondisikan oleh rangkaian ini. Dalam pengujian ini akan diamati bentuk keluaran pulsa pada pole zero concellation, gain, pole complex dan pulsa keluaran akhir pada rangkaian amplifier serta spesifikasi teknis penguat linear dan linearitas rancangan. Alat dan bahan yang dibutuhkan pada pengujian ini adalah function generator dan HV osiloskop dan rangkaian penguat linear (amplifier). Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 4.10 di bawah ini :

[image:56.595.164.452.635.692.2]

Function Generator Rangkaian Penguat (Amplifier) Osiloskop

Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Penguat Linear %

100 800

799 800

4.2.2.1 Uji Pengamatan Hasil Pulsa

Pada uji pengamatan ini besar frekwensi diatur tetap, yaitu 1 kHz dan hasil pulsanya dapat dilihat pada osiloskop.

a. Bentuk Pulsa Masukan

[image:57.595.169.453.264.405.2]

Pulsa keluaran yang berasal dari detektor masih berupa pulsa ekor panjang yang dapat dilhat pada gambar di bawah ini:

Gambar 4. 11 Pulsa Keluaran Penguat Awal

b. Bentuk Pulsa pada Rangkain Pole Zero Cancellation

Rangkaian pole zero cancellation menurunkan pulsa ekor panjang dengan falltime yang sempit serta membentuk sinyal keluaran akhir. Pulsa masukan dikuatkan tinggi pulsanya sampai ratusan mV dan bentuk pulsa nya dapat dilhat berikut ini:

[image:57.595.177.457.556.699.2]

c. Bentuk Pulsa pada Rangkaian Pulse Shapping

[image:58.595.170.454.198.342.2]

Pada rangkaian penguat pulsa yang telah diolah rangkaian pole zero cancellation sebagai pulsa masukan. Pembentukan pulsa dititik beratkan pada decay time pulsa. Hasil pembentukan pulsanya dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 4.13 Pulsa keluaran Pulse Shapping

d. Bentuk Pulsa pada Rangkaian Pole Complex

Bentuk pulsa pada rangkaian pole complex adalah gelombang gaussian yang sudah simetris dimana rise time dan fall time nya telah diperbaiki.

Bentuk pulsa keluarannya dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 4.14 Pulsa Keluaran Pole Complex

[image:58.595.168.458.511.630.2]

Bentuk pulsa yang dihasilkan pada rangkaian amplifier secara umumnya merupakan pulsa gaussian dimana sinyal masukan awal dari keluaran preamplifier pada detektor akan mengalami proses diferensiator dan integrator pada rangkaian pole zero concellation, penguatan dan pembentukan pulsa (pulse shapping) dan pole complex secara sederhana digambarkan sebagai berikut ini:

[image:59.595.168.459.228.506.2]

Gambar 4.15 Bentuk Pulsa Keluaran Penguat Awal dan Penguat Linear

4.2.2.2 Uji Linearitas Penguat Linear

[image:60.595.155.442.106.426.2]

Tabel 4.8. Data Linearitas Penguat Linear

NO Vin ( mV ) Vout ( V ) Gain ( kali )

1 25 0.50 20

2 50 0.94 19

3 75 1.49 19

4 100 1.98 19

5 125 2.4 48

6 150 2.77 86

7 175 3.36 18

8 200 4.00 20

9 225 4.41 89

10 250 4.8 18

[image:60.595.127.494.479.705.2]

Dari data tersebut maka grafiknya diperlihatkan pada Gambar 4. 16 di bawah ini :

Dari grafik uji linearitas penguat linear didapat kurva dengan persamaan Y = aX - b = 0,019X - 0,003 , sehingga didapat nilai regresi nilainya R2 = 0, 997. Maka terjadi linearitas antara tegangan keluaran penguat awal dan tegangan keluaran dari penguat linear.

4.3 Pengujian Sistem secara Virtual pada Proteus

[image:61.595.114.514.354.577.2]

Pengujian sistem ini dititik beratkan pada rangkain amplifier yang dibuat sebagai penguat utama yang disimulasikan pada proteus untuk melihat tampilan gelombang yang berasal dari signal generator dan pulsa keluarannya pada osiloskop virtual. Adapun bentuk simulasinya dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 4.17 Simulasi Sistem pada Proteus

[image:62.595.138.487.85.293.2]

Gambar 4.18 Tampilan Gelombang pada Osiloskop Virtual

Berdasarkan tampilan pada osiloskop di atas dapat dilhat bahwa pulsa masukan pada channel D merupakan gambaran dari bentuk pulsa ekor panjang yang akan mengalami proses pada tiap-tiap bagian pada rangkaian amplifier seperti yang telah dijelaskan sebelumnya sampai terbentuklah pulsa gaussian yang ditunjukkan pada channel A pada osiloskop. Oleh karena itu, rangkain penguat (amplifier) yang dibuat dalam kondisi yang baik dan benar.

4.4 Pengujian Sistem Pembangkit Pulsa

Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan sumber radio aktif I-125, detektor dan pre-ampnya, HV, dan amplifier serta osiloskop sebagai indikator hasil pengujiannnya. Blok diagramnya dapat dilihat pada Gambar 3.1. Hasil pulsanya dapat dilihat pada osiloskop seperti Gambar 4. 19.

[image:62.595.148.478.631.715.2]

Gambar 4.19.b Pulsa Keluaran Penguat Linear

BAB 5

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diperoleh kesimpulan antara lain : 1. Detektor yang di gunakan bekerja dengan baik, yaitu memiliki resolusi

7,95 % dan efisiensi 4,08 %.

2. HV yang dirancang mampu membangkitkan kinerja detektor dengan linearitas tegangan antara HV dan daerah kerja detektor.

3. Hasil pengujian detektor didapatkan pulsa keluaran dari detektor dan pre amplifier merupakan pulsa listrik berbentuk eksponensial.

4. Hasil pengujian amplifier menghasilkan pulsa gelombang linear berbentuk Gaussian.

5.2 Saran

Apabila dilakukan penelitian lebih lanjut perlu diperhatikan beberapa hal sebagai berikut:

1. Pemilihan komponen yang akan dipakai memiliki nilai toleransi yang kecil sehingga rangkaian dapat berfungsi optimal.

DAFTAR PUSTAKA

Akhadi, Mukhlis. 1997. Pengantar Teknologi Nuklir. Jakarta: Rineka Cipta Arthur, Beiser. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

Susetyo, Wisnu.1998. Spektrometer Gamma. Yogyakarta: Gajah Mada University Press

Cember, Herman. 1983. Introduction to Health Physic. Edisi bahasa Indonesia. Sydney: Pergamon Press.

Panitia PPR STTN. 2009. Modul Pelatihan Petugas Proteksi Radiasi. Yogyakarta: STTN BATAN.

Ridwan, mohammad, Prayoto dkk. 1978. Pengantar Ilmu Pengetahuan Teknologi Nuklir. Jakarta : Badan Tenaga atom nasional.

Trikasjono, Toto. 2009. Diktat Deteksi dan Pengukuran Radiasi. Yogyakarta: STTN BATAN.

Trikasjono, Toto. 2008. Pengantar Instrumentasi Nuklir. Yogyakarta: STTN Tsoulfanidis, Nicholas. 1983. Measurement and detection and detection of

radiation. London: Hemisphere publishing Corporation.

WS, Sriwidodo. 1995. Cermin Dunia Kedokteran. Jakarta : Grup PT Kalbe Farma http://artikel.staff.uns.ac.id/2008/11/18/aplikasi-nuklir-di-bidang-kesehatan/

Diakses pada tanggal17 april 2014

www.infonuklir.com/file_download/Radioisotop%20dan%20Radiofarmaka. Diakses pada tanggal 16 april 2014

http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Pencacah_03htm Diakses pada tanggal 16 april 2014

http://papers.sttn-batan.ac.id/prosiding/2011/E7.pdf Diakses pada tanggal 16 april 2014

http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Dasar_Materi. Diakses pada tanggal 16 april 2014

DAFTAR PUSTAKA

Akhadi, Mukhlis. 1997. Pengantar Teknologi Nuklir. Jakarta: Rineka Cipta Arthur, Beiser. 1999. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

Susetyo, Wisnu.1998. Spektrometer Gamma. Yogyakarta: Gajah Mada University Press

Cember, Herman. 1983. Introduction to Health Physic. Edisi bahasa Indonesia. Sydney: Pergamon Press.

Panitia PPR STTN. 2009. Modul Pelatihan Petugas Proteksi Radiasi. Yogyakarta: STTN BATAN.

Ridwan, mohammad, Prayoto dkk. 1978. Pengantar Ilmu Pengetahuan Teknologi Nuklir. Jakarta : Badan Tenaga atom nasional.

Trikasjono, Toto. 2009. Diktat Deteksi dan Pengukuran Radiasi. Yogyakarta: STTN BATAN.

Trikasjono, Toto. 2008. Pengantar Instrumentasi Nuklir. Yogyakarta: STTN Tsoulfanidis, Nicholas. 1983. Measurement and detection and detection of

radiation. London: Hemisphere publishing Corporation.

WS, Sriwidodo. 1995. Cermin Dunia Kedokteran. Jakarta : Grup PT Kalbe Farma http://artikel.staff.uns.ac.id/2008/11/18/aplikasi-nuklir-di-bidang-kesehatan/

Diakses pada tanggal17 april 2014

www.infonuklir.com/file_download/Radioisotop%20dan%20Radiofarmaka. Diakses pada tanggal 16 april 2014

http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Pencacah_03htm Diakses pada tanggal 16 april 2014

http://papers.sttn-batan.ac.id/prosiding/2011/E7.pdf Diakses pada tanggal 16 april 2014

http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/Pengukuran_Radiasi/Dasar_Materi. Diakses pada tanggal 16 april 2014