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 :
1. Ayu Martiningsih (081311333048) 2. 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
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±0,002364)s . 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
1. Dasar Teori
1.1 Prinsip kerja detektor Geiger Muller
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.
1.2 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).
n=g+ngτ ... (1) atau n=1 g
−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:
g1
1.3 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
P(m)=Nk(m)
2. 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).
8. Hitung laju cacah sesungguhnya (n1, n2, n12)
3. Hasil Percobaan
3.1 Distribusi Statistik Latar
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm T = 10s
Data pengamatan untuk pencacahan latar
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm T = 10s
Data pengamatan untuk pencacahan sumber Cs-137
3.3
Resolving Time Detektor
3.3.1 Pencacahan sumber latar
Jarak antara sumber dengan detektor = 3
3 6
3.3.2 Pencacahan sumber Co-60
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm T = 10s
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
2 623
3.3.4 Pencacahan sumber Cs-137
Jarak antara sumber dengan detektor = 3 cm T = 10s 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.
0 2 4 6 8 10 12
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.
42
6-Grafk Distribusi Statistik Sumber Cs-137
m
P
(
m
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±0,002364)s 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.
5. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah praktikan lakukan, diperoleh hasil bahwa:
1. Detektor Geiger Muller bekerja jika ada ion positif dan ion negatif yang bergerak ke anoda dan katoda sehingga menghasilkan pasangan ion.
2. Diperoleh resolving time sebesar τ=(0,00778±0,002364)s
3. Diperoleh laju cacahan sesungguhnya untuk: a. sumber Co-60 n1=7,66cacahans
b. sumber Cs-137 n2=316,69cacahans
c. sumber Co-60 dan Cs-137 n12=124,38cacahans
4. distribusi statistik latar termasuk ke dalam distribusi poison dan distribusi statistik sumber Cs-137 termasuk ke dalam distribusi normal.
6. 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
