ABSORBSI RADIASI SINAR GAMMA ABSORBSI RADIASI SINAR GAMMA
M ARLAN SUKMA G (1127030049) M ARLAN SUKMA G (1127030049)
FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI
TAHUN 2015 TAHUN 2015 email :
email : [email protected]@student.uinsgd.ac.id
A.
A. Tujuan PercobaanTujuan Percobaan 1.
1. Mengkalibrasi energi sinar gamma dengan Co-60Mengkalibrasi energi sinar gamma dengan Co-60 2.
2. Menentukan koefisiensi absorbsi radiasiMenentukan koefisiensi absorbsi radiasi 3.
3. Memahami hubungan tebal absorber terhadap intensitas radiasiMemahami hubungan tebal absorber terhadap intensitas radiasi
B.
B. Dasar teoriDasar teori
Radiasi adalah pancaran energi dari suatu sumber energi ke lingkungannya. Radiasi adalah pancaran energi dari suatu sumber energi ke lingkungannya. Radiasi tidak dapat dideteksi oleh indra manusia, sehingga untuk mengenalinya Radiasi tidak dapat dideteksi oleh indra manusia, sehingga untuk mengenalinya diperlukan suatu alat bantu pendeteksi yang disebut dengan detektor radiasi. Ada diperlukan suatu alat bantu pendeteksi yang disebut dengan detektor radiasi. Ada beberapa
beberapa jenis jenis detektor detektor yang yang secara secara spesifik spesifik mempunyai mempunyai kemampuan kemampuan untuk untuk melacakmelacak keberadaan jenis radiasi tertentu yaitu detektor alpha, detektor gamma, detektor neutron, keberadaan jenis radiasi tertentu yaitu detektor alpha, detektor gamma, detektor neutron, dll. Radiasi dapat berinteraksi dengan materi yang dilaluinya melalui proses ionisasi, dll. Radiasi dapat berinteraksi dengan materi yang dilaluinya melalui proses ionisasi, eksitasi dan lain-lain. Dengan menggunakan sifat-sifat tersebut kemudian digunakan eksitasi dan lain-lain. Dengan menggunakan sifat-sifat tersebut kemudian digunakan sebagai dasar untuk membuat detektor radiasi.
sebagai dasar untuk membuat detektor radiasi.
Gambar 1.
Gambar 1. Radiasi α, β dan ɣRadiasi α, β dan ɣ
Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek (dalam orde Angstrom) yang dipancarkan oleh inti atom gelombang yang sangat pendek (dalam orde Angstrom) yang dipancarkan oleh inti atom yang tidak stabil yang bersifat radioaktif. Setelah inti atom memancarkan partikel yang tidak stabil yang bersifat radioaktif. Setelah inti atom memancarkan partikel
,,dalam keadaan tereksitasi tersebut akan turun ke keadaan dasarnya dengan memancarkan radiasi gamma.
Detektor yang umum digunakan dalam spektroskopi gamma adalah detektor sintilasi NaI (Tl). Detektor ini terbuat dari bahan yang dapat memancarkan kilatan cahaya apabila berinteraksi dengan sinar gamma. Efisiensi detektor bertambah dengan meningkatnya volume kristal sedangkan resolusi energi tergantung pada kondisi pembuatan pada waktu pengembangan kristal. Sinar gamma yang masuk ke dalam detektor berinteraksi dengan atom-atom bahan sintilator menurut efek fotolistrik, hamburan Compton dan pasangan produksi, yang akan menghasilkan kilatan cahaya dalam sintilator. Keluaran cahaya yang dihasilkan oleh kristal sintilasi sebanding dengan energi sinar gamma.
Cara kerja dari detektor ini adalah sebagai berikut : Apabila sinar gamma mengenai detektor NaI(Tl) maka akan terjadi tiga efek, yaitu efek fotolistrik, efek compton dan bentukan pasangan. Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma yang mengenai elektron di kulit K dari sebuah atom maka elektron tersebut akan kosong sehingga akan diisi oleh elektron dari kulit yang lain, transisi ini yang menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Efek compton adalah efek yang terjadi apabila sinar gamma (dalam hal ini) mengenai elektron bebas atau elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangatlah kecil sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma memancar ke elektron bebas ini maka akan terjadi hamburan, yang disebut hamburan compton. Sedangkan Efek bentukan pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju di dekat inti atom sehingga akan terbentuk pasangan positron dan elektron, syaratnya tenaga sinar haruslah cukup.
Dari ketiga efek tersebut, efek comptonlah yang paling kuat hal ini diakibatkan karena tenaga yang digunakan untuk melepas elektron juga yang lebih besar. Dan dari ketiga efek tersebut menghasilkan sintilasi atau pancaran cahaya, pancaran cahaya ini akan diteruskan ke fotokatoda yang dapat menguraikan cahaya ini menjadi elektron -elektron. Elektron ini masih lemah maka harus dikuatkan lagi dayanya oleh pre amplifier , dan dikuatkan tinggi pulsa dengan amplifier. Lalu elektron tadi dimasukkan ke PMT yang terdiri dari tegangan bertingkat dan banyak katoda, keluaran dari PMT menjadi berganda.
Peristiwa absorbsi adalah salah satu bentuk kehilangan energi zarah radiasi beta bila mengenai medium. Berbeda dengan radiasi partikel bermuatan (a atau b), daya tembus radiasi gamma dan sinar-X sangat tinggi bahkan tidak dapat diserap secara keseluruhan.
Gambar 2. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnetik
Hubungan antara intensitas radiasi yang datang (I0) dan intensitas yang diteruskan (Ix)
setelah melalui bahan penyerap setebal x adalah sebagai berikut.
=
0
−
(1)μ adalah koefisien serap linier bahan terhadap radiasi gamma dan sinar-X. μ sangat dipengaruhi oleh jenis bahan penyerap, nomor atom (Z) dan densitas (r) serta energi radiasi yang mengenainya. Nilai tebal bahan penyerap dapat dalam satuan panjang (mm ; cm) ataupun dalam satuan massa persatuan luas (gr/cm2). Terlihat bahwa persamaan (1) di atas merupakan persamaan eksponensial seperti persamaan peluruhan radioaktif sehingga dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 3. Kurva intensitas radiasi yang diteruskanoleh bahan penyerap
Bila di peluruhan radioaktif dikenal istilah waktu paro, disini terdapat istilah tebal paro (HVL = half value layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap separo dari intensitas
mula-mula atau intensitas yang diteruskan tinggal separonya. Istilah lain adalah TVL (tenth value layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap 90% intensitas mula-mula atau intensitas yang diteruskan tinggal sepersepuluh (10%) nya. Nilai HVL dan TVL suatu bahan ditentukan dari koefisien serap linier (μ) nya dengan persamaan berikut.
HVL =
0,693
;TVL =
2,303
(2)Perhitungan intensitas radiasi yang masih diteruskan setelah melalui suatu bahan penyerap (penahan radiasi) lebih mudah bila menggunakan konsep HVL dan TVL ini
dibandingkan harus menggunakan persamaan dasarnya
= (
1
2
)
0
;
= (
10
1
)
0
(3) Dimana n adalah jumlah HVL (x/HVL) sedangkan m adalah jumlah TVL (x/TVL).C. METODE PERCOBAAN 1. Alat dan bahan
Komputer Cassy lab
Sumber Co-60, Am-241, Ra-226 Detektor sintilasi
Bahan Alumunium 3 lapis 2. Prosedur percobaan
Percobaan 1 : Kalibrasi Energi
Dalam sistem spektroskopi terdapat beberapa langkah konversi pada pengolahan setiap radiasi menjadi pulsa listrik dan akhirnya menjadi suatu spektrum distribusi energi radiasi yaitu dengan mengkonversi energi radiasi menjadi tinggi pulsa listrik oleh detector dan amplifier. Kemudian tinggi pulsa listrik dikonversikan
menjadi posisi channel dalam spektrum radiasi oleh ADC dan MCA. Menyiapkan program Cassy lab dan memasang sensor pendeteksi. Mengatur counter (waktu) pada Cassy Lab dengan kondisi konstan
Mengukur nilai radiasi cacah latar dengan pengambilan data pada puncak spektrum
Menghitung cacah radiasi sebagai I0
Percobaan 2 : Menentukan Koefisiensi Absorbsi radiasi
Mengatur counter (waktu) pada Cassy Lab dengan kondisi konstan Memasang 1 lapis penghalang (shield) antara sumber dan detektor
Menghitung cacah latar dengan pengambilan data pada puncak spektrum dengan memasukkan nilai chanel dan mengubah nA menjadi EA
Menghitung cacah radiasi sebagai I0
Menghitung cacah radiasi dengan penghalang Aluminium dari ketebalan yang paling tipis (1 lapis) sampai paling besar (3 lapis)
Mengulangi percobaan dengan menggunakan seng sebagai penghalang Menentukan koefisien absorbansi
Membandingkan pengaruh bahan dan ketebalan penghalang terhadap intensitas radisi
D. DATA DAN ANALISIS DATA 1. Data Percobaan
Sumber Radiasi Co-60
No Io It x (mm) It/Io ln (It/Io) µ HVL tvl
1 114 103 0,28 0,90351 -0,1015 0,362391
1,8745 6,2295 2 114 99 0,4 0,86842 -0,1411 0,352696
3 114 90 0,6 0,78947 -0,2364 0,393981
rata2 0,36969
Tabel 1. Data percobaan dengan sumber radiasi Co-60
Gambar 4. Grafik intensitas terhadap ketebalan plat dengan sumber radiasi Co-60
Sumber Radiasi Ra-226
No Io It x (mm) It/Io ln (It/Io) µ HVL tvl
1 161 155 0,28 0,92547 -0,0775 0,276636 3,5097 11,664 2 161 149 0,4 0,91925 -0,0842 0,21048 3 161 148 0,8 0,91925 -0,0842 0,10524 0 20 40 60 80 100 120 140 0 2 4 6 8 I o ( W / m m 2 ) ketebalan (mm)
Co-60
rata2 0,197452 Tabel 2. Data percobaan dengan sumber radiasi Ra-226
Gambar 5. Grafik intensitas terhadap ketebalan plat dengan sumber radiasi Ra-226
Sumber Radiasi Am-241
No Io It x (mm) It/Io ln (It/Io) µ HVL tvl
1 87 86 0,28 0,94253 -0,0592 0,211389
2,8944 9,6186 2 87 82 0,4 0,87356 -0,1352 0,337937
3 87 76 0,8 0,87356 -0,1352 0,168968
rata2 0,239431
Tabel 3. Data percobaan dengan sumber radiasi Am-241
Gambar 6. Grafik intensitas terhadap ketebalan plat dengan sumber radiasi Am-241 2. Analisis data
Koefisien serapan sinar gamma merupakan suatu konstanta pembanding yang menghubungkan antara besarnya intensitas sumber radioaktif yang terserap dengan ketebalan suatu bahan penyerap. Besarnya koefisien serapan sinar gamma dapat
0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 12 14 I o ( W / m m 2 ) ketebalan (mm)
Ra-26
0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 I o ( W / m m 2 ) ketebalan (mm)Am-241
ditentukan dengan mencacah intensitas sumber radioaktif yang memancarkan sinar gamma. Untuk mendapat cacahan yang murni dari sinar gamma, maka dalam percobaan perlu dicari cacah latar terlebih dahulu. Setelah cacahan latar ini diperoleh
maka cacahan latar ini nantinya digunakan untuk mengurangi dari jumlah cacahan atau intensitas yang diperoleh, maksudnya bahwa intensitas sebenarnya yang dapat dipakai dalam perhitungan adalah intensitas yang dihasilkan oleh isotop tanpa bahan penyerap ataupun isotop dengan bahan penyerap dikurangi dengan intensitas dari cacah latar. Hal ini dikarenakan bahwa di alam sekitar terdapat unsur-unsur radioaktif yang dapat terdeteksi oleh detektor. Jika bahan penyerap yang berupa lempengan alumunium diletakkan diantara sumber sinar gamma dan detektor, maka intensitas yang terbaca pada alat akan berkurang karena sebagian intensitas terserap oleh lempeng alumunium. Dapat dikatakan bahwa harga intensitas radiasi menurun secara ekponensial terhadap ketebalan bahan penyerap sinar gamma yang mempunyai tenaga tinggi akan menghasilkan pulsa yang tinggi sedangkan sinar gamma bertenaga rendah akan menghasilkan pulsa yang rendah pula. Di lain pihak intensitas sinar gamma yang terdeteksi mempengaruhi cacah elektron yang dibebaskan.
Semakin tinggi intensitas sinar gamma makin banyak electron yang dibebaskan dan makin banyak pula pulsa yang dihasilkan oleh detektor. Ketebalan lempeng yang digunakan sebagai bahan penyerap masing-masing adalah 0,28 mm, 0,4 mm dan 0,8 mm. Ketika sinar gamma melewati material, maka sebagian sinar gamma tersebut diserap oleh material.
Data tabel yang diperoleh diatas baik pada sumber radiasi Co-60, Ra-226 maupun Am-241 menunjukan hasil yang sesuai dengan referensi dimana intensitas sinar gamma mula-mula berkurang setelah melewati suatu lempengan alumunium. semakin tebal lempengan alumunium yang dilewati maka akan semakin banyak pula intensitas sinar yang diserap dan semakin kecil intensitas akhir sinar gamma.
Perolehan data intensitas diatas diplot kedalam grafik eksponensial terhadap ketebalan plat. Hasil yang paling baik ditunjukan oleh grafik dengan sumber radiasi Co-60, hal ini karena Co-60 merupakan pemancar radiasi sinar gamma paling baik dibandingkan dengan Ra-226 dan Am-241.
E. KESIMPULAN
Berdasarkan dari percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
2. Hasil yang paling baik ditunjukan oleh grafik dengan sumber radiasi Co-60, hal ini karena Co-60 merupakan pemancar radiasi sinar gamma paling baik dibandingkan dengan Ra-226 dan Am-241.
F. DAFTAR PUSTAKA
http://smukmin.blogspot.com/2011/10/interaksi-radiasi-dengan-materi.html http://www.slideshare.net/DeetheyInnkklee/interaksi-radiasi-dengan-materi
