LAPORAN
FISIKA EKSPERIMENTAL II
Percobaan R-3: PENGUKURAN SPEKTRUM DIFERENSIAL DENGAN SCA
Pelaksanaan Praktikum
Hari : Senin Tanggal : 15 September 2014 Jam : 14.50-16.40
Oleh:
IMROATUL MAGHFIROH
NIM: 081211331125Anggota Kelompok:
1. Dewi Karmila Sari NIM : 081211333003 2. Hanu Lutvia NIM : 081211331144 3. Mei Budi Utami NIM : 081211332009 4. Muh. Patria Mahardhika NIM : 081211333026
33
Dosen pembimbing : 1. Drs. R. Arif Wibowo, M.Si. 2. Drs. Khusnul Ain, MT
LABORATORIUM FISIKA RADIASI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
PERCOBAAN R.3
PENGUKURAN SPEKTRUM DIFERENSIAL DENGAN SCA
A. TUJUAN
1. Menentukan spektrum diferensial energi α dengan menggunakan sca
detektor semikonduktor
2. Menghitung resolusi energi α
B. ALAT DAN BAHAN
1. Detektor semikonduktor (559 92)
2. Discriminator preamplifier (559 93)
3. SCA (Single Channel Analyser/ 559 95) yang termasuk di dalamnya:
a. Preamplifier
b. Amplifier
c. DAC (Digital to analog converter)
d. Diskriminator
4. XY-YT recorder (575 662)
5. Sumber radiasi-α Ra-226 dan Am-241
C. DASAR TEORI
Pengukuran spectrum energi diferensial dilakukan dengan mengukur
jumlah partikel yang berada dalam interval energi tertentu, yang hal ini
akan sama dengan mengukur jumlah pulsa yang berada dalam interval
tertentu. Hal ini dapat diperoleh dengan cara mengoperasikan SCA sebagai
mode differensial.
SCA mempunyai satu salur pencacahan yang dibatasi oleh suatu
ambang batas dan ambang bawah yang jarak antara ambang tadi bisa diatur
dan disebut dengan cendela (window). Hanya pulsa-pulsa yang mempeunyai
tiggi amplitudonya berada di dlaam cendela saja yang akan diteruskan
menuju alat pencaca, sedangkan semua pulsa yang tingginya di luar cendela
tidak akan tercacah.
Jika batas SCA diset pada V1 (atau E1) dan jendela memiliki lebar
(atau ) maka hanya pulsa dengan tinggi antara V1 dan V1+ yang
Resolusi energi
Unjuk kerja detector yang digunakan untuk pengukuran energi
ditentukan oleh lebar distribusi pulsa sumber energi tunggal, yang
ditunjukkan oleh Γ atau FWHM (full With half maximum). Kemampuan detector untuk mengidentifikasi partikel dengan energi yang berbeda disebut
resolusi energi yang dinyatakan dalam,
Γ (1)
Dengan Γ dalam suatu energi, sedang R(Eo) dalam persen. Ada tiga factor
penting yang mempengaruhi resolusi energi :
1. Fluktuasi statistic dalam sejumlah muatan yang dihasilkan dalam detector
2. Derau elektronik dalam detektor, preamplifier dan amplifier
3. Tidak lengkapnya muatan yang dihasilkan dalam detector
FWHM (Full Width at Half Maximum)
FWHM atau Full Width at Half Maximum merupakan lebar “peak”
energi pada setangah energi puncaknya. Resolusi energi radiasi alfa
merupakan kemampuan sistem spektrometer energi radiasi untuk
memisahkan antar energi radiasi. Hal ini sangat penting karena dapat
memberikan informasi seberapa valid informasi energi radiasi yang muncul
dalam spektrum radiasi yang dihasilkan.
D. PROSEDUR PERCOBAAN
I. Demonstrasi Distribusi Energi Dengan Osiloskop
1. Susun peralatan percobaan sesuai dengan gambar
2. Hidupkan SCA selama 5 menit sebelum eksperimen dimulai
3. Letakkan potensiometer untuk integral diskriminator pada skala tengah
4. Periksa setting peralatan yang digunakan seperti berikut ini :
Switch (e) : reset
Base potensiometer : 0,00
Window potensiometer : 30%
5. Amati spektrum energi-α (distribusi energi) yang terlihat pada
osiloskop.
II.Perekaman Spektrum Energi Dengan XY-Recorder
1. Periksalah rangkaian percobaan, apakah sudah seperti pada gambar
2. Buatlah sumbu x : 0,1 V/cm, dan sumbu Y : V/cm
3. Sebelum menggunakan pena XY recorder, saklar (s) di start dan amati
bentuk puncak-puncak dan lebar spectrum
4. Berkaitan dengan tinggi dan lebar puncak spectrum berikut ini perlu
diperhatikan :
Spektrum terlalu lebar : kecilkan amplifikasi
Spektrum terlalu sempit : perbesar amplifikasi Puncak terlalu tinggi : kurangi lebar window Puncak terlalu rendah : perbesar lebar window
5. Ambil sumber 241AM dan amati spektrumnya. Hitung resolusinya dan
cari konstanta yang menghubungkan antara energi dan tinggi pulsa
6. Ganti sumber dengan yang lain (minta asisten pembimbing), cari
tegangan puncak spectrum yang dihasilkan, tentukan energi spectrum-α
III. DATA HASIL EKSPERIMEN
A. Data Spektrum Energi-α-Am-241
370 101 84 82 86 77 430
B. Data Spektrum Energi -α-Ra-226
No.Kanal Cacah 1 Cacah 2 Cacah 3 Cacah 4 Cacah 5 Jumlah
0 12376 12541 12480 12329 12408 62134
10 8426 8712 8748 8761 8685 43332
20 4670 4356 4287 4358 4078 21749
860 14 7 5 5 11 42
870 11 8 9 5 12 45
880 12 8 8 16 4 48
890 8 10 8 11 14 51
900 8 8 14 4 4 38
910 10 7 5 9 7 38
920 3 8 4 6 6 27
930 8 9 5 5 2 29
940 4 9 9 7 4 33
950 3 12 9 9 11 44
960 10 8 5 5 6 34
970 7 7 7 7 7 35
980 9 7 5 6 5 32
990 4 6 3 2 8 23
1000 7 5 10 12 5 39
Keterangan:
Tabel dengan berwarna hijau tersebut merupakan nilai nomor kanal (dari
C. ANALISIS DATA
Terlampir
D. PEMBAHASAN
Kali ini telah dilakukan percobaan pengukuran spektrum diferensial
dengan SCA. SCA (Single Channel Analyser) yang digunakan ialah SCA 559
95 terdiri dari preamplifier, amplifier, DAC (Digital to Analog Converter),
dan diskriminator. Pada eksperimen ini, awal mula semua peralatan disusun
seperti berikut ini:
Susunan Peralatan Eksperimen R.3
Setelah menyusun peralatan dengan benar selanjutnya
mengoperasikan peralatan sesuai dengan prosedur. Pada prinsipnya,
pengukuran spektrum energi diferensial ini dilakukan dengan mengukur
jumlah partikel yang berada dalam interval energi ΔE tertentu atau mengukur
jumlah pulsa yang berada dalam interval ΔV tertentu, dan hal tersebut dapat diperoleh dengan cara mengoperasikan SCA sebagai mode diferensial.
Pada eksperimen ini, digunakan pula detektor semikonduktor yang
memiliki kelebihan dibandingkan dengan detektor lainnya, detektor ini
memiliki resolusi yang baik karena mampu memisahkan energi dari partikel
yang menghasilkan polyenergetik. Selain itu juga mampu memberikan respon
yang linier dimana kenaikan energi sebanding dengan pancaran radiasi yang
diterima serta memiliki range yang lebar. Efisien yang tinggi juga perlu
diperhitungkan karena bahan penyusun detektor memiliki kerapatan yang
tinggi sehingga memungkinkan untuk membuat hasil spektrum yang mudah
dianalisis. Waktu timbul pulsa detektor semikonduktor ini cepat dan dapat
beroperasi pada daerah vacum dan tentunya tidak terpengaruh terhadap medan
Partikel α pada dasarnya terdiri dari 2 proton dan 2 neutron atau identik dengan inti helium. Partikel ini sangat masifdan berenergi tinggi serta
dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang memiliki rasio neutron terhadap
proton yang terlalu rendah. Secara spontan inti akan meluruh menjadi atom
helium atau patikel α. Pada eksperimen ini digunakan radioaktif Am-241
sebagai kalibrator atau pembanding dan radioaktif Ra-226 yang akan dicari
energi partikel α dari hasil peluruhannya.
Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon peluruhan α memenuhi
reaksi yang dinyatakan oleh :
dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Sedangkan untuk
peluruhan radioaktif 226Ra menjadi 210Po dalam eksperimen ini dapat
partikel α yang masing-masing partikel α memiliki besar energi partikel yang berbeda. Pada grafik antara jumlah cacahan dan nomor kanal pada eksperimen
ini, terlihat spektrum energinya memiliki 5 puncak yang menunjukkan
besarnya energi yang dihasilkan partikel α tersebut selama meluruh. Salah satu tujuan eksperimen ini adalah untuk menentukan energy dari partikel α Ra-226
dengan menggunakan Am-241 sebagai kalibrator yang memiliki spektrum
monoenergetik radiasi α sebesar 5,6 MeV. Besarnya energi partikel puncak
pada spektrum energi peluruhan Ra-226 menjadi Po-210 didapatkan dengan
menganalisis spektrum energi Am-241. Puncak energi partikel α pada
peluruhan Am-241 terjadi pada kanal 370, sehingga dapat diketahui bahwa 1
kanal mewakili besarnya energi yang dipancarkan partikel α sebesar
.
Maka, dapat ditentukan energi partikel α dari masing-masing
peluruhan, dan jika dibandingkan dengan energi partikel α tiap inti pada
literatur, terdapat persentase kesalahan sebagai berikut:
Inti Energi (MeV) % kesalahan
Selain menentukan spektrum diferensial energi partikel α, eksperimen
ini juga bertujuan untuk menghitung resolusi energi partikel α dari Am-241.
Resolusi energi ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus ,
dengan dalam satuan energi, dan
dalam persen. FWHM ini merupakan lebar „peak‟ energi pada setengah energi puncaknya (dapat dilihat pada lampiran). Setelah melakukan analisis
data, maka diketahui nilai resolusi energi partikel α pada eksperimen ini ialah
sebesar 50,89%.
E. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan pembahasan serta analisis data yang telah dilakukan,
maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada peluruhan 226Ra menjadi 210Po menghasilkan 5 buah partikel α yang
masing-masing partikel α memiliki besar energi yang berbeda dan
ditunjukkan dengan 5 puncak energi pada spektrum energinya.
2. Resolusi energi α yang diperoleh sebesar 50,89%
3. Energi partikel α pada tiap puncak dihasilkan sebagai berikut:
Saran-saran yang dapat diberikan, sebagai berikut:
1. Hendaknya menggunakan peralatan-peralatan eksperimen yang masih
dapat berfungsi dengan baik, sehingga didapatkan data hasil eksperimen
yang sesuai dan mendekati kebenaran
2. Diperlukannya penelitian lanjutan dengan memperbanyak variabel–
variabel penelitian agar memperoleh banyak variasi data sehingga dapat
menambah nilai kemanfaatannya.
F. DAFTAR PUSTAKA
Krane,keneth.1992.Modern Physics. John WileySons,inc.,.Jakarta:Penerbit
Universitas Indonesia (UI-Press).
Leybold.1998.General Cataloque of Physics Experiments.Federal Republik
of Germany:Technical alterations reserved.
Setiawati, Heni. 2009. Rancang Bangun Single Channel Analyser Pada
Spektrometer Radiasi Nuklir.
Tipler, Paul A dan Ralph A.Liewellyn.1933.Modern Physics, Fourth Edition.
New York
_______________.2011. Modul Eksperimental Radiasi. Surabaya: Fakultas
ANALISIS DATA
PENGUKURAN SPEKTRUM DIFERENSIAL DENGAN SCA
A.Sumber Radiasi α-Am-241
Berdasarkan data eksperimen yang diperoleh, maka didapatkan grafik
Diketahui dari literature, energi untuk Am-241 adalah 5,6 MeV dan diketahui
pula dari grafik di atas, nilai cacahan terbanyak ialah pada nomor kanal 370.
Maka,
Sehingga, dapat ditentukan:
Dengan
Maka, resolusi energi α-Am-241 adalah:
B.Sumber Radiasi α-Ra-226
Berdasarkan grafik di atas, dapat diketahui bahwa:
Sehingga, energi radiasi α dapat dicari sebagai berikut:
Jika, hasil energi partikel alfa yang telah diperoleh ini dibandingkan dengan
hasil pada literatur,maka terdapat persentase kesalahan sebagai berikut:
| |
| |
| |
| |
| |
| |
