PENGUMPULAN DATA DlFRAKTOMETER
NEUTRON
MENGGUNAKAN SISTEM DA T ANIM
S yIP
Ilias Ginting
PusatPenelitian danPengembangan
TeknikNuklir-BATAN;
Jl Tamansari
71 Bandung
~
ABSTRAK
PENGUMPULAN DATA DIFRAKTOMETER NEUTRON MENGGUNAKAN SISTEM DATANIM .Telah dilakukan pengembangan sistem pengumpulan data an tara difraktometer neutron dengan mikro komputer IBM-PC melalui antarmuka telekomputer Model 6726. Komputer ini dilengkapi 110 kar1u serial dengan 1(; INS8250 sebagai adapter komunikasi asinkron RS 232C dengan sistem DATANIM buatan Canberra. Dengan menggunakan bahasa Turbo Pascal, pemakai dapat mengendalikan antarmuka telekomputer Model 6726 untuk menggerakkan motor lengan difraktometer, mengumpulkan data cacahan, menampilkan data cacahan di layar monitor, menyimpan data cacahan dalam memori dan mencetak data ke printer.
ABSTRACT
DATA COLLECTION FOR NEUTRON DIFFRACTOMETER USING DATANIM SYSTEM. Data Collection system development between neutron diffractometer and IB~~-PC micro computer through out Model 6726 telecomputer interface has been carried out. The computer is equipped with I/O serial card with IC INS8250 as asynchronous communication adapter RS 232C and Canberra DATANIM system. Using Turbo
Pascal language, user can control 672f; telecomputer interface for diffractometer movement arm motor, collecting counting data, displaying on the monitor screen, store counting data in the memory and print out to the printer.
-PENDAHULUAN
Difraktometer neutron merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk penyelidikan struktur kristal bahan yang dilengkapi dengan beberapa perangkat pencacah untuk mendeteksi neutron sebelum daD sesudah mengenai cuplikan maupun motor penggerak lengan difraktometer untuk mengubah sudut hamburan daTi cuplikan. Sebagai perangkat keras digunakan sistem pencacah buatan Canberra yang disebut sistem DA T ANIM daD dikenal sebagai modul eksekutif maupun operasional.
Modul eksekutif terdiri daTi antarmuka telekomputer Model 6726 [1], sedangkan modul operasional berupa Axis Positioner Model 6647 [2] untuk menjalankan motor lengan difraktometer daD Dual Counterffimer Model 6326 [3] untuk akusisi data. Setiap modul operasional tersebut mempunyai nomor alamat (address) yang terdiri daTi dua digit daD setiap modul mempunyai nomor ~lamat yang berbeda untuk memudahkan mengirim/menerima perintah ke modul yang dikehendaki.
Modul antarmuka telekomputer Model 6726 memberikan fasilitas komunikasi serial asinkron daD
level isyarat menggunakan standar EIA RS-232C. Semua instruksi yang diterima maupun yang dikirim
48
~/2S1
berupa karakter ASCII tertentu yang telah distandarkan oleh Canberra. Dengan dasar pemikiran seperti tersebut di atas hal ini memungkinkan untuk membuat sistem pengumpulan data difraktometer neutron melalui mikro komputer IBM PC. Mikro komputer yang telah dilengkapi dengan I/O serial card digunakan sebagai komunikasi antara komputer dengan modul eksekutif antarmuka telekomputer Model 6726. Jantung daripada I/O serial card tersebut berupa sebuah chip [C buatan [ntel dengan nomor kode [NS 8250 yang dapat diprogram dan hanya digunakan untuk komunikasi asinkron.
Perangkat lunak pengumpulan data
difraktometer neutron ditulis dalam bahasa Pascal [4] yang terdiri dari beberapa prosedur guna mengontrol antarmuka telekomputer Model 6726 dan komputer tidak boleh melakukan interupsi selama counter/timer ataupun axis positioner dalam keadaan sibuk (busy).
Keuntungan sistem pengumpulan data
difraktometer neutron ini, pemakai tidak perlu berhubungan langsung dengan peralatan yang berada dalam ruang reaktor, kecuali untuk hal-hal tertentu misalnya memasang atau mengganti cuplikan. Disamping itu program pengumpulan data ini dapat
I~
p~
~ ~
N...t.- H~
~
~
I~~
melaksanakan
perintah-perintah operasi sesuai dengan
keinginan pemakai secara terns menerus untuk kurun
waktu yang cukup lama.
TATAKERJA
Difraktometer Neutron
Bagan difraktometer neutron secara keseluruhan ditunjukkan pada gambar I clan alur sistem pencacah ditunjukkan pada gambar 2. Berkas neutron yang berasal dari lubang sumber (beamhole) reaktor TRIG A MARK II disalurkan melalui kolimator dalam (inpile collimator) clan jatuh mengenai monokromator kristal tunggal Cu (Ill) sehingga diperoleh berkas neutron monokromatis dengan panjang gelombang tertentu. Selanjutnya berkas neutron akan melewati kolimator ke dua clan jatuh pada cuplikan yang terletak di atas meja cuplikan. Di depan pintu kolimator kedua dipasang monitor untuk memantau jumlah neutron yang jatuh pada cuplikan, sedangkan neutron yang dihamburkan oleh cuplikan akan melewati kolimator ketiga clan dicacah oleh detektor utama. Detektor monitor menghasilkan pulsa sebanding dengan jumlah neutron datang clan pulsa tersebut diperkuat melalui penguat awal maupun penguat linier. Jikalau jumlah pulsa yang dihasilkan detektor monitor mencapai nilai cacah preset yang telah ditentukan, akan
dihasilkan sebuah pulsa COMPLETION yang
dikirimkan ke bus data. Hal ini akan mengakibatkan proses pencacahan terhenti clan jumlah neutron yang ditangkap oleh detektor utama akan ditampilkan pada Dual Counter/Timer serta dikirimkan ke komputer untuk disimpan pada disket. Untuk mengubah sudut hamburan cuplikan, pada lengan difraktometer dipasang motor langkah (stepping motor) clan pergerakan motor ini diatur oleh Axis Positioner Model 6647 maupun Motor Drive Model 6028.
"
Gambar 2: Susunan peralatan pengumpulan data difraktometer neutron
Antarmuka Telekomputer
Antannuka telekomputer Model 6726
merupakan modul eksekutif yang memberikan fasilitas komunikasi serial full duplex antara komputer dengan sistem DA T ANIM, yaitu suatu metode komunikasi data dimana sinyal data dikirim dalam dua arab pada jalur yang sarna secara simultan. Sistem DA T ANIM dapat menerima tipe karakter berbentuk: I. Karakter data, 2. Karakter kontrol yang terdiri dari reset. start, eksekusi maupun kontinu clan 3.Karakter Instruksi untuk melaksanakan modus operasi misalnya gerak motor, pengambilan data, baca data clan sebagainya. Sistem DA T ANIM dapat melaksanakan 11 perintah yang dapat diprogram yaitu: W Write, R Read, P Position, F Fixed
Data, X Microinstruction, E External Record, Q Read Status, S Step and Record, D Data Collection, I Integrated Scan clan 0 Operate. Untuk sistem pengumpulan data difraktometer neutron, karakter kontrol yang digunakan yaitu karakter RESET ($) clan START (!). Jika sistem Datanim menerima karakter RESET maka sistem DATAN.IM direset clan semua operasi dihentikan. Demikian pula dengan karakter START akan mengaktitkan antarmuka telekomputer Model 6726 untuk menanggapi ke 11 perintah seperti tersebut di atas. Dari ke II perintah ini untuk
pengumpulan data difraktometer neutron, cukup
dilaksanakan dengan 4 macam perintah yaitu:
a. Perintah Write: digunakan untuk menulis informasi ke modul Dual Counterffimer atau Axis Positioner dengan format perintah sebagai berikut.
Gambar 1: Bagan Difraktometer Neutron
b. Perintah Read (R): digunakan untuk membaca data sebuah modul untuk dikirimkan kepada komputer.
Format perintah sebagai berikut.
P~~~~N~H~~~
/~~
(CTS) digabung menjadi satu konektor ke NEWCH dan
baud rate digabungkan
ke ground.
IRlaal*~--~
k;;il-11,11
~L~~
c. Perintah Position (P) : digunakan untuk mengontrol
putaran motor lengan difraktometer yang dinyatakan
dengan :
untuk sistem Datanim ditentukan bahwa arah 0: putaran
motor berlawanan
jarum jam (-) dan arah I: searah
jarum
jam (+). Demikian juga laju putaran motor ditentukan
oleh digit yang diberikan.
Gambar 3: Hubungan antarmuka telekomputer Model 6726 dengan komputer
PERANGKAT
LUNAK
DIFRAKTOMETER
NEUTRON
Perangkat lunak untuk komunikasi komputer dengan sistem DA T ANIM seperti modul Axis Positioner Model 6326 daD Dual Counterrrimer Model 6648 melalui antarmuka telekomputer Model 6726 telah dibuat dalam bahasa Pascal. Level tegangan isyarat yang digunakan sesuai dengan pembakuan EIA yang disebut RS 232C. Format data terdiri daTi bit start 7 bit da,
ta
, parity off daD I bit stop. Subrutin yang digunakan sebagai protokol komunikasi adalah PROSEDUR INISIALISASI 8250 dan PROSEDUR INISIALISASI6726, untuk mengenal komunikasi data yang dapat
diterima oleh komputer maupun Antarmuka
Telekomputer. Prosedur di atas dipanggil pada awal program sebelum adapter komunikasi asinkron IBM beroperasi dan untuk komunikasi antara komputer daD
Input/Output Serial Asinkron antarmuka telekomputer Model 6726 digunakan baud
Bagian utama daripada adapter komunikasi ra~e sebesar 2400 baud. Berikut ditampilkan diagram asinkron mikro komputer IBM PC adalah chip IC a~lr program utama perangkat lunak pengumpulan data INS8250 yang dapat diprogram dan digunakan untuk dlfrak~ome~er neutron yang dinamakan DIFRAK.PAS keperluan komunikasi asinkron. Generator baud rate sepertl terlthat pada Gambar 4.
dapat diprogram daTi 50 baud sampai 9600 baud, akan ..Bagian daTi program utama DIFRAK.P AS tetapi dalam pengumpulan data difraktometer neutron ini dltamptlkan berupa menu-menu yaitu:
baudrate yang dapat diterima oleh antarmuka
telekomputer Model 6726 maksimum 2400 baud. Menu Perintah.
Semua protokol komunikasi dapat diprograrn daD harus Menu perintah didasarkan pada PROSEDUR dimuat sebelum adapter beroperasi daD status isyarat ~ET<::OMMAND daD merupakan masukan data yang kontrol dapat diperiksa dengan sistem perangkat lunak. d~benkan untuk melaks~nakan perintah pada peralatail Untuk komunikasi dengan peralatan luar pada adapter dtfraktometer. Subrutm masukan terdiri daTi digunakan konektor 25 kaki sebagai jalur komunikasi PROSEDUR MOTORFORM daD PROSEDUR antara komputer dan antarmuka telekomputer Model INPUTCOM.MAND yang merupakan tampilan dan 6726. Seperti terlihat pada gambar 3 hubungan masukan dart alamat motor, kecepatan, arab getak motor antara komputer dan antarmuka telekomputer Model serta sudut awal, sudut akhir daD langkah perpindahan 6726 menggunakan beberapa konektor yang terdiri daTi sudut lengan detektor. Selain itu pada detektor monitor Received Data (Rx -CMPOH), Transmitted Data (Tx -dan detektor utama masukan terdiri daTi alamat detektor CMPIH), Ready To Send (RTS) serta Clear To Send serta besamya preset time/count yang digunakan untuk
50 ~I 2$ A~ 1'i'i'i
8
digit 0 2 3 4 5 6 7
1781/4 1/2
2 4 20 100 slewrpm
d. Perintah Data Collection (D): merupakan perintah pengumpulan data dari modul Dual Counterffimer Model 6326. Format perintah sebagai berikut.
-Jeksekusi
D
aa,lnml
*
preset
Nilai preset dinyatakan dengan nx 10m. Banyaknya cacah preset maksimum adalah 9xlO6 cacahan clan waktu preset maksimum 9xlO4 detik.
p~
I)..;r..
~~
N...t-.-
H~
~
~
(1:..4 L;;...I.:.of
Gambar 4: Diagram alir program utama perangkat lunak pengumpulan data difraktometer neutron
menCiefinisikan masukan tersebut. PROSEDUR SELECT Menu run dinyatakan pada PROSEDUR digunakan sebagai pilihan apakah percobaan akan RUNCOMMAND yang berfungsi untuk melaksanakan dilaksanakan <L> atau dibatalkan <8>. Jikalau pilihan perintah data masukan yang terdiri daTi PROSEDUR dilaksanakan <L> maka langkah berikutnya jatuh pada
GETFILECOMMAND, PROSEDUR NEWCONST, PROSEDUR CONTACT. Pada PROSEDUR CONTACT
PROSEDUR SELECT clan PROSEDUR CONTACT. pertama-tama dibaca perintah ke counter untuk
PROSEDUR GETFILECOMMAND berguna untuk melakukan pencacahan oleh PROSEDUR COUNTING
membuka, membaca clan menutup file masukan yang clan dilaksanakan oleh Dual Counterffimer sesuai telah disimpan clan PROSEDUR NEWCONST dengan jumlah cacahan pada masukan yang diberikan.
p~
~ ~~
Ne..t..-
H~
5.;4:tc...
~
It;.."
~
Secara bersarnaan detektor monitor dan utama juga akanmencacah jumlah berkas neutron yang keluar dari mulut sumber maupun yang dihamburkan oleh cuplikan. Jikalau jumlah cacahan telah tercapai, dilakukan pembacaan data oleh PROSEDUR READDA T A daD
data tersebut disimpan oleh PROSEDUR
SA VEFILEDIFRAKSI Dalarn percobaan difraksi pengukuran dilakukan secara langkah demi langkah yaitu
dengan menggeser lengan difraktometer neutron yang
dilakukan oleh PROSEDUR POSITION untuk
menggerakkan motor langkah sesuai dengan masukan. yang diberikan Jikalau langkah perpindahan sudut lengan detektor telah tercapai, dilanjutkan dengan pencacahan oleh PROSEDUR COUNTING, pembacaan data oleh PROSEDUR READDA T A daD penyimpanan data oleh PROSEDUR SA VEFILEDIFRAKSI. Hal ini dilakukan secara berulang-ulang hingga tercapai sudut akhir lengan detektor sesuai dengan masukan yang diberikan.
kerja sistem DA T ANIM maupun alamat dan modul Axis Positioner clan Dual Counterffimer yang
ditampilkan oleh PROSEDUR LlSTCOMMAND
misalnya perintah Read Out (R), Position (P), Data (D) clan Write (W).
Lihat Data
Menu lihat data dinyatakan oleh PROSEDUR
DISPLA YDA T A yang digunakan untuk melihat data
percobaan
yang tersimpan pada disket maupun hardisk.
Untuk memanggil nama file digunakan PROSEDUR
GETFILENAME dan data percobaan ditampilkan oleh
PROSEDUR
DISPLA YFILEDIFRAKSI.
Menu Print data
Menu print data dinyatakan oleh PROSEDUR PRINTDA T A yang digunakan untuk mencetak data pada pencetak (printer). Untuk memanggil nama file
digunakan PROSEDUR GETFILENAME dan
PROSEDUR SELECT digunakan untuk memilih apakah data dicetak atau tidak. Jika data akan dicetak format
pencetakan akan diatur oleh PROCEDURE
PRINTFILEDIFRAKSI.
Manual
[11 (21 [3) [41 [5) [6) Perintah .. Run Lihat Data Print Data Manual SelesaiTekan Angka Yang Tertera Pada Menu
~
Simpan dengan nama file :NlKEL
52
--Gambar 5 : Tampilan data masukan
P~~~:t.,.N~H~~~
f~~
Sudut hamburan 29 dera'at 30.53 35.43 50.88 60.53 Bidang kristal (hkl) I l'arameter kisi a (angstrom) 3.5229 3.5198 3.5259 3.5239ANALISIS PERCOBAAN
Untuk memonitor jumlah neutron datang yang jatuh pada cuplikan digunakan detektor monitor dengan cacah preset Data yang diperoleh dari percobaan
dengan menggunakan program DIFRAK.EXE
ditunjukkan pada gambar 6. Dari pola difraksi seperti terlihat pada gambar 6 dapat ditentukan panjang gelombang neutron pada peralatan difraktometer neutron berdasarkan puncak-puncak yang timbul dengan menggunakan persamaan A. = 2 d sin e dan untuk struktur kristal kubus seperti nikel harga d diperoleh dari persamaan d=a/(h2 + k2 + 111/2 dimana A. menyatakan panjang gelombang neutron, d jarak antar bidang, (hkl) indeks Miller, a parameter kisi dan e sudut hamburan. Menurut literatur [5] parameter kisi nikel sebesar 3.5238 angstrom dan jikalau harga parameter kisi nikel ini dimasukkan kedalam persamaan tersebut di atas diperoleh panjang gelombang neutron dan parameter kisi nikel hasil percobaan seperti terlihat pada Tabel I.
Jarak antar bidang d (angstrom) 2.0345 1.7619 1.2459 1.0625 Panjang gelombang A (anestrom) (III) (200) (220) (311 ) 1.071 1.072 1.070 1.071
Oari percobaan seperti terlihat pada tabel 1 diperoleh panjang gelombang neutron rata-rata sebesar 1.071 angstrom dan parameter kisi nikel rata rata sebesar 3.5231 angstrom.
KESIMPULAN
Program perangkat lunak pengumpulan data difraktometer neutron dengan komputer mikro IBM PC telah dicoba daD dapat berjalan dengan baik untuk digunakan dalam jangka waktu tertentu tanpa mematikan komputer tersebut. Hasil pengarnatan data pada sistem pencacah sarna dengan yang tertulis pada komputer. Demikian pula pembacaan perpindahan sudut lengan detektor pada modul Axis Positioner sarna dengan yang tertera pada skala sudut lengan detektor. Disarnping itu terlihat bahwa harga parameter kisi nikel yang diperoleh melalui percobaaan menunjukkan basil yang mendekati literatur. Dengan adanya program pengumpulan data difraktometer neutron ini, para peneliti dapat menggunakan peralatan ini selarna reaktor beroperasi tanpa perlu menunggu ataU mengawasi sampai percobaan
selesai dilaksanakan.
28 33 38 43 48 53 SI.D.JT~ (~aIJ
58 63
Gambar 6: Pol a difraksi nikel dengan menggunakan difraktometer neutron.
Tabel1: Hasil perhitungan panjang gelombang neutron dan parameter kisi nikel dengan menggunakan
peralatan difraktometer neutron.
