Amplifier Spektroskopi Nuklir 2017

(1)



 _{Mengetahui prinsip kerja dan cara-cara menggunakan sistem penguat}_{Mengetahui prinsip kerja dan cara-cara menggunakan sistem penguat}

spektroskopi

spektroskopi nuklirnuklir..



 _{Mampu menganalisa pementukan pulsa sistem penguat dan}_{Mampu menganalisa pementukan pulsa sistem penguat dan}

permasalahann!a permasalahann!a II.

II. PERALATAN YANG DIPAKAIPERALATAN YANG DIPAKAI



 "etektor Radiasi nuklir dan #umer radiasi gamma"etektor Radiasi nuklir dan #umer radiasi gamma 

 Pen!edia tegangan tinggi $%&'Pen!edia tegangan tinggi $%&' 

 Pulser(Pulser( Spectrocop! a"p#i$ier %RTE&Spectrocop! a"p#i$ier %RTE& 

 MCA dan osiloscopeMCA dan osiloscope

III. TEORI SINGKAT III. TEORI SINGKAT

"al

"alam am spespektroktroskoskopi pi nuknuklir lir detdetektektor or radradiasiasi i nuknuklilir r !an!ang g dipdipakaakai i harharusluslahah mem

memenuenuhi hi perpers!as!aratratan an tertertententu( tu( antantara ara lalaian ian detdetektor ektor harharus us dapdapat at memememedakadakann esar tenaga radias

esar tenaga radiasi !ang i !ang di deteksi. #elaidi deteksi. #elain itu n itu karekarena si)at na si)at detektor pada umumn!adetektor pada umumn!a mempun!ai entuk tegangan keluaran !ang diseut pulsa ekor( !aitu entuk dengan mempun!ai entuk tegangan keluaran !ang diseut pulsa ekor( !aitu entuk dengan angkit $

angkit $rie ti"e,rie ti"e,  _rr' eerapa puluh nano detik dan *aktu meluruh $' eerapa puluh nano detik dan *aktu meluruh $ 'eca! ti"e,'eca! ti"e,   _'_'''

e

eeraerapa pa pulpuluh uh mimikro kro detdetik ik samsampai pai eeeraerapa pa mimili li detdetik. ik. ++inginggi gi pulpulsa sa kelkeluaruaranan detektor selanjutn!a diproses untuk mendapatkan in)ormasi !ang lengkap mengenai detektor selanjutn!a diproses untuk mendapatkan in)ormasi !ang lengkap mengenai ,arah radiasi !ang dideteksi( !aitu cacah dan esarn!a tenagan!a. Bagian terakhir ,arah radiasi !ang dideteksi( !aitu cacah dan esarn!a tenagan!a. Bagian terakhir rangkaian pementukan pulsa iasan!a erupa MCA atau #CA dan counter !ang rangkaian pementukan pulsa iasan!a erupa MCA atau #CA dan counter !ang mem

memututuhkuhkan an masmasukaukan n dendengan gan enentuk tuk eeeraerapa pa perpers!as!aratratan( an( !ai!aitu tu ideidealnaln!a!a erentuk

erentuk (a)ian(a)ian dengan *aktu angkit sekitar eerapa mikrodetik dengan tinggidengan *aktu angkit sekitar eerapa mikrodetik dengan tinggi pulsa antara  sampai 1 olt.

pulsa antara  sampai 1 olt. /n

/ntutuk k spspekektrotroskskopopi i nunuklklir ir mamaka ka didipeperlrlukukan an susuatu atu pepengnguauat t !a!ang ng seselalainin mempe

memperesaresar r tinggtinggi i pulspulsa a keluakeluaran ran detektodetektor r menjmenjadi adi pulsa gaussian seperti pulsa gaussian seperti !ang!ang di

dipepersrs!a!araratkatkan n rarangngkakaiaian n akakhihir r pepemrmrososes es didiaagigian an akakhihirr. . AnAntatara ra dedetektektotor r dadann pengu

penguat at perlperlu u dipadipasang penguat sang penguat a*al !ang jenisn!a tergantua*al !ang jenisn!a tergantung ng dari detektor !angdari detektor !ang di

digugunanakakan n apapakakah ah ititu u pepeka ka tetegagangngan an atatau au mumuatatan an dadan n seseaagagainin!a !a sesepepertrtii ditunjukkan pada 0amar 1.

ditunjukkan pada 0amar 1.

2(34 2(34

(2)

Pada umumn!a detektor akan memerikan luaran erentuk pulsa. +inggi pulsa luaran detektor ini seanding dengan esarn!a energi radiasi !ang erinteraksi dengan detektor dan meluruh secara eksponensial dengan tetapan *aktu RC dari sistem elektronik seperti ditunjukkan pada 0amar 5.

0amar 5. Bentuk pulsa luaran detektor

Pementukan pulsa sering telah dimulai diagian penguat a*al ini( tetapi pada umumn!a keluaran penguat a*al masih erentuk pulsa ekor. Pulsa-pulsa keluaran detektor pada umumn!a energin!a masih rendah sehingga diperlukan penguat a*al selanjutn!a diperkuat dengan penguat utama. %uungan penguat a*al dan penguat utama dapat dilakukan secara langsung dengan samungan "C( tetapi timul masalah !aitu tegangan ias maupun leel "C dari masing-masing alat.

(3)

mempertimangkan eerapa hal diantaran!a a) "en#e$a% pen$a&u% pile –Up

Penurunan eksponensial dari pula !ang keluar pada terminal pre a"p( detektor harus diuat pendek agar dapat memisahkan dua puncak !ang erdekatan. Bila hal ini tidak dilakukan maka dapat terjadi adan!a pengaruh pi#e )p atau terjadin!a penumpukan pulsa pada agian penurunan

eksponensial !ang elum mencapai sumu dasarn!a oleh pulsa !ang erdekatan. 0ejala ini akan memerikan dampak menimulkan kesalahan dalam analisa dari pulsa terseut. Pemendekan konstanta *aktu penurunan pulsa ini dilakukan dengan di))erensiasi seperti ditunjukkan pada 0amar 5. b) "empe&be!a& pe&ban'(n$an anta&a !(n)a 'an noise

+idak dapat dihindarkan pengaruh noie !ang timul pada detektor dan pre a"p( dimana noie ini mempun!ai *an'+it !ang lear( maka perlu sistem pementuk pulsa agar dapat memperesar sin!al terseut samil memperkecil pengaruh noie %al ini isa didapat dengan entuk .a)ian 7edua hal diatas( akan sangat mempengaruhi resolusi dari sistem spektrometer dalam menganalisa unsur radioaktip. "alam sistem pementukan pulsa ini dapat memakai rangkaian R& ertujuan untuk memperpendek *aktu turun dari pulsa sehingga pengaruh pi#e-)p dapat dihilangkan. /ntuk mendapatkan entuk simitris dari pulsa .a)ian dengan perandingan sin!al dn noie !ang tinggi( maka diperlukan eerapa uah integrator.

/ntuk mengatasi masalah terseut maka penguat a*al dan penguat utama dilengkapi dengan kopling AC !aitu komponen kapasitor pada terminal masukan $inp)t ' maupun luarann!a $o)tp)t ' dengan sistem pementukan pulsa menjadi semi gaussian seperti ditunjukkan pada 0amar 8.

0amar 8. P)#e Sapin( in te Se"i-.a)ian Sapin( A"p#i$ier

"engan adan!a komponen R dan C pada masing-masing alat maka akan timul e)ek de)erensi dan integrasi pada pulsa !ang masuk( sehingga diperlukan rangkaian pementuk pulsa terdiri de))erensitaor( integartor( &R-R& P)#e Sapin( ( o)*#!-i$$erentiate' &R-&R-R&-&R Sapin(

Rangkaian pementuk pulsa dilengkapi Po#e ero &ance##tion $P& ' untuk menghilangkan )n'er oot dan *ae #ine i$t sehingga terjadi a"p#it)'e 'e$ect dapat dihindari seperti ditunjukan pada 0amar 9. dan 0amar :

(4)

0amar 9. Rangkaian CR-RC dilengkapi po#eero cance##ation

Pen!esuaian garis alas $Bae Line Retorer, BLR3 mengemalikan garis alas ke tegangan nol diantara pulsa-plusa dalam *aktu sesingkat mungkin.

0amar :. Prinsip pen!esuaian garis alas $*ae #ine retorer, BLR3

Ada tiga hal !ang perlu diperhatikan untuk mengatur *ae #ine ta*i#ier !aitu leel "C keluaran penguat( leel diskriminator( dan retoration rate !aitu kecepatan rangkaian untuk mengemalikan *ae #ine ke garis nol( ini tergantung pada laju cacah radiasi !ang diamati. #edangkan leel "C tentu saja harus di set sedekat-dekat ke garis nol( dan diskriminator di set serendah-rendah tetapi masih diatas leel 'era) !ang ada. Retoration rate iasan!a sudah diuat untuk cacah rendah( sedang dan tinggi atau #o+, "e'i)", i(.

c) Bentuk pu!a ua&an amplifier

Pada spektroskopi gamma sering diperlukan in)ormasi pada puncak-puncak pulsa !ang diamati( !ang tinggin!a diatas suatu leel tertentu( sehingga digunakan penguat !ang dilengkapi dengan sistem diskriminator. Bentuk pulsa luaran ampli)ier seperti ditunjukkan pada 0amar ;.

(5)

0amar ;. Bentuk pulsa luaran a"p#i$ier

3.*. Sambun$an kapa!(t(p

#amungan kapasitip $capacitip co)p#in( ' pada agian masukan dan keluaran ampli)ier dapat memisakan leel "C penguat dengan rangkaian penguat a*al maupun rangkaian pemroses erikutn!a. %al ini dengan adan!a kapasitor sering terjadi e)ek de)erensiasi maupun integrasi pada pulsa masukan !ang akan mengakiatkan pergeseran *ae #ine terutama untu laju cacah radiasi !ang tinggi. Bila digunakan samungan "C dan AC untuk hamper semua produk !ang mengikuti standard N<M maka leel keluaran harus nol dan ini iasan!a disediakan disedikan dimuka dengan saklar trimport halus $ero a'5)t"en'.

3.3. L(n(e&(ta!

#!arat-s!arat kinerja dari seuah penguat pulsa linier meliputi linieritas( oer #oa' recoer!, sistem pementukan pulsa.

=ungsi dasar dari penguat pulsa linier adalah menerima pulsa dengan leel rendah dari pulsa detektor dan menguahn!a melalui penguatan dan pementukan pulsa( menjadi suatu pulsa !ang leih sesuai untuk pengukuran dan analisa. Agar in)ormasi !ang dikandung oleh pulsa dapat tersimpan( penguatan ini harus mempun!ai huungan !ang linier antara tinggi o)tp)t dan tinggi pulsa inp)t 7arena pulsa-pulsa itu mempun!ai lear teratas( tinggin!a juga teratas( dan terjadin!a random( maka ada kemungkinan terjadi distorsi dari tinggi pulsa terseut oleh adan!a oer#ap dan pematasan pada linieritas dari penguat terseut.

%uungan linier antara inp)t dan o)tp)t sin!al dapat dicapai han!a secara pendekatan. >inieritas dari suatu penguat akan mutlak ila penguatan $ (ain' Ao penguat ergantung pada  o)t ?

(6)







i out



o in out  1 $1'

=ungsi & i $ o)t 3 ini diseut 9Inte(ra# Non Linierit!: Analogi dengan persamaan diatas(

'i$$erenia# Non Linierit!: $& ' ' dide)inisikan seagai erikut ?







d out



o in out V A C V V _ ₁_ $5'

Inte(ra# non #inierit! mempengruhi kalirasi sumu energi dari spektrum tinggi pulsa $posisi dari masing-masing pulsa' 'e$$erenia# non #inierit! men!eakan distorsi pada entuk puncak pulsa.

3.+. Over loa recover!

/ntuk menganalisa unsur radioaktip( diperlukan pengamatan distriusi energi rendah( !ang terdapat diantara radiasi energi tinggi unsur terseut. @ika (ain dari penguat diatur untuk sin!al !ang kecil( penguat itu mengalami oer #oa' dengan pulsa-pulsa !ang esar( diseakan karena teratasn!a daerah linier dari penguatan terseut. "ia*ah keadaan oer #oa' ini( akan men!eakan *aktu turun dari pulsa diperkuat amplitudo menjadi leih esar. Un'eroot !ang kecil !ang terdapat pada pulsa akan ikut diperkuat dan seringkali tidak seimang( sehingga *aktu !ang diperlukan untuk mencapai sumu dasarn!a menjadi leih lama. %al ini akan mengganggu sistem penguat dan dapat men!eakan kesalahan analisa dari dua pulsa !ang erdekatan seperti !ang ditunjukkan pada 0amar 2.a. dan 0amar 2..

0amar 2. Bentuk pulsa oer #oa'

/ntuk memperaiki karakterstik non oer#oa' dari sistem penguat pulsa linier ini maka harus dihindari pulsa-pulsa eksponensial dengan konstanta *aktu !ang lama panjang. 7edua hal ini dapat dilakukan dengan memakai 'ii$$ereniator !ang mempun!ai kompensasi terhadap )n'eroot atau po#e ero cance##ation

I,. TATA KERJA PERCOBAAN

+.1. Pen$amatan L(n(e&(ta! Pen$uat

Pengujian statis ini( ertujuan untuk mencari atas-atas kinerja dari alat dengan rnenggunakan pulse generator seagai pengganti sumer dan detektor. Pengujian statis antara lain pengujian Linierita Inte(ra# ( Ban' ;i't dan U5i Ti"in( . Blok

' Pulsa dengan )n'eroot seelum diperkuat

(7)

0amar 3. #kema uji linieritas penguat P&-!e'u& pe&#-baan 

"# "ilakukan e<peri"enta# et )p seperti skema pada 0amar 3 $# "iatur amplitudo masukan dari pulse generator seesar 5 m&

%# #elanjutn!a diamati amplitudo o)tp)t dari #inier a"p#i$ier Ortec 9;5 sehingga amplitudo output maksimal 1 olt.

&# 7emudian amplitudo o)t p)t dari #inier a"p#i$ier Ortec 9;5( diturunkan dan diamati esarn!a amplitudo o)t p)t dengan osiloskop

'# #elisih atau peredaan antara amplitudo penguat terhadap re)erensi adalah

_{&( kemudian diuat gra)ik linieritas dari a"p#i$ier seagai )ungsi dari}

amplitudo inp)t = & 3terhadap amplitudo o)tp)t = & 3 dari a"p#i$ier

(# /ntuk menghitung integral non #inierit! dari penguat dengan pengukuran tinggi pulsa secara langsung dengan rumus persamaan?

% 100 10000 max    V INL

8.5. Pen$uku&an *an' +i't

"alam pengukuran *an' +i't digunakan rangkaian pada 0amar 3. Prosedur percoaan

1. Amplitudo pulsa o)tp)t dari generator pulsa seagai inp)t pada Linier a"p#i$ier diatur seesar 5 m& sehingga amplitudo untuk o)tp)t Linier a"p#i$ier seesar 1 &.

5. Inp)t pada Linier a"p#i$ier diuat tetap( dan atur )rekuensi masukan !ang eruah 1k%,( 1 k%,( 5 k%,( 6 k%,( 8 k%,( 9 k%,( : k%,( ; k%,( 2 k%,( 3 k%,( 1 k%,( 11 k%, agar ketika tegangan keluaran mulai turun dapat diamati.

6. Buatlah gra)ik huungan +egangan o)tp)t terhadap peruahan )rekuensi $k%,'

8.6. Pen$uku&an Over Loa Recover!

"alam pengukuran oer Loa' recoer! digunakan rangkaian pada 0amar 3. Prosedur perrcoaan ?

1. Atur (ain dari penguat pada kedudukan maksimum( dan inp)t pulsa diatur sehingga o)tp)t mencapai 1 olt( amati erapa lear pulsa dalam mikro sekon dan tinggi pulsan!a

5. Inp)t pulsa diperesar dengan 1 kali dan 5 kali amati entuk pulsan!a erapa lear pergeseran pulsan!a dia*ah garis nol.

+.+. "en$amat( bebe&apa bentuk pu!a keua&an

Pulsa

generator AmpOrtec Osiloskop

(8)

pulsa( sehingga memerikan amplitudo keluaran Linier A"p#i$ier 1 olt. Prosedur percoaan ?

1 Melihat keluaran penguat untuk mode unipolar dan ipolar( ukur *aktu angkit $rie ti"e,  _r ' dan meluruh $'eca! ti"e,  _''( =%M dan tentukan

apin( ti"e $_{' dari #inier a"p#i$ier}

2 /kur juga amplitudo negati) pada mode ipolar( erapa perandingan dengan agian positi)n!a. Berapa pergeseran garis nol untuk keadaan PC dan B>R

 Aturlah ariael P& pada dua kondisi )ncorrecte' dan correcte' o)t p)t dan amatilah dari entuk spektrum di osiloskop dan MCA.

4 Amatilah da!a pisah detektor dengan ariasi apin( ti"e, ener(i dan laju cacah $co)ntin( rate'

DA/TAR PUSTAKA

1. N(#%-a! T!-u0an('(! 9Mea)re"ent An' etection %$ Ra'iation: , /niersit! o)

Missouri-Rolla( +a!lor  =rancis( 111 &ermont Aenue( N..1339. 5. (!nu Su!et)-( DSpe<tro<opi .a""a: 0ajah mada Press(1322. 6. ...2 Intro')ction to A"p#i$ier: ( +++ortec-on#ineco"

8. , OR+EC 9;5A Operating And #erice Manual( ttp>//+++ortec-on#ineco"/pro')ct/e#ectronic/a"p#i$ier/872a

LE"BAR DATA PRAKTIKU"

1. "en$amat( bebe&apa bentuk pu!a keua&an

Bentuk pulsa dengan kondisi oer co"penete' pada PC diosiloskop

Amatilah entuk pulsa kondisi oer co"penete' PC pada MCA

(9)

propert! pada PC diosiloskop a'5)te' propert! PC di MCA

Bentuk pulsa dengan kondisi )n'erco"penate' pada PC di osiloskop

Amatilah entuk pulsa dengan kondisi )n'erco"penate' PC di MCA

*. Pen$amatan L(n(e&(ta! pen$uat &input $m&' &output $&' Amplitudo Re)erensi $&' _m& Amplitudo Penguat $&' 5 1 1 12 3 1: 2 18 ; 15 4 1 5 2 8 : 6 8 5 5 1 a- amplitudo - =%M _r_{- rie ti"e} _d_{- 'eca! ti"e}  _{- shaping time} 3  9  1  b _r _d  a

(10)

a- a"p#it)'o *- ;M _r_{F rie ti"e} _d_{F 'eca! ti"e} _{- apin( ti"in(} a"p#it)'o  _r C rie ti"e  _' C 'eca! ti"e  - apin( ti"in( A"p#it)'o  _r C rie ti"e  _' C 'eca! ti"e  - apin( ti"in(

+. Pen$uku&an /6" 'en$an 7a&(abe sapin* +ime

#haping time $Gs' =%M $7e&' #haping time $Gs' =%M $7e&' Hog!akarta( ...51; Asisten $<rianto(#+' Bentuk Normal Bentuk Pulsa x100 Bentuk Pulsa x200 a 3  9  1  b r td 1  1  3  3 