P P G M — L 108 - 76 /&?'$' O0& 9>S
PEMBUATAN DETEKTOR BOCORAN HALOGEN
A r i s T an o n c
^
BADAN TENAGA ATOM NASIONAL
PUSAT PENEOTLATN- TENAGA ATOM GAMA
Y O G Y A K A R T A — I N D O N E S I A
We regret that some of the pages in the microfiche copy of this report may not be up to the proper legibility standards, even though the best possible
copy was used for preparing the master fiche.
Teltnik dan T e k n o l o g i F e r a l E t s n
t e k s i !3firsh dan D e t e k s i B.a&iesi„ A l a t llfcur d a i ve t o d e Penralcursn
PPGM - L 108 - 76
PEMBUATA1? DETEKTOP B0C0RAN HALOGEN
A r i s Tanone
1976
Bedan Tenaga Atom ITasicnal PUSAT PENEIITiLAN TENAGA ATOM GAMA.
J l . B a b a r s c r i Kotaltpos 8 , Telepon 3 6 6 l Yogy&k&rta - I n d o n e s i a
A 3 5 T P A K
Telah dibuat detektor bocoran Halogen. Tabung detektor t e r - d i r i atas sebuah filamen p l a t i n a yang dipanaskan dengan arus searah., dan katoda b a j a tahan k a r a t berbentuk s i l i n d e r yang dihubunpkan. ke u n i t penunjuk. Kebocoran ditandai dengan kenaikan arus ion secsxa t i - b a - t i b a pada u n i t penunjuk, apabila freon 12 yang disemprotkan d a r i
l u a r mencapai filamen panas di dalam sistem vakum lewat bocoran t e r s e - b u t .
A B S T P A C T
A prototype of Halogen Leak Detector has been made and t e s - t e d . The detector tube c o n s i s t s of a DC hea.ted platinum filament, s u r - rounded by a s t a i n l e s s s t e e l c y l i n d r i c a l cathode which i s connected t o the i n d i c a t i n g u n i t . The presence of a leak i s i n d i c a t e d by a sudden i n c r e a s e of the ion current i n the i n d i c a t i n g u n i t , when t h e freon 12 sprayed from the outer s i d e of the vacuum system reaches t h e hot f i l - ame«t i n s i d e through the l e a k .
i i
DAFTAF I S I
Abstralc i i Drift, ar i s i i i i Prakata i v I . P r i n s i p pasar Ijetektcr Eocoran Halogen 1
1 . 1 . Pen&atmluon 1 1.2. Cara Kerja 1 I I . Baeian-Bagian Detektor Bocoran Halogen 2
1 1 . 1 . Tabung Detektor 2 1 1 . 2 . Sistem Pemanas 3 1 1 . 3 . Unit Penunjuk 6 I I I . Kasil Percobaan 10 1 1 1 . 1 . Car-i Memakai 10 111.2. K a s i l Perco"baan 11 111.3. Getatan dan Tanggapan 11
Ucapan Terima Kasih 13 Refereesi
Daftar I s t i l a h 15
i i i
PFAKATA
Laporan i n i b e r i s i k a n penjelasan peiabuatan detektor bocoran Halogen, dalan Proyek Pem'tmatan Prototipe Instrumentasi Huklir- d i Pu- s a t P e n e l i t i a n GAKA., Badan Tenaga Atom Nasional,, Yogyakarta.
Kecuali kavat p l a t i n a dan lolohterus-vakuE yang masih harus dipesan d a r i l u a r n e g e r i , semua kcrroonen yang l a i n "oisa d i b e l i di p a - saran.
Apabila nau dipakai tabung detektor Balzers t i p e ELP 2.. maka cukup dengan niemperhatikan sambungan kaki-kakinya.
Pada bagien akhir diberikan beberapa catatan dan tanggapan.
Yogyakarta, Maret 1976 P e n u l i s .
i v
I , PPIKSIP DASAR DETKCTOR BOCOEM HALOGEN
1 . 1 . Pendahuluan
Dalara penyelidikan tentang emisi t er m o i o n i s , t e l a h ditemukan [ l ] bahva logaa. p l a t i n a pada keadaan membara t e r n y a t a memancarkan ion p o s i t i f . C.W. Rice kemudian meneinukan pula kenyataan bahwa pancaran ion p o s i t i f i n i bertambah secara menyolok b i l a uap campuran yang me~
ngandung halogen menabrak elektrode p l a t i n a i t u . Kenyataan i n i yang dipakai sebagai dasar penibuaten DBH (Detektor Bocor Halogen)oleh VThite dan Hickey.
Detektor Bocor Halogen kaini merupakan penyempumaan dari mo- del \'Ihite dan Hickey,. maupun DBH Balzers t i p e HLC 2. J
Secara g a r i s besar DBH i n i t e r d i r i atas t i g a u n i t : 1. tabung detektor dan sisteta pemanas
2. u n i t penunjuk, dan 3. penyempr.ot freon, 1.2. Cara Kerja
Tabung d e t e k t o r dipasang pada s i s t q p vakum dan dipanaskan.
Untuk mencari dan nenentukan l e t a k bocoran, gas freon 12 atau CCl^Fg disemprotkan ke bagian yang d i c u r i g a i . Apabila b e t u l ada kebocoran di s i f v , gas freon 12 akan merembes masuk dan mencapai tabung d e t e k t o r . Akibatnya t e r j a d i kenai?tan arus ion yang akan mengalir lewat katode dan ditunjukkan oleh u n i t penunjuk sebagai penyimpangan mikroarnmeter.
1
I I . EAGlAH-BAC-IAtf I5ETEET0B BOCOBA1! HALOGEN I I . 1 . Tabung Detektor
Tabung d e t e k t o r kami meniru benttik tabung d e t e k t o r Balzers t i p e BLR 2.
r I
i
I ' '• —
Li
G b . T I . l . Tabling detektor
F adalah filamen p l a t i n a yang d i l i l i t k a n pada batang AlJi~ berdiameter 2 mm dan panjang 28 mm. Diameter p l a t i n a 0,35 mm dan panjangnya 10 cm.
C adalah katode yang t e r b u a t d a r i b a j a tahan k a r a t berbentuk s i l i n d e r dengan diameter 6 mm, t e b a l 0,2 rem dan t i n g g i 22 mm. Katode i n i didu- kung oleh kerangka kawat baja tahan k a r a t yang disekrupkan d i dasar tabung d e t e k t o r . Sedangkan filamen ditahan s a t u ujungnya pada penyang-
ga berbentuk t i a n g gawang jangkung, juga dari b a j a tahan k a r a t , dan ujung l a i n disekrupkan pada dasar tabung d e t e k t o r .
tampang bawah
2
3
Lempeng dasar -tabung d e t e k t o r t e r b u a t d a r i flange Ealzers t i p e NV 3< yang mempunyai k kaki lolohteras-vakum. Dari a t a s bentuk W
•5 s e p e r t i pada G b , I I . 2 , dan menpunyai ukuran s t a n d a r NW 27.
i
1 r i n g ;'0:"
!
Cfb.II.2 flange Balzers
Tiang gawang jangkung disekrupkan pada kaki 2 dan k, Arus pemanas dialirlcan lewat kaki 2 dan 3 . Sedang ion p o s i t i f d a r i katode dilewatkan kaki 1 ke u n i t penunjuk.
I I . 2 . Si stem Pemanas
I'
Pemanasan dengan arus searah berdasarkan pertimbanganj kuat arus pemanas mudah d i a t u r dengan sebuah potensiometer daya rendah.
k
Rsrtgkaiara pengatur arus jauh l e b i h mvirah dibanding harga sebuah poten- s i o n e t e r 25 v a t t yang dibutuhkan untuk pengaturan arus b o l a k - b a l i k .
Sistem pemanas i n i sesungguhnya hanya sebuah sumber daya p e - ngatur anis yang t e r d i r i at as s a t u pasangan Darlington 4 ditambah s a t u pembatas arus s e p e r t i dalam Gb. I I . 3 .
J?6,3V/7,5A }»A
3
2 SC U8U
filemen
+ 12 V Penguat Op.
Gb.II.3 Sumber Daya Pengatur Arus
Besar arus filamen d i a t u r oleh tegangan base t r a n s i s t o r per-- tsasa t i p e 2 SC 484. T r a n s i s t o r i n i dipakai untuk membias t r a n s i s t o r daya 2 A7 3055, sehingga raencapai keadaan a k t i f dan b i s a melakukan arus b e s a r dari rangkaian penyearah.
Tapi untuk melind\ingi filamen d a r i arus yang kelewat b e s a r misalnya pada s a a t tahanan potensiometer minimum, maka rangkaian i n i
dilengkapi dengan s u a t u pembatas a r u s .
5
Sistem pembatas arus t e r d i r i atas s a t u unsur penyensor beru- pa -tahanan R = 0t22 ohm. dan t i g a buah diode s i l i c o n yang dipasang da-
s
r i "base t r a n s i s t o r pertama ke ujung l a i n tahanan P s e p e r t i pada Pb.
G
I I . 3 . Diode takk.au melakukan arus apabila tegangan AB lebih k e c i l d a r i jumlah tegangan ambang maju k e t i g a diode.
Tegangan ambang maju diode s i l i c o n 0,7 V, sehingga tegangan ambang ineju t o t a l 2 , 1 V. T e r l i h a t dari rangkaian AB bahwa
j _ Vd ' VBE1 ~ VBE2
s ~~ P s
S u b s t i t u s i harga V,t vBFis Vnp2 d a n -P diperoleh
8 0322 *>* h
Hal i n i d i u j i kembali dengan 2 c a r a . Pertama,rangkaian dihubungkan de~
ngan suatu tahanan R = 0,7 ohm yang sama dengan tahanan filamen Pt.
L
dan potensiometer d i k e c i l k a n . Ternyata i - 3,3 A, Kemudian filamen dianibilj sehingga t i n g g a l ampermeter s a j a di ujung R . Tahanan dalam meter k i r a - k i r a 0,2 ohms sehingga »eakan-akan t e r j a d i sambungan pen-
dek, Namun arus maximum t e t a p s e k i t a r 3,5 A saja dan tidak b i s a l e b i h . Hal i n i medah dipahami, sebab b i l a V.- > F p diode melakukan arus dan t r a n s i s t o r offs l a l u tegangan turun dan diode off., yang b e r - a r t i b i l a V.„ > V . , t r a n s i s t o r tak akan melakukan a r u s , sehingga ke»
AD a
adasn maximum yang b i s a d i p a k a i a d a l a h V < v , , d i mana a r u s J - 3.3 A. Sebaliknya. a p a b i l a diode diambil, maka arus b i s a l e b i h besar d a r i 4 A. B e r a r t i j sistem pembatas arus b e t u l - b e t u l b e k e r j a .
Pada filamen harus ditjeri tegangan p o s i t i f , agar ion p o s i t i f
<
6
segera terdorong ke k a t o d e , TJntuk i t u taaka l a t a r sunberdayir. i n i d i b e r i tegangon +1Z Fyem? d i a n b i l dari sxwiber cloya "untuk u n i t pen.un^'uk'
Diode penyearah. dan t r a n s i s t o r daya dipasang pada. lempeng pendingin.
I I . 3 . Unit Pen.un.juk.
Eerbeda dengan rangkaian Balzers .. sistem penunjuk kami t i d a k menggunakan tabling ECC S2 a t a u peti/guat be da lainnya., akan t e t a p i meng-
gunakan ssbuab. penguat operasionil t i p e vA 741.
Andaikan k i t a isenyebut tahsnan rcasuk penguat o p e r a s i o n i l P tegangan offset V s e p e r t i pada Gb.II.U. ?7oninverting input d i l a t a r k a n dan pada -inverting input d i b e r i tahonan lolottbalik i?„. Den^em teorema M i l l e r rangkaian Gb. I I . k . dapat dise&erhanakan menjadi s e p e r t i G b . I I . 5 .
* l |
I lu,/(l-A)
(Tb.II.U Penguat Operasionil O b . I I . 5 Penyederhanaan
f
Tahanan P- = 390 ohm, sedangken untuk \iA 741 Ec - 1 Vohm dan f a k t o r penguat A = 200.000, Apabila ??_ yang dipakai berorde 10hohm>
r.aka P / (1 •- A) k e c i l s e k a l i dibantlingkan dengan P maupun p , atau J 1 e arus yang masuk ke noninverting input p r a k t i s hanya lewat P„. Kal i n i
7
cligambarkan dalam G b . I I , € , Dengan denikien. V p r a k t i s ^iuga menjadi nol sebab i_ dan i - 0. I n i van? k i t a kenal dengan pengertian 3 a t a r sesm.
Akibat adanya keistimevaan Ini.. susfca b i l a arus ion p o s i t i f d a r i tabung detektor k i t a liasukkan Ke pencuat o p e r a s i o n i l . arus i t u seluruhnya akan lew&t B^, B a s i l pengamatan detektor Balzers menberikan orde besar arus i n i dalan ]iA, dengan pertambah&n arus yang b e r v a r i a s i d a r i 1 - 100 u/S, Oleh karena i t u pada output dipasang sebuah uA-neter yang diserikan dengan suatu tahanan seorde jf? dm rsa.gkc.ian i n i sudah b i s a berfungsi sebagai u n i t penunjuk.
/ /
$
-AV\A.^VVVVy-
^
Gb,II.6 Latar semu
v
h
Secara le^skap u n i t penun.juk i n i digambarkan dalam C-b.II.T.
Potensioiaeter P? = 10 kohm berfungsi me -nol-kan output, Sedangkan t a - hanan P„ diberikan t i g a buah yang b i s a d i p i l i h , bergantung d a r i b e s a r - nya jangkau arus ion yane diinginkan. Makin besar bocor, makin banyak
freon mfts.uk; makin besar pula arus ionnya. Maka harus d i p i l i h jangkau ukur yang paling b e s a r , Sebaliknya5 b i l a lubang atnu bocorannya t e r l a - l u k e c i l , harus diambil jangkau yang p a l i n g peka.
Mikroaometer yang dipakai mempunyai simpangan penuh 100 p/3„
R =56 kohn.liaka untuk P^=5G kohm, tak ada faktor perbesaran, b e r a r t i
8
pada jangkcu ukur i n i . meter mespunyai simpangar: s k a l a penuli 100 -\iA.
P ._ dan P„, n?.sinp -nasinp adalah 150 kjln^ dan 2?$ "kolvn.. sehingca ada.
faktor perbesaran s e k i t a r 2 dan 5 k a l i - Mrka pada jangk"u i n i meter menpunyai simpan^an s k a l a penuh s e k i t a r £0 uA dan 20 \LA.
Tahanan R dip&sang untuk melindunpi penguat o p e r a s i o n i l da- r i arus besar yang t a k terduga, Soalnya b i l a ada arus besar don t e - ganean V •- V inendekati V , arus tidak akan lewat p„ sendiri., akan t s t a p i sebagian akan lewat R , I n i b i s a merusakkan pengunt operasio-- n i l , Tapi dengan dipasangnya Rj yang jauh lebih k e c i l J? , maka h a l i t u Tiisa dihindari 3 sebab arus besar i t u akan d i l a t a r k a n lewat R-.
— W —
—rf/WVWMM.
270K
—vvYvVWW^
j .e ^ M A M W V u
k&tode
O
_A>
390.
P2 = 10K |
2 x 8 , 5 ' T
56K
V
lOOyA
<?>•
_ ' V
500 uF 15V
±j 500uF 15V
I
&
-> ke l a t a r Sumber Daya Gb.II.7 Unit Penunjuk
Seluruh u n i t penunjuk i n i bersama-sama dengan sumber daya pengatur arus filamen ditempatkcn dalam s a t u kotak s e p e r t i t e r l i h a t pada Gb. I I . 8 . Sedangkan unit penyemprot freon yang t e r d i r i atas s a t u tangki freon dan s a t u p e s t o l penyemprot ditunjukkan dalam (Tb.II.9-
9
V
tamp rug snnping-
J'
^
fc
0
0
ao ^ ' fiO
O IK)
0
r ^
0
V,
m
0
o o 0
tampeng a t a s
s a k l e r lampu G b . I I . 8 Kotak D3H
^ Kl
C 3 \L I -=0 M , ?-n 0 m e t < 5 r Pestol penyemprot
fib.II.9 Unit Penyemprot Freon
I l l . KASiL PSPODBAaJT I I I . l . Cara ^eiaakai
1 . Tabung d e t e k t o r tiarus dipasranp- pada sistem vakuni,, di s e k i t a r terrpat yang p a s t i d i l a l u i freon sevaktu «yengelir lie peapa. J s d i b i s a di s e k i t a r sambungan a n t a r a poi^pa difusi dengan ruanp hsE-pas a t a u se- k i t a r saluran a n t a r a pcmpa d i f u s i dan pcmpa r o t a s i n y a .
2 . HubunRkan u n i t penunjuk dsngan sumber FLN 220 V. Aturlah t i t i k nol dengan aengatur potensioraeter P„. T i t i k nol i n i nasih harus d i a t u r s e k a l i l a g i n a n t i , b i l a sudah ada arus ion akibat emisi termoionis.
3 . P i l i h P.,.- dengan cara memutar s a k l a r 5 pada kedudukan 100. .Arus p e - manas diberikan dengan j a l a n mecutar potensioneter P? secara p e r l a - han-lahan ke arah j a r u s jam. Tunggulah s e k i t a r 10 menit sampai f i l - anennya sudah cukup panas dan arus termoionisnya sudah k e l i h a t a n s t a b i l e barulah dinulai pencarian bocoran.
h. Co-ranya:
a. Buka kran K~ sehingga manometer s e d i k i t menyiinpang,
b . Pestol ditekan dan coba arahkan ujungnya ke bagian yang s e n s i t i f pada k u l i t , ciisalnya p i p i ateu b i b i r . B i l a freon sudah keluar..
arahkan p e s t o l ke bagian yang d i c u r i g a i .
5 . B i l a timbul simpangan pada m e t e r , tunergulah sampai jarunye kembali ke kedudukan sernulr.., l a l u penyenprotan diulangi dengan menyempitkcn daerah yang d i t e l i t i sehingga akhirnya l e t a k bocoran dapat d i p a s t i - lean dan b i s a diadakan perbaikan.
10
n
6, Apabila sinpangan arus terlalu kecil, pindah ke .jangkau berikutnya.
III.2. Ilosil Percobaan
DBH ini baru dicoba pada sistem vskum seperti pads. Sb. Til,
K_*3>
Tabiuig
detektor, D3H V ,
r) r
rr "S
Ti
Tabung p i r a n i
Katup
CO
4 ITfeJ
3
•C 3
|R\Tabung d e t e k t o r
"M' HLP. 2
o
1
ke pompa r o t a s i Gb. I I I . l . Sistem PencobaKebocoran d i t i r u dengan menggunakan katup Balzers t i p e NV 27, Dengar.
mengatur katup dapat dibuat bocoran k e c i l sarapai b e s a r s e k a l i . Semua bocoran yang b i s a d i d e t e k s i oleh DBH Balzers yang dipasang bersama,
dapat d i d e t e k s i Juga oleh DBH kami. T e r l i h a t juga untuk bocoran yang sama, sinpangan arus sebanding dengan jangkau arus yang d i p i l i h .
I I I . 3 . Catatan dan Tangftapan
Beberapa h a l p e r l u d i p e r h a t i k a ns sewaktu memakai DBH i n i :
12
1- Untuk «elindungi i'ilamen. arus pen&nas aanya boleh d i l a l u k a n , b i l a pompa vakun sudah dijaiankanc
2 . Potensiometer ?7 harus s e l a i u dalEn kedudukan minimum, dan arus pe~
manas s e l a l u dinaikkau p e r l s h a n - l a h a n .
3. Penyemprotan freon harus s e l a l u dimulai d a r i bagian p a l i n g bewah, karena freon lebib. b e r a t d a r i udara. B i l a disemprotkan pada bagian ataSi ada kemungkinan freon b i s a mereicbes d a r i bocoran d i bapian bswah, I n i akan menyulitkan penentuan l e t a k bocoran.
Sampai s a a t i n i peranan DBH kami fcarv berupa perbandingan kepekaan sinpangan dengan DBH B a l z e r s , karena penerangan secara s i s - t e c a t i s belum sempat dilakiikan akibat kekurangen ^ e r a l a t a n vakum s a a t i n i . Mudah-mudahan h a l i t u dapat dilanjutkan pada t-ahun p e n e l i t i a n b e - r i k u t .
Di samping i t u Icenudian masih b i s a juga dicoba penyempurnaan a l a t i t u dengan memanfaatkan bahan yang ada. Misalnya dalam h a l pern- buatan lolohterus-vakum. Juga b i s a d i t e l i t i , seberapa jauh ketahanan
f i l a a e n p i a t i n a , sehingga b i s a direkoaendasikan suatu ukuran s t a n d a r . Di samping i t u termasuk juga penyempurnaan bagian ~ bsgf an l a i n yang sanpai s a a t i n i belum d i s a d a r i kekurangannya.
Sebagai pelengkap laporan l a p a t disebutkan, herga komponen seluruhnya Rp 120.000,- sedangkan hajga tabung d e t e k t o r Balzers s a j a , t i d a k termesuk u n i t penunjuk harganys. Pp 100 ,,000,- dan harga DB P i r a n i t i p e LT 10 yang ditcvarkan pada Pus l i t Gama harganya Rp 1,1 j u t a . Se- hingga kiranya pengembangan peneli-fctan-penelitian dasar i n i b i s a t e r u s dikerjekan5 s e j a l a n dengan kebijokaanaan BATAN menuju t a r a f mensuplai s e n d i r i kebutuhrja dalam bidang invbrumentasi n u k l i r .
UCAP/ffT nSSBZTTA KSJ5IH
Ucapan t e r i n a iiasifc t e r u t a m a p e m d . i s t u j u k a n k e p a d a ;
1. I r , Soeroto Ponodirdjo, Dlrektur P u s l i t C-cma yang mensponsori dan meabiayai p e n e l i t i a n i n i .
2 . Br. Budi Santoso. Kepala Lab. F i s i k a Nuklirs P u s l i t Gama yang t e l a h mempercayaken tugas p e n e l i t i a n i n i kepada p e n u l i s .
3. Dr. G.H. Dulfer dan Br. E. Zijp s e t a g a i konsulton yang mendampingi penulis dalani lab or a t or ium, dengon binibingan, diskusi serta r a s a persahabatan yang simpatik.
It. Pimpinan Proyek Iluffic WA-4 PIPA UGM atas f a s i l i t a s laboratorium dan bengkel,
5. Mr. P.A. Mulj pimpinan bengkel WA -4.BABS ketelatenannya dalam pem-
"buatan tabung d e t e k t o r .
6. B r s . Widodo Friyodiprojo dan Drs. R i l l I s a r i s atas d i s k u s i dan s a - ran-saran yang "berharga,
13
R E F E R F T I S T
1. Dustmen. S. , L a f f e r t y , J , * \7 Scisn-H-Hc Tovndct&on of Vaauun Tech.. • nique^ John Wiley., II.Y, London. ( l ? 6 2 ) ,
2. Balzers Ealcgen leak Detector Instruction Manual.. Nr,A5-10d.
3 . Yaairood- J . j High Varnac Technique3 John Wilsv, t'J .Y, (1961).
h. Nillnrn.; J . and KaUciass C , Intsgrated Electronics.. 'fcfiraw-Eill Kog-akusha, Tokyo. (1972 j .
5. Bol, P.K.j Inlciding tot c!e Vcoicffntechniek, Argus, Ans-fcercan (19£7) Tcrjenahan P e t e r SoedoyOj sedans d i c e t a k .
lU
rtArrjffi I S ^ I L A H
l o l o h b a l i k
l o l o h t e r u s Takun tegeiifrcja naju raib«ri£
unsur penyensor l a t a r
= feedback
= vacam fead-tkrouerk
= forward ti.yesJiotd voltage
=• zsnsi.no elensnt
= ground.
15
