LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL ii

(1)

LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA EKSPERIMENTAL ii

Percobaan : Eksperimen Pengukuran Spektrum Differensial dengan

SCA

Pelaksanaan Praktikum

Hari : Senin

Tanggal : 16 September 2014

Jam : 9-10

Oleh :

Nama : Mei Budi Utami

Nim : 081211332009

Anggota Kelompok :

1. Imroatul Maghfiroh (081211331125)

2. Hanu Lutvia (081211331144)

3. Mei Budi Utami (081211332009)

4. Dewi Karmila Sari (081211333003)

5. M. Patria Mahardika (081211333026)

Dosen Pembimbing

: Khusnul Ain S.T, M.Si

LABORATORIUM Radiasi

(2)

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan spectrum deferensial energi α dengan menggunakan sca detector semikonduktor.

2. Menghitung resolusi energi α

B. ALAT DAN BAHAN

1. Detektor semikonduktor (559 92) 2. Discriminator preamplifier (559 93)

3. SCA (Singgle Chanel Analyser/559 95) yang termasuk di dalamnya: -Preamplifier

-Amplifier

-DAC (digital to analog converter) -Diskriminator

4.XY-YT recorder (575 662)

5.Sumber radiasi- α Ra-226 dan Am-241

C. DASAR TEORI

Pengukuran spektrum energi deferensial dengan mengukur jumlah partikel yang berada dalam interval energi E tertentu,yang hal ini akan sama dengan mengukur jumlah pulsa yang berda dalam interval ΔV tertentu. Hal ini dapat diperoleh dngan cara mengoperasikan SCA sebagai mod diferensial. Jika batas SCA di set pada mode V1 (atauE1) dan jendela memiliki lebar ΔV (atau ΔE) maka hanya pulsa dengan tinggi antara V1 dan V1+ΔV yang akan dicatat. Semua pulsa diluar itu akan dibuang.

Resolusi energi

Untuk kerja detektor yang digunakan untuk pengukuran energi ditentukan oleh lebar distribusi pulsa sumber energi tunggal,yang ditunjukkan oleh Г Atau FWMH (fulkl with half maximum). Kemampuan detector untuk mengidentifikasi pertikel dengan energi yang berbeda disebut resolusi energi yang dinyatakan dalam,

𝑅(𝐸

_𝑂

) =

Г

𝐸𝑂

...(1)

Dengan Г Dalam suatu energi ,sedang R(EO) dalam persen. Ada tiga faktor penting yang

memepengaruhi resolusi energi:

1.Fluktuasi statistic dalam sejumlah muatan yang dihasilkan dalam detector 2.Derau elektronik dalam detektor ,preampifier dan amplifier

(3)

N(E) atau n(V)

𝑁_𝑂

𝑁𝑂

2

E_O Distribusi tinggi pulsa

E atau V

D. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Demonstrasi distribusi energi dengan osiloskop

2. Susun peralatan percobaan seperti pada gambar di bawah ini

3. Hidupkan sca selama 15 menit sebelum eksperimen di mulai

4. Letakkan potensiometer (c) untuk integral diskriminator pada skala tengah

5. Periksa setting peralatan yang digunakan seperti berikut

a. Setting osiloskop

Timer Base :1 ms/cm Y deflection : 1V/cm Triggering : automatic

(4)

b. Setting SCA

swith (d) : Manual Switch (e) : Reset Base potensiometer (f) :0,00 Window potensiometer(g): 30%

6. Amati spektrum energi-alfa (distribusi energi ) yang terlihat pada osilospkop.

II. Perekaman spektrum energi dengan xy-recorder

1. Periksalah rangkaian percobaan, apakah sedah seperti pada gambar 2. Buatlah sumbu X:0,1 V/cm,dan sumbu Y : V/cm

3. Sebelum menggunakan pena XY rekorder,saklar (s) di start dan di amati bentuk puncak-puncak dan lebar spektrum.

4. Berkaitan dengan lebar dan tinggi puncak spektrum, berikut ini perlu diperhatikan -spektrum terlalu lebar--- kecilkan amplifikasi (i)

-spektrum terlalu---perbesar amplifikasi (i) -puncak terlalu tinggi---kurangi lebar window (g) -puncak terlalu rendah ---perbesar lebar window(g)

5. Ambil sumber am dan amati spektrumnya .Hitung resolusinya,dan cari konstanta yang menghubungkan antara energi dan tinggi pulsa .

6. Ganti sumber dengan yang lain ,cari tegangan puncak spektrum yang dihasilkan ,tentukan energi spektrum alfa tersebut

E. DATA PENGAMATAN

1. Data Spektrum Energi-α-Am-241

No. Kanal Cacah 1 Cacah 2 Cacah 3 Cacah 4 Cacah 5 Jumlah 0 12232 12437 12422 12187 12208 61486 10 6849 6830 6724 6788 7014 34205 20 2211 2133 2181 2118 2095 10738 30 349 351 356 339 366 1761 40 24 23 17 24 20 108 50 10 4 3 4 5 26 60 2 1 5 5 5 18 70 2 1 6 4 0 13 80 1 1 3 1 2 8 90 4 2 3 4 1 14

(5)

100 0 2 0 4 2 8 110 1 2 2 1 1 7 120 2 1 0 1 3 7 130 2 2 1 1 0 6 140 3 4 2 4 2 15 150 6 3 4 2 4 19 160 1 2 5 5 3 16 170 3 4 2 3 1 13 180 5 4 15 4 3 31 190 10 5 6 7 4 32 200 7 5 7 4 8 31 210 19 15 18 17 10 79 220 23 24 24 24 31 126 230 36 42 35 34 30 177 240 37 51 36 59 53 236 250 47 60 50 51 62 270 260 62 67 68 64 61 322 270 64 59 75 62 62 322 280 83 80 64 82 75 384 290 76 71 75 80 60 362 300 62 66 89 75 73 365 310 85 86 77 59 70 377 320 74 72 76 51 65 338 330 75 93 83 82 82 415 340 66 81 86 72 79 384 350 74 89 76 76 67 382 360 76 89 82 96 81 424 370 101 84 82 86 77 430 380 79 80 93 74 65 391 390 79 59 82 74 70 364 400 76 73 66 72 54 341 410 58 58 66 70 80 332 420 57 56 48 71 53 285 430 49 50 39 46 51 235 440 41 35 42 42 28 188 450 33 38 31 24 30 156 460 26 32 16 16 24 114 470 17 15 12 17 21 82 480 17 12 16 13 15 73 490 18 9 9 5 18 59 500 5 8 10 13 5 41

(6)

510 2 4 8 4 5 23 520 5 3 6 1 2 17 530 3 2 2 1 2 10 540 5 5 1 1 2 14 550 5 3 3 3 3 17 560 1 2 1 4 1 9 570 1 1 0 1 1 4 580 0 0 1 0 0 1 590 0 0 0 1 0 1 600 2 2 0 0 1 5 610 0 1 0 0 0 1 620 0 0 1 1 0 2 630 1 0 0 1 0 2 640 0 0 0 1 1 2 650 0 0 0 1 3 4 660 0 0 1 2 0 3 670 1 0 0 0 0 1 680 1 0 0 0 1 2 690 0 0 0 0 0 0

2.

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

690; 0 -10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0 200 400 600 800 Ju m lah C ac ah an No. Kanal

(7)

10 8426

8712

8748

8761

8685

43332

20 4670

4356

4287

4358

4078

21749

30 1426

1384

1318

1365

1362

6855

40

331

374

356

388

403 1852

50

118

91

114

117

107

547

60

34

48

40

42

198

70

23

17

21

20

22

103

80

20

8

19

10

11

68

90

12

6

9

11

8

46

100

6

14

9

16

61

110

8

16

13

14

10

61

120

16

19

13

16

17

81

130

26

18

23

17

23

107

140

20

21

24

19

103

150

28

36

35

36

24

159

160

40

31

40

41

38

190

170

45

41

54

41

46

227

180

47

41

54

43

239

190

42

53

60

57

272

200

51

57

63

75

51

297

210

63

65

60

71

324

220

64

55

57

55

66

297

230

61

56

54

55

54

280

240

53

47

54

58

56

268

250

60

61

51

59

67

298

260

57

66

43

55

54

275

270

50

54

45

64

47

260

280

43

42

47

33

212

290

46

53

54

41

38

232

300

39

45

49

46

225

310

41

46

47

34

33

201

320

50

39

52

31

38

210

330

42

48

38

42

36

206

340

39

32

27

28

36

162

350

25

29

22

27

29

132

360

28

30

32

20

142

370

18

25

18

23

107

380

23

16

14

19

18

90

390

15

17

18

15

23

88

400

17

12

14

15

70

410

12

20

10

66

(8)

420

9

12

14

11

13

59

430

12

10

8

10

6

46

440

6

9

4

8

35

450

8

7

6

4

29

460

6

4

8

7

32

470

5

11

6

5

38

480

9

2

8

2

4

25

490

3

6

5

4

5

23

500

7

3

5

6

2

23

510

9

2

6

5

3

25

520

5

6

7

4

5

27

530

0

7

3

6

2

18

540

4

5

4

6

25

550

6

1

4

6

3

20

560

5

4

3

8

23

570

4

6

5

2

4

21

580

3

5

2

6

2

18

590

3

5

9

6

26

600

3

4

2

6

19

610

8

3

6

4

27

620

7

3

6

3

8

27

630

6

4

8

1

4

23

640

4

5

7

5

8

29

650

4

6

5

26

660

6

10

7

3

4

30

670

3

7

4

3

21

680

2

1

9

6

7

25

690

13

7

3

6

4

33

700

8

5

7

8

35

710

4

7

8

6

15

40

720

9

7

11

9

8

44

730

6

7

10

6

39

740

12

4

8

6

10

40

750

10

8

7

9

4

38

760

5

11

8

40

770

6

9

6

9

17

47

780

7

8

12

8

9

44

790

14

5

7

6

9

41

800

11

14

3

11

10

49

810

10

7

12

7

46

820

4

6

7

2

26

(9)

830

10

3

5

7

30

840

7

16

15

10

9

57

850

15

11

14

9

58

860

14

7

5

11

42

870

11

8

9

5

12

45

880

12

8

16

4

48

890

8

10

8

11

14

51

900

8

14

4

38

910

10

7

5

9

7

38

920

3

8

4

6

27

930

8

9

5

2

29

940

4

9

7

4

33

950

3

12

9

11

44

960

10

8

5

6

34

970

7

35

980

9

7

5

6

5

32

990

4

6

3

2

8

23 1000

7

5

10

12

5

39 ANALISIS PERHITUNGAN

1) Untuk Am-241

1000; 39 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0 200 400 600 800 1000 1200 Ju m lah C ac ah an No. Kanal

(10)

Pada Am-241 jumlah rerata cacahan terbanyak terdapat pada kanal 370,sehingga diperoleh skala untuk jarak tiap kanalnya adalah :

Diketahui:

kanal = 5,6 𝑀𝑒𝑉₃₇₀ = 0.015 MeV

Dengan menggunakan interpolasi Lagrange, didapatkan nilai X1 dan X 2 sebagai berikut :

 Untuk X1 diambil nomor kanal 230 dan 240 sebagai intervalnya

C1 = y1 x1−x2 = 177 230−240 = −17,7 690; 0 -10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Ju m lah C ac ah an No. Kanal

Grafik Energi α-Am-241

690; 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 200 400 600 800 Ju m lah C ac ah an No. Kanal

Grafik Energi α-Am-241

(11)

C2 = 𝑦1 𝑥2−𝑥1 = 236 10 = 23,6 Nilaipolinomialnya P1= 215 Sehingga, P1= C1 (X-X2) + C2 (X-X1) 215= -17,7 ( X – 240 ) + 23,6 ( X – 230 ) 215=5,9X +4248-5428 X1 = 236,44

 Untuk X2 diambil nomor kanal 430 dan 440 sebagai intervalnya

C1 = y1 x1−x2 = 235 430−440 = −23,5 C2 = 𝑦1 𝑥2−𝑥1 = 188 10 = 18,8 Nilaipolinomialnya P1 = 215 sehingga P1= C1 ( X - X2 ) + C2 ( X - X1 ) 215= -23,5( X – 440 ) + 18,8 ( X – 430 ) 215=-4,7X+10340-8084 X2 = 434,25 Maka nilai FWHM-nya adalah

FWHM = (X2 – X1 ) x

5,6 MeV 370 kanal

FWHM = (434,25 – 236,44) (0,015 MeV) FWHM = 2,96 MeV

Resolusi Energi radiasi yang di dapat :

R = 𝐹𝑊𝐻𝑀

𝐸0 x 100%

R = 2,96

5,6 𝑀𝑒𝑉𝑥 100%

R = 52,85 %

Jadi, nilairesolusiuntuk Am-241 adalah 52,85 %

(12)

Jika di perbesar lagi grafik tersebut mempunyai lima puncak yang berturut-turut yakni :

Puncak pertama 210 , 324

Puncak kedua 250, 298

Puncak ketiga 300,225

Puncak keempat 320,210

Puncak kelima 360, 142

1000; 39 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0 200 400 600 800 1000 1200 Ju m lah C ac ah an No. Kanal

Grafik Energi α-Ra-226

1000; 39 0 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 800 1000 1200 Ju m lah C ac ah an No. Kanal

Grafik Energi α-Ra-226

(13)

Berdasarkan grafik yang kita peroleh untuk Energi puncak system pada : 1. Padatitik1

Energi puncak tertinggi pada kanal 210

210 𝑥 0,015 = 3,15 𝑀𝑒𝑉 2. Pada titik2

250 𝑥 0,015 = 3,75𝑀𝑒𝑉 3. Pada titik3

300𝑥 0,015 = 4,5𝑀𝑒𝑉 4. Pada titik 4

320 𝑥 0,015 = 4,8𝑀𝑒𝑉 5. Pada titik 5

360 𝑥 0,015 = 5,4 𝑀𝑒𝑉

F. PEMBAHASAN

Suatu sumber radioaktif yang memiliki nomor atom lebih dari 82 maka secaras pontan akan meluruh menjadi inti turunan memancarkan inti Helium (𝐻₂4_{) atau yang disebut dengan partikel alfa.}

Partikel ini sangat massif dan berenergi tinggi serta dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang memiliki rasio neutron terhadap proton yang terlalu rendah .

Pada Eksperimen kali ini digunakan sumber radioaktif Am-241 dan Ra-226 dan juga sebuah detector semikonduktor.Detektor ini bekerja fotoida silikon yang berupa lapisantipis yang akan menyerap semua energy partikel alfa. Apabila partikelalfa menumbuk lapisantipis tersebut, maka akan terjadi interaksi yang akan menghasilkan pulsa keluaran yang tingginya sebanding dengan energy radiasi alfa tersebut. Lapisan tipis fotoida silicon akan menyerap seluruh partikel alfa yang akan menghasilkan pulsa yang dibangkitkan dari peristiwa terbentuknya pasangan hole-elektron saat partikel alfa menumbuk lapisan silicon. Pulsa yang dihasilkan ini akan sebanding dengan energy alfa, sehingga bisa menentukan energy radiasi yang belum diketahui

Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon peluruhan α memenuhi reaksi yang dinyatakan oleh :

A

(14)

dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Sedangkan untuk peluruhan radioaktif 226Ra menjadi 206Pb. Dalam eksperimen ini dapat diperoleh turunan peluruhannya:

226

Ra

222

Rn+α

222

Rn

218

Po+α

218

Po

214

Po+α

214

Po

210

Po+α

210

Po

206

Pb+α

Dari penurunan peluruhan 226Ra menjadi 206Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-masing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda. Dari grafik terlihat spectrum energinya memiliki 5 puncak yang menunjukkan besarnya energi yang dihasilkan partikel α tersebut selama meluruh.

Pada eksperimen ini untuk menentukan energy dari partikel α dari Ra-226 digunakan kalibrator Am-241 yang memiliki spectrum mono energetic radiasi α sebesar 5,6 MeV. Besarnya energy partikel puncak pada spectrum energy peluruhan Ra-226 menjadi Pb-206 didapatkan dengan menganalisis spectrum energi Am-241. Puncak energy partikel α pada peluruhan Am-241 terjadi pada kanal 370, sehingga dapat diketahui bahwa 1 kanal mewakili besarny aenergi yang dipancarkan partikel α sebesar 0,015 MeV atau 0,015 𝑥 106_𝑒𝑉.

Kemudian untuk mengetahui besarnya energy tiap partikel alfa hasil peluruhan, yang dilakukan adalah dengan mencari nomor kanalnya lalu dikalikan dengan 0,015 MeV. Berdasarkan analisis data, diperoleh hasil perhitungan energy partikel alfa untuk masing-masing peluruhan sebagai berikut

Nama

Energy

(MeV)

Ra-226 3,15

Rn-222 3,75

Po-218 4,5

Po-214 4,8

Po-210 5,4

(15)

Berdasarkan , seperti yang terlihat pada grafik spektrum energy diatas pada titik 1 yang menunjukan Ra-226 didapatkan E= 1 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literature pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 𝑋 100%

1 − 3,15

3,15 × 100% = 68, 25 %

Pada titik 2 yang menunjukan Po-210 didapatkan E= 3,75 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahanny asebesar:

5,30 − 3.75

5,30 × 100% = 49,20 %

Pada titik 3 yang menunjukan Rn-222 didapatkan E= 4,5 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:

5,48 − 4,5

5,48 × 100% = 31,11 %

Pada titik 4 yang menunjukan Po-218didapatkan E= 4,8 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 × 100%

6 − 4.8

6 × 100% = 38,09 %

Pada titik 5 yang menunjukan Po-214 didapatkan E= 5,4 𝑀𝑒𝑉. Jika dibandingkan dengan nilai pada literatur pada table di atas maka prosentase kesalahannya sebesar:

𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟 × 100%

7,68 − 5,4

7,68 × 100% = 73,38 %

FWHM merupakan lebar “peak” pada setengah energy puncaknya. Resolusi energy radiasi alfa merupakan kemampuan system spectrometer energy radiasi untuk memisahkan antar energy radisai. Hal ini sangat penting karena dapat

memberikan informasi

seberapa valid informasi energy radiasi yang muncul dalam spectrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi yang kami peroleh dalam percobaan ini 52,85 %.

(16)

Adanya presentase kesalahan yang cukup besar disebabkan oleh faktor alat maupun faktor praktikan. Selain itu, bisa juga dari sumber radiasi yang sudah sering kali digunakan dalam eksperimen, dan juga eksperimen hanya dilakukan sekali sehingga tidak sesuai dengan nilai literature yang sudah dilakukan eksperimen berkali.kali

G. KESIMPULAN

Dari eksperimen tersebut didapatkan bahwa:

1.Pada peluruhan inti turunan 226Ra menjadi 206Pb menghasilkan 5 buah partikel α yang masing-masing partikel α memiliki besar energy partikel yang berbeda

2. Berdasarkan analisis, diperoleh energy partikel tiap alfa tiap puncak dan presentase kesalahannya adalah :