Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
Transcript of Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
1/11
Spektroskopi Gamma
I. LATAR BELAKANGSinar gamma sebenarnya hampir sama dengan sinar-x, hanya saja sinar-x lebih lemah.
Sinar gamma ini dihasilkan oleh suatu bahan radioaktif. Sinar gamma adalah termasuk sinaryang tidak dapat dilihat oleh mata untuk itu perlu adanya detektor.
Spektroskopi adalah alat analisis yang digunakan untuk mengidentifikasi
radionuklida pemancar sinar . Analisis ini dilakukan dengan cara mengamati spektrum
karakteristik yang ditimbulkan oleh interaksi radiasi dengan material detektor. Unsur
radioaktif yang digunakan dalam percobaan ini adalah Cs-137, Co-60 dan Ba-133. Unsur
radioaktif alam dan buatan menunjukkan aktivasi radiasi yang sama, yaitu radiasi sinar ,
sinar dan sinar .Detektor yang digunakan dalam spektroskopi gamma adalah detektor sintilasi NaI
(Tl). Detektor sintilator merupakan detektor yang bekerja berdasarkan proses kelipan yang
terjadi ketika suatu bahan berinteraksi dengan foton. Kristal NaI merupakan sintilator organik
yang sering digunakan untuk spektroskopi . Detektor NaI(Tl) sering digunakan karena
memiliki efisiensi tinggi meskipun resolusinya rendah. Dari hasil pencacahan dari detektor
sintilator ini dapat digunakan untuk mengetahui prinsip kerja, dapat mengetahui pembuatan
spectrum, dan pengukuran tenaga sinar gamma () dari detektor tersebut.
(Khopal, 2003)
II. TUJUAN1. Mempelajari spektrum isotop Cs-1372. Mempelajari spektrum isotop Co-603. Mengkalibrasi detektor dengan isotop Cs-137 dan isotop Co-604. Menggunakan hasil kalibrasi detektor untuk menentukan energi gamma dari suatu sumber
radioaktif yang tidak/ belum diketahui energinya (isotop Ba-133).
III. TINJAUAN PUSTAKASinar gamma sebenarnya hampir sama dengan sinar-X, hanya saja sinar-X lebih lemah
dari sinar gamma. Sinar gamma ini dihasilkan oleh suatu bahan radioaktif. Sinar gamma
adalah termasuk sinar yang tidak dapat dilihat oleh mata, untuk itu perlu adanya detektor.
Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang
yang sangat pendek (dalam orde ) yang dipancarkan oleh inti atom yang tidak stabil yang
bersifat radioaktif. Setelah inti atom memancarkan partikel , - (elektron), + (positron),atau setelah peristiwa tangkapan elektron, inti yang masih dalam keadaan tereksitasi tersebut
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
2/11
akan turun ke keadaan dasarnya dengan memancarkan radiasi gamma. Sebagai contoh,
peluruhan unsur 137Cs menjadi 137Ba melalui peluruhan - yang diikuti pemancaran radiasi
.
137Cs 137Ba + -1 + -2 +
Skema peluruhan 137Cs dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Skema Peluruhan 137Cs
Detektor yang umum digunakan dalam spektroskopi gamma adalah detektor sintilasi
NaI (Tl). Detektor ini terbuat dari bahan yang dapat memancarkan kilatan cahaya apabila
berinteraksi dengan sinar gamma. Efisiensi detektor bertambah dengan meningkatnya volume
kristal sedangkan resolusi energi tergantung pada kondisi pembuatan pada waktupengembangan kristal. Sinar gamma yang masuk ke dalam detektor berinteraksi dengan atom-
atom bahan sintilator menimbulkan efek fotolistrik, hamburan compton dan produksi
pasangan dan akan menghasilkan kilatan cahaya dalam sintilator. Keluaran cahaya yang
dihasilkan oleh kristal sintilasi sebanding dengan energi sinar gamma.
Kilatan cahaya oleh pipa cahaya dan pembelok cahaya ditransmisikan ke fotokatoda
dari photomultiplier tube (PMT) kemudian digandakan sebanyak-banyaknya oleh bagian
pengganda elektron pada PMT. Arus elektron yang dihasilkan membentuk pulsa teganganpada input penguat awal (preamplifier) . Pulsa ini setelah melewati alat pemisah dan
pembentuk pulsa dihitung dan dianalisis oleh Mulichannel Analyzer (MCA) dengan tinggi
pulsa sebanding dengan energi gamma.
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
3/11
Gambar 2. Skema bagan spektrometer sinar gamma.
Jika energi radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif 137Cs diserap seluruhnya
oleh elektron-elektron pada kristal detektor NaI(Tl) maka interaksi ini disebut efek fotolistrikyang menghasilkan puncak energi (photopeak) pada spektrum gamma (gambar 3) pada daerah
energi 661,65 keV. Apabila foton gamma berinteraksi dengan sebuah elektron bebas atau
yang terikat lemah, misal elektron pada kulit terluar suatu atom, maka sebagian energi photon
akan diserap oleh elektron dan kemudian terhambur. Interaksi ini disebut dengan hamburan
Compton.
Gambar 3. Spektrum gamma dari 137Cs
Titik batas antara interaksi Compton dan foto listrik menghasilkan puncak energi yang
disebut Compton edge. Puncak Backscatter disebabkan oleh foton yang telah dihamburkan
keluar ternyata didefleksi balik kedalam detektor sehingga terdeteksi ulang (Krane K, 1992).
Spektrometer sesuai dengan namanya merupakan alat yang terdiri dari sprektrometer
dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang
tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang
diabsorbsi. Jadi spektrometer digunakan untuk mengukur energi cahaya secara relatif, jika
energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang
gelombang. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum sinar tampak yang
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
4/11
sinambung dan monokromatis. Sel pengabsorbsi untuk mengukur perbedaan absorbsi antara
cuplikan dengan blanko ataupun pembanding (Olmos P,1991).
Tujuan utama pengukuran spektroskopi adalah mengukur energi serta intensitasradiasi. Oleh karena itu semua detektor harus dikalibrasi menggunakan sumber radiasi
standar, sehingga dapat diperoleh hubungan antara nomor channel dengan energi. Sumber
radiasi standar yang digunakan biasanya memiliki 2 atau lebih energi yang telah diketahui,
misalnya dan , serta menghasilkan sentroid di channel dan . Dari 2 buah titik ini
dapatlah dengan mudah dibuat konversi nomor channel dengan energi. Namun mengingat
MCA tidak sepenuhnya linier, maka perlu dipilih sumber radiasi standar yang memiliki energi
radiasi yang berdekatan dengan energi radiasi yang tidak diketahui.
Tabel 1. Radiasi standar yang sering digunakan
(Keller P.E, 1995)
IV. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
1. Seperangkat alat spektrometer gamma:
- Multi Channel Analyzer (MCA) (1 buah)
- Detector NaI (Tl) (1 buah)
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
5/11
2. Sumber Radiasi
Radioaktif Kode Aktivitas(KBq) Tanggal
Acuan
Cs-137 13703/10 74,65 2,5 % 1-12-2010
Co-60 6010/10 85,10 2,5% 1-12-2010
Ba-133 13315/06 39,59 2,5% 1-12-2010
B. Cara Kerja
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
6/11
Gambar 6. Diagram Alir Prosedur Percobaan
C. Gambar Alat
V. DATA DAN PEMBAHASANA.DATAData Cacah Latar
I total: 1000
CH CT
1 0
2 2
3 0
4 125 19
6 11
7 25
8 17
9 17
10 19
terlampir
Data Co-60
Itotal= 206137
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
7/11
CH CT
1 0
2 0
3 0
4 1139
5 1464
6 1664
7 1451
8 1516
9 1490
10 1435
terlampir
Data Cs-137
Itotal= 119668
CH CT Cs
1 0
2 0
3 0
4 1140
5 1532
6 1598
7 1564
8 15099 1525
10 1475
terlampir
Data Co-Cs
Itotal = 322451
CH CT(Co+Cs)
1 0
2 03 4214
4 3064
5 3110
6 3060
7 2924
8 2943
9 2879
10 2859
Terlampir
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
8/11
Data Ba
Itotal=88712
CH CT Ba
1 0
2 0
3 0
4 616
5 965
6 1033
7 1244
8 1428
9 1588
10 1794
Terlampir
B.PEMBAHASANPercobaan kali ini membahas tentang spektrokopi sinar gamma, dimana spektrokopi gamma
adalah spektrokopi yang dapat di gunakan untuk menganalisis sumber radioaktif yang kemudian
dapat digunakan untuk mengindentifikasi unsur antara isotop radioaktif yang ada didalamnya.
Biasanya untuk mengindentifikasi isotop radioaktif spektrometer gamma di lengkapi dengan suatu
perangkat lunak atau kalibrasi dan mencocokkan puncak puncak energi foton (photopeak) dengan
suatu pustaka data nuklir.
Percobaan kali ini bertujuan untuk mempelajari spektrum isotop Cs-137, mempelajari spektrum
isotop Co-60, mengkalibrasi detektor dengan isotop Cs-137 dan isotop Co-60 sertamenggunakan hasil kalibrasi detektor untuk menentukan energi gamma dari suatu sumber radioaktif
yang tidak atau belum diketahui energinya ( isotop Ba-133).
Dalam percobaan ini alat yang digunakan adalah seperangkat alat spektrometer gamma yang
terdiri dari Multi Channel Analyser (MCA) yang berfungsi untuk memunculkan grafik cacah.Detektor
NaI(Tl) berfungsi untuk mendeteksi sinar gamma pada daerah energi 0,1-100 MeV dengan efisiensi
cukup tinggi. . Pada detektor ini terdiri dari beberapa komponen didalamnya yaitu rangkaian terpaduberbasis komputer personal yaitu kartu yang terdiri high voltage , power supply, charge sensitif pre
amplifier, sampling amplifier, 100 MHz analog digital converter (ADC) type Mutli Channel Analyzer
(MCA). Detektor ini juga terdiri dari sebuah tabung photo multi sensitive (PMT) yang berfungsi untuk
mengukur cahaya dari kristal. Sumber radioaktiv yang digunakan adalah Co-60 dengan aktivitas
85,10 2,5%, Cs-137 dengan aktivitas 74,65 2,5 % dan Ba-133 dengan aktivitas 39,59
2,5%. Detektor berfungsi sebagai pendeteksi radioaktif.
Prinsip kerja dari detektor NaI(Tl) yang digunakan dalam percobaan ini adalah ketika
sinar gamma masuk kedalam detektor maka akan berinteraksi dengan atom-atom yang berada
di dalam detektor.Sehingga akan terjadi 3 peristiwa, yaitu efek fotolistrik, effect compton dan
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
9/11
produksi pasangan. Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma yang mengenai elektron
pada kulit K dari sebuah atom maka elektron tersebut akan kosong sehingga akan diisi oleh
elektron dari kulit yang lain, transisi ini menyebabkan terjadinya efek fotolistrik.
Sedangkan Efek compton terjadi ketika sinar gamma (dalam hal ini) mengenai elektron
bebas atau elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangatlah kecil
sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma ini mengenai elektron bebas
tersebut, maka akan terjadi hamburan, yang disebut hamburan compton.
Sedangkan Efek produksi pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju di dekat inti atom
sehingga akan terbentuk pasangan positron dan elektron, dimana syarat terjadinya produksi
pasangan yaitu energinya 1,02 MeV.
Dari ketiga efek tersebut, efek compton merupakan interaksi yang paling sering terjadi.
Hal ini diakibatkan karena tenaga yang digunakan untuk melepas elektron juga yang lebih
besar. Dan dari ketiga efek tersebut akan menghasilkan sintilasi atau pancaran cahaya,
pancaran cahaya ini akan diteruskan ke fotokatoda yang dapat menguraikan cahaya menjadi
electron-elektron. Elektron ini masih lemah, sehingga harus dikuatkan dayanya oleh pre
amplifier, dan dikuatkan tinggi pulsa dengan amplifier. Lalu elektron tadi dimasukkan ke
Photo Multiplier Tube (PMT) yang terdiri dari tegangan bertingkat dan banyak katoda,
keluaran dari PMT menjadi berganda.
Percobaan yang pertama yaitu mengamati cacah latar. Dimana cacah latar ini mengindentifikasi
besarnya radiasi pada lingkungan sekitar seperti cahaya, udara, dan sebagainya. Dari radiasilingkungan yang terdeteksi maka didapat data besarnya intesitas radiasi pada detektor tersebutsetelah 1 menit waktu yang telah di setting. Dari cacah latar tersebut diperoleh data antaraCH& CT, kemudian dari hasil dicatat hingga 255 data. Intensitas total yang terukur yaituItot=1000 A/s. Dari hasil pengamatan tersebut didapat grafik hubungan antara CT vs CH sebagai
berikut:
Gambar 7. Grafik Cacah Latar Radiasi
0 50 100 150 200 250 300
0
5
10
15
20
25
30
Grafik hubungan CT & CH Cacah Latar
CT
CH
CT
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l ua t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l ua t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l ua t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l ua t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l ua t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l ua t i o n
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
10/11
Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa dalam lingkungan sekitar kita terdapat
radioaktif.Pada hasil grafik yang diperoleh dapat dilihat bahwa grafiknya acak, tidak stabil hal ini
dikarenakan cacah latar diperoleh langsung dari alam, sehingga hasilnya tidak terpaku pada jenis
sumber radiaktif tertentu.
Percobaan yang kedua yaitu mempelajari spektrum isotop Cs-137 . Untuk percobaan kali ini
menggunakan sumber radioaktif Cs-137 dengan aktivitas 74,65%2,5 dan dengan tanggal acuan 1
Desember 2010. Radioaktif tersebut diletakkan pada muka detektor hal tersebut dilakukan guna
untuk mendeteksi adanya radiasi pada bahan tersebut dengan ralat kecil. Untuk mendapatkan
puncak-puncak pada layar maka harus ditunggu 60 detik sampai terbentuk puncak-puncaknya.
Kemudian diambil data CT dan CH hingga 255 data. Intensitas total yang diperoleh adalah 119668
A/s. Dari data tersebut dapat grafik hubungan CH vs CT sebagai berikut :
Gambar 8. Grafik Cacah Radiasi sumber radiasi Cs-137
Titik batas antara interaksi Compton dan foto listrik menghasilkan puncak energi yang
disebut Compton edge. Puncak Backscatter disebabkan oleh foton yang telah dihamburkan keluar
ternyata didefleksi balik kedalam detektor sehingga terdeteksi ulang.
Pada grafik tersebut dapat dilihat pada isotop Cs-137 terdapat 1 ( 1 photopeak) pada
chanel 71 dan CT 8225, untuk mencari resolusi spektrum Cs-137 maka dapat dihitung :
(1)
Dimana FWHM Cs-137 = 14 maka Dari hasil tersebut resolusi yang didapat lebih
besar dari energi menengah ( 5%- 15%) sehingga untuk membedakan energi radiasi kurang akurat
atau kurang telirti. Dari hasil pengamatan pada grafik diketahui besarnya Itot: 13703.
0 50 100 150 200 250 300
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Grafik Hubungan CT&CH Cs-137
CT
CH
CT
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n
O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n O r i g i n P r o 8 E v a l u a t i o n
-
8/13/2019 Laporan Spektroskopi Gamma Kl.9
11/11