BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Sinar γ adalah radiasi
gelombang elektomagnetik dengan daya tembus tinggi dengan panjang gelombang 10-7
– 10-11 cm. Sinar γdipancarkan dari inti atom yang tidak stabil (radioaktif) atau pada inti
dalam keadaan tereksitasi (excited state), kemudian sinar γterpancar ke keadaan dasar dengan
jalan memancarkan radiasi elektromagnetik yang disebut sebagai Sinar γ. Dengan kata lain, jika suatu inti berada dalam keadaan tereksitasi namun
karena ketakstabilan dari keadaan tereksitasi, inti tersebut akan berpinduh ke
keadaan stabil, inti tersebut akan memancarkan sinar γ.
Sinar γ sama seperti
radiasi sinar elektromagnetik lainnya biasa dipandang sebagai paket-paket
energi yang disebut foton (γ). Massa dan muatan suatu inti yang memancarkan sinar γtidak berubah.Sinar γini memiliki energi yang sama
dengan selisih antara tingkat-tingkat energi tersebut.Sinar γ mempunyai sifat yang sama dengan sinar-X, namun panjang
gelombangnya lebih pendek dibandingkan sinar-X.
Baik sinar-X
maupun sinar-γ keduanya merupakan radiasi elektromagnetik yang membawa energi
dalam bentuk paket-paket yang disebut foton. Oleh karena itu, seringkali kedua
jenis radiasi tersebut dinamaikan juga sebagai radiasi foton. Berbeda dengan
partikel-α dan partikel-β yang mempunyai jangkauan relatif pasif, sehingga
energi yang dibawa kedua partikel tersebut dapat terserap seluruhnya oleh
materi dengan ukuran tertentu.
Sehingga
yang menjadilatarbelakangadalahmengetahui sinar
gamma adalah termasuk sinar yang tidak dapat dilihat oleh mata untuk itu perlu
adanya detektordaninteraksisinar
gamma denganmateri.
1.2Tujuan
1.
Untuk mengetahui hubungan antara intensitas sinar gamma dengan ketebalan absorber
2.
Untuk menentukan koefisien absorbsi sinar gamma pada beberapa absorber.
3.
Untuk mengetahui aplikasi sinar gamma.
BAB II
LANDASAN
TEORI
Seperti halnya
inti atom yang tereksitasi dapat memancarkan foton. Inti atom dapat berada pada
keadaaan tereksitasi sebagai akibat peluruhan alfa, beta atau melalui proses
tumbukan dengan zarah lain. Setelah peluruhan alfa dan beta, inti biasanya dalam keadaan tereksitasi.
Seperti halnya atom, inti akan mencapai keadaan dasar (stabil dengan
memancarkan foton gelombang
elektromagetik) yang dikenal dengan sinar gamma (γ).
Sebuah inti yang tereksitasi dapat meluruh dengan
cara emisi radiasi elektromagnetik dengan cara konversi internl menuju tingkat
energi inti yang lebih rendah. Proton yang tereksitasi dapat meemancarkan
radiasi elektromagnetik sinar gamma melalui proses peluruhan. Hal ini identik
dengan transisi elektron tereksitasi dalam atom dari tingkat energi yang lebih
tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah disertai dengan pancaran radiasi
elektromagnetik atau pancaran elektron auger. Pada umumnya keadaan inti tidak
berupa keadaan zarah tunggal, sehingga penyusunan kembali nukleon pada
peluruhan gamma adalah sangat kompleks.
Radiasi sinar gamma umumnya dikenal sebagai radiasi
elektromagnetik yang dihasilkan inti atom. Radiasi gamma memiliki panjang
gelombang lebih pendek dari 104 F, dengan energi lebih besar 0,1 MeV
sampai dengan 10 MeV, yang merupakan karakteristik selisih antara
keadaan-keadaan inti. Proses interaksi antara sinar gamma dengan materi adalah
kompleks.
Energi sinar gamma yang dipancarkan sama dengan
selisih antara tingkat-tingkat energi dimana inti atom melakukan transisi.
Perhitungan yang lebih teliti harus melibatkan adanya pentalan (recoil) inti
atom pemancar.
Gambar 2.1 Peluruhan Gamma (a) Diagram Energi. (b) Diagram Momentum
Apabila foton gamma berinteraksi dengan sebuah
elektron bebas atau yang terikat lemah. Energi yang dilepaskan pada saat terjadi transisi
adalah energi inti yang digunakan sebagai tenaga sinar gamma dan tenaga recoil
inti pemancar. (Yusman Wiyatmo, 2006)
Detektor
Geiger-Mueller terdiri dari tabung logam yang berfungsi sebagai katoda dan
kawat yang dipasang ditengah tabung sebagai anoda.Kedua ujungnya ditutup dengan
bahan isolatordengan diisi gas mulia sebagai gas utama yang dapat dicampur
dengan gas quenching.
Gas
quenching dapat menggunakan gas poliatomik ataupun gas diatomik (seperti gas
halogen) dengan
volume sekitar 5% - 10% .Pemilihan gas mulia sebagai gas utama
disebabkantingkat kereaktifan gas mulia sangat kecil seda ngkan pemilihan gas
campuran didasarkan pdatingkat kereaktifan yang sangat tinggi. Gas mulia yang
digunakan sebagai gas
utama detektor.
Prinsip
kerja detektor Geiger-Mueller adalah interaksi radiasi dengan materi melalui
proses ionisasi. Apabila radiasi menembus detektor maka radiasi tersebut akan
berinteraksi dengan gas isian utama melalui proses ionisasi. Proses ionisasi
akan menghasilkan pasangan ion primer yaitu ion positif dan elektron. Ion
positif dan elektron dapat bergerak menuju elektroda yang berlawananapabila
medan listrik dalam tabung detektor kuat.Ion positif akan bergerak menuju
katoda sedangkan elektron tertarik ke anoda. Pergerakan elektron yang menuju
anoda akan memiliki kecepatan lebih besar daripada ion positif. Hal
tersebutdisebabkan elektron mempunyai massa yang relatif ringan dibandingkan
massa ion positif. Selama pergerakan elektron menuju anoda, elektron tersebut
akan menumbuk gas isian utama yang lain sehingga mengakibatkan terbentuknya
pasangan ion sekunder. Proses ionisasi sekunder akan terjadi terus menerus
hingga terjadi pengumpulan muatan yang cukup besar di anoda.
Pengumpulan
muatan (avalanche) pada anoda akan menyebabkan tegangan akan menurun dan
menghasilkan pulsa listrik. Ion positif gas utama yang bergerak menuju katoda
juga akan bertumbukan dengan molekul gas campuran. Tumbukan tersebut
mengakibatkan elektron gascampuran akan tertarik oleh ion positif gas utama dan
menjadi netral akibat adanya beda potensial ionisasi antara keduanya. Ion
positif gas campuran selanjutnya akan dinetralkan melalui tumbukan dengan
elektron pada permukaan katoda.
Tumbukan
antara molekul gas utama dengan gas campuran tersebut menghasilkan sisa energi
berupa pancaran foton-foton ultraviolet. Pengendalian discharge dapat dilakukan
dengan cara menyerap foton ultraviolet oleh gas campuran. Apabila gas campuran
yang digunakanadalah gas halogen maka penyerapan foton ultraviolet akan
berfungsi untuk menetralkan kembali gas halogen. Dengan demikian, gas halogen
yang digunakan sebagai gas campuran pada detektor. Apabila ada dua bahan yang terpisah pada jarak tertentu dan diberi beda
potensial Besarnya medan listrik akan
sebanding dengan beda potensial diantara anoda dan katoda.Semakin besar beda
potensial yang diberikan diantara kedua bahan tersebut maka medan listrik yang
dihasilkan juga akan besar. (Elfiaturridha, 2011)
Spektrometer sinar gamma dapat digunakan
untuk menganalisis sumber radioaktif yang kemudian dapat digunakan untuk
mengidentifikasi unsur atau isotop-isotop radioaktif yang ada di dalamnya. Biasanya
untuk mengidentifikasi isotop radioaktif, spektrometer gamma dilengkapi dengan
suatu perangkat lunak untuk kalibrasi dan mencocokkan puncak-puncak energi foton
(photopeak) dengan suatu pustaka data nuklir. Untuk memahami
puncak-puncak energi spektrum maka dibutuhkan pengetahuan tentang interaksi radiasi
sinar gamma dengan materi. Tetapi dengan berkembangnya metode jaringan syaraf
tiruan sebagai bagian dari ilmu kecerdasan buatan, maka kita dapat menciptakan
peralatan cerdas yang dapat melakukan identifikasi isotop radioaktif secara
otomatis yaitu dengan mencocokan pola-pola spektral secara menyeluruh dari
setiap sumber radioaktif dan juga campurannya, tidak hanya dengan memeriksa
puncak-puncak energi foton seperti yang dilakukan selama ini.
Untuk memeriksa radiasi gamma dibutuhkan alat
yang disebut spektrometer yang terdiri dari detektor radiasi gamma, rangkaian
elektronika penunjang, dan alat yang disebut multichannel pulse-height
analyzer (MCA). Rangkaian elektronika, catu daya tegangan tinggi dan
rangkaian MCA kini telah dibuat secara terintegrasi dan onboard pada
slot komputer PC. Dengan perangkat lunak khusus, komputer PC dapat berfungsi
sebagai MCA dengan kemampuan pengolahan dan analisis yang lebih baik. Karena
berbasis komputer maka dapat direalisasikan sistem cerdas yaitu menerapkan berbagai
metode matematika dan kecerdasan buatan untuk memperkaya kemampuan peralatan.
Banyak isotop radioaktif dapat diidentifikasi dengan memeriksa karakteristik
sinar gamma dan spektral hasil interaksi sinar-gamma dengan materi yang
memberikan pola yang unik.
Sinar gamma adalah radiasi gelombang
elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek (dalam orde
Angstrom) yang dipancarkan oleh inti atom yang tidak stabil yang bersifat
radioaktif. Setelah inti atom memancarkan partikel a, β¯(elektron), β+
(positron), atau setelah peristiwa tangkapan elektron, inti yang masih dalam
keadaan tereksitasi tersebut akan turun ke keadaan dasarnya dengan memancarkan
radiasi gamma. Sebagai contoh, peluruhan unsur 137Cs menjadi 137Ba
melalui peluruhan β¯ yang diikuti pemancaran radiasi
.
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 waktu
pengembangan kristal. Sinar gamma yang masuk ke dalam detektor berinteraksi
dengan atom-atom bahan sintilator menurut efek fotolistrik, hamburan Compton
dan pasangan produksi, yang akan menghasilkan kilatan cahaya dalam sintilator.
Keluaran cahaya yang dihasilkan oleh kristal sintilasi sebanding dengan energi
sinar gamma. (M. Syamsa Ardisasmita)
BAB
III
METODOLOGI
PERCOBAAN
3.1.
Peralatan dan Bahan
3.1.1.
Peralatan
1. Tabung GM
Berfungsi sebagai detektor radiasi.
2. Rak tabung GM
Berfungsi sebagai tempat untuk
tabung GM.
3. Scaler atau Ratameter
Berfungsi sebagai alat untuk
menanpilkan hasil pencacahan.
4. Stopwatch
Berfungsi untuk mengukur lamanya pencacahan.
5. Penjepit
Berfungsi untuk menjepit
peralatan.
6. Absorber Al dan Pb
Berfungsi untuk menyerap
radiasi sinar gamma.
7.
Serbet
Berfungsi
untuk membersihkan peralatan.
8.
Kabel coaxial
Berfungsi
sebagai penghubung tabung GM dengan Skalar.
9.
Sarung tangan
Berfungsi
sebagai alat untuk melindungi tangan dari radiasi agar tidak kontak langsung
dengan sumber radiasi.
3.1.2. Bahan
1.
Co-60
Berfungsi sebagai sumber
radioaktif radiasi sinar gamma.
3.2.Prosedur Percobaan
A. Tanpa menggunakan absorber
1. Dipersiapkan semua peralatan
yang akan digunakan.
2. Dihubungkan tabung GM dengan
scaler dengan kabel coaxial.
3. Dihubungkan scaler ke sumber
arus listrik.
4. Diletakkan sumber radioaktif
radiasi sinar gamma (Co-60) di rak tabung.
5. Dicatat laju pencacahannya
dalam waktu 1 menit sebagai cacah latar belakang tanpa menggunakan absorber.
6. Dilakukan pencacahan sebanyak
tiga kali dan dihitung nilai rata-rata cacahan.
B. Menggunakan Absorber
1. Dipersiapkan semua peralatan
pada percobaan.
2. Dihubungkan tabung GM dan
scaler dengan menggunakan kabel coaxial.
3. Scaler dihubungkan ke sumber
arus listrik.
4. Diletakkan sumber radioaktif
radiasi sinar gamma Co-60 pada rak.
5. Dipersiapkan absorber dengan
ketebalan mg/cm2, 2,5 mg/cm2, 5 mg/cm2,
7,5 mg/cm2, 10 mg/cm2,
12,5 mg/cm2, 15 mg/cm2, 20 mg/cm2, 25 mg/cm2.
6. Diletakkan absorber aluminium dengan ketebalan terkecil pada rak tabung.
7. Dicatat laju pencacahan
sebanyak 3 kali dah dihitung nilai rata-rata
cacahannya.
8. Dilakukan pencacahan sebanyak 3
kali dan dihitung nilai rata-rata
cacahannya.
9. Diulangi langkah 6-8 untuk
menggunakan absorber Al dengan ketebalan yang digunakan mulai dari ketebalan
terkecil.
10. Diulangi langkah 5-9 untuk absorber Pb dengan ketebalan 0, 1, 2, 3, 4, 6, 10, 12 dalam satuan mg/cm2.
BAB IV
DATA DAN ANALISA
PERCOBAAN
4.1.
Data Percobaan
(Terlampir)
4.2.
Analisa Data
1.
Membuat Grafik
cacah vs tebal dari setiap absorber
(Terlampir)
2.
Menentukan
koefisien serapan masing-masing data
a.
Untuk absorber
Alumunium (Al)
~
b.
Untuk absorber Timbal
(Pb)
3. Menentukan
koefisien serapan total untuk setiap penyerap.
BAB
V
KESIMPULAN
DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1.
Hubungan antara
interaksi sinar gamma dengan ketebalan absorber adalah menurun secara
eksponensial, didalam intensitas radiasi sebagai sebuah sinar homogennya dari
sinar gamma yang melewati sebuah materi lempeng tipis ketika sebuah sinar gamma
dari ntensitas I dibutuhkan pada sebuah lempeng dari ketebalan
x, perubahan
intensitas dari sinar setelah menembus lempeng adalah sebanding pada ketebalan
dan kepada intensias tumbukan ketika sinar gamma melewati absorber, maka
sebagian sinar gamma tersebut akan diserap oleh absorber dan intensitasnya akan
berkurang sesuai dengan persamaan :
I = Io.e-nx
Semakin
besar nilai ketebalan dari absorber, maka intensitas sinar gamma akan tereduksi
dan pada ketebalan tertentu, sinar gamma tidak bisa menembus absorber.
2.
Dari hasil
praktikum telah didapati koefisien absorbsi sinar gamma dari beberapa absorber
adalah sebagai berikut:
Untuk
absorber Al = 4589 Cpm
Untuk
absorber Pb = 2783,037 Cpm
3.
Aplikasi sinar
gamma antara lain;
a.
Cesium -137 bermanfaat
digunakan dalam perawatan kanker, mengukur dan mengontrol aliran fluida pada
beberapa proses industri, menyelidiki subterranean strata pada oil wells, dan memastikan
level pengisian yang tepat untuk paket makanan, obat – obatan dan produk yang
lain.
b.
Pada Cobalt-60
bermanfaat untuk: sterilisasi peralatan medis di rumah sakit, pasteurize
beberapa makanan dan rempah, sebagai terapi kanker, mengukur ketebalan logam
dalam stell mills.
c.
Pada Tc-99m adalah
isotop radioaktif yang paling banyak digunakan secara luas untuk studi diagnosa
sebagai radiofarmaka. (Technetium-99m memiliki waktu paru yang lebih singkat).
Radiofarmaka ini digunakan untuk mendiagnosa otak, tulang, hati dan juga mampu
menghasilkan pencitraan yang dapat digunakan untuk mendiagnosa aliran darah
pasien
5.2 Saran
1.
Sebaiknya praktikan
mengetahui prinsip kerja dari tabung GM.
2. Sebaiknya
praktikan mengetahui sifat-sifat dari sinar gamma.
3. Sebaiknya
praktikan datang tepat waktu agar proses praktikum dapat berjalan dengan
lancar.
4. Sebaiknya
praktikan memakai perlengkapan praktikum dengan lengkap dan berhati-hati
terhadap kemungkinan radiasi yang terpancar pada saat melakukan praktikum.
DAFTAR PUSTAKA
Identifikasi
Isotop Radioaktif Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan. Batan:
Yogyakarta
Halaman : 2-3
Elfiaturridha,dkk.2011. Pembuatan dan Pengujian Detektor Geiger Mueller Tipe End
Window Dengan Gas Isian Argon-Bromine. Batan : Yogyakarta
Halaman : 695-697
Wiyatmo, Yusman.
2006. Fisika Nuklir. Pustaka Pelajar
: Yogyakarta.
Halaman:
172-173
GAMBAR PERCOBAAN
A.
Menggunakan
Absorber AL
B.
Menggunakan absorber timbal
GRAFIK PERCOBAAN
1.
Grafik perbandingan
antara Cacah – Vs – Ketebalan untuk absorber Aluminium
2.
Grafik perbandingan
antara Cacah – Vs – Ketebalan untuk absorber Timbal
manta[ bah..
ReplyDeletemauliate da..