PENGUKURAN CACAH RADIASI NUKLIR

PENGUKURAN CACAH RADIASI NUKLIR Lutfi Mahmudah1), Ikke1), Imas1)Trio Erik1), Aziz1), Dwi Haryoto2) ,Winarno2) laboratorium fisika UM Fisika UM Abstrak: telah dilakukan percobaan pengukuran cacah radiasi nuklir menggunakan alat Geiger-Muller. Dalam praktikum ini bertujuan untuk menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif dan untuk menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung. Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah satu set GM Counter beserta counter, sumber radioaktif (amersium, barium, dan kaos lampu), kabel penghubung, aluminium foil, dan stopwatch. Sumber radiasi yang digunakan dalam percobaan adalah Amersium, Barium dan kaos lampu. Prinsip kerja yang di gunakan pada percobaan ini adalah didasarkan pada interaksi pancaran radiasi terhadap detektor (sensor) tanggapan dari alat akan  sebanding dengan jumlah radiasi yan terpancar atau sebanding dengan sifat radiasi sumber yang diukur. Dalam perhitungannya menggunakan rumus : cacah radiasi per menit rata-rata , cacah radiasi per detik , simpangan baku , dan ralat relatif . Berdasarkan percobaan diperoleh bahwa laju cacah untuk Amersium adalah 300,2 radiasi/menit, untuk Barium 65 radiasi/menit serta laju cacah untuk kaos lampu adalah 14,2 radiasi/menit. Kata kunci: cacah radisi nuklir, alat geiger-muller, amersium, barium, aluminium foil. A.Pendahuluan a.Motivasi Sebuah radiasi nuklir tidak dapat ”dirasakan” oleh panca indera manusia hal ini dikarenakan alat ukur radiasi mutlak diperlukan untuk mendeteksi dan mengukur radiasi nuklir. Ada banyak macam dan jenis bahan radioaktif yang ada di alam, contohnya antara lain uranium, radon, amerisium, plutonium, barium, dan lain sebagainya. Bahan radioaktif memiliki karakteristik yang berbeda yaitu jumlah radiasi yang dipancarkan. Pancaran radiasi dari bahan radioaktif dapat berguna dalam kehidupan namun dengan kadar yang diperbolehkan. Untuk mengukur besaran radiasi bahan radioaktif diperlukan sebuah alat berupa sensor yang dapat mengubah radiasi menjadi aliran listrik. Dalam mengukur bahan radiasi dibutuhkan suatu teknik khusus agar dapat dijadikan sensor radiasi. Bahan radioaktif juga dapat berkurang pancaran radiasi nya jika ditambahkan bahan pelindung tertentu. Sehingga tujuan dari percobaan ini adalah menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif dan menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung. b.Ringkasan percobaan Percobaan pertama yaitu untuk menentukan cacah radiasi per menit. Bahan radioaktif yang diperlukan adalah Amerisium, Barium, dan Kaos Lampu. Caranya dilakukan dengan meletakkan bahan radioaktif Barium di bawah alat detector yang terhubung dengan GM dan counternya. Dengan menyalakan GM counter bersamaan dengan stopwatch, maka cacah radiasi per menit dapat ditentukan melalui layar GM counter. Percobaan ini dilakukan juga untuk bahan radioaktif lainnya yaitu Amerisium dan Kaos Lampu Percobaan kedua yaitu dengan menggunakan bahan pelindung yang melapisi berupa aluminium foil untuk menutupi Barium dan amersium untuk mengetahui efek pamcaran radiasi bila diberi bahan pelindung (aluminium). Dengan cara yang sama seperti percobaan pertamamaka dapat ditentukan cacah radiasi per menitnya. Variasi yang dilakukan adalah melapisi kertas aluminium foil 1 hingga 5. c. Implementasi Berdasarkan jurnal penelitian oleh (Veall, 2013), sebuah penghitung G-M dari jenis tabung berjaket untuk pengukuran sinar-B pada sampel cairan dijelaskan bahwa bersama-sama dengan sarana pemasangan yang nyaman dalam pelindung timah. Terlihat bahwa laju penghitungan yang diperoleh ketika penghitung diisi sebanding dengan konsentrasi zat radioaktif dalam larutan. Metode yang dilakukan untuk menerapkan koreksi untuk kesalahan karena waktu mati penghitung dan untuk variasi dalam berat jenis larutan diberikan, bersama dengan kurva kalibrasi yang menunjukkan efisiensi absolut penghitung untuk berbagai isotop radioaktif. Penghitung terbukti bermanfaat untuk pengukuran radioaktivitas seluruh darah, plasma, urin, dll dalam percobaan penelusuran medis. Sedangkan pada jurnal penelitian oleh (Brown dan Miller, 2004), deteksi efisien dari isotop karbon periode panjang C14 dapat dicapai ketika isotop ini dioksidasi menjadi gas CO2 yang kemudian dapat digunakan sebagai pengisian konter Geiger-Müller. Ion karbon dioksida menghasilkan efek yang tidak diinginkan yang dihilangkan oleh sejumlah kecil CS2. Hasil investigasi adalah mengembangkan penghitung CO2-CS2 yang memiliki sifat memuaskan untuk studi rutin C14. B.Latar Belakang Secara harfiah, radiasi merupakan suatu cara perambatan energi dari sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium atau bahan penghantar tertentu. Panca indera manusia secara langsung tidak dapat digunakan untuk menangkap atau  melihat ada tidaknya zarah radiasi, karena manusia memang tidak mempunyai sensor biologis untuk zarah radiasi. Detektor merupakan suatu alat yang peka terhadap radiasi, apabila dikenai radiasi akan menghasilkan tanggapan mengikuti mekanisme tertentu. (Tipler,2001) Kuantitas radiasi adalah jumlah radiasi per satuan waktu per satuan luas, pada suatu titik sebuah pengukuran. Kuantitas radiasi ini berbanding lurus dengan aktivitas sumber radiasi dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara sumber dengan sistem pengukur. Energi radiasi merupakan sebuah ‘kekuatan’ dari setiap radiasi yang dapat dipancarkan oleh sumber radiasi. Apabila sebuah sumber radiasinya berupa radionuklida maka tingkat atau nilai energi radiasi yang dipancarkan tergantung pada jenis radionuklidanya. Jika sumber radiasinya dapat berupa pesawat sinar-X, maka Prinsip Dasar Pengukuran Radiasi energi radiasinya bergantung kepada tegangan anoda (kV). Dosis radiasi menggambarkan suatu tingkat perubahan atau suatu kerusakan yang dapat ditimbulkan oleh radiasi. Nilai dosis ini sangat sangatlah ditentukan oleh kuantitas radiasi, jenis radiasi dan jenis bahan penyerap. Dalam proteksi radiasi pengertian untuk dosis adalah jumlah radiasi yang terdapat dalam medan radiasi atau jumlah energi radiasi yang diserap atau diterima oleh materi. (Debertin, 1988). Detektor Geiger Muller merupakan salah satu detektor yang berisi gas. Selain Geiger muller masih ada detektor lain yang merupakan detektor isian gas yaitu detektor ionisasi dan detektor proporsional. Ketiga macam detektor tersebut secara garis besar prinsip kerjanya sama, yaitu sama-sama menggunakan medium gas. Perbedaannya hanya terletak pada tegangan yang diberikan pada masing-masing detektor tersebut. (Krane, 1982) Apabila ke dalam tabung masuk zarah radiasi maka radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya pasangan elektron-ion yang terjadi pada detektor Geiger-Muller tidak sebanding dengan tenaga zarah radiasi yang datang. Hasil ionisasi ini disebul elektron primer. Karena antara anode dan katode diberikan beda tegangan maka akan timbul medan listrik di antara kedua eleklrode tersebut. Ion positif akan bergerak kearah dinding tabung (katoda) dengan kecepatan yang relatif lebih lambat bila dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak kea rah anoda (+) dengan cepat. Kecepatan geraknya tergantung pada besarnya tegangan V. sedangkan besarnya tenaga yang diperlukan untuk membentuk elektron dan ion tergantung pada macam gas yang digunakan. Dengan tenaga yang relatif tinggi maka elektron akan mampu mengionisasi atom-atom sekitarnya. sehingga menimbulkan pasangan elektron-ion sekunder. Pasangan elektron-ion sekunder inipun masih dapat menimbulkan pasangan elektron-ion tersier dan seterusnya. sehingga akan terjadi lucutan yang terus-menerus (avalence). Kalau tegangan V dinaikkan lebih tinggi lagi maka peristiwa pelucutan elektron sekunder atau avalanche makin besar dan elektron sekunder yang terbentuk makin banyak. Akibatnya, anoda diselubungi serta dilindungi oleh muatan negatif elektron, sehingga peristiwa ionisasi akan terhenti. Karena gerak ion positif ke dinding tabung (katoda) lambat, maka ion-ion ini dapat membentuk semacam lapisan pelindung positif pada permukaan dinding tabung. Keadaan yang demikian tersebut dinamakan efek muatan ruang atau space charge effect. Tegangan yang menimbulkan efek muatan ruang adalah tegangan maksimum yang membatasi berkumpulnya elektron-elektron pada anoda. Dalam keadaan seperti ini detektor tidak peka lagi terhadap datangnya zarah radiasi. Oleh karena itu efek muata ruang harus dihindari dengan menambah tegangan V. penambahan tegangan V dimaksudkan supaya terjadi pelepasan muatan pada anoda sehingga detektor dapat bekerja normal kembali. Pelepasan muatan dapat terjadi karena elektron mendapat tambahan tenaga kinetic akibat penambahan tegangan V. (Mukti, 2011). Apabila tegangan dinaikkan terus menerus, pelucutan elektron yang terjadi semakin banyak. Pada suatu tegangan tertentu peristiwa avalanche elektron sekunder tidak bergantung lagi oleh jenis radiasi maupun energi (tenaga) radiasi yang datang. Maka dari itu pulsa yang dihasilkan mempunyai tinggi yang sama. Sehingga detektor Geiger muller tidak bisa digunakan untuk mengitung energi dari zarah radiasi yang datang. Kalau tegangan V tersebut dinaikkan lebih tinggi lagi dari tegangan kerja Geiger muler, maka detektor tersebut akan rusak, karena sususan molekul gas atau campuran gas tidak pada perbandingan semula atau terjadi peristiwa pelucutan terus menerus yang disebut continous discharge. Pada detektor GM, jika tegangan dioperasikan dari nol samapi tegangan yang tinggi dan hasil cacahannya digambarkan maka akan ada bagian yang datar. Daerah ini disebut plateau. Pada daerah plateau, jika ada perubahan tegangan, hasil cacahan tidak berubah secara signifikan. Tegangan kerja yang mulai timbulnya cacah disebut starting voltage. Bila  adalah tegangan mulainya plateau,  adalah tegangan batas dari plateau (Surahman dan Sayono, 2009). Bagian kurva potensial yang hampir datar jumlah cacahannya disebut “plateau”. Atau daerah plateau adalah daerah yang mendekati nilai konstan dan pada grafik ditunjukkan dengan garis mendatar/hampir datar. Tegangan ambang adalah tegangan saat mulai terjadi nilai cacahan. Tegangan operasi adalah tegangan yang diperlukan untuk terjadinya pencacahan pada daerah plateau. Tegangan high ketika tejadi ionisasi tingkat tinggi. Pada potensial yang lebih tinggi akan terjadi penaikkan pulsa radiasi yang cepat meningkat. Hal ini akibat sudah terjadi efek lucutan, dimana electron dari katoda dapat langsung sampai ke anoda dalam jumlah yang besar. Apabila potensial terus dinaikkan, lucutan akan semakin cepat meningkat dan dapat menyebabkan detektor rusak. Untuk menghindari kerusakan detektor variasi tegangan untuk percobaan ini dioperasikan tidak melebihi 560 V. C. Desain dan deskripsi percobaan a. Deskripsi Alat Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah satu set GM Counter beserta counter untuk mengukur cacah radiasi, sumber radioaktif (amersium, barium, dan kaos lampu), kabel penghubung untuk menghubungkan GM Counter ke listrik AC, aluminium foil digunakan untuk menutupi bahan radioaktif, dan stopwatch digunakan untuk menghitung waktu. b.Deskripsi percobaan Dalam pengukuran cacah radiasi ada 2 percobaan. Yang pertama untuk mengetahui counting rate dari bahan radioaktif. Langkah-langkahnya adalah yang pertama setelah asisten dosen menjelaskan prosedur kerja, anggota kelompok membagi tugas masing-masing. Anggota kelompok sama-sama menyiapkan alat percobaan, kemudian menyalakan Geiger counter dan detector. Setelah itu, L meletakkan bahan radioaktif (Barium) tanpa pelindung dibawah detector. Kemudian I menyiapkan stopwatch umtuk menghitung waktu 1 menit. Lalu Ik mengoperasikan alat pencacah radiasi dan L menekan stopwatch secara bersamaan. Setelah 1 menit, I mematikan detector dan Ik menulis hasil yang ada di Geiger Counter. Percobaan ini dilakukan 10 kali dan menggunakan bahan radioaktif Amersium dan kaos lempu secara bergantian. Untuk percobaan yang kedua langkahnya hampir sama, hanya saja bahan radioaktif yang digunakan hanya Barium saja dan dilapisi aluminium foil 1 lapis,2 lapis,3 lapis, 4 lapis dan juga tanpa diberi aluminium foil atau tanpa pelindung. Waktu yang dibutuhkan juga sama yaitu 1 menit. Penyusunan alat seperti gambar dibawah ini : Keterangan: Detector Radiasi Sumber Radiasi Counter Statif D. Analisis a. Metode Analisis Untuk menentukan counting rate (cacah radiasi) dari bahan radioaktif. Variabel bebas: bahan radioaktif Variabel terikat: cacah radiasi tiap menit Untuk menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung. Variabel kontrol: bahan radioaktif Variabel bebas: lapisan bahan pelindung Variabel terikat: cacah radiasi tiap menit Untuk menentukan cacah radiasi bahan radioaktif menggunakan persamaan Cacah radiasi per menit rata-rata, Cacah radiasi per detik Simpangan Baku Ralat Relatif b. Sajian Hasil Tabel data pengamatan percobaan 1(menentukan counting rate) NO. CACAH RADIASI / MENIT BARIUM AMERSIUM KAOS LAMPU 1 58 278 11 2 70 276 14 3 64 320 14 4 73 315 12 5 60 312 20 Diperoleh : cacah radiasi amerium (5,00±0,16)radiasi/detik dengan ralat 3,18 % cacah radiasi barium (1,08±0,04)radiasi/detik dengan ralat 4,40% cacah radiasikaos Lampu (0,24±0,03)radiasi/detik dengan ralat 11,0% Tabel datapengamatan percobaan 2 (menetukan penyerapan radioaktif) NO SUMBER RADIOAKTIF BAHAN PELINDUNG CACAH RADIASI/MENIT BARIUM AMERSIUM 1 BARIUM AMERSIUM 1 47 197 2 2 39 182 3 3 35 179 4 4 32 176 5 5 31 170 Diperoleh grafik berupa: C. Pembahasan Hasil Radiasi merupakan cara perambatan energi dari suatu energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Bentuk energi yang dipancarkan secara radiasi diantaranya radiasi nuklir. Percobaan cacah radiasi nuklir ini dikalukan dengan menggunakan detektor GM, alat ini bekerja berdasarkan prinsip ionisasi, saat partikel radiasi yang masuk akan mengionisasi gas dalam detektor. Detektor bekerja dengan cara mengukur perubahan yang disebabkan penyerapan energi radiasi. percobaan pertama dilaksanakan dengan tujuan untuk menentukan cacah radiasi (counting rate) dari bahan radioaktif selamam satu menit. Percobaan ini menggunakan bahan radioaktif yang bervariasi, yaitu Barium, Amersium, dan kaos lampu. Untuk mengetahui cacah radiasi dari masing masing bahan radioaktif. Sehingga diperoleh nilai cacah radiasi sebagai berikut cacah radiasi amerium (5,00±0,16)radiasi/detik dengan ralat 3,18 % cacah radiasi barium (1,08±0,04)radiasi/detik dengan ralat 4,40% cacah radiasikaos Lampu (0,24±0,03)radiasi/detik dengan ralat 11,0% Hasil tersebut telah sesuai dengan dasar teori dan hasil dari perhitungan ralat juga menunjukan bahwa ralat yang diperoleh relative kecil. Pada percobaan kedua menentukan penyerapan radioaktif dari bahan pelindung, yaitu aluminium foilyang merupakan penangkal radiasi. Pada percobaan ini alumunium digunakan untuk menghalangi radiasi dengan cara membungkus bahan radio aktif sehingga sampai 5 lapisan. Selanjutnya dengan menggunakan detektor Geiger-Muller digunakan untuk mengetahui apakah terdapat radiasi yang diserap oleh bahan pelidung aluminium foil. Berdasarkan grafik dapat disimpulkan bahwa aluminium foil dapat menyerap radiasi nuklir. Semakin tebal lapisan pelindung yang digunakan, semakin banyak radiasi yang diserap oleh aluminium foil, maka semakin kecil  pula radiasi yang dapat menembus menuju detektor Geiger-Muller. Untuk percobaan kedua, hasil grafik yang membentuk berdasarkan grafik hubungan tebal pelindung dengan cacah radiasi yaitu berbanding lurus. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang ada dimana seharusnya tebal pelindung akan mengurangi cacah radiasi bahan radioaktif tersebut. Percobaan yang hampir sama dilakukan oleh Septia Kholimatussa’diyah dari Universitas Airlangga. Pada percobaannya didapatkan hasil yang berbeda karena menggunakan bahan radioaktif yang berbeda. Pencacahan dilakukan terhadap sumber radioaktif berupa Cs-137 dan Co-60. Sedangkan pada percobaan yang dilakukan oleh Kusnanto Mukti dari Universitas Sebelas Maret ditemukan hasil percobaan yang hampir sama, hanya saja ada perbedaan pada penghitungan cacahnya yaitu cacah radiasi per 15 detik. Adapun hal yang menyebabkan adanya penyimpangan antara hasil  percobaan dengan teori cacah radiasi adalah : 1. Kurang teliti dalam membaca detektor Geiger-Muller. 2. Kurang tepat saat menekan tombol stopwatch 3. Adanya radiasi selain radiasi bahan radioaktif. E.Kesimpulan Conting rate merupakan jumlah cacah radiasi yangdiukur per satuan waktu dan berdasarkan hasil perhitungan diperoleh beberapa conting rate dari berbagai sumber bahan cacah radiasi amerium (5,00±0,16)radiasi/detik dengan ralat 3,18 % cacah radiasi barium (1,08±0,04)radiasi/detik dengan ralat 4,40% cacah radiasikaos Lampu (0,24±0,03)radiasi/detik dengan ralat 11,0% penyerapan radiasi bahan aktif dari suatu pelindung bergantung pada ketebalan behan tersebut Semakin tebal lapisan pelindung yang digunakan, semakin banyak radiasi yang diserap oleh aluminium foil,Maka radiasi yang terpancar akan semakin sedikit F.Daftar Rujukan K. Debertin and R.G. Helmer. 1988. Gamma and X-ray Spectrometry with Semiconductor Detectors. North-Holland: Amsterdam. Kholimmatussa’diah, Septia. 2010. Eksperimen Detektor Geiger-Muller. Surabaya: Universitas Airlangga. Mukti, Kusnanto. 2011. Statistik Pencacahan Radiasi. Surakarta:Universitas Sebelas Maret. Penyusun, Tim. 2015. Petunjuk Eksperimen Fisika Modern. Malang: Jurusan Fisika FMIPA UM. Krane, Kenneth. S, 1982. Fisika Modern, Terjemahan : Hans. J. Wospakrik dan Sofia Nikhsolihin, Jakarta Tipler,Paul.2001. Fisika untuk sains dan Tehnik. Jakarta : Erlangga Surakhman dan Sayono. 2009. Pembuatan Geiger Mueller Tipe Jendela Samping dengan Gas Isian Argon-Etanol. Yogyakarta : Seminar Nasional V SDM Teknologi Nuklir halaman 405-414, ISSN 1987-0176. Veall, N. B.Sc. 2013. A Geiger-Muller Counter for Measuring the Beta-ray Activity of Liquids, and its Application to Medical Tracer Experiments. Medical Research Council, Radio Therapeutic Research Unit, Hammersmith Hospital, London, W.12. Dari (https://doi.org/10.1259/0007-1285-21-247-347 ). Diakses pada 17 Februari 2019 Sanborn C. Brown dan Warren W. Miller. 2004. Carbon Dioxide Filled Geiger‐Müller Counters. Review of Scientific Instruments 18, 496 (1947). Dari ( https://doi.org/10.1063/1.1740986). Diakses pada 10 April 2019 Lampiran 1.Barium Cacah Radiasi per menit rata-rata = = 65 radiasi/menit Cacah Radiasi per detik 1.083333333 Simpangan Baku 2.863564213 d).Simpang an baku perdetik 0.04772607 radiasi/detik e).ralat relative x100%=4.405483404 % Jadi, cacah radiasi barium (1,08±0,04)radiasi/detik dengan ralat 4,40% 2.Amnerium Cacah Radiasi per menit rata-rata = = 300,2 radiasi/menit Cacah Radiasi per detik Simpangan Baku 9.56242647 d).Simpangan baku perdetik Sb = = = 0.159373775 radiasi /detik e).ralat relative R = = x100%= 3.185351922 % Jadi, cacah radiasi amerium (5,00±0,16)radiasi/detik dengan ralat 3,18 % 3.Kos lampu a.Cacah Radiasi per menit rata-rata = = 14,2 radiasi/menit b.Cacah Radiasi per detik 0.236666667 c.Simpangan Baku 1.562049935 d.Simpangan baku perdetik Sb = = = 0.026034166 radiasi /detik e.ralat relative R = = x100%= 11.00035166 % Jadi, cacah radiasikaos Lampu (0,24±0,03)radiasi/detik dengan ralat 11,0% Bahan radio aktif yanag diberi lapisan pelindung NO SUMBER RADIOAKTIF BAHAN PELINDUNG CACAH RADIASI/MENIT BARIUM AMERSIUM 1 BARIUM AMERSIUM 1 47 197 2 2 39 182 3 3 35 179 4 4 32 176 5 5 31 170