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


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.


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


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)


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


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


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


8/11

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


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







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







11/11

laporan spektroskopi gamma kl.9

Documents