Oleh : SAMAN SAMADIKUN

CERAMAH:

PENGARUH PERKEMBANGAN BWANG ELEKTRONIKA TERHADAP INSTRU­MENTASI NUKLIR

Oleh

Samaun Samadikun

Pengantar:

1. Sudah sejak timbulnya teknoJogi Nuklir maka hubungannya dengan bidang Elek­tronika telah erat sekali dan mereka tclah saling menunjang di dalam memajukanbidangnya masing-masing. Didalam tahun-tahun pertama setelaJ:l perang dunia ke­dua, bidang pcngukuran radiasi dan instrumentasi nuklir telah mem berikan kontri­busi yang besar sekali kepada kemajuan bidang elektronika.

Persyaratan instrumentasi nuklir:

2. Ketelitian yang diminta didalam alat instrumentasi elektronika adalah kira-kira 1%.Ketelitian ini juga diminta untuk instrumentasi nuklir. Untuk mencapai ketelitianini dipcrlukan rangkaian-rangkaian yang rumit dan berhubung kctclitian ini harusdapat dipcrtahankan dalam jangka waktu yang lama, maka diperlukan juga kom­ponen yang mempunyai stabilitas yang tinggi.

3. Kekhususan dari instrumentasi nuklir ialah bahwa sebagian besar dari sinyal-sinyalyang harus diolah adalah dalam bent uk pulsa-pulsa yang bcrasal dari dctektor ra­diasi. Khusus juga adalah seringnya diperluk~n rangkaian-rangkaian yang mempu­nyai impedansi masuk yang tinggi.

4. Faktor keandalan (reliability) yang diperlukan'dari instrumentasi suatu instalasinuklir biasanya lcbih tinggi dibanding dengan yang dipakai didalam standard in­dustri biasa. Untuk mencapai hal ini maka perencanaan dari instrumentasi dilaku­kan dengan menggunakan komponen-komponen yang mempunyai keandalanyang tinggi, pembebanan dari komponen yang rendah serta pemberian kanal-kanal

\ tambahan.Untuk pengukuran radiasi maka faktor keandalannya ditentukan oleh penggunaannya yaituapakah untuk keperluan medis, penelitian, survey, dB.

'5. Faktor ekonomi menentukan ketelitian dan kcandalan yang dapat kita masukkanke dalam instrumentasi. Karena keandalan dan ketelitian yang sempurna tidak a­kan mungkin tercapai dan bahwa ketelitian dan keandalan dari seluruh sistim ter­gantung juga oleh bagian-bagian lain di dalam sistim, maka batas-batasnya biasanyaditcntukan oleh konsiderasi ekonomi.

6. Uktiran dari instrumentasi dibuat sckecil mungkin. Biasanya ukuran ini ada hubu­ngannya dengan pengambilan daya dari alat ini.Makin kecil ukurannya, makin kecil pula pengambilan dayanya.Di dalam instrumentasi nuklir dimana kompleksitas dari sistim instrumentasinyamembutuhkan peralatan yang ban yak maka ukuran yang kecil mcrupakan persya­ratan yang penting.Demikian juga didalam alat ukur untuk survey radiasi diperlukan sekali ukurandan pengambilan daya yang keci!.

7. Pcrsyaratan compatibility dan repairability bagi instrumentasi nuklir tidak banyakberbeda dengan persyaratan yang diminta oleh instrumentasi bidang lain. Untukmemenuhi persyaratan compatibility dibutuhkan perencanaan sistim instrumentasisecara keseluruhan dan tidak sebagian-sebagian, sedangkan persyaratan repairabilitymembutuhkan peninjauan subsistim secara tersendiri.

4

PERKEMBANGAN BIDANG ELEKTRONIKA

8. Perkembangan dalam bidang elcktronika dipelopori oleh perl\l'mhan~.m di 11•.1.1111

dua bidang, yaitu semikonduktor dan komputcr.Bila dalam permulaan tahun 60-an transistor telah menggant. l.JiH;n:,: vai-um S.-!'.l­

gai alat penguat, maka dalam tahun-tahun akhir ini timbullah ral;~t;::iali-r'JI;~ka•.;nyang diintegrir (integrated circuits) yang sekaligus juga menggantikaIi kor.,knsa~ordan resistor dengan komponen zat padat dan mengintegrasikannya bersama-samadengan transistor ke dalam sebutir kristal Silicon.

9. Perkembangan ini sebetulnya merupakan suatu lanjutan yang wajar dari perkemba­ngan di dalam bidang semikonduktor. Dengan meningkatkannya teknologi pembu-'atan transistor maka telah dicapai suatu faktor keandalan yang tinggi dari transis­tor ini serta metoda produks massa yang membuka kemungkinan pembuatan denganmurah komponen-komponcn lain sekaligus hersama-sama dengan transistor.

10. Harga transistor Silicon sebagai fungsi dan waktu (Gbr. I) pada saat ini telah sampaiketitik minimumnya yang ditentukan oIeh t"knolo6i pada saat ini. Demikian jugafaktor kecepatan kerusakan dari transistor Silkon m"nurun dari tahun ketahun(Gbr.2) sehingga pada saat ini lebih baik Jari sambl.ngan-sambungan yang menghu­bungkan komponen-komponen m~njadi sebuah rangkakan e'ektronik.

100

vi;=J~

10

~ E0:1

'"0:1~

:t!

0.157 60 63 66 69

Gambar 1. Gejala perubahan harga transistor Silicon

5

rangkaian DTL diskrit

...c- _- ....•. _-----

silicon transistor

54 57 60 63 66

Gambar 2. Gejala kecepatan kerusakan dari transistor Silicon

II. Karena cara yang dipakai untuk pembuatan rangkaian yang diintegrir tidak berbedadengan cara yang dipakai untuk pcmbuatan transistor Silicon maka diharapkan ball­wa harga dari rangkaian yang diintegrir akan tidak banyak berbeda dengan hargasebuah transistor dcngan faktor keandalan yang juga mcmadainya.

12. Dengan adanya rangkaian-rangkaian yang diintegrir ini, yang biasanya berbentukrangkaian-rangkaian yang mempunyai fungsi-fungsi tertentu, seperti penguat, gate,komparator, shift register, d11, maka dapatlah dibuat sistim-sistim yang jauh lebihkompleks dengan keandalan dan harga yang jauh lebih baik dibanding bila sistimdibuat dengan komponen diskrit.

13 Kemajuan didalam bid:mg komputer memberikan dorongan kearah dua jurusan, ya-itu penggunaan fasilitas penghitungan dan programming dari komputer sebagai alatpenambah kemampuan dari sistim dan penggunaan teknik digital yang dikembang-

kan oleh teknologi komputer sebagai metoda pengolahan sinyal.

Perkembangan instrumentasi nuklir:

14. Instrumentasi nuklir mengalami perkembangan discgala bidang. Detektor Germani­um yang Lithium-drifted telah lama bersama kit a dan telah memberikan kepadakita suatu detektor yang sampai sekarang belum ada tandingannya didalam resolu­si enersi. Kelemahan dari detektor ini ialah bahwa ia harus se1amanya didinginkan

pad a temperatur Nitrogen cair untuk menghindarkan terjadinya redrigting dari Li­thium. Perkembangan didalam bidang ini ialah dengan mengusahakan Germaniumyang ultra-murni dan dengan demikian menghindarkan keperluan pendinginan un­tuk selamanya dan dibatasi hanya pad a waktu akan dipergunakan. Detcktor Sili­con yang Lithium-drifted juga tclah ban yak dipakai, yang meskipun tidak sebaikyang dibuat dari Germanium, tetapi jauh lebih murah harganya.

15. Penggunaan compund-semiconductors yang mempunyai bandgap yang lebar telahmenghasilkan detektor-detektor yang dapat bekerja sampai 500 derajat Ce1ciusdan dapat dipakai di dalam inti dari reaktor. Usaha-usaha untuk menggantikan ka­mar-kamar ionisasi dengan detektor-detektor zat padat juga telah berhasil denganpenggunaan Cadmium Sulfide sebagai bahan. Perkembangan terakhir ialah penggaJ\-

6

tian tabung Geiger dengan detektor Silicon yang bekerja didalam avalanche modeyang dapat digunakan dengan tcgangan yang jauh lebih rendah dan mempunyaidead-time yang jauh lebih tinggi.

16. Perkembangan didalam pengolahan sinyal yang keluar dari detektor juga tidak ka­lah pesatnya dengan perkembangan didalam detektor sendiri. Perkembangan darikomponen-komponen zat padat yang dapat dipakai didalam rangkaian yang mem­punyai impedansi tinggi serta pcnguat-penguat yang mcmpunyai gesing yangrendah telah memungkinkan penggunaan detektor-detektor tersebut sampai ke ba­tas-batas kemampuannya.Pengolahan selanjutnya dari sinyal erat sekali hubungannya dengan perkembanganyang terjadi didalam bidang elektronika. Pcngolahan sinyal secara digital dan peng­gunaan teknologi komputer telah menghasilkan multichannel analyzer yang makin

. keciJ, makin dapat diandalkan, makin ampuh dan makin murah.

17. Penggabungan komputer ke dalam sistim instrumentasi secara langsung membukakemungkinan-kemungkinan yang tidak ada batasnya dalam penggunaan radiasinuklir sebagai alat analisa, process control atau penggunaan sistim instrumentasiitu sebagai alat pengatur reaktor.

18 Perkembangan di dalam instrumcntasi reaktor sebagian besar menuju kearah pem-berian faktor keandalan dan ketelitian yang lebih tinggi dan ini dicapai denganpemberian redundancy yang tinggi.

Prospek-pengembangan instrumentasi nuklir di Indonesia:

19. Boleh kita katakan bahwa pada saat ini kita swasembada hanya di dalam bidangteknologi sipil, sedangkan didalam bidang teknologi-teknologi lain masih belumBila kita akui bahwa teknologi akan merupakan faktor yang menentukan sekaliuntuk masa datang kita, maka pengembangan swasembada dibidang-bidang lainperlu kita bina.

20 Kemampuan pengembangan instrumentasi nuklir di Indonesia erat sekali hubung-annya dengan kemampuan didalam bidang elektronika pada umumnya dan instru­mentasi elektronika pada khususnya.Dengan berkembangnya rangkaian-rangkaian yang diintegrir yang dapat dipakaisebagai subsistim-subsistim yang dapat diandalkan, maka perencanaan dan pembu­atan dari alat-alat yang dahulu membutuhkan pcrsyaratan yang khusus dari kom­ponen-komponen dan keahlian-keahlian tertentu, sekarang telah sampai ke dalamjangkauan kita.

21. Dengan adanya komunikasi yang baik dengan dunia luar pada saat ini, serta ba­nyaknya teknologi diluar Indonesia yang dapat kita transfer ke dalam negeri ki­ta, maka usaha-usaha untuk mengoptimasikan transfer ini perlu kita tempuh.Cara-cara yang telah ditempuh di dalam bidang teknologi sipiJ dapat kit a pakaiuntuk mengtransfer teknologi lain ke Indonesia.

22. Identifikasi di dalam bidang teknologi sipil mengenai tugas dan tanggungjawabdari perencana, kontraktor atau financier serta konsumer atau pemakai perlu di­bina di bidang teknologi lain. Dan sudah waktunya pula kita membina kebiasaanbaru untuk mengkontrakkan kebutuhan kita didalam bidang instrumentasi seper­ti kita mengkontrakkan kebutuhan kita didalam bidang bangunan.

Penutup:

23. Perkembangan bidang instrumentasi nuklir sangat erat hubungannya dengan per­kembangan didalam bidang elektronika. Timbulnya rangkaian-rangkaian yang di­integrir telah memungkinkan dibuatnya instrumentasi yang rumit-rumit dengankeandalan yang tinggi, tetapi disamping itu juga memungkinkan dibuatnya di In­donesia banyak alat-alat instrumentasi nuklir yang sering digunakan. Untuk inisudah waktunya diadakan langkah-Iangkah untuk menciptakan suasana yang su­bur untuk perkembangan bidang ini dan . mudah-mudahan BATAN dapat meme­lopori hal ini.

Bandung, 6 Pebruari·1973.7

Ikhtisar Ceramah

Oleh

~. Hariadi Supangkat

I. Pendahuluan.

Detektor dalam spektrometri nuklir - sifat zat padat untuk detektor-silicon dangermanium - sifat-sifat intrinsik dan ekstrinsik semikonduktor-junction semikonduktor.

2. Detektor zat padat

Detektor silicon yangdidifusikan -lithium drifted devices - kegunaan bermacamtype detector.

3. Lain-lain

Kerusakan oleh radiasi dalam detektor zat padat.

Bahan-bahan untuk ceramah diambil dari:

F.S. Coulding, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 1.J.W. Mayer, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 55.J.M. Hollander, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 65.

Tabel I

Beberapa Sifat silicon dan Germanium~-'

SiliconGermaniumSatuan

Bilangan atom Z

1432 -Berat atom A

28.0672.06-'Tetapan dielektrik

12 16 --

Bandgap (300oK)1.1060.67eV

Band gap ( T )

l.21-2.8XIO-4TO.78-3.4XI 0-4TeVIntr. carrier deas. l.SX 10I 0

2.4XIOI3pada 300 Kper cm3

Intr. carrier deas. 2.8X I 016.r3/2-6450/T9.7X 1015T3/2 -4350/Tpada Tper em3

Mobilitas elektron pada 300 K1350 3900cm2/V.sec

Mobilitas hole pada 300 K480 1900cm2/V.sce

Mobilitas elektron 2.IX10912.54.9XI07 11.66pada T

cm2/V.secMobilitas hole 2.3XI09 12.7

1.05X109 12.33pada Tem2/V .see

Enersi untuk satu pasangan h-e3.66 2.96eV

E.M. Conwell, Proc. IRE 46 (1958) 1281

8

Tabel II

Ketidak murnian dalam Ge dan Si

Unsur

BoronAlumuniumCalliumIndium

FosforArsenicStibiun

Lithium

Macam

AcceptorAcceptorAcceptorAcceptor

DonorDonorDonor

Donor (Interstitial)

En.:rsi pengion (eV)Dalum Si

0.0450.0570.0650.16

0.0440.0490.039

0.033

0.0104.0.01020.01080.0112

0.01200.01270.0096

0.0093

____-------.::1

F.S. Goalding, Nucl. Instr. Meth. 43 (1966) 1.

fl$J ?flW\J~1~Al\~. ~--

9