OPTIMASI KONSENTRASI SINTILATOR CAIR DARI BAHAN TOLUENE DAN PPO UNTUK RADIASI SINAR GAMMA Sri Mulyono Atmojo Pusat Perangkat Nuklir dan Rekayasa dan Surakhman Pendidikan Ahli Teknik Nuklir ABSTRAK Telah dibuat suatu larutan sintilator cair da.ri bahan toluena yang dicampur dengan PPO (0,25-Di phenyl oxazol e :::: C H NO) dengan berbagai konsentrasi untuk pengukuran ra- 1:5 11 diasi gamma. Pada pengukuran antara 0,6 sampai 10 g PPO per liter toluena didapat konsentrasi larutan yang optimum pada 5 g/l. Sintilator mempunyai daerah plato di antara 1300- 1550 volt, sedangkan tegangan operasinya diletakkan pada tegangan 1450 voll. Resol usi pada konsentr asi yang opti mum ini adalah 0,61 %. Hasil ini cukup baik jika dibandingkan dengan sintilator standar. ABSTARCT .This experiment is done in order to find an established solution for gamma ray detection. The solution consist ot~ PPO C2.5-Diphenyloxazole :::: C H NO) and toluene. It. has 1:5 11 variable weight of 0.6 up to 10 gr of PPO in one liter of t.oluene. The observation shows that 5 gr of PPO in one liter of toluene is the best solution for gamma ray measu- rements. The operation voltage is between 1300-1550 volt and the best operati on is on 1450 vol t. The resol ution it is 0.61 % and is as good as the scintillation reference. I. PENDAHULUAN Berbagai cara telah dilakukan guna mendeteksi adanya radiasi nuklir yang dipancarkan oleh sumber radioaktif. Juga telah banyak dipergunakan berbagai teknik dan peralatan untuk mengetahui aktivitas maupun spekt.rum t.enaganya. Teknik deteksi melalui cahaya yang dihasilkan dalam mat.erial sint.i- 1ator akibat adanya radiasi nuklir yang melewat.inya merupa- kan teknik yang t.ermasuk cukup tua dalam seJarah pengukur- an radiasi nuklir. 113
14
Embed
OPTIMASI KONSENTRASI SINTILATOR CAIR DARI BAHAN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Energi/Pros_PPNY_ 6... · ke~ingka~ dasar seperti yang digambarkan oleh garis BB'.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
OPTIMASI KONSENTRASI SINTILATOR CAIRDARI BAHAN TOLUENE DAN PPO UNTUK RADIASI SINAR GAMMA
Sri Mulyono Atmojo
Pusat Perangkat Nuklir dan Rekayasa
dan
Surakhman
Pendidikan Ahli Teknik Nuklir
ABSTRAK
Telah dibuat suatu larutan sintilator cair da.ri bahantoluena yang dicampur dengan PPO (0,25-Di phenyl oxazol e ::::C H NO) dengan berbagai konsentrasi untuk pengukuran ra-1:5 11
diasi gamma. Pada pengukuran antara 0,6 sampai 10 g PPO perliter toluena didapat konsentrasi larutan yang optimum pada5 g/l. Sintilator mempunyai daerah plato di antara 13001550 volt, sedangkan tegangan operasinya diletakkan padategangan 1450 voll. Resol usi pada konsentr asi yang opti mumini adalah 0,61 %. Hasil ini cukup baik jika dibandingkandengan sintilator standar.
ABSTARCT
.This experiment is done in order to find an establishedsolution for gamma ray detection. The solution consist ot~PPO C2.5-Diphenyloxazole ::::C H NO) and toluene. It. has1:5 11
variable weight of 0.6 up to 10 gr of PPO in one liter oft.oluene. The observation shows that 5 gr of PPO in oneliter of toluene is the best solution for gamma ray measurements. The operation voltage is between 1300-1550 voltand the best operati on is on 1450 vol t. The resol ution itis 0.61 % and is as good as the scintillation reference.
I. PENDAHULUAN
Berbagai cara telah dilakukan guna mendeteksi adanya
radiasi nuklir yang dipancarkan oleh sumber radioaktif.
Juga telah banyak dipergunakan berbagai teknik dan peralatan
untuk mengetahui aktivitas maupun spekt.rum t.enaganya. Teknik
deteksi melalui cahaya yang dihasilkan dalam mat.erial sint.i
1ator akibat adanya radiasi nuklir yang melewat.inya merupa
kan teknik yang t.ermasuk cukup tua dalam seJarah pengukur
an radiasi nuklir.
113
114
Proses ini adalah salah· sat.u met.ode yang pent.ing yang
didapat. unt.uk mendet.eksi dan menent.ukan t.enaga radiasi.
Dalam hal ini. biasanya sint.ilat.or dipergunakan unt.uk pen
c:acahan zarah bermuat.an dan radiasi gamma t.enaga rendah.
Tet.api un.t.uk keperluan t.ert.ent.udapat. dipergunakan untuk
mendeteksi radiasi yang lain.
Zarah radiasi yang dat.ang pada sintilat.or akan me
nyebabkan eksit.asi. Keadaan t.ereksit.asiini biasanya tidak
berlangsung lama dan kemudian akan kembali ke keadaan
t.ingkat. dasar (gro,und-state). Pa~a saat. inilah akan di
lepaskan t.enaga dalam bent.uk foton cahaya. Kelipan cahaya
ini mempunyai panjang gelombang t.ert.ent.udan jika sampai
pada lapisan fotokatode di PMT (photo mult.iplier t.ube), akan
melepaskan elekt.ron dari lapisan t.ersebut.. Elektron ini
akan diperbanyak oleh dinode-dinode yang t.erdapat dalam PMT
dan pada akhirnya elekt.ron ini akan t.erkumpul pada anodenya
dalam bent.uk pulsa listrik. Pulsa ini cukup besar untuk
dapat dipergunakan sebagai masukan penguat awal sistem de
teksi yang dipergunakan. Informasi yang diperoleh dari
met.ode ini adalah bahwa t.enaga zarah radiasi sebanding
dengan t.inggi pulsa keluaran dan aktifitas akan sebanding
dengan cacah yang diperoleh.
II. TEORI
Berbagai jenis campuran zat.-zat organik dan inorganik
dapat diperegunakan sebagai bahan sintilator dalam bentuk
krist.al at.au cairo Unt.uk sint.ilat.orcair dapat dipergunakan
2 atau lebih Campuran. Sebagai pelarut (solvent) dapat di
C5-phenyloxazole))-benzene. DPS Cp-p'diphenyl-st.ilbene) dan
sebgainya.
115
Sin~ila~or yang sederhana ~erdiri dari sua~u campuran
yang dapa~ menimbulkan ~luoresensi dan dapa~ berben~uk kris-
~al. cairan a~au polimer. Tenaga eksi~asi dalam solven~
akiba~ adanya radiasi nuklir. dapa~ cepa~ dipindahkan ke
solu~enya. sebelum sempa~ memudur kekeadaan normalnya.
Pada keadaan ini solu~e akan ~ereksi~asi dan kemudian akan
melepaskan ~enaga dalam ben~uk ~o~on cahaya. Proses. ini
dapa~ di~erangkan dengan diagram sederhana po~ensial ~enaga
seper~i yang ~erlukis pada gambar 1.
~I ,~A' ~2tocCI.I
.•...
to\/Ic:CI.I.•...0c..
jarak inter atom
Gambar 1. Diagram po~ensial ~enaga molekulera. ~ingka~ dasar b. ~ingka~ ~ereksi~asi
Dua buah kurva Cliku) ~ersebu~ mewakili po~ensial ~e
naga versus jarak in~era~om. Jika sua~u par~ikel radiasi
nuklir da~ang dan menembus sin~ila~or. maka akan mengakiba~
kan molekul-molekul sin~ila~or diangka~ dari keadaan tingka~
dasar Cground-s~ate) ke ~ingka~ tereksi~asi.
wakili peristiwa pe~indahan keadaan ~ersebu~.
Garis AA' me-
Menuru~ prin-
sip Franck-Condon. pemindahan keadaan i~u akan memerlukan
~empa~ pada sua~u jarak in~era~om ~er~en~u. Ti~ik A' mewa-
kili sua~u keadaan vibrasi yang ~inggi. Tenaga eks~ra ini
akan cepa~ ~erdisipasi sebagai panas vibrasi kisi. yang ke-
mudian akan mencapai keadaan B. ?ada ti~ik ini biasanya
~idak berlangsung lama dan kemudian melekul i~u akan kembali
ke~ingka~ dasar seperti yang digambarkan oleh garis BB'.
116
Pada saat inilah dipancarkan tenaga dalam bentuk foton
cahaya . Untuk sintilato~ cair, hasil eksitasidalam solvent
oleh radiasi nuklir. cepat dipindahkan ke solutenya. Solute
ini akan tereksitasi pula dan akan melepaskan tenaga dalam
bentuk foton cahaya juga. Proses pemindahan tenaga ini ter-
gantung pada jenis dan konsentrasi solute dalam solvent,
migrasi zat pengeksitasi, kepekaan rluoressensi, jumlah pan
caran rotan dan absorbsi kembali, serta sirat sintilator itu
sendiri, serta tenaga radiasi nuklir yang datang pada sinti
lator tersebut.
Jika suatu partikel dengan tenaga E CeY), menabrak
molekul-molekul sintilator dan dalam sintilator itu ia mem-
punyai jangkal.,Isebesar r, maka ia akan kehilangan tenaga
spesirik sebesar dE/dr. Bila dalam kejadian ini dapat meng-
eksitasi sebanyak N molekul menjadi tereksitasi pada tingkat
singlet $ , maka hasil eksitasi dapat dinyatakan sebagai10
G C$ ) = 100 CdN/dE)10 Cl)
dengan G adalah sejumlah tenaga yang dilepaskan tiap 100 eV.
Untuk mencari ~ubungan antara roton-roton yang berrluo
resensi dan molekul-molekul yang tereksitasi, maka dilihat
terlebih dahulu berapa jumlah roton-roton yan ber rluore-
sensi . Jika ada L roton-roton yang berrluoressensi dengan
tenaga sebesar hv, dan molekul-molekul yang tereksitasi pada!tingkat $ memberikan sejumlah kuantum rluoressensi sebesar10¢, maka hasil eksitasi dapat dinyatakan sebagai
G Chv&,) = ¢ G ($ )J. 10 (2)
Untuk beberapa jenis krista1"-kristal aromatik murni seperti
anthracene, trans-stilbene dan p-terphenyl dan sebagai nya,
harga ¢ ini hampir mendekati 1, sehingga zat-zat ini dipakai
sebagai UnSur standar untuk pembanding dengan zat-zat yang
lain yang biasanya mempunyai harga ¢ yang rendah.
Hasil eksitasi G Chvr) tergantung pada kehilangan te
naga spesifik CdE/dr) dari partikel-partikel radiasi yang
datang pad a sintilator dan ini dapat dinyatakan sebagai
G Chv )f
117
GC' Chvf)1 + A (dE./dr)
:<
(3)
dengan Go Chvf) adalah hasil eksit.asi unt.uk suat.u part.ikelionisasi yang memberikan hasil yang minimum Cmisal elekt.ron
cepat.), A adalah koefisien pemudur ionisasi.xKarena dE./dr pada hakekat.nya juga merupakan fungsi dari
kekent.alan atau konsentrasi larut.an pada bahan sint.ilat.or.
maka secara umum hasil eksit.asi akan t.ergant.ungpada konsen-
trasi larut.an sint.ilat.or Unt.uk keperluan ini maka dicari
sualu konsent.rasi yang opt.imum. yang akan menghasilkan
eksilasi t.erbanyak yang dapat. dilihat. pada jumlah cacahnya.
Diharapkan dengan didapalkan hasil yang opt.imum ini akan di
peroleh suat.u informasi yang baik dari sumber radioakt.if
lersebul.
III. SUSUNAN PERALATAN DAN PELAKSANAAN PERCOBAAN
Untuk melaksanakan percobaan./eksper imen ini. dibuat.
sualu susunan peralatan seperti yang t.erlukis pada gambar 2
berikul ini. PMT dan bahan sint.ilalor sert.a sumber radioak-
+...ifdiletakan di dalam shielding. Sebagai pencat.at. dat.a
Gambar 5h. Puncpk spektrum CS~37, V-op. 1450 volt(a) Sintilator dengan konsentrasi 5 g/l.Cb) Sintilator standar Cbuatan pabrik)
(%)0,9
0,8
0,7
0,6
Grafik resolusi vs.5 g/l.
Gambar 6.
0,5
0,4
0,31150 1350
o
1450 1550 Volt
perubahan HV untuk konsentrasi
Sesudah mendapatkan tegangan operasi, dibuat lagi gam
bar puncak CS1Z3 dengan sintilator tersebut untuk dibanding
kan dengan puncak CS137 dengan sintilator standar.
Pada layar MCA terlihat bahwa
1. Lelak puncak berbeda sedikil
2. Cacah pada puncak juga berbeda sedikit
3. Cacah integral juga berbeda
Per bedaan -perbedaan ini dapa t di1ihat pada garnbar 5h (1,2).
Namun perbedaan ini bisa diabai kan, sehi ngga kedua bahan
tersebut sebagai detektor dapat dianggap sarna. Oleh karena
123
itu, jika sintilator standar ilu mempunyai efisiensi yangti nggi, maka si nti 1alar buatan sendi r i juga mempunyai ef isiensi yang linggi pula, demikian juga sebaliknya.
Gambar 7. Bentuk pulsa sintilator konsenlrasi 5 g/l.1450 vol t.
Vop. ==
Gambar 8. Bentuk pulsa larutan standar, VQP. == 1450 volt.
124
IV. ANALISIS DATA
Dari data yang diperoleh. maka dapat diketahui bahwa :
1. Konsentrasi optimum didapat sebesar 5 g/l dan dapat dili-
hat pada gambar 3. Pada gambar ini jumlah cacah pul sa
persatuan waktu yang cukup tinggi terletak pada kon
sentrasi 4 - 5 g/l.
2 ..Untuk gambar 4 yang menyatakan hubungan antara konsentra
si dan jumlah integral cacah pada konsentrasi yang ber
sangkutan. dapat disimpulkan bahwa konsentrasi yang opti
mum terletak pada 5 g/l.
3. Tegangan operasi detektor sintilasi yang dibuat, dicari
melalui besarnya resolusi sebagai fungsi dari perubahan
HV. Dari gambar 5a-g. dapat dihitung besarnya resolusi
dan hasilnya adalah :
HVResolusi
1550 volt
0,5%1500 volt
.0,55 %1450 volt
0,55 %1400 volt
0,51%1350 volt
0,55 %1300 volt
0.51%1250 volt
0,83 %
Dari gambar 5 dapat ditentukan bahwa tegangan operasi
berada diantara 1300 - 1500 volt, Cdaerah hamjpir datar).
Pada pengambilan data, dioperasikan pad a tegangan 1450
volt.
4. Dari hasil pemotretan dengan sintilator buatan sendiri
untuk puncak Cs-137 pada tegangan 1450 volt ternyata
hampir sama dengan sintilator standar. Yang berbeda
hanyalah jumlah cacah persatuan waktu.
hasil ini cukup baik.
Meskipun demikian
~:Bentuk pulsa yang diperoleh dengan sintilator buatan sen
diri dan sintilator standar, ternyata sama. Hal ini dapat
dilihat pada gambar 7 dan 8.
125
Y. KESIMPULAN
1. Sin~ila~or yang dibua~ sendiri, ~ernyata dapa~ dikopel
dengan LSC-Scaler Ra~emeter ~ipe SR-7 dan mampu bersaing
dengan Sintila~or bua~an pabrik Csin~ilator s~andar).
2. Konsen~rasi sin~ila~or sebesar 5 g/l merupakan konsen~ra
si yang op~imum un~uk dapa~ disejajarkan dengan sin~ila
~or s~andar.
3. Perlu dikembangkan variasi bahan-bahan sin~ila~or, se-
hingga nan~inya dapa~ diperoleh sua~u bahan yang cocok
dengan sumber radiasi yang dipergunakan a~au sumber yang
diama~i.
ACUAN
1. William J. Price, "Nuclear Radia~ion De~ec~ion", Mc.Graw-Hill Book Company. New.York, 1964.
2. Donald L. Horrocks and Chin-Tzu Peng, Organic Scitila~orsand Liquid Scintilla~ion Coun~ing, Academic Press, NewYork, London 1971.
3. Glenn F. Knoll, "Radia~ion De~ec~ion and Measuremen~s",John Willey & Sone. New York 1978.
4. Gregory Ljungberg, "Ins~ruments and Measurements II", Interna~ional Proceeding, S~ockholm, March 1960.
TANY A JAWAB
1. Pramudita Aneeraita
Baeaimana resoLusi dan ejisiensinya dibandinekan
NalCTL)? Apa "compton edee" tidak kf2Lihatan ?
JAWABAN
- Resotusinya kira-kira 0,6 % dan ini cukup baik, serta
setinekat denean NalCTt~.
- Untuk ejisiensinya betUffidicoba dibandinekan, sebab bi
asanya sintiLator cair ejisiensinya dibandinekan denean
anthracene.
- Pada. saat percobaan, "Compton edee" tidak kami perhati
kan, namun aeaknya tidak beeitu nampak.
126
2. Iyos Sl1bti
ApaRah tl1jl1annya?Untl1k daerah enerei-y berapa ?
JAWABAN
- Tl1jl1annya l1ntl1k dapat membl1at komposl~si campuran sen
diri. sehineea ki to. t idak tereantune pada pabrik pem
bl1atnya. Berart i akan dapat membl1at sint iLator cair
yane dapat dipakai daLam memenuhi kebutuhan sendiri.
Unt1..J.h.daerah enerei-y yang Lebih kecU dari energi
Cs-t37 C < 0.662 HeV ).
3. Rahmat
ApaRah sl1dah atal1 akan diawaLi karaRteristik misaLnya
efisiensi reLatif t peak to Compton ratio resoL115i. dsb ?
JAWABAN
Pada tahap awaL ini. memang barl1 dicari optimasinya ter
Lebih dahl1Ll1jika haL ini seLesai.. tentunya akan dicari