PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK UNTUK KOREKSI DATA DIFRAKSI NEUTRON PADA BAHAN AMORF Tri Hardi P., Bharoto, Evvy Km1ini, Supandi, Hery Mugi Rahardjo Puslitbang Iptek Bahan -BATAN; Kawasan PuspiptekSerpong, Tangerang ABSTRAK PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK UNTUK KOREKSI DATA DIFRAKSI NEUTRON PADA BAHAN AMORF. Telahdibuat perangkat lunak pengkoreksi datadifraksi neutron untuk bahan amort. Koreksi dilakukan dengan memasukkan faktor koreksi instrumental dan faktor koreksi cuplikan danwadah. Koreksi instrumental dilakukan terhadap cacahan abnormal yangtimbulakibat sistem pencacah. Koreksi cuplikan meliputi berat atom, tam pang lintang serapan dan tampang lintang hamburan koheren dantampang lintang hamburan inkoheren untuk menentukan atenuasi linier cuplikan dan wadah. Danhasil pengujian dengan menggunakan cuplikan bahan konduktor superionik berbasis gelas. (Ag2S)O.s(AgPO3)O.S pada Difraktometer HRPD BA TAN, perangkat lunak ini dapat digunakan untuk mengkoreksi data amort ABSTRACT SOFTWAREDEVELOPMENT FOR NEUTRON DIFFRACTION DATACORRECTION OF AMORPHOUS MATERIAL. A software for correctionof neutronscatteringdata has been developed for amorphous materials.Data correctionis carried out for instrumental correctionand sample correction,such as atomic weight, absorbtion cross section, coherent scatteringcross section, incoherent scatteringcross section to determine linear attenuation coefficient of the sampleandcan. Application the program to superionc conductor glass {Ag2S)O.5{AgPOJ)O.5 diffraction data taken by using Batan's HRPD diffractometer showde that the software can be used for amorphous data correction causingthis unshifted peak,one of them is inappropriately of: annealing temperature, durationof annealing, and time of cooling process. PENDAHULUAN kendala yang tidak mudah diatasi. Koreksi wadah cuplikan meliputi faktor serapan dan faktor transmisi yang mempengaruhi analisis data lanjutan. Koreksi tersebut sangat penting dan merupakan langkah awal dalam analisis struktur bahan amorf. Program perangkat lunak dibuat dengan menggunakanBahasa Visual Basic. Difraktometer Neutron Resolusi Tinggi (HRPD) merupakan satu-satunya difraktometer neutron yang memiliki resolusi tinggi clan cukup banyak diminati oleh peneliti ilmu bahan untuk melakukan penelitian dengan difraktometer ini. Beberapa topik penelitian yang telah dilakukan dengan alat ini adalah penelitian struktur atom , penelitian struktur magnetik, residual stress clan penelitian bahan amorf. Dengan difraktometer ini juga telah dilakukan kerjasama dengan berbagai instansi dalam maupun luar negeri. Namun pada penelitian bahan amorf diperoleh kesulitan dalam analisis. Hal i:-:i disebabkan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah adanya cacahan abnormal pada beberapa daerah sudut difraksi. Cacahan abnormal tersebut hams dikoreksi sebelum analisis cuplikan dilakukan. Dalam penelitian ini telah dirancang sebuah perangkat lunak untuk mengkoreksi data hamburan neutron. Koreksi yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi koreksi instrumen clan koreksi wadah cuplikan .Koreksi instrumen dilakukan karena perbaikan secara elektronik clan mekanik pada sistem instrumentasi mengalami TEORI Koreksi instrumental dilakukan dengan mengamati pola difraksi vanadium clan cacahan latar belakang. Hasil koreksi instrumental untuk HRPD telah dilaporkan pada [1]. Perhitungan cacahan koreksi diperoleh melalui informasi tampang lintang hamburan (scattering cross section), tampang-lintang serapan (absorbtion cross section), tampang-lintang koheren (coherent cross section) clan tampang-lintang inkoheren (incoherent cross section) clan berat molekul cuplikan clan wadahnya. Dalam perhitungan juga dilakukan koreksi tampang-lintang serapan dengan menggunakan persamaan: 81 ~, 6 J~ 2001
6
Embed
PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK UNTUK KOREKSI …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-7686-2001-I-0812.pdfinkoheren, tampang hamburan serapan daD berat atom yang membentuk molekul.
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
PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK UNTUK KOREKSI DATADIFRAKSI NEUTRON P ADA BAHAN AMORF
Tri Hardi P., Bharoto, Evvy Km1ini, Supandi, Hery Mugi Rahardjo
Puslitbang Iptek Bahan -BATAN; Kawasan PuspiptekSerpong, Tangerang
ABSTRAK
PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK UNTUK KOREKSI DATA DIFRAKSI NEUTRON PADA BAHAN AMORF. Telah dibuatperangkat lunak pengkoreksi data difraksi neutron untuk bahan amort. Koreksi dilakukan dengan memasukkan faktor koreksi instrumental danfaktor koreksi cuplikan dan wadah. Koreksi instrumental dilakukan terhadap cacahan abnormal yang timbul akibat sistem pencacah. Koreksicuplikan meliputi berat atom, tam pang lintang serapan dan tampang lintang hamburan koheren dan tampang lintang hamburan inkoheren untukmenentukan atenuasi linier cuplikan dan wadah. Dan hasil pengujian dengan menggunakan cuplikan bahan konduktor superionik berbasis gelas.(Ag2S)O.s(AgPO3)O.S pada Difraktometer HRPD BA TAN, perangkat lunak ini dapat digunakan untuk mengkoreksi data amort
ABSTRACT
SOFTWARE DEVELOPMENT FOR NEUTRON DIFFRACTION DATA CORRECTION OF AMORPHOUS MATERIAL. A software forcorrection of neutron scattering data has been developed for amorphous materials. Data correction is carried out for instrumental correction andsample correction, such as atomic weight, absorbtion cross section, coherent scattering cross section, incoherent scattering cross section todetermine linear attenuation coefficient of the sample and can. Application the program to superionc conductor glass {Ag2S)O.5{AgPOJ)O.5 diffractiondata taken by using Batan's HRPD diffractometer showde that the software can be used for amorphous data correction causing this unshiftedpeak, one of them is inappropriately of: annealing temperature, duration of annealing, and time of cooling process.
PENDAHULUAN
kendala yang tidak mudah diatasi. Koreksi wadahcuplikan meliputi faktor serapan dan faktor transmisiyang mempengaruhi analisis data lanjutan. Koreksitersebut sangat penting dan merupakan langkah awaldalam analisis struktur bahan amorf. Program perangkatlunak dibuat dengan menggunakanBahasa Visual Basic.
Difraktometer Neutron Resolusi Tinggi (HRPD)merupakan satu-satunya difraktometer neutron yangmemiliki resolusi tinggi clan cukup banyak diminati olehpeneliti ilmu bahan untuk melakukan penelitian dengandifraktometer ini. Beberapa topik penelitian yang telahdilakukan dengan alat ini adalah penelitian struktur atom, penelitian struktur magnetik, residual stress clanpenelitian bahan amorf. Dengan difraktometer ini jugatelah dilakukan kerjasama dengan berbagai instansidalam maupun luar negeri. Namun pada penelitianbahan amorf diperoleh kesulitan dalam analisis. Hal i:-:idisebabkan oleh beberapa faktor, salah satunya adalahadanya cacahan abnormal pada beberapa daerah sudutdifraksi. Cacahan abnormal tersebut hams dikoreksisebelum analisis cuplikan dilakukan. Dalam penelitianini telah dirancang sebuah perangkat lunak untukmengkoreksi data hamburan neutron. Koreksi yangdilakukan dalam penelitian ini meliputi koreksiinstrumen clan koreksi wadah cuplikan .Koreksiinstrumen dilakukan karena perbaikan secara elektronikclan mekanik pada sistem instrumentasi mengalami
TEORI
Koreksi instrumental dilakukan denganmengamati pola difraksi vanadium clan cacahan latarbelakang. Hasil koreksi instrumental untuk HRPD telahdilaporkan pada [1]. Perhitungan cacahan koreksidiperoleh melalui informasi tampang lintang hamburan(scattering cross section), tampang-lintang serapan(absorbtion cross section), tampang-lintang koheren(coherent cross section) clan tampang-lintang inkoheren(incoherent cross section) clan berat molekul cuplikanclan wadahnya. Dalam perhitungan juga dilakukankoreksi tampang-lintang serapan dengan menggunakan
persamaan:
81~, 6 J~ 2001
p~ p~ t-..It ~ ~ ~ ~ N~ ~ ~ A~T~H~p.,m
dengan struktur amorf .Dalam merancang perangkatlunak ini, diperlukan beberapa parameter masukan.Parameter masukan tersebut adalah panjang gelombangneutron, ketebalan cuplikan daD informasi atom daricuplikan yang digunakan. Informasi atom meliputitampang hamburan koheren, tampang hamburaninkoheren, tampang hamburan serapan daD berat atomyang membentuk molekul. Informasi tentang atomdisimpan dalam satu kelompok data atom. Parametermasukan lain adalah jumlah atom yang membentukmolekul. Perangkat lunak ini dirancang hanya untukcuplikan amorf, salah satunya adalah bahan konduktorsuperionik berbasis gelas yang memiliki rurnus molekul(AgyS)x(AgPO3h-x. Parameter masukan tersebutdigunakan untuk menghitung tampang lintang absorbsiterkoreksi, tampang lintang total, koefisien atenuasi linieryang pada akhirnya digunakan untuk menghitung faktortransmisi dan faktor absorbsi sampel. Setelah faktortransmisi dan faktor absorbsi cuplikan diperoleh, langkahselanjutnya adalah membuka file data hamburan neutronuntuk cuplikan yang ingin dikoreksi. Data cuplikan yangtelah dikoreksi kemudian disimpan untuk dianalisis lebihlanjut. Diagram alir perancangan perangkat lunakditunjukkan pada Gambar 1.
O"kar = 2 20 * 0" * (2 53/ It ) (1)abs , abs ,
Faktor koreksi selanjutnya adalah perhitungan tampanghamburan total yang dihitung berdasarkan persamaan:
(2)
O"total adalah tampang lintang hamburan total dalam satuancm2Jumlah atom ditentukan dengan menggunakanpersamaan :
(3)
dimana p adalah massa jenis bahan dalam satuan gr/cm3clan BM adalah berat molekul bahan dalam satuan gram,sedangkan n adalah jumlah atom dalam satuanatom/cm3.Koefisien atenuasi absorbsi cuplikan clan koefisienatenuasi total masing-masing dihitung dengan
persamaan:- N .ko,.Po -A 0" ob.' n
(4)
(---;: ~dan,u =N *0- *nI A I (5)
dimanaNA = bilangan Avogadro = 6,023 x1023.
Faktor ransrnisi untuk cuplikan berbentuk plat ditentukan
dengan persarnaan:
!:-~?
Tr = exp(- fl * d) (6)
~
dimana Tr = IIIo adalah faktor transmisi dan d adalah
ketebalan cuplikanFaktor absorbsi dihitung dengan persamaan:
Ab = l/Tr (7)
dengan Ab ada!ah faktor absorbsiHasi! cacahan koreksi dengan menggunakan faktorkoreksi yaitu faktor transmisi clan faktor absorbsidihitung dengan menggunakan persamaan:
Cnel = AbS(Cs -Cw * AbV) (8)
dimana Coot adalah cacahan koreksi, Cs adalah cacahancuplikan daD Cw adalah cacahan wadah cuplikan. AbSdaD AbV masing-masing adalah faktor absorbsi cuplikandaD faktor absorbsi wadah cuplikan.
Gambar 1. Diagram alir perancangan perangkatlunak koreksi data amort
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengambilan data bamburan neutron dilaJ<ukandengan HRPD-BATAN. Data difraksi diambil pacta dayareaktor 15MW dengan panjanggelombang; A = 1,8214A.
Jangkauan sudut hamburan 2e=2,5°-162,5° step
A2e=O,25°. Cuplikan yang digunakan adalah(Ag2S)o,s(AgPO3)O,S Untuk koreksi cuplikan, data
TATA KERJA
Perangkat lunak dirancang untuk untukmengkoreksi data hamburan neutron daTi suatu cuplikan
82 ~I ~ J~ 2001
p~~ /)c"...~ L It ,~ ~ I),..;t.oc ~ Nc.-t.- ;...l.. g..t..,. A~T~ H,...J;. P., .l#
cuplikan harus dikoreksi dengan wadah. Dalarnpercobaan ini digunakan wadah vanadium. Jumlah datakedua cuplikan daD jangkauan sudut sarna dengancuplikan. Data atom yaitu tampang harnburan koheren,tampang harnburan inkoheren, tampang harnburanserapan daD berat atom yang membentuk molekul(Ag2S)o,s(AgPO3)o.s ditunjukkan pacta Tabel 2
Gambar 2 menunjukkan pola hamburan denganurutan gambar paling atas ke bawah. a) Pola hamburan(Ag2S)o,s(AgPO3)o,s b) Pola hamburan wadahvanadium. c) Pola hamburan setelah dikoreksi.Pengambilan data dilakukan dengan menggunakanHRPD-BATAN.
Dari Gambar 2 terlihat bahwa program koreksidata telah berhasil dilakukan untuk cuplikan gelaskonduktor superionik, Namun secara statistik data poladifraksi sulit untuk dianalisis, Untuk itu pengambilaildata cuplikan dilakukan dengan HRPD di Chalk RiverKanada. Namun demikian data yang berasal dari ChalkRiver juga mempunyai beberapa ketaknormalan sistempencacah. Ada satu kanal yang menunjukkanketidaknormalan sehingga perlu perbaikan cacahan.Perbedaan antara data HRPD Batan dan HRPD ChalkRiver adalah bentuk format data mentah. Contoh datamentah format HRPD Batan dan HRPD Chalk Riverditunjukkan masing-masing pada Gambar 3 dan Gambar4. HRPD Batan memiliki 32 detektor. Dalam melakukankoreksi instrumen pada data HRPD. Data dikoreksidalam satu jangkauan detektor dimana setiap detektormempunyai jangkauan sudut So. Sedangkan koreksiinstrumen pada data HRPD Chalk River hanya pada 1kanal saja.
Perbaikan cacahan pada HRPD Batan dilakukanberdasarkan nomor detektor dimana nomor detektorberkaitart dengan posisi sudut difraksi (28). Misalnyacacahan taknormal berada pada detektor ke n, cacahannormal pada detektor ke n diperoleh denganmendapatkan perbandingan cacahan detektor ke n-1terhadap detektor ke n. Nilai perbandingan ini kemudiandigunakan untuk memperbaiki cacahan detektor ke n.Seperti halnya cacahan neutron pada HRPD Batan,Koreksi instrumen pada HRPD Chalk River dilakukandengan tara memasukkan nilai cacahan rata-rata, yangdiperoleh dari data kanal sebelum clan sesudah kana! tak-normal. Misalkan cacahan tak normal pada kanal ke n,maka cacahan normal dari kanal ke n adalah nilai rata-rata cacahan kanal ke (n-l) clan (n+ I. Pola hamburanneutron tak normal HRPD Chalk River ditunjukkan padaGambar 5.
Program ini juga telah diuji coba menggunakandata hamburan neutron HRPD di Chalk River Kanada.Difraktometer ini diset pada panjang gelombang neutron]I. = 1,2755A. Jangkauan sudut hamburan 28=50_850 step
1128=0,11>. Pola hamburan setelah koreksi detektorsebelum dilakukan koreksi wadah, pola hamburan setelahkoreksi wadah vandium serta pola hamburan vanadiumditunjukkan pada Gambar 6.
15:41:49
EXPNO = 1439 RUNNO =COMMAND = KS
DATE = 01/02/23 TIME =COMMENT = ASX05WL = .4987MONOCHRO NAME = Ge[331)89.000COLLIMATOR = 0/
MONOCHRANGLE =
83~I 6 J~ 2001
~. 6 J~ 2001 85
p~ p~ L tt ~ ~ l)..;t,. ~ Nu-t.- ;..J.. E..t A~
T~H~P.,~
Run: 1 Seq 1 Rec 1 File C2A:AGS2 Date 25-FEB-2~Ol 10:38:20.22Mode: MW PHI_RANGE Npts 1 Mon1[ DB]= 3400000 * 10 Mon2[CF]=*Temp: FD Csensr(l) CRAL Rsensr(l) CRAL Temp= 0.0000Monx: SI531 [0.91798]#17Drv: 2TM= -87.990 PHI= 44.900 PSI= 0.000 TMFR= -43.995 DBTJ= 0.000Drv: DBBJ= 0.000 DBLJ= 0.000 DBRJ= 0.000Osc : PSI will oscillate during the count.MWsp: OOomO.800 DSN?? NDet 800 LDet 1 CDet 400 RDet 800MWdc: Phi1= 5.000 Phi2= 85.000 DPhi= 0.100 NSteps= 1Nam: Use NAME command to store text on this line.Com: Use COMMENT command to store text on this line.
Dari program yang telah dibuat dapatdisimpulkan bahwa program koreksi data dapatdigunakan untuk mengkoreksi data hamburan untukbahan amorf. misainya bahan konduktor superionikberbasis gelas. Pada tahap selanjutnya program ini akandikembangkan untuk bahan amorf lainnya. Untuk ituperlu dikembangkan sistem informasi database yangdapat menampung seluruh data atom yang diperlukansebagai parameter masukan perhitungan koreksi datacacahan.
~
Gambar 5. Pola hamburan (Ag2S)O,2(AgPO3)O,8sebelum koreksi cacahan instrumen
UCAP AN TERIMA KASIHTabel 2. Data atom untuk molekul
(Ag2S)O,2(AgPO3)O,8 Penulis mengucapkan kepada Dr. Abarrullkramselaku Ka Balai Spektrometri sehingga makalah inidapat diselesaikan. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Dr. Agus Purwanto atas kerjasamanyadalam ikut mengatasi permasalahan HRPD Batao
-~~~
p0 I==L
BA107311632
O"koh Ii
4,407
~~
0,988
--~~
!!-~~-1L-~Q~i 0,001 !
i 0
crabs
63,3,
0,172 I
0,0035 I
0.54 I DAFfARPUSTAKA
.""""""'M
Gambar 6. Pols hamburan (Ag2S)O,2(AgPO3)O,8,setelah koreksi channel detektor.
[1]. MBEE, Quasie/astic Neutron Scattering, Principlesand Applications in Solid State Chemistry, Biologyand Materials Science, Adam Hilger, 1988.
[2]. TRI HARDI, P. BHAROTO, SUPANDI, HERYMUGI RAHARDJO, Perancangan PerangkatLunak untuk Meningkatkan Kua/itas Data DifraksiNeutron Pada Difraktometer Neutron SerbukReso/usi Tinggi, akan dipublikasikan di SeminarNasional Hamburan Neutron dan Sinar-X ke 4 diSerpong, 6 Juni 2001.
[3]. E. KARTINI, P. TRI HARD I, S. YUSUF,SETIAWAN, H. MUGIRAHARDJO, N.INDA Y ANINGSIH, S.J. KENNEDY, ProsidingPertemuan Ilmiah Sains Materi III, Serpong, 20-21Oktober 1998.
[4]. T. PRIYANTO, E. KARTINI, S. YUSUF, M. F.COLLINS, N. INDA Y ANINGSIH, E. C.SVENSSON, S. .J. KENNEDY, ProsidingPertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian DasarIlmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir,Yogyakarta, 14-15 Juli 1999.
[5].E. KARTINI, M. F. COLLINS, T. PRIYANTO, S.YUSUF, I. SUMIRAT, E. PANJAITAN, N.INDAYANINGSIH, S. J. KENNEDY, E. C.SVENSSON, Physics Journal of IndonesianPhysical Society, Nol2 No 2. Dec 1999.
Urutan pada gambar 6, grafik paling atas kebawah. a) Pola hamburan (AgzS)o,z(AgPO3)o,S setelahkoreksi channel detektor. b) Pola hamburan setelahkoreksi faktor absorbsi cuplikan dan wadah. c) Polahamburan wadah vanadium.
Pola hamburan neutron tersebut diperolehdengan memasukkan ketebalan cuplikan d=O,235cm,ketebalan vanadium T y=O, 189 cm , komposisi atomX=O,5 untuk (AgzS)o,s(AgPO3)O,S dan X=O,2 untuk(AgzS)o,z(AgPO3)O,S
TANYA-JAWAB
Penanya : Sri Budiarti (STMIK Budi Luhur)
1.2.
Program apa yang digunakan ?Apa saja kelebihan dan kendala-kendala yang acta ?
1. Program yang digunakan adalah Visual Basic2. Kelebihannya. Program ini dapat mengurangi kesalahan dalam analisis struktur bahan amort. Kendalanya,
program ini masih terbatas untuk cuplikan gelas konduktor superionik dengan satu tipe kristalin saja(AgI). Program ini akan dikembangkan untuk berbagai kristalin. Untuk itu akan diperluan dengan sistemdatabase untuk menampung parameter atom dari bahan yang digunakan.