Laporan praktikum lanjutan fisika inti spektroskopi sinar gamma
Download as DOCX, PDF2 likes10,047 views
Laporan praktikum fisika inti mengenai spektroskopi sinar gamma. Percobaan menggunakan detektor sintilasi untuk menganalisis spektrum energi sinar gamma dari cobalt, radium, dan campuran keduanya. Hasilnya menunjukkan energi sinar gamma masing-masing bahan.
Laporan praktikum lanjutan fisika inti spektroskopi sinar gamma
- 1. LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA INTI No percobaan : Percobaan 3 Judul percobaan : Spektroskopi Sinar Gamma Tujuan Percobaan Mempelajari sistem deteksi radiasi sinar gamma dengan sintilasi Analisa spektrum energi sinar gamma dari beberapa unsur Alat dan Bahan Detektor sintilasi Single Channel Anlyzer Digital Counter Catu Daya Tegangan Tinggi Cobalt Radium Dasar Teori Radiasi gamma dipancarkan bersama alpha, beta atau tangkapan elektron. Karena sinar gamma tidak dibiaskan oleh medan listrik, maka sinar itu tidaklah terdiri dari partikel yang bermuatan. Tetapi sinar itu didifraksikan pada permukaan sebuah kristal, seperti difraksi sinar-X tetapi dengan sudut difraksi yang kecil, percobaan memberikan kesimpulan bahwa sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek, kira- kira 1/100 panjang gelombang sinar-X. Terbentukmnya sinar gamma merupakan hasil disentigrasi inti atom.Inti atom yang mengalami disentegrasi dengan memancarkan sinar alfa akan terbentuk inti-inti baru dengan memiliki tingkat energi yang agak tinggi.Kemudian terjadi Proses transisi ke tingkat energi yang lebih rendah atau tingkat dasar sambil memancarkan sinar gamma. Sinar gamma sama halnya dengan sinar X,termasuk
- 2. gelombang elektromagnetis,jika sinar gamma menembus lapisan materi setebal X maka intensitas akan berkurang. Spektrum sinar gamma dari suatu unsur adalah spektrum garis, yang memperlihatkan adanya foton sinar gamma, bila sebuah inti pindah dari keadaan energi yang lebih tinggi ke keadaan yang lebih rendah. Tenaga sinar gamma bersifat diskrit dan karakteristik, masing-masing mempunyai energi gamma dalam bentuk spektrum energi tertentu. Apabila radiasi sinar gamma mengenai bahan akan terjadi beberapa efek, yaitu : 1. Efek Fotolistrik Efek fotolistrik adalah interaksi antara sebuah foton dan sebuah loncatan atom elektron. Sebagai hasil dari interaksi, foton menghilang dan salah satu dari atom elektron dilepaskan sebagai elektron bebas yang disebut fotoelektron.Elektron orbital dari atom terpental oleh tumbukan sinar gamma dan energi gamma menjadi elektron bebas dengan energi E e sehingga didapat : Ee =Eg -Ei dan Eg>Ei Di mana : Eg= Energi gamma Ei= Energi Ikat Untuk eletron orbital energi ikat kecil sekali. 2. Efek Chompton Energi radiasi hanya sebagian saja diserap untuk mengeluarkan electron dari atom(fotoelektron)sedangkan sisi energi akan terpancar sebagai”scattered radiaton”.Efek kompton terjadi pada Elektron-elektron bebas atau terikat secara lemah pada lapisan kulit yang terluar pada penyinaran dengan energi radiasi yang lebih tinggi yaitu berkisar antara 200-1.000 KeV. Hamburan Compton adalah tumbukan anatara sebuah foton dengan sebuah elektron bebaas. Foton yang datang dibelokan arahnya dengan sudut terhadap sebelumnya.Foton mentransfer sebagian energinya ke
- 3. elektron,yang dikenal dengan elektron recoil.Karena besarnya sudut bisa sembarang,maka energi yang ditransfer besarnya anatara nol sampai dengan besarnya fraksi energi foton. (knoll,1989) Apabila sinar gamma mengalami elektron bebas akan terjadi hamburan elektron, maka elektron akan terpental : Di mana : = sudut hamburan = massa elektron (511,033 KeV) Jadi, energi elektron bebas tergantung pada sudut hamburan dan penguat spektrum kontinu. 3. Produksi Pasangan Pembentukan sepasang elektron Yaitu suatu proses pembentukan positron dan electron melalui energi radiasi sinar gamma yang melebihi 1.02MeV yaitu energi massa positron+electron.Proses ini terjadi apabila radiasi dengan energi yang sangat tinggi mendekati atau memasuki medan listrik atom atau inti.Energi radiasi ini akan berubah menjadi electron dan positron. Produksi pasangan memerlukan energi foton minimal adalah 1,02 MeV. Setiap tambahan energi akan menjadi energi kinetik bagi elektron dan positron. Radiasi gamma dengan tenaga yang cukup tinggi melewati medan listrik dekat inti atom akan menghasilkan produksi pasangan yaitu terciptanya elektron dan positron. Energi gamma pada proses ini adalah : Setelah itu positron berintilasi dengan elektron sehingga memancarkan dua foton sinar gamma dengan energi 511 KeV. Bila energi tersebut ditangkap kristal pada detektor maka total energi yang diserap pada kristal adalah :
- 4. dimana Prosedur Percobaan 1. Susunlah peralatan sebagai berikut 2. Catu daya harus menunjukkan angka 0,00 sebelum dihidupkan 3. Hidupkan semua peralatan 4. Naikkan tegangan catu daya hingga 750 volt 5. Atur pencacah digital, input 1,5 Vpp 6. Atur “MAN/AUTO” tombol pada posisi MAN 7. Pilih dan catat “U” yang digunakan 8. Naikan U dengan interval 0,1 Volt 9. Atur dan pilih selang waktu pengukuran pada pencacah digital misal 10 detik (catat intensitas radiasi) 10. Ulangi prosedur butir 8 dan 9 11. Gambarkan pada secarik kertas grafik antara intensitas radiasi (ordinat) dengan U (basis) 12. Ulangi prosedur butir 7 s.d 10 untuk sumber pemancar sinar gamma lainnya 13. Selama satu seri pengukuran parameter tegangan tinggi dan aplikasi pada SCA serta jarak sumber terhadap detektor jangan diubah 14. Setelah percobaan selesai, matikan dulu SCA dan digit counter. Ubah tegangan tinggi pada catu daya hingga menunjukkan 0,00 kemudian matikan catu daya. Data Hasil Pengamatan Tegangan pada digital counter U = 0,0 - 0,6 Tegangan Catu Daya V = 750 Volt Jarak sumber ke detektor X= Waktu ∆t = 10 detik Data Hasil Pengamatan : Tanpa Bahan
- 5. No U N (cacahan) percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 1 0.0 1052 1005 1019 2 0.1 1015 1018 998 3 0.2 975 977 985 4 0.3 975 995 984 5 0.4 1002 1010 1000 6 0.5 994 992 992 7 0.6 1011 988 1013 hubungan N dan U "tanpa bahan" 1030 1020 1010 1000 990 hubungan N dan U 980 "tanpa bahan" 970 960 950 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Data Hasil Pengamatan : Cobalt (Co) N (cacahan) percobaan Percobaan No U 1 2 Percobaan 3 1 0.0 992 986 980 2 0.1 977 974 960
- 6. 3 0.2 966 975 984 4 0.3 977 991 972 5 0.4 976 1016 1027 6 0.5 961 949 1008 7 0.6 1017 987 989 Hubungan N dan U pada bahan Cobalt 1010 1005 1000 995 990 985 Hubungan N dan U 980 pada bahan Cobalt 975 970 965 0 2 4 6 8 Data Hasil Pengamatan : Radium (Ra) N (cacahan) No U percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 1 0.0 979 994 1011 2 0.1 1011 977 1028 3 0.2 973 993 995 4 0.3 983 1000 1000 5 0.4 986 1001 1001 6 0.5 995 1026 1026 7 0.6 1005 1005 1005
- 7. hubungan antara N dan U pada Radium (Ra) 1020 1015 1010 1005 hubungan antara N dan U pada 1000 Radium+Sheet1!$B$15: 995 $B$21 990 985 0 2 4 6 8 Data Hasil Pengamatan : Radium (Ra) dan Cobalt N (cacahan) No U percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 1 0.0 1012 1018 1012 2 0.1 1003 1023 1025 3 0.2 1017 999 1038 4 0.3 1018 989 1019 5 0.4 1015 999 994 6 0.5 995 1007 1001 7 0.6 1014 999 1005
- 8. hubungan antara N dan U pada Radium+cobalt 1020 1015 1010 hubungan antara N dan U pada 1005 Radium+cobalt 1000 0 2 4 6 8 ANALISA DATA Cobalt (Co) N (cacahan) U Rata-rata Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 0 992 986 980 986 0.1 977 974 960 970.3 0.2 966 975 984 975 0.3 977 991 972 980 0.4 976 1016 1027 1006.3 0.5 961 949 1008 972.7 0.6 1017 987 989 997 Radium (Ra) dan Cobalt (Ca) N (cacahan) U Rata-rata Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 0 1012 1018 1012 1014 0.1 1003 1023 1025 1017
- 9. 0.2 1017 999 1038 1018 0.3 1018 989 1019 1008.7 0.4 1015 999 994 1002.7 0.5 995 1007 1001 1001 0.6 1014 999 1005 1006 1. Untuk tanpa bahan Diketahui : V = 750 volt Tegangan pada digital counter = µ Menghitung photopeak Vpeak = Vsumber + µmaks = 750 + 0.1 = 750.1 Menghitung nilai energi sinar gamma yang dipancarkan E = Vpeak . e = 750.1 x 511,033 KeV = 383325,85 KeV 2. Untuk Radium (Ra) Menghitung photopeak Vpeak = Vsumber + µmaks = 750 + 0.6 = 750.6 Menghitung nilai energi sinar gamma yang dipancarkan E = Vpeak . e = 750.6 x 511,033 KeV
- 10. = 383581,37 KeV 3. Untuk Cobalt (Co) Menghitung photopeak Vpeak = Vsumber + µmaks = 750 + 0.5 = 750.5 Menghitung nilai energi sinar gamma yang dipancarkan E = Vpeak . e = 750.5 x 511,033 KeV = 383530,27 KeV 4. Radium (Ra) dan Cobalt (Co) Menghitung photopeak Vpeak = Vsumber + µmaks = 750 + 0.3 = 750.3 Menghitung nilai energi sinar gamma yang dipancarkan E = Vpeak . e = 750.3 x 511,033 KeV = 383428,06 KeV
- 11. PEMBAHASAN 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. Detektor yang digunakan dalam percobaan ini adalah detektor sintilasi. Detektor sintilasi ini yang digunakan adalah detektor sintilasi Na(IT) untuk mendeteksi sinar gamma pada daerah energi 0,1-100 MeV dengan efisiensi cukup tinggi ( 10%- 60%) dan resolusi energi menengah ( 5%- 15%). Pada detektor ini merupakan terdiri dari beberapa komponen didalamnya yaitu rangkaian terpadu berbasis 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). Efisiensi detektor bertambah dengan meningkatnya volume kristal sedangkan resolusi energi tergantung pada kondisi pembuatan pada waktu pengembangan kristal. Sinar gamma yang masuk ke dalam detektor berinteraksi dengan atom-atom bahan sintilator menurut efek fotolistrik, hamburan Compton dan pasangan produksi, yang akan menghasilkan kilatan cahaya dalam sintilator. Keluaran cahaya yang dihasilkan oleh kristal sintilasi sebanding dengan energi sinar gamma. Percobaan yang pertama yaitu mengamati cacah latar. Dimana cacah latar ini mengindentifikasi besarnya radiasi pada lingkungan sekitar seperti cahaya, udara, dan sebagainya. Di dapat hasilnya seperti grafik di atas. Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa dalam lingkungan sekitar kita terdapat radioaktif. Cacah latar ini dilakukan untuk mengurangi dari jumlah intensitas cacahan yang diperoleh, yaitu intensitas yang digunakan pada perhitungan yaitu intensitas yang terdeteksi pada MCA baik tanpa suatu material (bahan penyerap) maupun dengan bahan penyerap. Jika energi radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif diserap seluruhnya oleh elektron-elektron pada kristal detektor NaI(Tl) maka interaksi ini disebut efek fotolistrik yang menghasilkan puncak energi (photopeak) pada
- 12. spektrum gamma. 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. Dari hasil analisa data yang telah dilakukan Pada percobaan pertama tanpa bahan didapatkan energi sebesar 383325,85 KeV, pada bahan Radium didapatkan energi nya 383581,37 KeV, pada Cobalt 383530,27 KeV, sedangkan pada Campuran Radium dan Cobalt memiliki energi sinar gamma yang dipancarkan sebesar 383428,06 KeV. Energi radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif Radium diserap seluruhnya oleh elektron-elektron pada kristal detektor NaI(Tl) ,interaksi ini disebut efek fotolistrik yang menghasilkan puncak energi (photopeak) pada spektrum gamma pada daerah energi 383581,37 KeV