Laporan Praktikum Mca.docx

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Dasar Teori Sebuah sumber radioaktif pada saat meluruh memancarkan partikel α (alpha) atau partikel β ( beta ) atau partikel γ (gamma). Partikel tersebut yang dipancarkan memiliki energi tertentu.Energi radiasi ini sangat erat hubungannya dengan pemakaian sumberradioaktif tersebut sebagai sumber radiasi pada pemakaian bahan radiasi di bidang radiologi untuk pengobatan alternatif pada manusia. Pada umumnya ,dosis ditentukan oleh besarnya intensitas radiasi, sedangkan daya tembus partikel terhadap jaringan pada tubuh manusia ditentukan oleh energi radiasinya. Untuk menentukan energi radiasi suatu sumber radioaktif digunakan alatspektrometer yang dapat memberikan informasi spektrum energi sumbertersebut. Untuk menampilkan spektrum tersebut dibutuhkan perangkat penganalisa saluran ganda (multi channel analyzer atau MCA), sehingga padalayar penganalisa itu dapat ditampilkan spektrum radiasi gamma yangditangkap detektor. Nomor saluran pada MCA sebanding dengan energiradiasi gamma yang tertangkap oleh detektor. Semakin besar energi radiasigamma, semakin besar pula nomor salur tempat munculnya spektrum radiasitersebut, demikian pula sebaliknya. Pada layar MCA akan ditampilkan spektrum radiasi gamma yang muncul pada beberapa nomor salur yang berlainan. Data tampilan spectrum tersebut dapat dipakai untuk menganalisa unsur-unsur yang terkandung dalam sampelteraktivasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Setiap unsur radioaktifmemancarkan radiasi dengan energi yang berbeda-beda. Oleh sebab itu,analisa kualitatif dapat dilakukan dengan cara menentukan letak (nomor salur)munculnya spektrum radiasi gamma. Dari analisa ini dapat diketahui jenis- jenis unsur yang terdapat di dalam sampel. Analisa kuantitatif filakukan melalui pengukuran tinggi atau luas kurva spektrum radiasi gamma tersebut. Dari analisa ini dapat ditentukan jumlah unsur-unsur yang terdapat di dalamsampel. Dari analisa kualitatif maupun kuantitatif mampu memberikan hasil pengukuran yang sangat teliti. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang terpendek atau frekuensi tertinggi. Sinar gamma dihasilkan oleh inti-inti atom yang tidak stabil (zat radioaktif) maupun sinar kosmis. Sinar gamma memiliki daya tembus yang sangat besar hingga dapat menembus plat timbal dengan ketebalan beberapa cm. Keberadaan sinar gamma dapat di deteksi dengan detektor Geiger-Muller. Sinar gama (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gama, γ) adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran elektron-positron.

Sinar gamma membentuk spektrum elektromagnetik energi-tertinggi. Mereka seringkali didefinisikan bermulai dari energi 10 keV/ 2,42 EHz/ 124 pm, meskipun radiasi elektromagnetik dari sekitar 10 keV sampai beberapa ratus keV juga dapat disebut juga sinar X keras. Penting untuk diingat bahwa tidak ada perbedaan fisikal antara sinar gama dan sinar X dari energi yang sama, mereka adalah dua nama untuk radiasi elektromagnetik yang sama, sama seperti sinar matahari dan sinar bulan adalah dua nama untuk cahaya tampak. Namun, gama dibedakan dengan sinar X dari sumber mereka. Sinar gama adalah istilah untuk radiasi elektromagnetik energi-tinggi yang diproduksi oleh transisi energi karena percepatan elektron. Karena beberapa transisi elektron memungkinkan untuk memiliki energi lebih tinggi dari beberapa transisi nuklir, ada tumpang-tindih antara apa yang kita sebut sinar gama energi rendah dan sinar-X energi tinggi (Krane, 1992). Radiasi gamma adalah suatu bentuk radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi yang berasal dari inti atom. Radiasi tersebut dipancarkan dalam bentuk foton. Sebuah ini dapat berada dalam keadaan yang memiliki energi yang lebih besar daripada keadaan dasar. Inti yang mengalami keadaan tersebut inti yang tereksitasi. Inti tereksitasi akan kembali kekeadaan dasarnya dengan memancarkan foton yang energinya sama dengan perbedaan energi pada keadaan awal dan akhir dalam transisi yang bersangkutan (Khopal, 2003). Spektrometer Gamma Spektrometer gamma adalah spektrometer yang digunakan untuk menganalisa sebuah sampel yang memancarkan radiasi gamma sehingga diketahui energi gamma yang dihasilkan. Apabila radiasi gamma memasuki tabung detektor, maka akan terjadi interaksi antara radiasi gamma dengan bahan NaI(Tl). Interakasi itu dapat menghasilkan efek foto listrik, hamburan Compton dan produksi pasangan. Karena interaksi ini maka elektron-elektron atom bahan detektor akan terpental keluar sehingga atom-atom itu berada dalam keadaan tereksitasi. Atomatom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan dasarnya sambil memancarkan kerlipan cahaya. Cahaya yang dipancarkan itu selanjutnya diarahkan ke foto katoda sensitif. Apabila foto katoda terkena kerlipan cahaya, maka dari permukaan foto katoda itu akan dilepaskan elektron (Akhadi, 1997 ). Arus elektron yang dihasilkan membentuk pulsa tegangan pada input penguatawal (preamplifier). Pulsa ini setelah melewati alat pemisah dan pembentuk pulsa dihitung dan dianalisis oleh Multichannel Analyzer (MCA) dengan tinggi pulsa sebanding dengan energi gamma. Sosok yang paling sering digunakan untuk mengekspresikan resolusidetektor dalam sistem spektroskopi gamma (MCA) adalah lebar penuh padasetengah maksimum (FWHM). Ini adalah lebar puncak sinar gamma padasetengah dari titik tertinggi pada distribusi puncak. Angka resolusi yangdiberikan dengan mengacu pada energi gamma sinar tertentu. Resolusi dapatdinyatakan dalam istilah absolut atau relatif. Misalnya, natrium iodida (NaI)detektor mungkin memiliki FWHM dari 9,15 KeV di 122 KeV, dan 82,75KeV di 662 KeV. Nilai-nilai resolusi dinyatakan secara absolut. Untukmengekspresikan

resolusi dalam hal relatif, FWHM di eV atau MeV dibagioleh energi sinar gamma dan dikalikan dengan 100%. Efek Compton Efek Compton sering disebut juga hamburan Compton, adalah suatu proses yang terjadi apabila foton gamma melewati materi penyerapnya, maka akan memberikan sebagian tenaganya dan sisanya di hamburkan Compton akan terjadi bila memenuhi syarat – syarat sebagai berikut : 1.

Elektronnya sebagai elektron bebas.

2.

Tenaga foton gamma harus lebih besar dari tenaga elektron bebas.

Pada tumbukan foton gamma dengan electron bebas pada materi penyerapanya, tenaga dan momentum system secara total adalah tetap.

C

Jika suatu foton memiliki tenaga > 1.02 Mev, maka seluruh tenaga foton tersebut akan digunakan untuk membentuk pasangan electron – positron. Bila foton gamma memiliki 1.02 MeV, maka kelebihan tenaga akan manjadi tenaga gerak dari pasangan elektron positron. Bila positron yang terjadi dalam efek pembentuksn pasangan bertemu dengan electron maka akan menjadi 2 foton gamma. Peristiwa ini disebut proses “anihilasi” dean peristiwa ini mengikuti terjadinya efek pembentukan pasangan (Beiser, 1989). Efek Fotolistrik Efek fotolistrik adalah pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung pada jenis permukaan. Sebelum melanjutkan membaca, bantu kami untuk klik gambar di samping. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek Hertz (yang saat ini tidak digunakan lagi). Hertz mengamati dan kemudian menunjukkan bahwa elektrode diterangi dengan sinar ultraviolet menciptakan bunga api listrik lebih mudah. Efek fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa electronvolts sampai lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkah-langkah penting dalam memahami sifat kuantum

cahaya, elektron dan mempengaruhi pembentukan konsep Dualitas gelombangpartikel. fenomena di mana cahaya mempengaruhi gerakan muatan listrik termasuk efek fotokonduktif (juga dikenal sebagai fotokonduktivitas atau photoresistivity), efek fotovoltaik , dan efek fotoelektrokimia. Ketika seberkas cahaya dikenakan pada logam, ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektronelektron yang lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk arus listrik.

Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Karakteristik itu adalah sebagai berikut. 1. hanya cahaya yang sesuai (yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja) yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu. 2. ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar. 3. ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.

Karakteristik dari efek fotolistrik di atas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang cahaya. Diperlukan cara pandang baru dalam mendeskripsikan cahaya dimana cahaya tidak dipandang sebagai gelombang yang dapat memiliki energi yang kontinu melainkan cahaya sebagai partikel (Beiser, 1989). Daya Pisah Energi Radiasi (Resolusi) Kemampuan sistem spectrometer energi radiasi untuk memisahkan antara energi radiasi yang masuk sangat perlu untuk diketahui dikarenakan sebagai informasi seberapa valid informasi energi radiasi yang muncul dalam spektrum radiasi yang dihasilkan. Resolusi energi radiasi tergantung dari berbagai macam faktor/variable diantaranya yaitu jenis bahan yang digunakan sebagai detector radiasi dan tegangan tinggi (HV/High Voltage) yang dioperasikan. Semakin jelas dua buah energi radiasi yang berdekatan yang dipisahkan, semakin baik untuk kerja spectrometer tersebut. Nilai resolusi bisa dihitung dengan menggunakan nilai persamaan: R=

𝐹𝑊𝐻𝑀 𝛥𝐸

x 100%

Dengan R merupakan resolusi spectrometer, FWHM ( Full width half medium) dan ΔE adalah jarak antara dua energi yang didapat dari x2 – x1. Kalibrasi Energi Radiasi Gamma

Untuk memperoleh spektrum energi radiasi gamma yang bersatuan keV dan MeV perlu dilakukan kalibrasi energi terlebih dahulu. Dengan menggunakan detector NaI (TL) tinggi pulsa yang dihasilkan oleh detector akan sebanding dengan energi radiasi gamma yang masuk kedalam detector. Tinggi pulsa yang berada dalam jendela tertentu akan dicatat dalam nomor kanal tertentu yang juga sebanding dengan energi radiasi gamma. Sehingga satuan nomor kanal bisa diubah dengan cara membuat persamaan garis lurus antara nomor kanal dengan energi radiasi. Untuk mengkalibrasinya perlu digunakan sumber radiasi pemancar gamma yang energinya sudah diketahui.

Intensitas radiasi yang tercacah Intensitas radiasi yang tercacah merupakan luasan daerah dibawah kurva. I(E)=∫f (E) dE Intensitas radiasi yang ter cacah (G) adalah intensitas sesungguhnya (R) ditambah dengan intensitas latar (B) sehingga intensitas sebenarnya : R = G – B . dnegan B adalah luas trapezium dibawh kurva

1.2 Tujuan Pada percobaan ini kit akan mempelajari spektrum energi radiasi dari sumber radiasi beta dan gamma , dan menentukan energi radiasi beta dan gamma (energi puncaknya) , dan menentukan intensitas radiasi yang tecacah oleh detector dari suatu spektrum energi yang dihasilkan oleh suatu unsur radioaktif, dapat ditentukan jenis isotop (unsur) tersebut.