METODEPENGUKURANCACAHLATARRENDAHDENGANDETEKTORGeCLi)

Sudar~i, Bambang Supardiyono, Rill Isaris

Pusa~ Penelilian Nuklir Yogyakarla

ABSTRAK

Telah dilakukan pengukuran cacah lat.ar rendah dengansist.em an~ikoinsidensi desain sendiri sebagai det.ekt.or ut.amadipakai GeCLi) jenis coaxial dengan volume akt.if 48,7 cm3,sedang sebagai pelindung ak~if anlikoinsidensi dipakai de­~ek~or NaICTl) ~ipe sumur berukuran 4" x 4". Dalam sislemini dipakai pula 'pelindung ~imbal berak~ivi~as rendah se­bagai penahan radiasi sinar kosmis ~erhadap kedua deleklor.Dengan sis~em yang lelah dikonst.ruksi menggunakan peralalandi a~as, radiasi cacah lat.ar yang dica~a~ berhasil dilekansampai 55 K

ABSTRACT

A low background counling has been measured by usin~anlicoincidence sys~em. A coay.ial GeCLi) wilh 48.7 cmaklive volume is used as a main de~eclor, olherwise a well~ype 4" x 4" NaICT1) is used as an aclive anlicoincidenceshi el di ng. A low act.i vi ~y lead i's used as a shi el di ng oft.he whol e deleclor. By the above construcled sys~em, ~hemeasured background count.ing can be suppresed by 55 Yo wit.hrespect ~o ordinary system.

I. PENDAHULUAN

Di seki~ar fasililas nuklir selalu dilakukan moni~oring

radioaklivilas lingkungan, agar lingka~ radiasi yang di-~imbulkannya dapa~ lerdet.eksi secara dini. Sebelum ada pen-cemaran di sekitar fasilitas tersebul maka tingkat radiasilingkungan sarna dengan radiasi lalar. Apabila lingkal ra-diasi lingkungan alau sampel yang diukur sedemikian ren­dahnya hingga ~idak jauh berbeda dengan cacah latar Cback­

gr ound) dar i al a~ yang di gunak an, maka kemungki nan besarakan menjurnpai kesulitan dalam inlerpreslasi dala yang di-perol eh. 01 eh sebab i lu pengukuran semacam i ni memer1ukan

sualu teknik khusus/cara tersendiri, sehingga cacah sampeldengan ak~ivi~as rendah lersebul lidak tenggelam dalam cacahla~ar. Dengan melode yang khusus ini rnaka cacah latar yang

390

391

menyumbang di dalam pengukuran, baik yang berasal dari sinar

kosmis, sek~liling detektor, derau e1ektronik dapat ditekanserendah-rendahnya. Selain sistem alat itu sendiri yangmempengaruhi hasil pengukuran, juga. waktu pencacahan harus

cukup lama, erisiensi pencacahan harus tinggi serta tingkatcacah latar harus ditekan serendah mungkin. Keuntungansistem antikoinsiden dalam pencacahan latar rendah ini ada­

lah dapat mengeliminasi sinar kosmis kuat yang masih lolos

oleh perisai \adiasi luar (shielding), sehingga tingkatcacah latar dapat berkurang secara drastis. Sedangkan ke­rugiannya adalah lebih banyak peralatan yang digunakantermasuk peralatan bantu sertar angk ai an ak an 1ebi h r umit danaturan waktu ("timing" pulsa).

"set up" kesel uruhan si stem

memer1ukan ketepa tan peng­Dalam maka1ah ini juga akan

dibahas teknik pengukuran serta berbagai masalah yang

dihadapi. Akhirnya dibahas pula hasil-hasil pencacahan dan

kesimpulan dalam percobaan yang telah dilakukan.

II. SUMBER-SUMBERCACAHLATAR

Dalam pengukuran radioaktivitas cacah rendah, maka

sumber cacah latar sangat berpengaruh di dalam menganalisadata yang diperoleh. Untuk itu sumber cacah 1atar harus

diketahui dan kemudian dikurangi sekeci1 mungkin. Sumbercacah latar pada pokoknya dapat dibagi menjadi empat bagian.Pertama cacah latar yang disebabkan oleh sinar kosmis yaitu

si nar kosmi s yang berenergi ti nggi, aki bat tumbukan denganatmosfir di atas mengakibatkan terjadinya zarah-zarah baik

yang bermuatan maupun yang tidak bermuatan. Radiasi yangdihasilkan oleh sinar kosmis tersebut, baik yang langsung

maupun yang tidak langsung berinteraksi dengan detektor, danini akan merupakan sumber cacah latar yang utama dalam de­tek tor. Kedua, cacah 1atar yang di sebabk an 01eh adanya

sumber-sumber disekitar pencacah yaitu .sumber-sumber yangsengaja diletakkan dekat alat pencacah. Ketiga sumbangan

392

cacah lat.ar yang disebabkan oleh kand'.lngan zat. radioakt.ifdari bahan-bahan pemb'.lat. pencacah misalnya dari t.imbalpenyerap at.a'.lp'.ln elekt.roda dari det.ekt.or it.'.l sendiri.Keempat.,cacah lat.ar yang disebabkan oleh p'.llsa-p'.llsa pals'.l("noise") yang berasal dari rangkaian elekt.ronik sist.eminst.r'.lmen it.'.l sendiri.

III. CARA MENGURANGI CACAH LATAR

S'.lmber cacah 'lat.ar t.idak dapat. dihilangkan sarna sekalit.et.api hanya dapat. dik'.lrangi melal'.li beberapa cara. Pert.amamengg'.lnakan bahan-bahan yang memiliki akt.ivit.as rendah.Um'.lmnyayang dig'.lnakan sebagai bahan pemb'.lat. det.ekt.or danpenahan radiasi yang mempunyai akt.ivit.as rendah misalnyatembaga, baja dan timah hit.am. Cara yang kedua adalah peng­gunaan bahan penahan radiasi '.lnt.uk mengurangi radiasi yangberasal dari sumber di l'.lar det.ekt.or. Sumber-sumber di luar

deleklor yang paling besar adalah sinar kosmis, yang perludilemahkan dengan membuat. perisai dari mat.erial .berat. misal­nya digunakan timbal at.au t.embaga sehingga sinar kosmisdapat diserap at.au dikurangi secara maksimal. Cara yangkeliga adalah memperbaiki kondisi, baik t.emperat.ur maupunkelembaban udara di dalam ruangan pada bat.as normal. Agarunjuk kerja alal pada kondisi opt.imal, r'.langan dipasang aircondi t.i oni ng dan dehumodi f i er. Semua al at. pencacah yangmengg'.lnakan sumber t.egangan PLN, har'.ls digunakan st.abilisa­t.or sehi ngga dengan ber ubahanya t.egangan masukan, t.egangankel uaran telap konst.an. Dengan cara t.erseb'.lt. di at.as makacacah lat.ar yang disebabkan oleh derau elekt.ronik dapat.dikurangi. Cara keempat. adalah secara elekt.ronik denganmelode ant.ikoinsidensi yait.'.l sist.em pencacah yang memilikidet.ekt.or '.It.ama sebagai pencacah yang dilindungi oleh det.ek­t.or '.lnt.'.lk sinar kosmis. Pulsa-pulsa dari kedua det.ekt.ort.ersebut. kemudian dicacah secara ant.ikoinsidensi, yait.uhanya pul sa-pul sa yang t.i dak bersamaan dat.ang, yang akandit.eruskan dan dit.ampilkan oleh alat. pencacah.

393

IV. KONSTRUKSI SISTEM PENCACAH

Untuk mereduksi sinar kosmis, kedua detektor dalam

sistem peneaeah ini dilindungi perisai radiasi dengan meng­

gunak an mater ial timbal dan tembaga sebagai perisai 1uar

yang ber1aku sebagai pelindung pasi f. Disampi ng itu juga

digunakan suatu eara dengan sistem pelindung aktif mengguna­

kan NaICT1) yang dirangkai seeara antikoinsidensi dengan de­

tektor utama.

Per i sai 1uar yang telah terpasang pada detekt-or ut-ama

t-erdiri dari tembok t-imbal yang berbentuk empat persegi

panjang dengan ukuran panjang 85 em, lebar 85 em dan t-inggi

97,5 em dengan ketebalan Pb 7,5 em. Sedangkan bagian dalam

timbal masih di1apisi 1empengan tembaga dengan ketebal an

5 mm.

Penempatan detektor GeCLi) terletak di bawah dengan

permukaan aktif di atas. sehingga dewar nitrogen eair dapat

ditempatkan di bawah perisai t-imbal tersebut. Perisai

timbal ini diberi kaki dengan ketinggian 100 em.

Untuk pelindung sinar kosmis yang lolos dari perisai

timbal Cperisai luar), digunakan pelindung aktif dengan

detektor sintilasi NaICT1) tipe sumur yang berukuran 4" x 4"dan diletakkan di atas detekt-or utama denga eara diberi

dudukan sedemikian rupa sehingga tidak memberati detektor

utama. Penempatan detektor ut-ama dan det-ekt-or pelindung

dengan posisi tegak lurus serta jaraknya seminim mungkin

sehingga efisiensi peneaeahannya akan lebih besar. Dalam

penempatan detektor pelindung t-idak sampai membebani detek­

tor GeCLi) sebagai detektor utama.

V. CARA KERJA $ISTEM

Caeah latar terutama ditimbulkan oleh radiasi kosmis,

disamping itu juga sumbangan dari sumber-sumber eaeah 1atar

yang alin. Untuk dapat mereduksi sinar kosmis digunakan

dengan dua eara yaitu dengan membuat suat-u perisai dari

394

material berat dan dengan melode elektronik sistem anti-

koinsidensi. Pulsa yang dihasilkan dari detektor pelindung

sintilasi NaICTl) dilewalkan suatu penguat awal, kemudian

dikuatkan oleh penguat ulama Clinieramplirier) dan selanjul­

nya masuk pada unit TSCA sebagai masukan rangkai an koinsi-

densi uni versal . Pulsa-pulsa dari detektor ulama sesudah

lewal penguat ulama disamping masuk TSCA yang selanjutnya

masuk rangkaian koinsidensi sebagai pulsa gerbang Cgale

pulse), juga sebagai masukan MCA unluk dicacah. Untuk lebih

jelasnya cara kerja sistem pencacah ini, maka dapal di­

gambarkan blok diagramnya seperti pada gambar 1.

HV

I1

II1

II~~iPulser IIIIII,I

Sumber reganganzS ±12 ±24

Koinsiden

Recorder

Delay amp ad c in

ac!gerbang

§J

Gambar 1. Skema blok sistem pengukuran cacah lalar rendah

395

Pulsa masukan MCAdari detektor utama dapat diterima

dan di lampi 1kan pada 1ayar MCAhanya kal au pul sa ger banganlikoinsidensi lidak lerjadi. Pulsa masukan MCAyang ber­asal dar i cacah sampel 1alar rendah. sesudah dar i penguatlinier t.erlebih dahulu dit.eruskan ke "delay amplifier" unt.ukmenunda pulsa yang dalang. Penundaan ini mempunyai maksudagar pul sa yang da t.ang dar i r angkai an koi ns i d.ensi yang di­gunakan sebagai "gat.e", dalang bersamaan dengan pul sa dar i"delay amplifier" sebagai masukan ut.ama. Pengaturan pulsaini dilakukan dengan menggunakan pulser sehingga akan mudahdi dalam penepat.an. baik waktu tunda maupun tinggi amplitu­do pulsa. Apabila ditinjau adanya sina, kosmis yang datangdan menyebabkan pulsa pada kedua detektor, maka sesudahdiperkuat. oleh kedua penguat linier, pulsa yang berasal darideteklor ulama (;eCLi) masuk pada sistem koinsidensi.Sedangkan pulsa dari detektor pelindung NaICTl) juga masukpada sist.em koinsidensi sehingga akan ada keluaran darirangkaian koinsidensi sebagai gerbang untuk sist.em MCA.Pada keadaan i lu pul a dar i detektor utama masuk ke MCA,karena pulsa gerbang pada MCA diset pada saklar anti­koinsidensi maka pulsa masukan dari detektor utama tersebuttidak akan lercacah dan lert.ampil pada layar MCA. Sebalik­nya apa bila sampel latar rendah mengenai detektor ut.amasaja, maka pulsa yang dilimbulkan akan masuk pada rangkaiankoi nsi densi . Karena dar i detek tor pel i ndung NaICTl) ti dakada pul sa kel uaran. maka kel uar an koi nsidensi ti dak akanada. Dengan demikian tidak ada pulsa masukan unt.uk gerbangMCA, maka pul sa yang datang dar i detekt.or utama akan ler­cacah dan lert.ampil oleh layar MCA dan hasilnya dapat.direkam dalam rekorder. Jadi secara garis besar prinsipant.ikoinsidensi adalah suatu sist.em rangkaian elekt.ronik

yang hanya dapat. meneruskan pulsa-pulsa yang dat.ang secaralidak bersamaan, sedangkan apabila dat.angnya bersamaan makagerbang dari sist.em ant.ikoinsidensi pada MCAakan bekerja,dan pul sa yang da t.ang dar i det.ek t.or ulama t.i dak akan t.er-

396

cacah. Mekanisme dari proses koinsidensi dan antikoinsidensi

dapat digambarkan pada diagram waktu ("timing diagram")

seperti pada gambar 2 berikut ini.

V

2 pulsakelu ar an

1 detektor

t

V

keluaran 2.t

V

V

II III II I

I I-I-I II-

I

II II

I • ,

VI: : :. I I I I_____. 0,---_0 __ [lJL,I I I II I II I I II I I II I I I pulsa yang

: !I\ . I: 1\ dapa' diterim.~ ~ ~~~t. MCA

I

I,I

I

I I

IIII II

IIII

0II

I

~

I III

III

I

I

I

V

kel u aran 1.t

keluaran

t koinsidensi

keluaranantikoinsi den

Gambar 2. Diagram waktu ("timing diagram")

397

VI. HASIL PENGUKURAN

Pengukuran cacah laLar adalah pengarnaLan Lanpa adanya

sampel aLau cuplikan apapun. Jadi yang Lerukur hanya cacah

laLar dalam pelindung Limbal. baik dengan meLode biasa

maupun meLode anLi koinsidensi . Pencacahan dengan meLode

anLikoinsidensi. Lelah dicoba berkali-kali dengan inLerval

waktu 2000 deLik. 3000 detik dan 4000 deLik. Hasil peng­

ukurannya memberikan hasil raLa-raLa sampai 24 cpm. Dengan

meLode ini cacq.h latar dapaL dikurangi sampai 55 % karena

dengan meLode biasa memberikan cacah latar raLa-rata sampai

54 cpm. Secara Leoritis hasil tersebut masih dapaL diper­

baiki aLau diturunkan apabila detektor pencacah GeCLi) dapaL

masuk ke dalam detektor pelindung sinar kosmis NaICT1).

Apabila dapaL demikian. maka sebagaian besar sinar kosmis

benar-benar mengenai kedua detektor. sehingga Lidak akan

diLeruskan oleh sisLem antikoinsidensi. yang selanjutnya

tidak akan tercacah dalam MCA. Karena sifaL radioakLivitas

yang random atau perubahan sinar kosmis yang mengenai deLek­

tor. inLensitasnya tidak sarna dalam waktu yang berbeda.

begiLu juga keLidaksLabilan alaL-alaL elekLronik. maka hasil

pengukuran berubah-ubah walaupun masih dalam baLas ralaL

yang diizinkan. Hasil pengukuran dapaL dilihaL pada tabel 1

dan Label 2. sedangkan gambar spekLrumnya dapat dilihat pada

gambar 3. Oalam pengukuran ini juga dilakukan dengan meLode

biasa sebagai perbandingan.

Tabel 1. PengamaLan.laLar.

No.WakLuCacah latarcacah laLardengan

CdeLik)meLode biasameLode anLikoinsidensi

1.

2000 1771 829

2.

3000 2634 1213

3.

4000 3622 1634

40

30

I~(J

~(J 20

GB.3 S PEl( T RUM CAe A H lAT A R

_ DENGAN MET 0 DE ANTIKDINSIDENSI- TAN pA METODE ANTIKDINSIDENSI

Waktu cacah: 4000 Detik

•o

I200

I400

NOMOR KANAL

I600

I800

I1000

399

Tabel 2. Pengamalan lalar dalam cpm

Cacah lalarcacah lat.arprosent.ase penu-

No.melode biasamelode ant.i-runan cacah lat.ar

koinsidensiC:Yo )

1.53,00 cpm25,00 cpm53,00 :Yo

2.

53,00 cpm24,00 cpm54,00 :Yo

3.

54,00 cpm25,51cpm 55,00 :Yo

VI I. KESI MPVLAN

Hasil pengukuran dengan met.ode ant.ikoinsidensi di alas

dapal disimpulkan sebagai berikut. :

Dengan sislem pencacahan anlikoinsidensi ini cacah lat.ar

dapal dikurangi sampai 55 :Yo, dengan. melode biasa, diper­

oleh cacah lalar 54 cpm, sedangkan selelah dengan sist.em

ini, cacah lalar dapal dilekan sampai 24 cpm.

Dengan demikian unluk sampel berakt.ivit.as lebih besar dari

10,8 pCi dapal leramali, sedangkan yang lebih kecil belum

lerdeleksi, karena masih lenggelam dalam cacah lalar.

Vnluk 1ebi h mendapa lkan hasi 1 yang 1ebih baik mak a

perlu diperhalikan hal-hal berikut.

Delekt.or pelindungnya harus .mempunyai diameler sumur

1ebih besar dari di amet.er delek t.or GeC Li), sehi ngga

delekt.or ulama t.ersebut. dapat. masuk pada det.ekt.or

pelindung.

Harus menggunakan bahan-bahan dan penahan radiasi

yang mempunyai aklivit.as rendah.

Oplimasi dan kombinasi dari penyempurnaan di at.as apa­

bila dapal dilaksanakan, maka diharapkan t.ingkat.cacah lalar

dapat. dilekan lebih rendah lagi.

400

UCAP AN TERI MA KASI H

Dengan ini penulis mengucapkan terima kasih banyak

kepada sdr. Toto Tri Kasyono atas bantuan ide serta pelak­

sanaan pengukuran eksperimen ini sampai selesai.

ACUAN

1. Katalog Canberra edisi 7, "Canberra Industries, Inc."

2. Glenn F. Knoll and John Wiley,Measurement"

"Radiation Detection and

3. J.M. Nielsen and R.W. Perkins, "Anticoincidence ShieldedMultidimensional Gamma-ray Spectrometers for Low-levelCounting", Proceedings Symposium Monaco, IAEA, 1967

4. NCRP Report No 58, "A Hand Book of Radioactivity Mea­surements Procedur es", Febr. 1985

5. Geoffrey G. Eichholz and John W. Poston, "Principles ofNuclear Radiation Detection", Ann Arbor Science, Michigan

TANYA JAWAB

1. Budiono

Apa~ah sudah pernah dicoba pada pengu~uran pada radio­

a~tif unt~~ ~edo~teran n~tir ?- Bagaimana hasitnya katau dibanding~an dengan metode

biasa tanpa mengeuna~an dete~tor NaICTt~ ?

JAWABAN

- Betum pernah, karena sistem ini dirancang untuk mende­

teksi radiasi cacah rendah. Sampet dengan akt ivi tas

tebi.h besar dari. fO,8 pC I. dapat terdetel<>sI.sedangkan

sampet yang tebih kecit dari itu betum dapat teramati

karena masih tenggetam pada cacah tatar.

Sudah pernah di.bandingkan, dengan meneeunakan sampet

pas ir monasit dan° has itnya pada me tode spek trome tr ibiasa puncak-puncak energinya tida~ ~etihatan dengan

jetas, sedangkan seteLah memakai metode antikoinsidensi

dapat tertihat tebih jetas.

401

2. Arief R.

- Preamptifier yang dipa~ai jenis apa f?

yang dieuna~an ~edua dete~tor berbeda f?

kedua preamp tersebut ditu~ar tempat f?

/1engapa preamp

Baga imana j i ~a

JAWABAN

- Untuk dete~tor NalCTL) dipakai preamp jenis sensi tif

tegangan, s'edang~an untuk detektor GeCLi:> me~ai pre­

amp tipe sensitif muatan. Jenis preamp berbeda karena

kedua detektor tersebut mempunyai ~arakterist ik yang

berbeda. Bita ditukarkan tida~ bisa, karena katau pre­

amp tida~ sesuai ~arakterist i~ dari detektor Man me­

nyebabkan tidak terjadi proses peneumputan muatan untuk

membentuk pulsa.

3. Didi Gayani

- Apa pertimbangan pemakaian detektor dan petindung yang

tidak sejenis CNal dan GeLi:> f?

JAWABAN

- Detektor utama dipakai dete~tor GeCLi:> agar resotusinya

lebih baik. De te~tor GeCL i:> tidak ada yang t ipe wet t

Csumur:> sehingga tidak bisa melingkupi detek.tor utama,

sedangkan dengan memakai detektor NalCTl:> hal tersebut

bisa direncanMan.