DETEKSI RADIOAKTIF

1. DETEKSI RADIOAKTIF 2010/2011

2. PrinsipDasarPengukuranRadiasi … • Secara definisi, radiasi merupakan salah satu cara perambatan energi dari suatusumberenergikelingkungannyatanpamembutuhkan medium ataubahanpenghantartertentu. • Salahsatubentukenergi yang dipancarkansecararadiasiadalahenerginuklir. • Radiasiinimemilikiduasifat yang khas, yaitutidakdapatdirasakansecaralangsungolehpancaindramanusiadanbeberapajenisradiasidapatmenembusberbagaijenisbahan.

3. PrinsipDasarPengukuranRadiasi … Sebagaimana sifatnya yang tidak dapat dirasakan sama sekali oleh panca inderamanusia, makauntukmenentukanadaatautidakadanyaradiasinuklirdiperlukansuatualat, yaitupengukurradiasi yang merupakansuatususunanperalatanuntukmendeteksidanmengukurradiasibaikkuantitas, energi, ataudosisnya.

4. KuantitasRadiasi … • Kuantitasradiasiadalahjumlahradiasi per satuanwaktu per satuanluas, padasuatutitikpengukuran. • Kuantitas radiasi ini berbanding lurus denganaktivitassumberradiasidanberbandingterbalikdengankuadratjarak(r) antarasumberdansistempengukur.

5. KuantitasRadiasi … Gambar1 menunjukkanbahwajumlahradiasi yang mencapaititikpengukuran (kuantitas radiasi) merupakan sebagian dari radiasi yang dipancarkanolehsumber.

6. EnergiRadiasi … • merupakan ‘kekuatan’ dari setiap radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi. • Bila sumber radiasi berupa radionuklida maka tingkat energi yang dipancarkan tergantung pada jenis radionuklidanya. • Kalau sumber radiasinya berupa pesawat sinar-X, maka energi radiasinya bergantung pada tegangan anoda (kV).

7. DosisRadiasi … • Dosisradiasimenggambarkantingkatperubahanataukerusakanyang dapatditimbulkanolehradiasi. • Nilai dosis ini sangat ditentukan oleh kuantitas radiasi, jenis radiasi dan jenis bahan penyerap. • Dalamproteksiradiasipengertiandosisadalahjumlahradiasi yang terdapatdalammedanradiasiataujumlahenergiradiasi yang diserapatauditerimaolehmateri.

8. Penggunaan sistem pengukur radiasi dapat dibedakan menjadi dua kelompokyaituuntukkegiatanproteksiradiasidanuntukkegiatanaplikasi/penelitianradiasinuklir. • Alat ukur radiasi yang digunakan untuk kegiatanproteksiradiasiharusdapatmenunjukkannilaidosisradiasiyang mengenaialattersebut. • Sedangkanalatukur yang digunakandibidangaplikasiradiasidanpenelitianbiasanyaditekankanuntukdapatmenampilkannilaikuantitasradiasiatauspektrumenergiradiasi yang memasukinya.

9. Setiapalatukurradiasiterdiriatasduabagianutamayaitudetektordanperalatanpenunjang.Setiapalatukurradiasiterdiriatasduabagianutamayaitudetektordanperalatanpenunjang. • Detektormerupakansuatubahan yang pekaterhadapradiasi, yang jadibiladikenairadiasiakanmenghasilkansuatutanggapan (response) tertentu yang lebihmudahdiamatisedangkanperalatanpenunjang, biasanyamerupakanperalatanelektronik, berfungsiuntukmengubahtanggapandetektortersebutmenjadisuatuinformasi yang dapatdiamatiolehpancainderamanusiaataudapatdiolahlebihlanjutmenjadiinformasiyang berarti.

10. MekanismePendeteksianRadiasi … Detektorradiasibekerjadengancaramengukurperubahan yang terjadididalammedium karenaadanyapenyerapanenergiradiasiolehmedium tersebut. Sebenarnyaterdapatbanyakmekanisme yang terjadididalamdetektortetapi yang seringdigunakanadalahprosesionisasidanprosessintilasi.

11. Prosesionisasi… • Ionisasiadalahperistiwaterlepasnyaelektrondariikatannyadidalam atom. • Peristiwainidapatterjadisecaralangsungolehradiasialpha ataubeta dansecaratidaklangsungolehradiasisinar-X, gamma dan neutron.

12. Jumlahpasangan ion, elektron yang bermuatannegatifdansisaatomnya yang bermuatanpositifsebandingdenganjumlahenergi yang terserap. Dimana: N = jumlahpasanganion E = energiradiasi yang terserap w = dayaionisasibahanpenyerap, yaituenergi yang dibutuhkanuntukmenghasilkansebuahprosesionisasi.

13. Jadidalamprosesionisasiini, energiradiasidiubahmenjadipelepasansejumlahelektron (energilistrik). • Bila diberi medan listrik maka elektron yang dihasilkandalamperistiwaionisasitersebutakanbergerakmenujukekutubpositif. • Pergerakanelektron-elektrontersebutdapatmenginduksikanarusatauteganganlistrik yang dapatdiukurolehperalatanpenunjangmisalnyaAmperemeterataupun Voltmeter. • Semakinbanyakradiasi yang mengenaibahanpenyerapatausemakinbesarenergiradiasinya maka akan dihasilkan arus atau tegangan listrik yang semakin besarpula.

14. ProsesSintilasi… • Prosessintilasiadalahterpencarnyasinartampakketikaterjaditransisielektrondaritingkatenergi (orbit) yang lebihtinggiketingkatenergiyang lebihrendahdidalambahanpenyerap. • Dalamprosesini, sebenarnya, yang dipancarkanadalahradiasisinar-X tetapikarenabahanpenyerapnya (detektor) dicampuridenganunsuraktivator, yang berfungsisebagaipenggeserpanjanggelombang, makaradiasi yang dipancarkannyaberupasinartampak.

15. Proses sintilasi ini akan terjadi bila terdapat kekosongan elektron pada orbit yang lebihdalam. • Kekosonganelektrontersebutdapatdisebabkankarenalepasnyaelektrondariikatannya (prosesionisasi) atauloncatnyaelektronkelintasan yang lebihtinggibiladikenairadiasi (proseseksitasi). • Jadi dalam proses sintilasi ini, energi radiasi diubah menjadi pancaran cahayatampak.

16. Semakinbesarenergiradiasi yang diserapmakasemakinbanyakkekosonganelektrondi orbit sebelahdalamsehinggasemakinbanyakpercikancahayanya.

17. Cara PengukuranRadiasi…Pulse Mode • Setiapradiasi yang mengenaialatukurakandikonversikanmenjadisebuahpulsalistrik. • Bila kuantitas radiasi yang mengenai alat ukur semakintinggimakajumlahpulsalistrik yang dihasilkannyasemakinbanyak. • Sedangenergidarisetiapradiasi yang masuksebandingdengantinggipulsayang dihasilkan. • Jadisemakinbesarenerginyasemakintinggipulsanya. • Tampilan sistem pengukur dengan cara pulsa biasanya berupa angka seperti gambar berikut.

18. Informasi yang dihasilkanolehalatukurcarapulsainiadalahjumlahpulsa(cacahan) dalamselangwaktupengukurantertentudantinggipulsalistrik. • Jumlah pulsa sebanding dengan kuantitas radiasi yang memasuki detektor, sedangkan tinggi pulsa sebanding dengan energi radiasi. • Kelemahanalatukurcarapulsadiatasadalahadanyakemungkinantidaktercacahnya radiasi karena kecepatan konversi. • Untukdapatmengubahsebuahradiasimenjadisebuahpulsalistrikdibutuhkanwaktukonversitertentu. • Bilakuantitasradiasi yang akandiukursedemikianbanyaknyasehingga selang waktu antara dua buah radiasi yang berurutan lebih cepat daripada waktu konversi alat, maka radiasi yang terakhir tidak akan tercacah.

19. Cara PengukuranRadiasi…Current Mode • Padacaraarus, radiasi yang memasukidetektortidakdikonversikanmenjadipulsalistrikmelainkan rata-rata akumulasienergiradiasiper satuanwaktunya yang akandikonversikanmenjadiaruslistrik. • Semakinbanyakkuantitasradiasi per satuanwaktu yang memasukidetektor, akansemakinbesararusnya. • Demikian pula bila energi radiasi semakin besar, arusyang dihasilkannyasemakinbesar.

20. Proseskonversipadacarapengukuranarusinitidakdilakukansecara individual setiapradiasimelainkansecaraakumulasi. • Informasiyang ditampilkan adalah intensitas radiasi yang memasuki detektor. • Kelemahancarainiadalahketidakmampuannyamemberikaninformasienergidarisetiapradiasi, sedangkankeuntungannyaprosespengukurannyajauhlebihcepatdaripadacarapulsa. • Tampilan sistem pengukur dengan cara arus biasanya berupa jarum penunjuk seperti gambar berikut.

21. JenisDetektorRadiasi …. • Detektormerupakansuatubahan yang pekaatausensitifterhadapradiasi yang biladikenairadiasiakanmenghasilkantanggapanmengikutimekanisme yang telahdibahassebelumnya. • Perludiingatbahwasetiapjenisradiasimempunyaicaraberinteraksi yang berbeda-bedasehinggasuatubahanyang sensitifterhadapsuatujenisradiasibelumtentusensitifterhadapjenisradiasi yang lain. • Sebagaicontoh, detektorradiasi gamma belumtentudapatmendeteksiradiasi neutron.

22. DetektorIsian Gas …. • Detektorisian gas merupakandetektor yang paling seringdigunakanuntukmengukurradiasi. • Detektor ini terdiri dari dua elektroda, positif dan negatif, serta berisi gas di antara kedua elektrodanya. • Elektrodapositifdisebutsebagaianoda, yang dihubungkankekutublistrikpositif, sedangkanelektrodanegatifdisebutsebagaikatoda, yang dihubungkankekutubnegatif. • Kebanyakandetektoriniberbentuksilinderdengansumbu yang berfungsisebagaianodadandindingsilindernyasebagaikatoda

23. Radiasi yang memasukidetektorakanmengionisasigas danmenghasilkanion-ion positif dan ion-ion negatif (elektron). • Jumlah ion yang akandihasilkantersebutsebandingdenganenergiradiasidanberbandingterbalikdengandayaionisasi gas. • Daya ionisasi gas berkisar dari 25 eV s.d. 40 eV.

24. Ion-ion yang dihasilkandidalamdetektortersebutakanmemberikan kontribusi terbentuknya pulsa listrik ataupun arus listrik. • Ion-ion primer yang dihasilkanolehradiasiakanbergerakmenujuelektrodayang sesuai. • Pergerakan ion-ion tersebutakanmenimbulkanpulsaatauaruslistrik. • Pergerakan ion tersebutdiatasdapatberlangsungbila di antara dua elektroda terdapat cukup medan listrik.

25. Bilamedanlistriknyasemakintinggimakaenergikinetik ion-ion tersebutakansemakinbesarsehinggamampuuntukmengadakanionisasi lain. • Ion-ion yang dihasilkanoleh ion primer disebutsebagai ion sekunder. • Bilamedanlistrikdiantaraduaelektrodasemakintinggimakajumlahion yang dihasilkanolehsebuahradiasiakansangatbanyakdandisebutproses‘avalanche’.

26. Terdapattigajenisdetektorisian gas yang bekerjapadadaerahyang berbedayaitudetektorkamarionisasi yang bekerjadidaerahionisasi, detektorproporsional yang bekerjadidaerahproporsionalsertadetektor Geiger Mueller (GM) yang bekerjadidaerah Geiger Mueller. Grafik karakteristik jumlah ion terhadap perubahan tegangan kerjadetektor

27. DetektorKamarIonisasi …. • Jumlahion yang dihasilkan di daerah ini relatif sedikit sehingga tinggi pulsanya, bilamenerapkanpengukuran model pulsa, sangatrendah. • Olehkarenaitu, biasanya, pengukuran yang menggunakandetektorionisasimenerapkancaraarus. • Bila akan menggunakan detektor ini dengan cara pulsamakadibutuhkanpenguatpulsayang sangatbaik. • Keuntungandetektoriniadalahdapatmembedakanenergi yang memasukinyadantegangan kerja yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi.

28. DetektorProporsional…. • Dibandingkandengandaerahionisasidiatas, jumlah ion yang dihasilkandidaerahproporsionalinilebihbanyaksehinggatinggipulsanyaakanlebihtinggi. • Detektorinilebihseringdigunakanuntukpengukurandengancarapulsa. • jumlah ion yang dihasilkansebandingdenganenergiradiasi, sehinggadetektorinidapatmembedakanenergiradiasi. • Akan tetapi, yang merupakan suatu kerugian, jumlahion atautinggipulsa yang dihasilkansangatdipengaruhiolehtegangankerjadandayateganganuntukdetektoriniharussangatstabil.

29. Detektor Geiger Mueller…. • Jumlah ion yang dihasilkandidaerahinisangatbanyak, mencapainilaisaturasinya, sehinggapulsanyarelatiftinggidantidakmemerlukanpenguatpulsalagi. • Kerugian utama dari detektor ini ialah tidak dapat membedakanenergiradiasi yang memasukinya, karenaberapapunenerginyajumlah ion yang dihasilkannyasamadengannilaisaturasinya. • Detektorinimerupakandetektor yang paling seringdigunakan, karenadarisegielektoniksangatsederhana, tidakperlumenggunakanrangkaianpenguat. • Sebagianbesarperalatanukurproteksiradiasi, yang harusbersifatportabel, terbuatdaridetektor Geiger Mueller.

30. DetektorSintilasi …. • Detektorsintilasiselaluterdiridariduabagianyaitubahansintilatordan photomultiplier. • Bahan sintilator merupakan suatu bahan padat, cair maupungas, yang akanmenghasilkanpercikancahayabiladikenairadiasipengion. • Photomultiplier digunakanuntukmengubahpercikancahaya yang dihasilkanbahansintilatormenjadipulsalistrik.

31. Mekanismependeteksian radiasi pada detektor sintilasi dapat dibagi menjadi dua tahapyaitu: • prosespengubahanradiasi yang mengenaidetektormenjadipercikancahaya di dalam bahan sintilator. b) prosespengubahanpercikancahayamenjadipulsalistrikdidalamtabung photomultiplier.

32. BahanSintilator …. • Di dalam kristal bahan sintilator terdapat pita-pita atau daerah yang dinamakan sebagai pita valensi dan pita konduksi yang dipisahkan dengantingkatenergitertentu. • Padakeadaandasar, ground state, seluruhelektronberadadi pita valensisedangkandi pita konduksikosong. • Ketikaterdapatradiasi yang memasukikristal, terdapatkemungkinanbahwaenerginyaakanterserapolehbeberapaelektrondi pita valensi, sehinggadapat meloncat ke pita konduksi.

33. Beberapasaatkemudianelektron- elektrontersebut akan kembali ke pita valensi melalui pita energi bahan aktivatorsambilmemancarkanpercikancahaya. • Jumlahpercikancahayasebandingdenganenergiradiasidiserapdandipengaruhi oleh jenis bahan sintilatornya. • Semakinbesarenerginyasemakinbanyakpercikancahayanya. • Percikan-percikancahayainikemudian‘ditangkap’ oleh photomultiplier. • Beberapacontohbahansintilator yang seringdigunakansebagaidetektorradiasi, adalahKristal NaI(Tl), Kristal ZnS(Ag), Kristal LiI(Eu), danSintilatorOrganik

34. SintilatorCair …. • Detektorinisangatspesialdibandingkandenganjenisdetektor yang lain karenaberwujudcair. • Sampelradioaktif yang akandiukurdilarutkandahulukedalamsintilatorcairinisehinggasampeldandetektormenjadisatu kesatuan larutan yang homogen. • Secarageometripengukuraninidapatmencapaiefisiensi 100 % karenasemuaradiasi yang dipancarkansumberakan “ditangkap” olehdetektor.

35. Metodeinisangatdiperlukanuntukmengukursampelyang memancarkanradiasiβ berenergirendahsepertitritium danC-14. • Masalah yang harusdiperhatikanpadametodeiniadalahquenching yaituberkurangnya sifat transparan dari larutan (sintilator cair) karena mendapatcampuransampel. • Semakin pekat konsentrasi sampel maka akansemakinburuktingkattransparansinyasehinggapercikancahaya yang dihasilkantidakdapatmencapaiphotomultiplier.

36. Tabung Multiplier …. • berfungsiuntukmengubahpercikancahayatersebutmenjadiberkaselektron, sehinggadapatdiolahlebihlanjutsebagaipulsa / aruslistrik. • Tabung photomultiplier terbuatdaritabunghampa yang kedapcahayadenganphotokatoda yang berfungsisebagaimasukanpadasalahsatuujungnyadanterdapatbeberapadinodeuntukmenggandakanelektron

37. Photokatoda yang ditempelkanpadabahansintilator, akanmemancarkanelektronbiladikenaicahayadenganpanjanggelombang yang sesuai. • Elektron yang dihasilkannyaakandiarahkan, denganperbedaanpotensial, menujudinodepertama. • Dinodetersebutakanmemancarkanbeberapaelektronsekunderbiladikenaiolehelektron.

38. Elektron-elektronsekunder yang dihasilkandinodepertamaakanmenujudinodekeduadandilipatgandakankemudiankedinodeketigadanseterusnyasehinggaelektron yang terkumpulpadadinodeterakhirberjumlahsangatbanyak. • Dengansebuahkapasitorkumpulanelektrontersebutakandiubahmenjadipulsalistrik.

39. DetektorSemikonduktor …. • Bahan semikonduktor, yang diketemukan relatif lebih baru daripada dua jenisdetektordiatas, terbuatdariunsurgolongan IV padatabelperiodikyaitusilikonatau germanium. • Detektorinimempunyaibeberapakeunggulanyaitulebiheffisiendibandingkandengandetektorisiangas, karena terbuat dari zat padat, serta mempunyai resolusi yang lebih baik daripadadetektorsintilasi.

40. Padadasarnya, bahan isolator danbahansemikonduktortidakdapatmeneruskanaruslistrik. • Hal inidisebabkansemuaelektronnyaberadadipita valensi sedangkan di pita konduksi kosong. • Perbedaantingkatenergiantarapita valensidan pita konduksidibahan isolator sangatbesarsehinggatidakmemungkinkanelektronuntukberpindahkepita konduksi ( > 5 eV). • Sebaliknya, perbedaantersebutrelatifkecilpadabahansemikonduktor(< 3 eV) sehingga memungkinkan elektron untuk meloncat ke pita konduksi bila mendapattambahanenergi.

41. Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahansehinggabeberapaelektronnyadapatberpindahdari pita valensikepita konduksi. • Bila di antara kedua ujung bahan semikonduktor tersebutterdapatbedapotensialmakaakanterjadialiranaruslistrik. • Jadipada detektor ini, energi radiasi diubah menjadi energi listrik.

42. Sambungansemikonduktordibuatdenganmenyambungkansemikonduktortipe N dengantipe P (PN junction). • Kutubpositifdariteganganlistrikeksternaldihubungkanketipe N sedangkankutubnegatifnya ke tipe P seperti terlihat pada gambar

43. Hal inimenyebabkanpembawa muatan positif akan tertarik ke atas (kutub negatif) sedangkan pembawamuatannegatifakantertarikkebawah (kutubpositif), sehinggaterbentuk(depletion layer) lapisankosongmuatanpadasambungan PN. • Denganadanyalapisankosongmuataninimakatidakakanterjadiaruslistrik. • Bilaadaradiasipengion yang memasukilapisankosongmuataninimakaakanterbentuk ion-ion baru, elektrondan hole, yang akanbergerakke kutub-kutub positif dan negatif. • Tambahan elektron dan hole inilah yang akanmenyebabkanterbentuknyapulsaatauaruslistrik.

44. Olehkarenadayaatauenergi yang dibutuhkanuntukmenghasilkanionioninilebihrendahdibandingkandenganprosesionisasidi gas, makajumlah ion yang dihasilkan oleh energi yang sama akan lebih banyak. • Hal inilahyang menyebabkandetektorsemikonduktorsangattelitidalammembedakanenergiradiasi yang mengenainyaataudisebutmempunyairesolusitinggi. • Sebagaigambaran, detektorsintilasiuntukradiasigamma biasanyamempunyairesolusisebesar 50 keV, artinya, detektorinidapatmembedakan energi dari dua buah radiasi yang memasukinya bila kedua radiasi tersebut mempunyai perbedaan energi lebih besar daripada 50 keV. Sedangdetektorsemikonduktoruntukradiasi gamma biasanyamempunyairesolusi 2 keV.

45. KarakteristikDetektor….EFISIENSI • suatunilai yang menunjukkanperbandinganantarajumlahpulsalistrik yang dihasilkandetektorterhadapjumlahradiasi yang diterimanya. • Nilaiefisiensidetektorsangatditentukanolehbentukgeometridandensitasbahandetektor. • Bentukgeometrisangatmenentukanjumlahradiasi yang dapat 'ditangkap' sehinggasemakinluaspermukaandetektor, efisiensinyasemakintinggi. • Sedangkandensitasbahandetektormempengaruhi jumlah radiasi yang dapat berinteraksi sehingga menghasilkansinyallistrik. • Bahandetektor yang mempunyaidensitaslebihrapatakanmempunyaiefisiensi yang lebihtinggikarenasemakinbanyakradiasiyang berinteraksidenganbahan.

46. KarakteristikDetektor….KECEPATAN • selangwaktuantaradatangnyaradiasidanterbentuknyapulsalistrik. • Kecepatandetektorberinteraksidenganradiasi juga sangat mempengaruhi pengukuran karena bila respon detektor tidakcukupcepatsedangkanintensitasradiasinyasangattinggimakaakanbanyakradiasi yang tidakterukurmeskipunsudahmengenaidetektor.

47. KarakteristikDetektor….RESOLUSI • kemampuandetektoruntukmembedakanenergiradiasiyang berdekatan. • Suatudetektordiharapkanmempunyairesolusiyang sangatkecil (high resolution) sehinggadapatmembedakanenergiradiasisecarateliti. • Resolusidetektordisebabkanolehperistiwastatistik yang terjadi • dalamprosespengubahanenergiradiasi, noise darirangkaianelektronik, sertaketidak-stabilankondisipengukuran.

48. PenggunaanAlatUkurRadiasi …. • Berdasarkankegunaannya, alatukurradiasidapatdibedakanmenjadiduayaitusebagaialatukurproteksiradiasidansebagaisistempencacah (counting system). • Alat ukur proteksi radiasi digunakan untuk kegiatan keselamatan kerja dengan radiasi, oleh karena itu nilai ukur yang ditampilkan biasanya dalam satuandosisradiasisepertiRontgent, rem, atau Sievert. • Alatukurproteksiradiasidikelompokkanmenjadi dosimeter perorangan, surveimeter, dan monitor kontaminasi. • Sedangkansistempencacahdigunakanuntukmelakukanpengukuranintensitasradiasidanenergiradiasisecaraakurat. • Sistem pencacah lebih banyak digunakan di fasilitas laboratorium.

49. AlatUkurProteksiRadiasi …. • Alat ukur proteksi radiasi dibedakan menjaditigajenisyaitu dosimeter perorangan, surveimeter, danmonitor kontaminasi. • Sebagaimana alat ukur radiasi lainnya, alat ukur radiasi juga terdiri atas detektor dan peralatan penunjang. • Dosimeter perorangandigunakanuntuk “mencatat” dosisradiasiyang telahmengenainyasecaraakumulasidalamselangwaktutertentu, misalnyaselamasatubulan.

50. Padabeberapa dosimeter peroranganseperti film badge dan TLD, detektordanperalatanpenunjangnyatidakmenjadisatukesatuan. • Setiappekerjaradiasidiwajibkanmempunyaidanmenggunakandosimeter perorangan yang diidentifikasidenganbaik. • Surveimeterdigunakanuntukmengukurlajudosis (intensitas) radiasisecaralangsung. • Surveimetermutlakdiperlukandalamsetiappekerjaan yang menggunakanzatradioaktifatausumberradiasipengionlainnya agar setiappekerjamengetahuiataudapatmemperkirakandosisradiasi yang akanditerimanyasetelahmelaksanakankegiatantersebut. • Surveimeterharusbersifatportabel, mudahdibawadalamkegiatansurveiradiasidisegalamedan.