PENGARUH TEKANAN GAS IS1AN TERHADAP TEGANGANOPERASI DETEKTOR GEIGER MULLER

Agus Sant.oso

Pusat. Penelit.ian Nuklir Yogyakart.a

Surakhman

Pendidikan Ahli Teknik Nuklir

ABSTRAK

Telah dibuat. dan dit.elit.idet.ekt.orGeiger-Muller denganberbagai t.ekanan gas isian Cargon dan alkohol dengan per ban­dingan t.ekanan 9:1) dengan panjang daerah akt.if SO mm diame­t.er kat.ode 16 mm dan diamet.er anode 0,03 mm. Tekanan di­variasi dari S cmHg sampai 14 cmHg, dengan 1nt.erval 1 cmHg.Pada t.ekanan t.ersebut. bi 1a t.ekanan gas 1s1an nai k makapot.ensial ambang nai k, sedangkan hubungannya 1inier. Padat.ekanan 10 cmHg dan 10,5 cmHg diperoleh t.egangan ambang CSS9± S) volt. dan CS9S ± 4) volt. dan panj ang plat.o C131 ± 6)volt..

ABSTACT

The relat.10n bet.ween filled gas Cargon and alcohol wit.ht.he presure rat.io of 9:1) and operat.ing volt.age of Geiger­Muller det.ect.ors have been invest.igat.ed. The act.ivit.ylengt.h of t.he Geiger-Muller det.ect.orsis SO mm, t.he cat.hodediamet.er is 16 mm and t.he anode di amet.er is O.03 mm. Thegas pressure was varied from S cmHg t.o 14 cmHg wit.h 1 cmHgincriment.. In t.his range, as a result., if t.he gas pressurerises, t.he t.hreshold volt.age also rise, where as t.he rela­t.ion is 1inear. At. 10 cmHg and 10.5 cmHg t.he t.hresholdvolt.age are CSS9 ± S) volt. and CS9S ± 4) volt. and t.he lengt.hof t.he plat.eau is C131 ± 6) volt..

I . PENDAHULUAN

Det.ekt.orGeiger-Muller adalah t.ermasuk golongan det.ek­

t.or radiasi dengan gas isian sebagai t.ransduser nya. Det.ek-

t.or jen1s ini banyak dipakai berbagai bidang yang ber-

hubungan dengan radiasi nuklir. Secara garis besar det.ekt.or

Geiger-Muller dibuat. dari silinder gel as yang dilapisi logam

yang berfungsi sebagai kat.ode dan dit.engah-t.engah dipasang

kawat. Cbiasanya t.ungst.en)yang berfungsi sebagai anode, dan

diisi dengan gas berat.om t.unggal dicampur gas poliat.om.

Pada penelit.ian ini sebagai gas isian adalah argon dan

104

105

alkohol. dengan perbandingan lekanan 9:1. Mengingal delek­lor Geiger-Muller ini sangal praklis dan relalif mudah di­bual. jika dibandingkan dengan lainnya maka perlu dilakukanpenelilian lebih lanjul lenlang deleklor lersebul. Pada pe­nelilian ini dilakukan pengukuran legangan operasi danpanjang plalo unluk berbagai lekanan gas isian. Hal ini di­maksudkan unluk mendapalkan lekanan opt.imum deleklor Geiger­Muller yang mempergunakan gas isian argon dan alkohol yangmenghasilkan karaklerislik paling baik unluk lekanan gaslersebul.

II. TEORI

Delek lor Geiger -Mull er adal ah sal ah sa l u j eni s dar ideleklor isian gas. Berdasarkan banyaknya pasangan ioneleklron yang lerbenluk dalam proses ionisasi gas isian padadeleklor isian gas sebagai fungsi legangan deleklor makadeleklor jenis isian gas dibagi menjadi 3 jenis.

1. Deleklor ionisasi.2. Deleklor proporlional.3. Deleklor Geiger-Muller.

Semua deleklor jenis isian gas yang dipakai sebagai gasi si an adal ah gas -gas muli a ( monoalomi c) . Sedangk an unl ukdeleklor jenis isian gas yang memakai pemudur (quenching)dilambah gas-gas polialom.

A. Mekanisme Oalam Deleklor Geiger-MullerApabila ke dalam labung masuk zarah radiasi maka

radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya pasanganeleklron-ion yang lerjadi pada deleklor Geiger-Muller lidaksebandi ng dengan lenaga zar ah r adi asi yang da lang. Hasi Iionisasi ini disebul eleklron primer. Karena anlara anodedan kalode diberikan beda legangan maka akan limbul medanlislrik di anlara kedua eleklrode lersebul. yang menambahlenaga kinelik eleklron. Dengan lenaga yang relalif linggimaka eleklron akan mampumengionisasi alom-alom sekilarnya.sehi ngga menimbulkan pasangan el eklr on-i on sek under. Pa­sangan eleklron-ion sekunder inipun masih dapal menimbulkanpasangan eleklron-ion lersier dan selerusnya. sehingga akan

106

~erjadi lucu~an yang ~erus-menerus Cavalence). Un~uk meng­

a~asi hal i ni di per 1ukan sua~u peredam. Peredam ada duajenis yai ~u peredam dengan ~ambahan rangkaian elek~ronika

dan dengan menambahkan gas polia~om a~au gas-gas hologen.

yang di sebu~ gas pemudur Cquenchi ng gas). misal nya al koholdan me~ana un~uk jenis gas polia~om. sedang un~uk Jenishologen adalah khlor. rluor. bromo

Pada peneli~ian ini dipergunakan gaspemudur alkohol.Dengan menambahkan gas pemudur maka proses ionisasi yang ~ak~erkendali dapa~ dihindarkan sehingga de~ek~or akan mem­punyai daerah ~egangan kerja Cpla~o). Pla~o sua~u de~ek~or

Geiger-Muller adalah daerah ~egangan di mana jumlah pasanganelek~ron-ion yang dihasilkan akan sebanding dengan in~en­si~as radiasi yang da~ang. Panjang pla~o de~ek~or Geiger­

Muller yang baik an~ara 50 sampai dengan 300 voll. Tidaksemua radiasi yang masuk ke dalam de~ek~or Geiger-Mullermenghasilkan pulsa keluaran. Salah sa~u sebab adalah de~ek­

~or Geiger-Muller mempunyai wak~u ma~i Cdead ~ime) yai~uselang wak~u ~erjadinya proses lucu~an di mana de~ek~or

~idak dapa~ menerima radiasi. Besar kecilnya waktu matiber pengar uh pada ef'i si ensi detek ~or Geiger -Mull er . Makinbesar wak~u ma~i de~ek~or makin kecil efisiensinya. Detek-

tor Geiger-Muller mempunyai umur yang dinyatakan dengan

jumlah cacah yai~u sekital' 109 cacah. Dengan demikian bila

dipakai maka umur detektor akan berkurang. yang secara em­

piris dapa~ diliha~ dari panjang pla~o yang makin kecil.

Jika sua~u saa~ de~ek~or ~idak mempunyai pla~o lagi maka de­~ek~or disebu~ ma~i Crusak). Penyebab rusaknya suatu detek­

~or Gei ger -Mull er di sampi ng ser i ng di pak ai juga per ubahans~ruk~ur molekul dari gas isian. Hal ini disebabkan oleh~erurainya gas pemudur a~au interaksi dengan bahan de~ek~or

yang biasanya ~erjadi untuk jenis pemudur gas hologen.

B. Mekanisme dalam De~ektor Geiger-Muller dengan Gas IsianArgon dan Alkohol

De~ek ~or yang di ~el i ~i di i si dengan gas ar gon sebagai

gas beratom ~unggal dan uap alkohol sebagai gas bera~ombanyak Cpolia~omO dan berfungsi sebagai gas pemudur. Proses

107

yang lerjadi dalam medium aklir deleklor adalah sebagai

berikul.

Zarah radiasi yang masuk ke dalam medium aklir deleklor

akan mengionisasi gas argon. Ion-ion argon akan berlumbukan

dengan uap alkohol dan pada saal lumbukan lersebu~ ion argon

akan menarik salu elek~ron dari a~om uap alkohol yang men-

jadi bermua~an posi~ir. Uap alkohol ini bergerak menuju

kalode. Ion-ion alkohol sampai di ka~ode akan dinelralkan

dan ~idak memancarkan rolon, karena kelebihan ~enaga ~elah

dipergunakan unluk berdisosiasi. Dengan demikian pelepasan

mualan yang lak lerkendali dapa~ dihindarkan.

Hubungan anlara kecepalan hanyu~ (drirt velocity) elek­

tron dengan gas isian adalah

E; (1)v = J..l-- p

dengan

p=tekanangas,

J..l

= mobilitaseleklron,

E;

= medanlistrik.

Sedangkan hubungan ant..ara medan list..rik pad a jari-jari rC1,2)

dengan t..eganganadalah

dengan

VE;(r) = r In (a/b)

v = t..eganganant..araanode dan ka~ode,

a = diamet..eranode,

b = diamet..erkat..ode.

(2)

Unt..ukharga r t..ert..ent..umedan Iist..rik berbanding langsung

dengan t..egangan,maka jika disubst..it..usikandengan rumus (1)

menjadi

p = ~vV

r 1n-(a/b) (8)

Oari persamaan (3) jika v (driIt..velocit..y)t..ert..ent..ut..ekanan

berbanding langsung dengan t..eganganant..araanode dan kat..ode.

III.

108

TATA KERJA DAN PELAKSANAAN PENELITIAN

Dibuat detek tor Geiger-Mull er sebanyak 5 buah dengan

katode tembaga dan berdiameter 16 mm, anode dari tungsten

dengan diameter 0,03 mm. Seeara skematis bentuk detektor

Gei ger -Mull er yang dibuat dan ditel iti adal ah seper ti pada

gambar 1.

.~~: .~

Gambar 1. Bagan detektor Geiger-Muller(1) anode. (2) per, (3) katode gelasyang dilapisi tembaga

Bagan elektronik yang dipergunakan untuk penelitian seperti(3)

pada gambar 2.

5

2 3 7 8

Gambar 2. Rangkaian uji detektor Geiger-Muller

1. Sumber radioaktiI CCS137)2. Detektor Geiger-Muller3. Inverter Cpembalik pulsa) COrtee Model 906)4. Sumber tegangan tinggi COrtee Model 456)5. Sumber tegangan rendah COrtee Model 401 A)6. Pengala Ctimer) COrtee Model 719)7. Oseiloskope CText...ronik465 B)

109

Sedangkan urutan pembuatan detektor Geiger-Muller adalah

sebagai berikut :

1. Membuat tabung detektor dari gel as dengan bentuk seperti

pada gambar 1 dengan panjang 100 mm dan diameter 16 mm.

2. Tabung gelas tersebut kemudian di bagian tengahnya

dipasang tungsten yang sudah dililili dengan tembaga,

kemudian dihubungkan dengan sistem vakum.

3. Tabung divakumkan sampai tekanan 10-3 mmHg. dan pada

tungsten diberikan tegangan sampai tungsten membara,

sehi ngga 1i1itan t.embaga akan 1ebur dan menguap. Uap

tembaga i ni· akan menempel pada di nding gelas dan ber­

fungsi sebagai katode.

4. Tungsten yang sudah membara kemudian diganti dengan

tungsten dengan diameter 0.03 mm dan berfungsi sebagai

anode. sel anj utnya t.abung tersebut kemudian diisi dengan

gas isian.

Pad a penelitian ini dilakukan pengisian untuk berbagai macam

tekanan yaitu dari 8 cmHg sampai dengan 14 cmHg.

caranya adalah sebagai berikut.

Sedangkan

kemudian divakumkan

1. Tabung detektor Geiger-Muller yang sudah dipasangi anode

dihubungkan dengan sistem vakum.-7

sampai orde 10 mmHg.

2. Dilakukan pencampuran argon dan alkohol pada suatu tabung

pencampur dengan perbandingan argon alkohol 9:1.

3. Pengisian tabung detektor yang telah divakumkan mulai

dari tekanan 8 cmHg sampai dengan 14 cmHg dengan interval

1 dan 0,5 cmHg dan pada masi ng-masi ng tekanan di car ipotensial

pencacahan.

ambang dan panjang plato dengan melakukan

Kemudi an di1akukan juga pencacahan dengan

pengurangan tekanan yaitu dari tekanan 14 cmHg sampai 8

cmHg.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

Dengan menggunakan rangkaian alat uji detektor yang

sudah digambarkan pada gambar 2, dilakukan pengamatan

110

daerah ambang dan plato untuk masing-masing tekanan.

Sumber radiasi yang dipergunakan pada pengamatan ini137

adalah Cs dengan aktivitas 10 ~Ci. Dari hasil pengamat-

an diperoleh seperti dalam tabel 1.

Tabel 1. Hubungan antara tekananpotensial ambang detektor.

gas isian dengan

TekananPotensialambang (volt)

(cmHg)

NaikTurunRata-rata

8

837 ± 29808 ± 14823 ± 169

858 ± 17845 ±5852 ±99,5

869 ±9856 ±9863 ±710

896 ± 12882 ± 10889 ±810,5

901±6 895 ±5898 ±411

921±7 909 ± 10915 ±612

948 ±4939 ±6943 ±413

982 ±3980 ± 14981±714

1014 ±91009 ±61011±6

Sedangkan hubungan antara tekanan gas isian dengan panjang

plato dilukiskan dalam tabel 2.

Tabel 2. Hubungan antara tekanan gas isian dengan panjangplato

Tekanan Panjang plato (volt)

(cmHg)

NaikTurunRata-rat.a

8

156 ± 34106 ± 29131± 169

137 ± 25125 ± 21131± 169,5

116 ± 11100 ±7108 ±710

138 ± 10125 ±7131±610,5

137 ± 11125 ±7131±611

143 ± 17112 ± 18127 ± 1012

143 ± 11125 ± 14134 ± 1113

146 ± 24110 ± 28128 ± 1814

142 ± 14120 ± 42131± 22

Grat'ik hubungan antara tekanan dengan potensial ambang

dilukiskan pada gambar 3.

111

+J-0 11050>0\§ 11000

~1950coti'§1900~<11f-

850

800

7 8 9 10 11 12 13 11.

TekanGn (cmHg)-----.------..,....Gambar 3.

B. Pembahasan

Hubungan Legangan ambang dengan lekanan

Berdsarkan hasil yang diperoleh maka LerlihaL hubungananLara Lekanan gas isian dengan pOLensial ambang deleklor

Gei ger -Mull er adal ah 1i ni er . Hal i ni sesuai dengan leor iyang Lel ah di sebuL pada bab I. Pada Lekan an 10,5 cmHgdiperoleh hasil yang sLabil unLuk daerah operasi delekLor

Geiger-Muller. Sedangkan unLuk panjang plalo yang hampirsama (sLabil) yaiLu 131 volL. Hal i ni di l unj ukan dal amralaL pada tekanan LersebuL ± 6 volL (5::-',), sedangkan untuk

Lekanan lainnya .flukLuasi hasil relati.f lebih Linggi. Halyang mempengaruhi adanya .fl ukLuasi pada lekanan yang sarna

di sebabk an kar ena pembacaan Lekanan pada manomeLer, yangdilakukan secara manual.

V. KESI MPULAN

Dari hasil pengamaLan yang telah dilakukan, bahwa pada

Lek a\1an 10 cmHg di per 01 eh hasi 1 yang pal i ng bai k , kar ena

.flukLuasi plaLo cukup kecil dan mempunyai panjang plaLo(13f ± 6) VOlL dengan Legangan operasi (884 ± 4) V01L.

Sedangkan hubungan anLara Legangan ambang dengan Lekanan gasisian anLara 8 cmHg sampai 14 cmHg adalah linier.

112

ACUAN

1. Knoll Glen F.• "Radialion Deleclion Measuremenl ..• JohnWilley and Sons. New York 1979.

2. Bunlar lo, "Deleklor Gei ger -Mull erCounler", PPTA Yogyakarla 1976.

3. arlee Inc, "An 39 Experimenl Nuclear Science", Orlec USA1976.

dan Proporlional

4. HR. Ciemcaglino, "Staliclics in Nuclear Measuremenl ...

TANYA .JAWAB

f. B.A. Tjipto Sujit~o

Apakah ya~g dimaksud de~ga~ pa~ja~g daerah akt if di

sini ada~ah daerah yang ter~apisi?

Bagaimana mer"l.gukur/m.e~getahui hom.oge~i tas ~apisa~?

.Jawaba~

Panja~g daerah aktif ada~ah pa~ja~g detektor ya~g bisame~erima zarah radiasi dari ~uar.

Karena pe~guapa~ da ~am. rua~g vak"W7'I..da~ bal1.a~ ya~gdi ~apiskan.. di ~i ~i tka~ pada pusat si ~in..der maka ~apisa~

diharapka~ me~jadi hom.oge~.

2. Su~am.dari

Berapa ampere kisar arus ya~g dia~irka~ pada tu~gste~?

Diam.eter~ya ?.Jawaban

Arus ya~g digunakan untuk pe~apisan kurang ~ebih 3,5 A

tegangan 4 V. Di am.e t er t ungs ten.. 2,5 mm.