Upload
vohanh
View
253
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
CERAMAH:
PENGARUH PERKEMBANGAN BWANG ELEKTRONIKA TERHADAP INSTRUMENTASI NUKLIR
Oleh
Samaun Samadikun
Pengantar:
1. Sudah sejak timbulnya teknoJogi Nuklir maka hubungannya dengan bidang Elektronika telah erat sekali dan mereka tclah saling menunjang di dalam memajukanbidangnya masing-masing. Didalam tahun-tahun pertama setelaJ:l perang dunia kedua, bidang pcngukuran radiasi dan instrumentasi nuklir telah mem berikan kontribusi yang besar sekali kepada kemajuan bidang elektronika.
Persyaratan instrumentasi nuklir:
2. Ketelitian yang diminta didalam alat instrumentasi elektronika adalah kira-kira 1%.Ketelitian ini juga diminta untuk instrumentasi nuklir. Untuk mencapai ketelitianini dipcrlukan rangkaian-rangkaian yang rumit dan berhubung kctclitian ini harusdapat dipcrtahankan dalam jangka waktu yang lama, maka diperlukan juga komponen yang mempunyai stabilitas yang tinggi.
3. Kekhususan dari instrumentasi nuklir ialah bahwa sebagian besar dari sinyal-sinyalyang harus diolah adalah dalam bent uk pulsa-pulsa yang bcrasal dari dctektor radiasi. Khusus juga adalah seringnya diperluk~n rangkaian-rangkaian yang mempunyai impedansi masuk yang tinggi.
4. Faktor keandalan (reliability) yang diperlukan'dari instrumentasi suatu instalasinuklir biasanya lcbih tinggi dibanding dengan yang dipakai didalam standard industri biasa. Untuk mencapai hal ini maka perencanaan dari instrumentasi dilakukan dengan menggunakan komponen-komponen yang mempunyai keandalanyang tinggi, pembebanan dari komponen yang rendah serta pemberian kanal-kanal
\ tambahan.Untuk pengukuran radiasi maka faktor keandalannya ditentukan oleh penggunaannya yaituapakah untuk keperluan medis, penelitian, survey, dB.
'5. Faktor ekonomi menentukan ketelitian dan kcandalan yang dapat kita masukkanke dalam instrumentasi. Karena keandalan dan ketelitian yang sempurna tidak akan mungkin tercapai dan bahwa ketelitian dan keandalan dari seluruh sistim tergantung juga oleh bagian-bagian lain di dalam sistim, maka batas-batasnya biasanyaditcntukan oleh konsiderasi ekonomi.
6. Uktiran dari instrumentasi dibuat sckecil mungkin. Biasanya ukuran ini ada hubungannya dengan pengambilan daya dari alat ini.Makin kecil ukurannya, makin kecil pula pengambilan dayanya.Di dalam instrumentasi nuklir dimana kompleksitas dari sistim instrumentasinyamembutuhkan peralatan yang ban yak maka ukuran yang kecil mcrupakan persyaratan yang penting.Demikian juga didalam alat ukur untuk survey radiasi diperlukan sekali ukurandan pengambilan daya yang keci!.
7. Pcrsyaratan compatibility dan repairability bagi instrumentasi nuklir tidak banyakberbeda dengan persyaratan yang diminta oleh instrumentasi bidang lain. Untukmemenuhi persyaratan compatibility dibutuhkan perencanaan sistim instrumentasisecara keseluruhan dan tidak sebagian-sebagian, sedangkan persyaratan repairabilitymembutuhkan peninjauan subsistim secara tersendiri.
4
PERKEMBANGAN BIDANG ELEKTRONIKA
8. Perkembangan dalam bidang elcktronika dipelopori oleh perl\l'mhan~.m di 11•.1.1111
dua bidang, yaitu semikonduktor dan komputcr.Bila dalam permulaan tahun 60-an transistor telah menggant. l.JiH;n:,: vai-um S.-!'.l
gai alat penguat, maka dalam tahun-tahun akhir ini timbullah ral;~t;::iali-r'JI;~ka•.;nyang diintegrir (integrated circuits) yang sekaligus juga menggantikaIi kor.,knsa~ordan resistor dengan komponen zat padat dan mengintegrasikannya bersama-samadengan transistor ke dalam sebutir kristal Silicon.
9. Perkembangan ini sebetulnya merupakan suatu lanjutan yang wajar dari perkembangan di dalam bidang semikonduktor. Dengan meningkatkannya teknologi pembu-'atan transistor maka telah dicapai suatu faktor keandalan yang tinggi dari transistor ini serta metoda produks massa yang membuka kemungkinan pembuatan denganmurah komponen-komponcn lain sekaligus hersama-sama dengan transistor.
10. Harga transistor Silicon sebagai fungsi dan waktu (Gbr. I) pada saat ini telah sampaiketitik minimumnya yang ditentukan oIeh t"knolo6i pada saat ini. Demikian jugafaktor kecepatan kerusakan dari transistor Silkon m"nurun dari tahun ketahun(Gbr.2) sehingga pada saat ini lebih baik Jari sambl.ngan-sambungan yang menghubungkan komponen-komponen m~njadi sebuah rangkakan e'ektronik.
100
vi;=J~
10
~ E0:1
'"0:1~
:t!
0.157 60 63 66 69
Gambar 1. Gejala perubahan harga transistor Silicon
5
rangkaian DTL diskrit
...c- _- ....•. _-----
silicon transistor
54 57 60 63 66
Gambar 2. Gejala kecepatan kerusakan dari transistor Silicon
II. Karena cara yang dipakai untuk pembuatan rangkaian yang diintegrir tidak berbedadengan cara yang dipakai untuk pcmbuatan transistor Silicon maka diharapkan ballwa harga dari rangkaian yang diintegrir akan tidak banyak berbeda dengan hargasebuah transistor dcngan faktor keandalan yang juga mcmadainya.
12. Dengan adanya rangkaian-rangkaian yang diintegrir ini, yang biasanya berbentukrangkaian-rangkaian yang mempunyai fungsi-fungsi tertentu, seperti penguat, gate,komparator, shift register, d11, maka dapatlah dibuat sistim-sistim yang jauh lebihkompleks dengan keandalan dan harga yang jauh lebih baik dibanding bila sistimdibuat dengan komponen diskrit.
13 Kemajuan didalam bid:mg komputer memberikan dorongan kearah dua jurusan, ya-itu penggunaan fasilitas penghitungan dan programming dari komputer sebagai alatpenambah kemampuan dari sistim dan penggunaan teknik digital yang dikembang-
kan oleh teknologi komputer sebagai metoda pengolahan sinyal.
Perkembangan instrumentasi nuklir:
14. Instrumentasi nuklir mengalami perkembangan discgala bidang. Detektor Germanium yang Lithium-drifted telah lama bersama kit a dan telah memberikan kepadakita suatu detektor yang sampai sekarang belum ada tandingannya didalam resolusi enersi. Kelemahan dari detektor ini ialah bahwa ia harus se1amanya didinginkan
pad a temperatur Nitrogen cair untuk menghindarkan terjadinya redrigting dari Lithium. Perkembangan didalam bidang ini ialah dengan mengusahakan Germaniumyang ultra-murni dan dengan demikian menghindarkan keperluan pendinginan untuk selamanya dan dibatasi hanya pad a waktu akan dipergunakan. Detcktor Silicon yang Lithium-drifted juga tclah ban yak dipakai, yang meskipun tidak sebaikyang dibuat dari Germanium, tetapi jauh lebih murah harganya.
15. Penggunaan compund-semiconductors yang mempunyai bandgap yang lebar telahmenghasilkan detektor-detektor yang dapat bekerja sampai 500 derajat Ce1ciusdan dapat dipakai di dalam inti dari reaktor. Usaha-usaha untuk menggantikan kamar-kamar ionisasi dengan detektor-detektor zat padat juga telah berhasil denganpenggunaan Cadmium Sulfide sebagai bahan. Perkembangan terakhir ialah penggaJ\-
6
tian tabung Geiger dengan detektor Silicon yang bekerja didalam avalanche modeyang dapat digunakan dengan tcgangan yang jauh lebih rendah dan mempunyaidead-time yang jauh lebih tinggi.
16. Perkembangan didalam pengolahan sinyal yang keluar dari detektor juga tidak kalah pesatnya dengan perkembangan didalam detektor sendiri. Perkembangan darikomponen-komponen zat padat yang dapat dipakai didalam rangkaian yang mempunyai impedansi tinggi serta pcnguat-penguat yang mcmpunyai gesing yangrendah telah memungkinkan penggunaan detektor-detektor tersebut sampai ke batas-batas kemampuannya.Pengolahan selanjutnya dari sinyal erat sekali hubungannya dengan perkembanganyang terjadi didalam bidang elektronika. Pcngolahan sinyal secara digital dan penggunaan teknologi komputer telah menghasilkan multichannel analyzer yang makin
. keciJ, makin dapat diandalkan, makin ampuh dan makin murah.
17. Penggabungan komputer ke dalam sistim instrumentasi secara langsung membukakemungkinan-kemungkinan yang tidak ada batasnya dalam penggunaan radiasinuklir sebagai alat analisa, process control atau penggunaan sistim instrumentasiitu sebagai alat pengatur reaktor.
18 Perkembangan di dalam instrumcntasi reaktor sebagian besar menuju kearah pem-berian faktor keandalan dan ketelitian yang lebih tinggi dan ini dicapai denganpemberian redundancy yang tinggi.
Prospek-pengembangan instrumentasi nuklir di Indonesia:
19. Boleh kita katakan bahwa pada saat ini kita swasembada hanya di dalam bidangteknologi sipil, sedangkan didalam bidang teknologi-teknologi lain masih belumBila kita akui bahwa teknologi akan merupakan faktor yang menentukan sekaliuntuk masa datang kita, maka pengembangan swasembada dibidang-bidang lainperlu kita bina.
20 Kemampuan pengembangan instrumentasi nuklir di Indonesia erat sekali hubung-annya dengan kemampuan didalam bidang elektronika pada umumnya dan instrumentasi elektronika pada khususnya.Dengan berkembangnya rangkaian-rangkaian yang diintegrir yang dapat dipakaisebagai subsistim-subsistim yang dapat diandalkan, maka perencanaan dan pembuatan dari alat-alat yang dahulu membutuhkan pcrsyaratan yang khusus dari komponen-komponen dan keahlian-keahlian tertentu, sekarang telah sampai ke dalamjangkauan kita.
21. Dengan adanya komunikasi yang baik dengan dunia luar pada saat ini, serta banyaknya teknologi diluar Indonesia yang dapat kita transfer ke dalam negeri kita, maka usaha-usaha untuk mengoptimasikan transfer ini perlu kita tempuh.Cara-cara yang telah ditempuh di dalam bidang teknologi sipiJ dapat kit a pakaiuntuk mengtransfer teknologi lain ke Indonesia.
22. Identifikasi di dalam bidang teknologi sipil mengenai tugas dan tanggungjawabdari perencana, kontraktor atau financier serta konsumer atau pemakai perlu dibina di bidang teknologi lain. Dan sudah waktunya pula kita membina kebiasaanbaru untuk mengkontrakkan kebutuhan kita didalam bidang instrumentasi seperti kita mengkontrakkan kebutuhan kita didalam bidang bangunan.
Penutup:
23. Perkembangan bidang instrumentasi nuklir sangat erat hubungannya dengan perkembangan didalam bidang elektronika. Timbulnya rangkaian-rangkaian yang diintegrir telah memungkinkan dibuatnya instrumentasi yang rumit-rumit dengankeandalan yang tinggi, tetapi disamping itu juga memungkinkan dibuatnya di Indonesia banyak alat-alat instrumentasi nuklir yang sering digunakan. Untuk inisudah waktunya diadakan langkah-Iangkah untuk menciptakan suasana yang subur untuk perkembangan bidang ini dan . mudah-mudahan BATAN dapat memelopori hal ini.
Bandung, 6 Pebruari·1973.7
Ikhtisar Ceramah
Oleh
~. Hariadi Supangkat
I. Pendahuluan.
Detektor dalam spektrometri nuklir - sifat zat padat untuk detektor-silicon dangermanium - sifat-sifat intrinsik dan ekstrinsik semikonduktor-junction semikonduktor.
2. Detektor zat padat
Detektor silicon yangdidifusikan -lithium drifted devices - kegunaan bermacamtype detector.
3. Lain-lain
Kerusakan oleh radiasi dalam detektor zat padat.
Bahan-bahan untuk ceramah diambil dari:
F.S. Coulding, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 1.J.W. Mayer, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 55.J.M. Hollander, Nuclear Instruments and Methode 43 (1966) 65.
Tabel I
Beberapa Sifat silicon dan Germanium~-'
SiliconGermaniumSatuan
Bilangan atom Z
1432 -Berat atom A
28.0672.06-'Tetapan dielektrik
12 16 --
Bandgap (300oK)1.1060.67eV
Band gap ( T )
l.21-2.8XIO-4TO.78-3.4XI 0-4TeVIntr. carrier deas. l.SX 10I 0
2.4XIOI3pada 300 Kper cm3
Intr. carrier deas. 2.8X I 016.r3/2-6450/T9.7X 1015T3/2 -4350/Tpada Tper em3
Mobilitas elektron pada 300 K1350 3900cm2/V.sec
Mobilitas hole pada 300 K480 1900cm2/V.sce
Mobilitas elektron 2.IX10912.54.9XI07 11.66pada T
cm2/V.secMobilitas hole 2.3XI09 12.7
1.05X109 12.33pada Tem2/V .see
Enersi untuk satu pasangan h-e3.66 2.96eV
E.M. Conwell, Proc. IRE 46 (1958) 1281
8
Tabel II
Ketidak murnian dalam Ge dan Si
Unsur
BoronAlumuniumCalliumIndium
FosforArsenicStibiun
Lithium
Macam
AcceptorAcceptorAcceptorAcceptor
DonorDonorDonor
Donor (Interstitial)
En.:rsi pengion (eV)Dalum Si
0.0450.0570.0650.16
0.0440.0490.039
0.033
0.0104.0.01020.01080.0112
0.01200.01270.0096
0.0093
____-------.::1
F.S. Goalding, Nucl. Instr. Meth. 43 (1966) 1.
fl$J ?flW\J~1~Al\~. ~--
9