LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA II

SERAPAN SINAR RADIOAKTIF

Oleh

Kelompok A4

Ristiar Riwasa (F1B1 11 092)

Mardiana Napirah (F1B1 12 002)

Gusti Eric Sandra (F1B1 12 003)

Yuliana (F1B1 12 004)

PROGRAM STUDI FISIKA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HALU OLEO

KENDARI

2014

EKSPERIMEN V

SERAPAN SINAR RADIOAKTIF

A. Tujuan

Tujuan dari percobaan Serapan Sinar Radioaktif adalah sebagai

berikut.

1. Menjelaskan prinsip kerja Geiger Muller Counter (GM).

2. Menentukan daerah Plateau Geiger Muller.

3. Menentukan konstanta serapan sinar radioaktif suatu bahan.

B. Dasar Teori

Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah

inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).

Peluruhan terjadi pada sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah

nukleus anak. Ini adalah sebuah proses "acak" (random) sehingga sulit untuk

memprediksi peluruhan sebuah atom.

Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif

adalah becquerel (Bq). Jika sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah

kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka dikatakan material tersebut mempunyai

aktivitas 1 Bq. Karena biasanya sebuah sampel material radioaktif

mengandung banyak atom,1 becquerel akan tampak sebagai tingkat aktivitas

yang rendah; satuan yang biasa digunakan adalah dalam orde gigabecquerels

(Anonim, 2014).

Unsur radiaoaktif alam dan buatan menunjukkan aktivitas radiasi yang

sama dengan memancarkan tiga jenis sinar yaitu sinar-α, sinar-ß, dan sinar-γ.

1. Sinar/Partikel Alfa (α)

a. Sinar alfa merupakan radiasi partikel bermuatan positif.

b. Terdiri dari 2 proton dan 2 neutron. Dengan daya tembus yang

rendah, kita dapat menahannya hanya dengan selembar kertas.

c. Karena mempunyai muatan relatif besar, maka dapat mengionisasi

secara kuat atom-atom yang dilewatinya.

d. Mempunyai muatan 2+ dan massa 4 sma.

e. Relatif lambat dan berat.

2. Sinar/Partikel Beta (β)

a. Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif.

b. Mempunyai muatan –1 dan massa sekitar 1/2000 massa

proton. Dengan demikian partikel ini sama dengan elektron.

c. Relatif cepat dan ringan.

d. Mempunyai daya tembus menengah, dapat dihentikan dengan

lembaran aluminium atau plastik.

e. Dapat mengionisasi atom-atom yang dilewatinya, tetapi tidak sekuat

daya ionisasi partikel alfa.

3. Sinar Gamma (γ)

a. Sinar gamma adalah suatu gelombang EM bukan partikel. Dengan

demikian tidak mempunyai muatan maupun massa.

b. Mempunyai daya tembus yang sangat besar, diperlukan lembaran

tipis timbal untuk menguranginya.

c. Tidak mengionisasi atom-atom yang dilewatinya secara langsung,

meskipun dapat menyebabkan atom memancarkan partikel lain yang

selanjutnya dapat menyebabkan ionisasi.

(Novandi, 2008).

Salah satu sifat menguntungkan dari sinar radioaktif adalah daya

tembusnya yang tinggi. Kekuatan tembus sinar-sinar radioaktif ini

dipengaruhi oleh daya ionisasinya. Daya ionisasi adalah kemampuan sinar

radioaktif menarik elektron dari atom-atom yang dilewatinya. Partikel α

mempunyai daya ionisasi yang kuat karena muatannya positif. Ia lebih mudah

menarik elektron bebas dari atom-atom. Partikel ß memiliki daya ionisasi

yang kurang kuat dan partikel γ memiliki daya ionisai paling lemah. Untuk

mengionisasi atom sinar radioaktif akan menggunakan energi yang

dimilikinya, sehingga semakin kuat daya ionisasinya semakin banyak

energinya yang hilang. Hal ini tentu saja berpengaruh pada daya tembusnya.

Sinar γ memiliki daya tembus paling kuat , kemudian sinar ß dan yang paling

lemah adalah sinar α. Di udara terbuka sinar α akan kehilangan banyak energi

karena mengionisasi molekul-molekul udara sehingga hanya memiliki

jangkauan beberapa centimeter saja (Anonim, 2012).

Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Müller adalah

sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk

mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-

Müller, sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor

ketika partikel atau foton radiasi menyebabkan gas (umumnya Argon)

menjadi konduktif. Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan

pada indikatornya yang bisa berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik

dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi tertentu, pencacah

Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun tingkat

reliabilitasnya kurang. Pencacah geiger tidak bisa digunakan untuk

mendeteksi neutron (Anonim, 2013).

C. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen Serapan Sinar

Radioaktif dapat dilihat pada tabel berikut.

No

.

Alat dan Bahan Fungsi NST JU

1 Detektor Geiger Muller Sebagai pendeteksi radiasi

2 Unit Geiger Muller

Counter

Sebagai pencacah radiasi

3 Sumber radioaktif Sebagai penghasil sinar

radioaktif

4 Tegel Sebagai bahan penyerap

D. Prosedur Eksperimen

Langkah-langkah yang dilakukan dalam eksperimen Serapan Sinar

Radioaktif adalah sebagai berikut.

1. Menentukan daerah Plateau

a. Merangkai alat seperti gambar berikut.

Gambar 5.1 Unit eksperimen serapan radioaktif

Keterangan:

1) Source : sumber radioaktif

2) M : material yang diukur

3) P : probe tabung GM

4) 123 : display digital tegangan / counter

5) Start : mulai menghitung

6) Time : pemilihan waktu counter

7) V : pengatur tegangan GM

b. Mengatur waktu 10 sekon.

c. Mengatur tegangan mula-mula 0 V.

d. Menekan tombol Start.

e. Mengamati pencacahan.

f. Menambahkan tegangan menjadi 40 V.

g. Mengamati lagi pencacahan.

h. Mengulangi untuk setiap kenaikan 40 V, dan mengamati

pencacahannya.

i. Memplot grafik hubungan tegangan cacahan (V) terhadap cacahan

(N).

2. Pengukuran Serapan

Berdasarkan plot grafik di atas, ditemukan daerah Plateau.

Kemudian ditentukan tegangan anoda yang kira-kira di tengah daerah

Plateau sebagai tegangan kerja. Selanjutnya:

a. Memindahkan sumber radiasi, dan melakukan pencacahan sebagai

cacah latar.

b. Memasang kembali source dan melakukan pencacahan 10 kali, dan

mencatatnya sebagai N0.

c. Memasang bahan penyerap tegel 1 lapis lalu melakukan pencacahan

10 kali.

d. Menambahkan jumlah tegel menjadi 2 lapis lalu melakukan

pencacahan 10 kali.

e. Mengulangi langkah d sebanyak 5 kali penambahan tegel.

f. Mengukur ketebalan tegel.

g. Memplot grafik hubungan ketebalan bahan penyerap x (cm) terhadap

ln N/N0.

h. Menentukan nilai konstanta serapan tegel.

E. Data Pengamatan

1. Hubungan antara beda potensial dengan pencacahan Geiger Muller

No Tegangan

(V)

Cacahan Cacahan

Rata-rata1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

123456789101112131415161718

280320340360380400420440460480500520540560580600620640

00,22,52,52,93,533,73,13,13,84,43,63,53,24,23,74,5

003,73,523,23,23,43,93,94,33,14,23,33,93,54,13,5

002,4433,53,14,33,843,143,63,53,63,63,63,6

002,92,93,12,63,33,343,53,13,63,44,543,633,4

003,13,834,13,72,73,73,84,33,93,13,53,44,83,53,6

003,73,43,33,54,33,43,33,83,23,94,93,74,23,73,93,3

002,82,73,63,34,13,63,73,643,43,23,63,73,94,43,7

002,12,63,62,62,6443,53,83,43,33,93,33,24,24,3

003,2343,32,92,63,93,43,23,93,33,943,13,53,1

003,23,23,73,73,32,72,643,63,64,84,43,13,23,43,4

00,022,963,163,223,333,353,373,63,663,643,723,743,783,643,683,733,64

2. Peluruhan jumlah cacahan radioaktif oleh bahan penyerap

Cacahan latar (CL) = 0,1

N0 = 3,85

Tegangan kerja = 480 V

Tebal tegel = 0,5 cm

N0’ = N0-CL = 3,75

a. Tegel jenis pertama

No Jumlah

Tegel

Cacahan Cacahan

Rata-rata1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1234

1234

0,70,60,40,4

0,40,40,30,5

0,70,60,30,4

0,70,40,50,6

0,70,60,30,5

0,50,70,70,5

0,60,60,30,3

0,80,70,30,3

0,30,30,50,1

0,50,40,60,5

0,590,530,420,41

b. Tegel jenis kedua

No Jumlah

Tegel

Cacahan Cacahan

Rata-rata1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1234

1234

0,70,60,40,4

0,40,40,30,5

0,70,60,30,4

0,70,40,50,6

0,70,60,30,5

0,50,70,70,5

0,60,60,30,3

0,80,70,30,3

0,30,30,50,1

0,50,40,60,5

0,590,530,420,41

F. Analisis Data

1. Hubungan antara beda potensial dengan pencacahan Geiger Muller

Grafik hubungan antara cacahan vs beda potensial

260 300 340 380 420 460 500 540 580 620 6600

0.51

1.52

2.53

3.54

Cacahan vs Beda Potensial

Beda Potensial (V)

Caca

han

(Cou

nt)

Diperoleh daerah Plateau dari tegangan 340 V hingga 620 V. Maka

tegangan kerjanya adalah pada bagian tengah daerah Plateau, yaitu pada

tegangan V = (340 + 620) / 2 = 480 V.

2. Perhitungan Konstanta Serapan Tegel

N / ∆ tN 0/∆ t

= N−CLN0−CL

=e−µx

lnN 'N0 '

=−µx

−lnN 'N0 '

=µx

Persamaan di atas berbentuk persamaan garis lurus dengan -ln(N’/N0’)

sebagai Y dan ketebalan tegel (x) sebagai X

Y = mX + C

Konstanta C tak bernilai pada kasus ini, sedangkan gradien

kemiringan garis m adalah µ

a. Tegel jenis pertama

x (cm) N’ ln (N’/N0’) -ln (N’/N0’)

0,511,52

0,490,430,320,31

-2,035105728-2,16572591-2,461190123-2,492938821

2,0351057282,165725912,4611901232,492938821

Grafik hubungan antara –ln (N’/N0’) vs x

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20

0.5

1

1.5

2

2.5

3

f(x) = 0.333792698754054 x + 1.87149927225558R² = 0.922948093094976

peluruhan jumlah cacahan radioaktif oleh tegel jenis 1

peluruhan jumlah cacahan radioaktif oleh tegel jenis 1Linear (peluruhan jumlah cacahan radioaktif oleh tegel jenis 1)

x (cm)

–ln

(N’/

N0’

)

Konstanta serapan tegel jenis 1: µ = 0,333 cm-1

b. Tegel jenis kedua

x (cm) N’ ln (N’/N0’) -ln (N’/N0’)

0,511,52

0,350,310,30,28

-2,371577964-2,492938821-2,525728644-2,594721516

2,3715779642,4929388212,5257286442,594721516

Grafik hubungan antara –ln (N’/N0’) vs x

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20

0.5

1

1.5

2

2.5

3

f(x) = 0.140444095353124 x + 2.32068661732602R² = 0.94394922201235

peluruhan jumlah cacahaan radioak-tif oleh tegel jenis 2

peluruhan jumlah caca-haan radioaktif oleh tegel jenis 2Linear (peluruhan jumlah cacahaan radioaktif oleh tegel jenis 2)

x (cm)

-ln(N

'/N

0')

Konstanta serapan tegel jenis 2: µ = 0,140 cm-1

G. Pembahasan

Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses dimana sebuah

inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).

Partikel subatomik tersebut dapat dideteksi dan dicacah oleh suatu instrumen

yang disebut Pencacah Geiger Muller (Geiger Muller Counter).

Gambar 1. Skema detektor Geiger Muller

Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger Muller adalah

sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk

mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger

Muller. Tabung Geiger Muller adalah tabung gas atau tabung ionisasi gas

yang diberi tegangan tinggi antara katoda dan anodanya. Dinding tabung

sebelah dalam dilapis logam yang berfungsi sebagai katoda dan kawat pada

bagian tengah tabung berfungsi sebagai anoda. Bila ada partikel masuk ke

dalam tabung tersebut, maka akan terjadi ionisasi atom-atom gas. Ion positif

akan bergerak menuju katoda dan ion negatif menuju anoda. Bila ion-ion

sampai ke elektroda tersebut, maka akan terjadi pulsa-pulsa listrik pada

keluarannya, yang akan mengakibatkan penurunan tegangan. Jumlah ion yang

terbentuk sebanding dengan energi partikel radiasi yang masuk.

Interaksi partikel radiasi dengan materi akan menghasilkan beberapa

pasangan ion primer. Ion-ion primer itu selanjutnya melakukan proses

ionisasi sekunder sehingga diperoleh pasangan ion yang lebih banyak

dibandingkan yang terbentuk pada proses ionisasi primer. Ada tiga proses

utama yang dapat terjadi apabila radiasi melewati suatu materi, yaitu efek

fotolistrik, hamburan Compton, dan efek produksi pasangan. Ketiga proses

tersebut melepaskan elektron yang selanjutnya dapat mengionisasi atom-atom

lain dalam suatu materi.

(a) (b)

(c)

Gambar 2. (a) Efek Fotolistrik; (b) Hamburan Compton; (c) Efek Produksi Pasangan

Pengamatan pertama pada eksperimen Serapan Sinar Radioaktif

adalah pengamatan terhadap jumlah cacahan partikel yang dihasilkan oleh

bahan radioaktif oleh detektor yang dipengaruhi oleh beda potensial antara

anoda dan katoda. Pencacahan terhadap suatu besar nilai beda potensial

dilakukan sebanyak sepuluh kali, lalu nilai cacahan akhir yang diambil adalah

rata-rata dari kesepuluh nilai cacahan tersebut. Kemudian, dibuat grafik yang

menyatakan hubungan antara nilai cacahan (N) vs beda potensial antara

anoda dan katoda (V). Grafik yang diperoleh memperlihatkan daerah plateau

Geiger Muller.

Plateau detektor Geiger Muller adalah daerah tegangan kerja detektor

Geiger Muller. Panjang plateau detektor yang baik adalah lebih dari 100 Volt.

Detektor yang dioperasikan di bawah tegangan kerja menyebabkan pulsa-

pulsa yang tercacah masih sedikit, karena elektron dan ion yang terjadi akibat

ionisasi masih banyak yang mengalami penggabungan kembali atau

rekombinasi. Detektor yang dioperasikan di atas tegangan kerja akan

menyebabkan terjadinya pelucutan ion yang sangat banyak dan sudah tidak

sebanding lagi dengan intensitas radiasi yang datang. Hal inilah yang

menyebabkan kurva sebelum dan setelah daerah plateau memiliki gradien

(kemiringan) yang besar.

Pengamatan kedua pada eksperimen Serapan Sinar Radioaktif adalah

pencacahan partikel radioaktif dengan suatu bahan penyerap berupa tegel

yang diletakkan di antara sumber radiasi dengan detektor Geiger Muller. Hal

ini bertujuan untuk menghitung konstanta serapan radioaktif tegel tersebut.

Ada 2 jenis tegel yang hendak dihitung konstanta serapannya pada

pengamatan ini. Beda potensial yang digunakan adalah tegangan kerja Geiger

Muller, yaitu 480 Volt. Berdasarkan data yang diperoleh dari pencacahan

kedua jenis tegel, semakin banyak tegel yang disusun, maka jumlah cacahan

akan semakin berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa partikel yang

dipancarkan oleh sumber radiasi diserap oleh tegel tersebut. Semakin tebal

susunan tegel, maka akan semakin banyak partikel yang terserap sehingga

partikel yang tersisa hingga sampai di detektor semakin sedikit. Dengan

demikian, diketahui bahwa jumlah cacahan berbanding terbalik dengan

ketebalan bahan penyerap radiasi. Disamping itu, berdasarkan analisis data,

diperoleh hasil bahwa nilai konstanta serapan kedua jenis tegel berbeda.

Konstanta serapan tegel jenis 1 adalah 0,333 cm-1, sedangkan konstanta

serapan tegel jenis 2 adalah 0,140 cm-1. Dengan demikian, diketahui bahwa

konstanta serapan radioaktif suatu bahan tidak hanya ditentukan oleh

ketebalannya, tetapi juga ditentukan oleh jenis dari bahan tersebut.

H. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat ditarik pada eksperimen Serapan Sinar

Radioaktif adalah sebagai berikut.

1. Detektor Geiger Muller merupakan suatu detektor isian gas yang bekerja

berdasarkan prinsip ionisasi oleh radiasi yang masuk terhadap molekul

gas yang berada dalam detektor.

2. Plateau detektor Geiger Muller adalah daerah tegangan kerja detektor

Geiger Muller. Daerah Plateau Geiger Muller dalam eksperimen ini

berada pada rentang antara 340 Volt hingga 620 Volt.

3. Konstanta serapan sinar radioaktif suatu bahan bergantung pada jenis dan

ketebalan bahan tersebut. Pada eksperimen ini, diperoleh nilai konstanta

serapan radioaktif untuk tegel 1 sebesar 0,333 cm-1 dan untuk tegel 2

sebesar 0,140 cm-1.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. Daya Serap & Daya Ionisasi dari Sinar Alfa, Beta, dan Gamma. http://blognarara.blogspot.com/2012/02/normal-0-false-false-false.html, diakses tanggal 6 Mei 2014.

Anonim. 2013. Pencacah Geiger. http://id.wikipedia.org/wiki/Pencacah_Geiger, diakses tenggal 6 Mei 2014.

Anonim. 2014. Peluruhan Radioaktif. http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_radioaktif, diakses tanggal 6 Mei 2014.

Novandi, Asep. 2008. Sinar-Sinar Radioaktif. http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2008/Asep%20Novandi_060893/index_files/Page612.htm, diakses tanggal 6 Mei 2014.