Jenis Detektor
Radiasi
Detektor merupakan suatu bahan yang peka terhadap
radiasi, yang bila dikenai radiasi akan menghasilkan tanggapan mengikuti
mekanisme yang telah dibahas sebelumnya. Perlu diperhatikan bahwa suatu bahan
yang sensitif terhadap suatu jenis radiasi belum tentu sensitif terhadap jenis
radiasi yang lain. Sebagai contoh, detektor radiasi gamma belum tentu dapat
mendeteksi radiasi neutron.
Sebenarnya terdapat banyak jenis detektor, tetapi di
sini hanya akan dibahas tiga jenis detektor yaitu, detektor isian gas, detektor
sintilasi, dan detektor semikonduktor.
Detektor isian
gas merupakan detektor yang paling sering digunakan untuk mengukur radiasi.
Detektor ini terdiri dari dua elektroda, positif dan negatif, serta berisi gas
di antara kedua elektrodanya. Elektroda positif disebut sebagai anoda, yang
dihubungkan ke kutub listrik positif, sedangkan elektroda negatif disebut
sebagai katoda, yang dihubungkan ke kutub negatif. Kebanyakan detektor ini
berbentuk silinder dengan sumbu yang berfungsi sebagai anoda dan dinding
silindernya sebagai katoda sebagaimana berikut.
Radiasi yang
memasuki detektor akan mengionisasi gas dan menghasilkan ion-ion positif dan
ion-ion negatif (elektron). Jumlah ion yang akan dihasilkan tersebut sebanding
dengan energi radiasi dan berbanding terbalik dengan daya ionisasi gas.
Daya ionisasi gas berkisar dari 25 eV s.d. 40 eV. Ion-ion yang dihasilkan di
dalam detektor tersebut akan memberikan kontribusi terbentuknya pulsa listrik
ataupun arus listrik.
Ion-ion primer
yang dihasilkan oleh radiasi akan bergerak menuju elektroda yang sesuai. Pergerakan ion-ion tersebut akan menimbulkan pulsa atau
arus listrik. Pergerakan ion tersebut di atas dapat berlangsung bila di antara
dua elektroda terdapat cukup medan listrik. Bila medan listriknya semakin
tinggi maka energi kinetik ion-ion tersebut akan semakin besar sehingga mampu
untuk mengadakan ionisasi lain.
Ion-ion yang
dihasilkan oleh ion primer disebut sebagai ion sekunder. Bila medan listrik di
antara dua elektroda semakin tinggi maka jumlah ion yang dihasilkan oleh sebuah
radiasi akan sangat banyak dan disebut proses ‘avalanche’.
Terdapat tiga
jenis detektor isian gas yang bekerja pada daerah yang berbeda yaitu detektor
kamar ionisasi, detektor proporsional, dan detektor Geiger Mueller (GM).
Detektor Kamar Ionisasi (ionization chamber)
Sebagaimana
terlihat pada kurva karakteristik gas di atas, jumlah ion yang dihasilkan di
daerah ini relatif sedikit sehingga tinggi pulsanya, bila menerapkan pengukuran
model pulsa, sangat rendah. Oleh karena itu,
biasanya, pengukuran yang menggunakan detektor ionisasi menerapkan cara arus.
Bila akan menggunakan detektor ini dengan cara pulsa maka dibutuhkan penguat
pulsa yang sangat baik. Keuntungan detektor ini adalah dapat membedakan energi
yang memasukinya dan tegangan kerja yang dibutuhkan tidak terlalu tinggi.
Detektor Proporsional
Dibandingkan
dengan daerah ionisasi di atas, jumlah ion yang dihasilkan di daerah
proporsional ini lebih banyak sehingga tinggi pulsanya akan lebih tinggi. Detektor
ini lebih sering digunakan untuk pengukuran dengan cara pulsa.
Terlihat pada
kurva karakteristik di atas bahwa jumlah ion yang dihasilkan sebanding
dengan energi radiasi, sehingga detektor ini dapat membedakan energi radiasi.
Akan tetapi, yang merupakan suatu kerugian, jumlah ion atau tinggi pulsa yang
dihasilkan sangat dipengaruhi oleh tegangan kerja dan daya tegangan untuk
detektor ini harus sangat stabil.
Detektor Geiger Mueller (GM)
Jumlah ion yang
dihasilkan di daerah ini sangat banyak, mencapai nilai saturasinya, sehingga
pulsanya relatif tinggi dan tidak memerlukan penguat pulsa lagi. Kerugian utama
dari detektor ini ialah tidak dapat membedakan energi radiasi yang memasukinya,
karena berapapun energinya jumlah ion yang dihasilkannya sama dengan nilai
saturasinya. Detektor ini merupakan detektor yang paling sering digunakan,
karena dari segi elektonik sangat sederhana, tidak perlu menggunakan rangkaian
penguat. Sebagian besar peralatan ukur proteksi radiasi, yang harus bersifat
portabel, terbuat dari detektor Geiger Mueller.
Detektor sintilasi
selalu terdiri dari dua bagian yaitu bahan sintilator dan photomultiplier.
Bahan sintilator merupakan suatu bahan padat, cair maupun gas, yang akan
menghasilkan percikan cahaya bila dikenai radiasi pengion. Photomultiplier
digunakan untuk mengubah percikan cahaya yang dihasilkan bahan sintilator
menjadi pulsa listrik. Mekanisme pendeteksian radiasi pada detektor sintilasi
dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu :
proses pengubahan radiasi yang mengenai detektor menjadi
percikan cahaya di dalam bahan sintilator dan
proses pengubahan percikan cahaya menjadi pulsa
listrik di dalam tabung photomultiplier
Bahan Sintilator
Proses sintilasi
pada bahan ini dapat dijelaskan dengan Gambar 4. Di dalam kristal bahan
sintilator terdapat pita-pita atau daerah yang dinamakan sebagai pita valensi
dan pita konduksi yang dipisahkan dengan tingkat energi tertentu. Pada keadaan
dasar, ground state, seluruh elektron berada di pita valensi sedangkan di pita
konduksi kosong. Ketika terdapat radiasi yang memasuki kristal, terdapat
kemungkinan bahwa energinya akan terserap oleh beberapa elektron di pita
valensi, sehingga dapat meloncat ke pita konduksi. Beberapa saat kemudian
elektron-elektron tersebut akan kembali ke pita valensi melalui pita energi
bahan aktivator sambil memancarkan percikan cahaya.
Jumlah percikan
cahaya sebanding dengan energi radiasi diserap dan dipengaruhi oleh jenis bahan
sintilatornya. Semakin besar energinya semakin banyak percikan cahayanya.
Percikan-percikan cahaya ini kemudian ‘ditangkap’ oleh photomultiplier.
Berikut
ini adalah beberapa contoh bahan sintilator yang sering digunakan sebagai
detektor radiasi.
-. Kristal NaI(Tl)
-. Kristal ZnS(Ag)
-. Kristal LiI(Eu)
-. Sintilator
Organik
Sintilator Cair (Liquid Scintillation)
Detektor ini
sangat spesial dibandingkan dengan jenis detektor yang lain karena berwujud
cair. Sampel radioaktif yang akan diukur dilarutkan dahulu ke dalam sintilator
cair ini sehingga sampel dan detektor menjadi satu kesatuan larutan yang
homogen. Secara geometri pengukuran ini dapat mencapai efisiensi 100 % karena
semua radiasi yang dipancarkan sumber akan “ditangkap” oleh detektor. Metode ini
sangat diperlukan untuk mengukur sampel yang memancarkan radiasi b berenergi
rendah seperti tritium dan C14.
Masalah yang
harus diperhatikan pada metode ini adalah quenching yaitu berkurangnya
sifat transparan dari larutan (sintilator cair) karena mendapat campuran
sampel. Semakin pekat konsentrasi sampel maka akan semakin buruk tingkat
transparansinya sehingga percikan cahaya yang dihasilkan tidak dapat mencapai photomultiplier.
Tabung Photomultiplier
Sebagaimana
telah dibahas sebelumnya, setiap detektor sintilasi terdiri atas dua bagian
yaitu bahan sintilator dan tabung photomultiplier. Bila bahan sintilator
berfungsi untuk mengubah energi radiasi menjadi percikan cahaya maka tabung
photomultiplier ini berfungsi untuk mengubah percikan cahaya tersebut menjadi
berkas elektron, sehingga dapat diolah lebih lanjut sebagai pulsa / arus
listrik.
Tabung
photomultiplier terbuat dari tabung hampa yang kedap cahaya dengan photokatoda
yang berfungsi sebagai masukan pada salah satu ujungnya dan terdapat beberapa
dinode untuk menggandakan elektron seperti terdapat pada gambar 5. Photokatoda
yang ditempelkan pada bahan sintilator, akan memancarkan elektron bila dikenai
cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai. Elektron yang dihasilkannya akan
diarahkan, dengan perbedaan potensial, menuju dinode pertama. Dinode tersebut
akan memancarkan beberapa elektron sekunder bila dikenai oleh elektron.
Elektron-elektron
sekunder yang dihasilkan dinode pertama akan menuju dinode kedua dan
dilipatgandakan kemudian ke dinode ketiga dan seterusnya sehingga elektron yang
terkumpul pada dinode terakhir berjumlah sangat banyak. Dengan sebuah kapasitor
kumpulan elektron tersebut akan diubah menjadi pulsa listrik.
Bahan
semikonduktor, yang diketemukan relatif lebih baru daripada dua jenis detektor
di atas, terbuat dari unsur golongan IV pada tabel periodik yaitu silikon atau
germanium. Detektor ini mempunyai beberapa keunggulan yaitu lebih effisien
dibandingkan dengan detektor isian gas, karena terbuat dari zat padat, serta
mempunyai resolusi yang lebih baik daripada detektor sintilasi.
Pada dasarnya,
bahan isolator dan bahan semikonduktor tidak dapat meneruskan arus listrik. Hal
ini disebabkan semua elektronnya berada di pita valensi sedangkan di pita
konduksi kosong. Perbedaan tingkat energi antara pita valensi dan pita konduksi
di bahan isolator sangat besar sehingga tidak memungkinkan elektron untuk
berpindah ke pita konduksi ( > 5 eV ) seperti terlihat di atas. Sebaliknya,
perbedaan tersebut relatif kecil pada bahan semikonduktor ( < 3 eV )
sehingga memungkinkan elektron untuk meloncat ke pita konduksi bila mendapat
tambahan energi.
Energi radiasi
yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan sehingga beberapa
elektronnya dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Bila di antara
kedua ujung bahan semikonduktor tersebut terdapat beda potensial maka akan
terjadi aliran arus listrik. Jadi pada detektor ini, energi radiasi diubah
menjadi energi listrik.
0 komentar:
Posting Komentar