BAB IPENDAHULUAN

A. Latar Belakang MasalahKertas adalah bahan yang tipis dan rata, yang dihasilkan dengan kompresi serat yang berasal dari pulp. Serat yang digunakan biasanya adalah alami, dan mengandung selulosa dan hemiselulosa. Kertas dikenal sebagai media utama untuk menulis, mencetak serta melukis dan banyak kegunaan lain yang dapat dilakukan dengan kertas misalnya kertas pembersih (tissue) yang digunakan untuk hidangan, kebersihan ataupun toilet. Adanya kertas merupakan revolusi baru dalam dunia tulis menulis yang menyumbangkan arti besar dalam peradaban dunia. Sebelum ditemukan kertas, bangsa-bangsa dahulu menggunakan tablet dari tanah lempung yang dibakar. Hal ini bisa dijumpai dari peradaban bangsa Sumeria, Prasasti dari batu, kayu, bambu, kulit atau tulang binatang, sutra, bahkan daun lontar yang dirangkai seperti dijumpai pada naskah naskah Nusantara beberapa abad lampau.Pada tahun 1799, seorang Prancis bernama Nicholas Louis Robert menemukan proses untuk membuat lembaran-lembaran kertas dalam satu wire screen yang bergerak, dengan melalui perbaikan-perbaikan alat ini kini dikenal sebagai mesin Fourdrinier. Penemuan mesin silinder oleh John Dickinson di tahun 1809 telah menyebabkan meningkatnya penggunaan mesin Fourdrinier dalam pembuatan kertas-kertas tipis. Tahun 1826, steam cylinder untuk pertama kalinya digunakan dalam pengeringan dan pada tahun 1927 Amerika Serikat mulai menggunakan mesin Fourdrinier. Peningkatan produksi oleh mesin Fourdrinier dan mesin silinder telah menyebabkan meningkatnya kebutuhan bahan baku kain bekas yang makin lama makin berkurang. Tahun 1814, Friedrich Gottlob Keller menemukan proses mekanik pembuatan pulp dari kayu, tapi kualitas kertas yang dihasilkan masih rendah. Sekitar tahun 1853-1854, Charles Watt dan Hugh Burgess mengembangkan pembuatan kertas dengan menggunakan proses soda. Tahun 1857, seorang kimiawan dari Amerika bernama Benjamin Chew Tilghman mendapatkan British Patent untuk proses sulfit. Pulp yang dihasilkan dari proses sulfit ini bagus dan siap diputihkan. Proses kraft dihasilkan dari eksperimen dasar oleh Carl Dahl pada tahun 1884 di Danzig. Proses ini biasa disebut proses sulfat, karena Na2SO4 digunakan sebagai make-up kimia untuk sisa larutan pemasak.Seiring dengan kebutuhan kertas yang semakin meningkat dan kemajuan teknologi proses pembuatan kertas semakin canggih dan berkembang dengan pesat. Salah satu aplikasi teknologi baru dalam proses pembuatan kertas adalah Teknologi Nuklir khususnya di bidang instrumentasi nuklir yaitu PENGUKUR GRAMATUR KERTAS MENGGUNAKAN SINAR BETA. Didalam makalah ini akan dibahas secara menyeluruh tentang pengukur gramatur kertas menggunakan sinar beta. Dimana di dalamnya telah dibagi beberapa permasalahan pokok yaitu : Tata kerja Sistem pengukur tesebut, piranti yang digunakan dalam alat pengukur tersebut.

B. Tujuan1. Untuk mengetahui proses aplikasi sinar beta2. Mengetahui perangkat sistem pengukur gramatur kertas3. Mengetahui tata kerja dari sistem pengukur gramatur kertas4. Mengetahui piranti yang digunakan dalam alat pengukur gramatur tersebut.

BAB IILANDASAN TEORI

Sistem pengukur gramatur kertas dengan menggunakan sinar beta dibuat untuk mengukur gramatur kertas dalam satuan gsm. Sistem ini menggunakan radioisotop Sulfur-35 dengan aktivitas 1000 mikroCurie sebagai pemancar sinar beta dan sintilatorbeta probe sebagai detektor. Sinyal-sinyal dari detektor dimasukkan ke bagian unit pencacah sinar beta dan kemudian melalui antarmuka (interface) dihubungkan dengan komputer PC untuk diolah sehingga mendapatkan gramatur kertas yang diukur.Penelitian yang dilakukan selain untuk membuat alat pengukur gramatur kertas, juga merupakan pendahuluan dalam rangka pembuatan sistem pengatur ketebalan kertas yang akan direncanakan. Oleh karena itu walaupun penggunaan komputer PC mungkin dianggap terlalu mahal sebagai alat ukur, tetapi mengingat keperluan untuk mengolah data ataupun unuk menyimpan data serta keperluan lainnya maka komputer PC masih perlu digunakan.Untuk menjamin keandalan alat ini sebagai pengukur gramatur kertas, sangat dibutuhkan beberapa persyaratan yang perlu diperhatikan diantaranya ialah : Kestabilan dari aktivitas sumber radiasi sinar beta. Hal ini bisa didapatkan dengan menggunakan radioisotop pemancar sinar beta yang berumur panjang. Posisi yang tetap antara sumber radioisotop dan detektor. Hal ini bisa diusahakan dengan membuat tempat penyimpanan sumber radioisotop dan detektor yang cukup baik Ctidak goyah) secara mekanik.Permasalahan yang timbul dalam pekerjaan ini adalah, tidak tersedianya sumber radiasi beta yang berumur panjang dengan aktivitas dalam orde miliCurie. Umumnya dalam hal pengukuran gramatur kertas pada suatu sistem pengaturan di industri kertas, digunakan sumber-sumber radioisotop pemancar sinar beta dari Krypton-85, Promethium-147 atau Strontium-90 dengan aktivitas dalam orde 1 sampai 500 miliCurie.Dipandang dari segi kepraktisan suatu alat.ukur, penggunaan Sulfur-35 sebagai sumber radiasi tidak ter1alu memadai, disebabkan umur dari sumber radiasi tersebuthanya87 hari, sehingga memaksa kita untuk selatu mengganti sumber tersebut dengan yang baru dalam waktu yang relatif singkat Akan tetapi sebagai percobaan pendahuluan sebelurn adanya sumber radiasi Yang didinginkan, digunakan sumber radiasi Sulfur-35 yang dibuat di Pusat Penelitian Teknik Nuklir.

BAB IIIPEMBAHASAN MASALAH

Pemancaran elektron (-) atau positron (+), atau penangkapan elektron pada orbit terluar oleh inti induk (tangkapan elektron), disebut pemancaran radiasi . Pada pemancaran radiasi -, meskipun jumlah muatan inti tidak berubah, tetapi nomor atomnya bertambah 1, sedang pada pemancaran radiasi + dan penangkapan elektron, nomor atomnya berkurang 1. Energi elektron yang dipancarkan secara kontinu tidak berubah. Radiasi seringkali disertai oleh radiasi

1. Radiasi Pemancaran radiasi adalah proses inti atom atau penyusun inti memancarkan elektron (-) atau positron (+) dan terbentuk inti atau partikel lain, sebagai contoh:neutron - + protonproton + + neutronCu-64 - + Zn-64Na-24 - + Mg-24C-11 + + B-11Selain itu, inti atom dapat menangkap elektron, sehingga proton akan berubah menjadi neutron. Fenomena ini pertama kali diramalkan oleh KAWA dan SAKATA pada tahun 1935. Peristiwa ini disebut dengan penangkapan elektron dan sejenis dengan radiasi .Unsur radioaktif alam yang diketahui pertama kali mempunyai sifat dapat memancarkan radiasi atomnya berkurang 1.

2. Energi dari Radiasi

Energi dari Radiasi adalah Ra dan Th. Sehubungan dengan kemajuan penelitian di bidang pembelahan inti dan produksi inti buatan diketahui bahwa pada dasarnya semua inti atom dapat memancarkan radiasi Pada pemancaran radiasi , jumlah muatan inti atom tidak berubah, tetapi pada pemancaran radiasi -, nomor atomnya bertambah 1, sedang pada radiasi + dan tangkapan elektron, nomor Berbeda dengan spektrum energi yang dipancarkan oleh partikel yang bersifat diskrit, spektrum energi partikel (elektron dan positron) bersifat kontinu, seperti ditampilkan pada Gambar 1, yang berarti bahwa besarnya energi mempunyai rentang dari harga terkecil tertentu sampai harga terbesar tertentu. Hal ini pertama kali ditemukan oleh Chadwick pada tahun 1914.Pada tahun 1927, C.D. Ellis dan W.A. Wooster memasukkan RaE (Bi-210) ke dalam pengukur panas, dan mengukur energi semua radiasi yang mengandung partikel yang dipancarkan. Hasilnya menunjukkan bahwa besarnya energi 1 inti atom RaE yang dipancarkan rata-rata sebesar 350 40 keV. Besarnya energi ini lebih kecil dari nilai maksimum spektrum energi partikel yang dipancarkan oleh RaE, yaitu sebesar 1050 keV, tetapi hampir sama dengan nilai rata-rata spektrum yaitu 390 40 keV.Dengan kenyataan ini, dapat disimpulkan bahwa partikel yang dipancarkan mempunyai spektrum energi yang kontinu. Pada tahun 1932, Sir J. Chadwick menemukan neutron, dan W. Heisenberg mengemukakan teori bahwa inti atom terdiri dari proton dan neutron. Dari penemuan ini, maka orang berpendapat bahwa radiasi adalah perubahan inti dan dapat dituliskan sebagai berikut:neutron proton + e- Pada tahun 1931, V. Pauli menemukan jawaban terhadap persoalan energi dan penyimpanan energi gerak sudut pada radiasi , dengan memperkirakan bahwa pada waktu pemancaran radiasi dalam waktu yang bersamaan dipancarkan pula partikel tidak bermuatan, yang disebut neutrino. Partikel yang dipancarkan bersama elektron disebut anti neutrino, dan partikel yang dikeluarkan bersama positron dinamakan neutrino. neutron proton + e- + n" (anti neutrino) proton neutron + e+ + n (neutrino)

3. Energi Radiasi

Energi radiasi (Q ) adalah energi gerak dari elektron dan neutrino.Q = Ee + E. (1)Ee dan Edari masing-masing partikel tidak selalu sama, dan seperti ditampilkan pada Gambar 1, Ee akan mencapai maksimum pada waktu E= 0.Untuk suatu inti atom yang mempunyai jumlah proton Z buah, dan N buahmuatan atom netral MZ, N, cara penyimpanan energi pada waktu radiasi menjadi,MZ, N c2 = MZ + 1, N 1 c2 + Q (2)Selanjutnya, syarat energi untuk dapat terjadinya radiasi adalah,Q = (MZ, N MZ + 1, N 1) c2 > 0 (3)Dengan cara yang sama, untuk radiasi + adalah,Q = (MZ, N MZ - 1, N + 1 2 m) c2 > 0 (4)Sedangkan untuk penangkapan elektron orbital adalah,Q = (MZ, N (MZ 1, N +1) c2 1 > 0 (5)Dalam persamaan tersebut, notasi 1 adalah energi ambang elektron orbit.= (log2) / t = N (W) dW (W=1, W max) = Cf (Z, Wmax) (6)

4. Proses sistem pengukuran gramatur kertas

Penggunaan aplikasi sinar beta salah satunya adalah pengukur gramatur kertas. Gramatur kertas adalah massa per satuan luas dari kertas. Sistem pengukur gramatur kertas dengan menggunakan sinar beta dibuat untuk mengukur gramatur kertas dalam satuan gsm.Sistem ini menggunakan radioisotop Sulfur-35 dengan aktivitas 1000 mikroCurie sebagai pemancar sinar beta dan sintilator beta probe sebagai detektor. Sinyal-sinyal dari detektor dimasukkan ke bagian unit pencacah sinar beta dan kemudian melalui antarmuka (interface) dihubungkan dengan komputer untuk diolah sehingga mendapatkan gramatur kertas yang diukur.Penelitian yang dilakukan selain untuk membuat alat pengukur gramatur kertas, juga merupakan pendahuluan dalam rangka pembuatan sistem pengatur ketebalan kertas yang akan direncanakan. Oleh karena itu walaupun penggunaan komputer PC mungkin dianggap terlalu mahal sebagai alat ukur, tetapi mengingat keperluan untuk mengolah data ataupun untuk menyimpan data serta keperluan lainnya maka komputer PC masih perlu digunakan.Untuk menjamin kesatuan sistem pengukur gramatur kertas syarat yang diperlukan antara lain adalah: Kestabilan dari aktivitas sumber radiasi sinar beta. Hal ini bisa didapatkan dengan menggunakan radioisotop pemancar sinar beta yang berumur panjang. Posisi yang etap antara sumber radioisotop dan detektor. Hal ini bisa diusahakan dengan membuat tempat penyimpanan sumber radioisotop dan detektor yang cukup baik (tidak goyah) secara mekanik.Permasalahan yang timbul dalam pekerjaan ini adalah, tidak tersedianya sumber radiasi beta yang berumur panjang dengan aktivitas dalam orde miliCurie. Umumnya dalam hal pengukuran gramatur kertas pada suatu sist.empengaturan di industri kertas, digunakan sumber-sumber radioisotop pemancar sinar beta dari Krypton-85, Promethium-147 atau Strontium-9O dengan aktivitas dalam orde 1 sampai 500 miliCurie.Dipandang dari segi kepraktisan suatu alat.ukur, penggunaan Sulf'ur-35 sebagai sumber radiasi tidak ter1alu memadai, disebabkan umur dari sumber radiasi tersebuthanya 87 hari, sehingga memaksa kita untuk selatu mengganti sumber tersebut dengan yang baru dalam waktu yang relatif'singkat Akan tetapi sebagai percobaan pendahuluan sebelurn adanyasumber radiasi Yang didinginkan, digunakan sumber radiasi Sulfur-35 yang dibuat di Pusat Penelitian Teknik Nuklir.

5. Prinsip kerja sistim pengukur gramatur kertas.

Prinsip dari pengukuran suatu gramatur kertas dengan teknik nuklir didasarkan pada apabila seberkas sinar beta menembus suatu kertas, maka penyerapan sinar beta tergantung pada gramatur dari kertas tersebut (gramatur atau "basis weight dalam satuan gram/m2). Hubungan antara intensitas sinar beta yang menembus kertas dengan gramatur dinyatakan dengan rumus:

I = Io

DimanaI = intensitas sinar beta setelah menembus kertasIo = intensitas sinar beta sebelum menembus kertas= koefisien absorpsi massa kertas (tergantung padakomposisi bahan kertas).

Gambar 1. Prinsip pengukuran gramatur

Gambar 2. Kurva hubungan gramatur dan intensitas sinar yang menembus kertas

Untuk mengukur gramatur kertas dengan sinar ini dapat dilakukan dengan cara perhi tungan seperti yang di jelaskan di bawah ini .Penjelasan cara pengukuran : Cara perhitungan langsung dilakukan dengan menurunkan rumus dasar tersebut di atas (1) menjadi fungsi yang linier.Maka

yang merupakan garis lurus denganY : sebagai hasil logariLma normal dari intensitas sinar yang menembus kerLasa : sebagai (koefisien atenuasi massa)X : sebagai harga BY (gramatur kertas)b : sebagai konstanLa

Persamaan akhir untuk garis kalibrasi yang 'sesuai dengan persamaan (2), dicari melalui data pengukuran dari berbagai gramaLur untuk kertas yang sejenis. Pendekatan untuk mendapatkan garis 1inier yang paling optimum untuk berbagai data digunakan Metode Kuadrat" Terkecil.Di bawah ini diberikan contoh dari data pengukuran yang didapatkan dengan mengukur intensitas sinar yang menembus ker tas dengan jenis "woodfree writing".

Aplikasi Instrumentasi Nuklir dalam Industri KertasGramatur50 gsm60 gsm70 gsm80 gsmCacahan1730413646107328542

Data untuk cacahan dicari harga Iogarit.ma normainya. Sehingga

Gramalur (X)50 gsm60 gsm70 gsm80 gsmIn (cacahan (Y))9,7586939,5212029,2809859,052751

Di dalam pengukuran gramalur selanjulnya, maka harga cacahan yang didapatkan akan dicari harga logarit.ma normalnya kemudian harga t.ersebut. dimasukkan ke dalam persamaan (3) unt.uk dicari harga X nya sebagai harga gramatur kertas yang di ukur. Dari kesimpulan tersebut.di atas maka teknik pengukuran ini dilakukan dengan membuat garis-garis kalibrasi yang bersangkutan, untuk daerah ukur gramatur bervariasi ant.ara 50 gsm sampai 80 gsm, kemudian dengan program yang dilakukan melalui kompuler dihit.ung dan diterakan gramatur kerlas yang diukur meialui garis kalibrasi yang sesuai.

6.Piranti keras alat ukur gramatur

Susunan alat dari pengukur gramatur kertas diantaranya sebagai berikut:

Keterangan :1. rangkaian sumber tegangan rendah2. sumber radiasi beta dari sulfur 353. deteklor sinlilasi (beta probe)4. rangkaian sumber tegangan tinggi5. rangkaian penguat pulsa dan pembentuk pulsa5. rangkaian laju cacah7. rangkaian antarmuka ("inlerface") sebagai pencacah8. komputer PC9. rangkaian pencacah pulsa10. rangkaian pewaktuIV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk dapat melakukan pengukuran gramatur kertas, ter1ebih dahulu harus di punyai garis kalibrasi dari gramatur kertas yang sesuai jenis kertasnya dan bervariasi antara gramatur maksimum dan gramatur minimum yang mencakup gramatur kertas yang akan diukur. Penamaan jenis kertas ini harus sesuai benar baik pada saat pembuatan garis kalibrasi ataupun penguturan, karena pada saat pengukuran akan menggunakan berkas kalibrasi yang sesuai dengan berkas yang dibuat pada saat melakukan kalibrasi. HASIL PENGUKURANDibawah ini merupakan hasil penngukuran apabila kita menggunakan contoh jenis kertas Woodfree dengan gramutr yahng telah diketahui.Gramatur 70 gsmHasil pengukuran dengan alat :1. Pengukuran : 69,73 gsm2. Pengukuran : 70,02 gsm3. Pengukuran : 68,72 gsm4. Pengukuran : 70,01 gsm5. Pengukuran : 68,89 gsm6. Pengukuran : 69,87 gsm7. Pengukuran : 69,24 gsmHasil rata rata pengukuran : Gramatur = 80 gsmHasil pengukuran dengan alat :1. Pengukuran = 80,05 gsm2. Pengukuran = 80,01 gsm3. Pengukuran = 80,24 gsm4. Pengukuran = 80,28 gsm5. Pengukuran = 80,30 gsm6. Pengukuran = 80,29 gsm7. Pengukuran 7 = 79,99 gsmPengukuran rata-rata = 80,17 gsm KESIMPULANDari data percobaan dan hasil pengukuran dapat ditarik beberapa kesimpulan :Keandalan dari peralatan ini sangat tergantung beberapa f'aktor yaitu :1. Aktivitas dari sumber radiasi yang har~s satbil dan penempatan antara sumber radiasi dan detektor yang relatif bersifat tetap. 2. Sistem pencacahan pada tingkat awal yang harus baik. Dalam percobaan yang di1akukan, gangguan bisa timbul karena tegangan tinggi yang kurang baik.3. Alat pengukur gramatur kertas yang menggunakan sinar beta ini mampu membedakan selisih gramatur dalam orde seperpuluhan. Namun walaupun peralatan ini belum bisa dikatakan baik, tetapi kemampuan membedakan selisih gramatur melalui perbedaan cacahan dapat menjadi bahan pertimbangan dalam sistem pengaturan gramatur kertas di industri kertas. 4. Kemampuan piranti lunak dari peralatan ini perlu dikembangkan lagi agar dapat memberikan kemudahan dalam pemakaian dan ketelitian pengukuran yang lebih baik.