Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalwn Penelitian Sainsdan Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

KONSTRUKSI ALAT PENGUJIDETEKTOR GEIGER MULLER (GM)DENGAN MENGGUNAKAN IBM PC-XTKOMPATIBEL

Setyadi WS, Rill Isaris, Agus Santosopusat Penelitian Nuklir Yogyakarta - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKKONSTRUKSI ALAT PENGUJI DETEKTOR GEIGER-MULLER (GM) DENGAN

MENGGUNAKAN IBM PC-XT KOMPATIBEL.Detektor GM adalah detektor yang banyakdipakai dalam beberapa bidang ,karena keunggulannya yang dimiliki antara lain: bentukfisik, harga yang relatif murah, kegunaan, cara pengoperasian dan lain-lain. Salah satukarakteristik yang penting dari detektor ini adalah plateau, yang menunjukkan kualitasdetektor tersebut.Hasil pemakaian detektor GM menunjukkan terjadinya perubahan pla­teau. Untuk mengetahui berbagai hal yang menyebabkan perubahan tersebut, dibuat satualat pengujian detektor GM dengan menggunakan IBM PC-XT, yang dilengkapi denganpenyedia daya terkendali, GM inverter dan rangkaian antar muka. Alat ini secara otomatismencatatjumlah cacah dan menaikkan tegangan tinggi bila tidak terjadi pencacahan. Untukmelaksanakan pengujian ini digunakan perangkat lunak 'IUrbo Pascal Ver 5.0. Hasil pengu­jian alat, spesifikasi serta sistem rangkaian elektronika dijelaskan secara lengkap.

ABSTRACTCONSTRUCTION OF GM DETECTORS TESTER USING COMPATIBLE IBM PC-XT.

Geiger Muller Detector is one of the widely used detector, it was due to its relatively superiorcharacteristics such as physical shape, low prize, widely use, operational method etc. The mostimportant thing of the GMcharacteristic is the plateau, that shows its quality. The change ofthe plateau indicates the GM detector quality. In order to know the influence parameters, aGM Detector tester device with controlled by IBM PC-XT has been constructed. The systemwas completed by a programmble High Voltage Supply, GMinverter and interface. The testerwill automatically counts for each stage of High Voltage Supply set up and increase the HighVoltage Supply if there is no counting.1b carry out the test, a software of'IUrbo Pascal Vers5.0 was applied. The result of the test, technical specification and the electronic system werecompletely informed.

PENDAHULUANDetektor Geiger Muller (GM)adalah salah

satu detektor nuklir yang banyak dipakai untukberbagai macam keperluan antara lain dalambidang pendidikan, proteksi radiasi dan lain­lain.Detektor ini banyak dipakai karena bebe­rapa pertimbangan antara lain:- detektor ini relatif mudah dibuat- mudah pengoperasiannya- tidak membutuhkan banyak perala tan

Detektor ini telah dapat dikonstruksi da­lam berbagai bentuk dan ukuran antara lain;Side Window, End Window yang peka untukmendeteksi zarah beta, Pancake dan lain-lain.Selain bentuk fIsik hal lain adalah konstruk­sinya yang sederhana, sehingga jenis detektorini banyak dibuat oleh beberapa produsen, se­hingga ada beragam kualitas detektor tersediadi pasaran1,2J•

Bentuk plaieau suatu tabung GM meru­pakan salah satu karakteristik tabung GM.

Tabung GMyang baik bentukplaieau-nya men­datal' tidak terlalu curam.Daerah tegangan ker­ja GM yang menghasilkan keadaan ini dikenalsebagai daerahplaieau GM. Lebar teganganplaieau GM yang baik sekitar 200 Volt denganslopeyang kecil. Besarnya slope dinyatakan da­lam % per volt1,2,3J.

Beberapa detektor GM mengalami peru­bahan plateau setelah digunakan beberapawaktu. Perubahan yang dialami digolongkanmenjadi dua hal yaitu :- pergeseran Plateau GM- p enyempitan Plateau GM

Hal-hal yang mempunyai pengaruh domi­nan terhadap perubahan ini diperkirakan ada­lah jenis radiasi yang datang sehingga berpe­ngaruh terhadap gas isian dan konstruksi yangkurang baik yang mengakiba tkan terjadinya ke­bocoran.

443

Proceedings Seminar Realttor Nuklir dalam Penelitian Sainsdart Tekrwlogi Menuju Era Tinggal Landas

Untuk mengetahui hal-hal tersebut di atasdan menentukan produsen mana yang meng­hasilkan detektor GM dengan kualitas yangbaik, dibuatlah alat ini untuk menguji detektorGM dengan beberapa kondisi, antara lain jenisradiasi yang masuk, aktivitas dan lain-lain. Alatini dioperasikan terus-menerus sampai diketa­hui adanya perubahan plateau, umur detektordan parameter-parameter lain.

Komponen utama alat ini adalah sistimpencacah nuklir yang terdiri dari GM inverter,pembentuk pulsa, catu daya tegangan tinggiterkendali (programmable High Voltage PowerSupply), yaitu catu daya DIN 450 buatan BA­TAN yang dikendalikan oleh komputer melaluirangkaian antar muka.Digunakan komputerIBM PC-XTdengan konfigurasi minimum, ter­diri dari mother board, power supply, key board,monitor monokrom dengan controller dan har­disk dilengkapi controller.Komputer ini bekerjauntuk mengendalikan seluruh jalannya operasidan mencatat segala kejadian yang ada.

Catu daya tegangan tinggi terkendali inidiset dengan tegangan keluaran maksimum1000 Volt. Digunakan DAC 0800-8 bit, yangmempunyai kombinasi digital maksimum FFdalam heksa desimal atau 255 dalam desimal,yang berarti setiap kenaikan 1kombinasi digitaladalah 1000Volt/255 yaitu = 3,92 Volt.Besaranini merupakan ukuran ketelitian yang bisa di­capai oleh penyedia daya terkendali yang jugamerupakan ukuran ketelitian alat ini4]

BAHAN DAN TATAKERJA

Diagram blok sistemCara kerja alat ini dijelaskan dengan blok

diagram perangkat keras seperti pada Gambar1.Detektor GM yang akan diuji, dioperasikanpada daerah threshold voltage atau teganganambang yaitu tegangan dimana detektor GMmulai menghasilkanjumlah pulsa yang hampirsarna apabila tegangan bias antara anoda dankatoda dinaikkan. Sumber yang mempunyai ak­tivitas tinggi diletakkan di dekat detektor dandetektor ini mulai mencacah sampai detektor initidak menghasilkan pulsa. Apabila detektor inisudah tidak menghasilkan pulsa maka te­gangan ambang dinaikkan sampai detektortersebut menghasilkan pulsa kembali. Seluruhkejadian yang berlangsung pada saat penca­cahan ini direkam oleh komputer,yaitu jumlahcacah yang telah terjadi, waktu saa t pencacahanberhenti,besarnya tegangan ambang yang barudan lain-Iain.Jenis sumber ini akan diganti-

Bandung, 8 -10 Oktober lS91PPTN - BATAN

ganti tergantung pada tersedianya sumberradioaktif.

Untuk menaikkan besarnya tegangan am­bang detektor GM,diperlukan Digital ToAnalogConverter (DAC) 0809, melalui perangkatmasukanfkeluaran 8255.

Untuk mencek apakah besaran tegangHntinggi yang dihasilkan oleh penyedia daya te­gangan tinggi telah sesuai dengan yang diingin­kan, dipergunakan Digital ToAnalog Convert.~r(ADC)0809. Kedua besaran tersebut dibanding­kan di dalam komputer. Hal ini dilakukan untukmemberi jaminan bahwa tegangan tinggi yangdihasilkan sesuai dengan yang dikehendaki, se­hubungan dengan pekanya detektor tersebutterhadap tegangan bias yang terlalu ting~~,yang akan menyebabkan detektor tersebutrusak. Untuk menghitung jumlah pulsa yangdihasilkan oleh detektor GM ini digunakan pen­cacah 8235 buatan Intel Corp. Sedangkan p~­rangkat lunak akan menjalankan dan mengaturseluruhjalannya operasi ini sampai waktu yangdiinginkan oleh pemakai.

DAC

•••• A ~

8255I

HV

port B

DIN

Komputer

I·ADC450

PC-XT

-0809

I

II8255

~

Inverter

Gambar 1. Diagram blok alat pengujikarakter GM

Perangkat KerasRangkaian perangkat keras dari alat ini

seperti terlihat pada lampiran, menggunaka:!lkomponen utama 8255 sebagai antar muk':1.komputer dilengkapi dengan DAC 0800-8 bityang dilewatkan D type latch yang bergunauntuk menahan perintah dari 8255. ADC 0809digunakan untuk mengubah besaran analog te­gangan tinggi yang telah diturunkan tegangan.­nya dan keluarannya sebagai masukan 8255.ADC ini menggunakan clock dari komputersetelah melewati pembagi frekuensi IC 74LS9~~sehingga diperoleh clock sebesar 795 kHz.

444

Det GM

Proceedings Seminar ReM tor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwwgi Menuju Era Tinggal Landas

Rangkaian antarmuka ini dirancang me­nE~mpatilokasi memori tertentu dengan meng­gunakan IC 74LS138-3 To 8 8 Converter dangerbang NAND74LS20.Alamat tersebut adalahsebagai berikut:

r- I nlel a lIe •• 1

i 8253 & 8255

-----1- .-.,i Pasang Kalander I

-·----·.CI 9I Set Tegangan TlngglI Mln ?! Make?J __• __ •• •.• " --.J

Tidak

Ls:~~~i~"-]['-=;'iH••;' l

( __S~I~~_)Gambar 2. Diagram alir alat penguji detektor

Sebelum perangkat lunak ini digunakanu.ntuk mengendalikan jalannya operasi, pema­kai diminta untuk menentukan lamanya waktupencacahan dahulu, agar data yang ditampil­kan dapat dinyatakan dalam satuan CPM(Count Per Menit) atau CPS (Count Per Second).~:etelah itu baru dilakukan inisialisasi dan ope­rasi lainnya.Diagram alir perangkat lunak se­perti pada Gambar 2 .

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

HASILDAN PEMBAHASAN

Pengujian masukan DAC 0800 dan keluaran ADC0809

DAC 0800 digunakan untuk mengeset be­sarnya tegangan tinggi yang dikehendaki se­dangkan ADC 0809 menerima maeukan daritegangan tinggi yang diset oleh DAC0800 sete­lah diturunkan tegangannya. Hubungan antarabesaran masukan DAC 0800 dengan keluaranADC 0809 terlihat pada Tabell.

Tabell. Pengujian masukan DAC0800 dengankeluaran ADC 0809

Masukan DAC 0800Keluaran ADC 0809

(Desimal)

(Desimal)

0

0

20

20

40

41

60

61

80

81

102100 120120

140

141

160

161

180

181

200

201

220

221

240

241

255

255

Pengujian sistemPengujian sistim dilakukan dengan mem­

berikan masukan pada DAC0800 (desimal) dandiukur tegangan keluaran yang dihasilkan(Volt) dengan menggunakan Digital VoltmeterTRIO DL-703.Tegangan tinggiyangdigunakanadalah DIN 450 buatan BATAN.Hasil pengu­jian seperti pada Tabel 2.

Tabel 2. Pengujian Sistem

Teg. yang diinginkan Teg. Keluaran(Desimal)

(Volt)

020

0,90

40

80,30

60

159,90

80

239,00

100

318,00

120

397,00

140

475,00

160

556,00

180

635,00

200

712,00

220

791,00

240

868,00

255i

945,00

1002,00

445

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir cialam Penelitian Sainsdan Teknologi MenuJu Era Tinggal Landas

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

Linieritas sistem

Dari Tabel 2 di atas dengan menggunakanpersamaan Regresi Linier

if-

Dengan menggunakan paket program Lo­tus, didapatkan persamaan

Y= aX+ b

Y = 3,93 X + 2,97

(1)

(2)

Spesiflkasi alat

GM Inverter: Transistor 1 tingkat1 transistor sebagaipenyesuai impedansi

Pembentuk pulsa: Menggunakan TTL

Penyedia daya tegangan tinggi : DIN 450 bu­atan BATANyang telah dimodifikasi

Grafik persamaan (2) terlihat seperti padaGambaI' 3. Tegangan tinggi keluaran : 0-1000 Volt

DAC: DAC 0800 8 bitI.'

• II •• II • tI. 1M ••• III II. lit JJI 141 11•• u.••••.••• ,.,UL hAc)

1.1

,/- -- ./-----l/""

.-

././/

/

ADC: ADC 0809 8 bit

Kenaikan tegangan keluaran :3,93 Volt/kenaikan digit DAC

Pengendali tegangan tinggi :

Sinyal masukan/keluaran analog:maksimum = 5 Voltminimum = 0 Volt

GambaI' 3. Grafik hubungan antara mas uk­an-keluaran DAC dengan tegangan tinggi

KESIMPUIAN

Dari konstruksi alat ini didapatkan bahwahubungan masukan -keluaran antara teganganyang dikehendaki dan tegangan keluaran me­menuhi persamaan linier yang mempunyai ko­relasi 0,9998 yang sesuai dengan perencanaandan mempunyai ketelitian 3,93 Volt/digit.

Disimpulkan alat ini baik untuk dipergu­nakan sebagai alat penguji karakteristik de­tektor GM.

DAFfAR PUSTAKA

Sinyal masukan/keluaran digital:maksimum = 255minimum = 0

Perangkat lunak : Turbo Pascal vel' 5.0

UCAPANTERIMAKASIH

Pada kesempatan ini penulis mengucapk"lnterimakasih kepada: Maria Vega dan BambangWaluyo, mahasiswa jurusan Teknik Fisika,Fakultas Teknologi Industri, ITS yang telahmembantu pembuatan alat ini.

1. Glenn, F. Knoll, Radiation detection and measurement, John Wiley & Son, Inc, New York(1979).

2. Nicholson, P.W., Nuclear electronic, John Wiley & Son Ltd (1974)

3. Anonym, Nuclear Electronic Laboratory Manual, IAEA-TECDOC-3009, International AtomicEnergy Agency, Viena (1984).

4. Settyadi Ws dkk, Pengendali terprogram penyedia daya tegangan tinggi untuk detektor nuk­IiI',Proceeding Pertemuan Ilmiah VI HFIY (1990).

5. Anonym, Linier Data Book, National Semiconductor corp. (1982).

446