Laporan GEIGER MULLER

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM FISIKA - ITeknikPencacah Nuklir Dengan Detektor Geiger -Muller

O L EH:Irawaty Manglumpun Millytia Mamoto Farly Mokalu Helen L. Nae Faris Mumu Janet Mokoginta Christiani Momongan

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MANADO 2011

1

LABORATORIUM FISIKA -1

KATA PENGANTARPuji Syukur Penulis Panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan Rahmat-Nya laporan ini dapat terlesaikan.Laporan ini berisi tentang PERCOBAAN GEIGER MULLER.Laporan ini di susun sebagai bentuk pertanggung jawaban dari praktikum yang telah kami lakukan dan untuk memenuhi tugas Mata-kuliah Laboratorium Fisika-1. Tak ada gading yang tak retak, demikian halnya laporan ini. Oleh karena itu, Kritik maupun saran yang bersifat membangun tetap dinantikan penulis untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Akhir kata selamat membaca dan semoga laporan ini bermanfaat bagi kita semua.

Tondano, Oktober 2011

Penulis

2


I.

JUDUL PERCOBAANTeknik Pencacah Nuklir Dengan Detektor Geiger -Muller

II.

TUJUAN PERCOBAAN 1. Mempelajari cara kerja detektor tabung Geiger Muller 2. Membuat kurva Plateau serta menentukan tegangan operasi tabung GM 3. Mempelajari watak statistik radiasi nuklir ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN 1. Detector GM (Geiger Muller) 2. System Pencacah Nuklir 3. Sumber Radioaktif (Co 60 ( )) TEORI DASAR Radioaktivitas adalah proses nuklir yaitu partikel dari inti sebuah atom memberikan hasil peninggalan dibelakangnya sebuah atom yang lain, yang menempati tempat yang berbeda di dalam daftar berkala. Dengan perkataan lain radioaktivitas melibatkan transmutasi unsur-unsur. Sifatsifat sinar radioaktif adalah : a. Sinar alfa ( ) 1. Memiliki daya tembus terlemah. 2. Memiliki jangkauan beberapa cm di udara dan dapat masuk sejauh 10-2 mm dalam logam tipis 3. Memiliki daya ionisasi yang paling kuat 4. Dapat di belokkan dalam medan magnet

III.

IV.

b. Sinar beta ( ) 1. Daya tembus yang dimiliki lebih besar dibandingkan dengan sinar dan lebih kecil dibandingkan dengan sinar 2. Dibelokkan dalam medan magnet dan medan listrik 3. Kecepatan partikel ini terletak antara 0,32 sampai 0,9mkali kecepatan cahaya c. Sinar gamma ( ) 1. Merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energy yang tinggi atau panjang gelombang yang sangat pendek. 2. Tidak dibelokkan dalam medan magnet maupun medan listrik 3. Kecepatan yang dimiliki sama dengan kecepatan cahaya 4. Mempunyai daya tembus paling besar namun daya ionisasi paling kecil. 5. Sinar Gamma tidak mempunyai nomor atom dan nomor massa maka inti induk yang memancarkan sinar gamma tidak berubah nomor atom dan nomor massanya. Alat deteksi sinar radioaktif disebut detector radiasi.Pencacah Geiger, atau disebut juga Pencacah Geiger-Mller adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Bagian bagian Detektor Geiger Muller :

3


Anoda Katoda

Pencacah Geiger Muller

terbuat dari gelas maka dinding tabung harus dilapisi logam tipis. yaitu kawat tipis atau wolfram yang terbentang di tengah - tengah tabung. Anoda sebagai elektroda positif.

Mula-mula tabung dikosongkan, kemudian diisi gas mulia seperti argon, neon yang dicampur sedikit dengan 10 % gas yang mudah terurai seperti alcohol, Br, Cl2, dsb pada tekanan 50 100 mmHg. Potensial yang diberikan dapat divariasi dari 0 sampai 1000 V (tergantung pada spesifikasi tabung). Salah satu ujung tabung tutupnya dibuat dari bahan tipis (misal : plastik, mika) agar dapat dimasuki radiasi nuklir. Apabila radiasi nuklir , , dan masuk ke tabung detektor maka dapat menimbulkan proses ionisasi dan proses eksitasi pada atom-atom gas mulia. Jumlah ion yang terbentuk sebanding dengan tenaga radiasi yang masuk. Jika potensial yang dipasang rendah, belum terjadi pulsa keluaran karena ion-ion belum mampu ditarik ke anoda/katoda. Bila potensialnya dinaikkan sampai cukup tinggi, Artinya dengan kenaikkan tegangan akan menurunkan medan magnet yang akan menangkap elektron dari radiasi sinar radioaktif yang masuk maka akan diperoleh pulsa keluaran yang dapat terdeteksi pada alat pencacah sebab semua ion-ion dan elektron telah dapat ditarik menuju ke anoda (elektron) dan menuju katoda (untuk ion-ion positif). Proses ionisasi ini disebut ionisasi primer. Banyaknya elektron dan ion positif yang mencapai anoda dan katoda terbaca melalui alat pencacah. Apabila potensial antara anoda dan katoda dinaikkan lebih tinggi lagi, maka dalam tabung akan terjadi ionisasi berantai, sehingga jumlah electron dan ion positif menjadi sangat besar. Jumlah electron dan atau ion positif yang terbentuk tidak lagi bergantung pada jumlah ion yang terjadi pada saat permulaan ketika radiasi masuk dalam tabung (ionisasi primer). Namun jumlah electron atau ion-ion positif yang terbentuk hanya bergantung pada fraksi gas yang dicampurkan. Pada keadaan ini, walau potensial divariasi, jumlah pasangan ion yang terbentuk tidak banyak berubah.

4


Sebab kelebihan energi elektron ataupun kelebihan energy foton dari eksitasi digunakan untuk proses penguraian (proses disosiasi) dari gas-gas campuran yang mudah berurai.N cacahan Daerah plateau

V Vambang Voperasi

Bagian kurva potensial yang hampir datar jumlah cacahannya disebut plateau. Atau daerah plateau adalah daerah yang mendekati nilai konstan dan pada grafik ditunjukkan dengan garis mendatar/hampir datar. Tegangan ambang adalah tegangan saat mulai terjadi nilai cacahan. Tegangan operasi adalah tegangan yang diperlukan untuk terjadinya pencacahan pada daerah plateau. Tegangan high ketika tejadi ionisasi tingkat tinggi. Pada potensial yang lebih tinggi akan terjadi penaikkan pulsa radiasi yang cepat meningkat. Hal ini akibat sudah terjadi efek lucutan, dimana electron dari katoda dapat langsung sampai ke anoda dalam jumlah yang besar. Apabila potensial terus dinaikkan, lucutan akan semakin cepat meningkat dan dapat menyebabkan detektor rusak. Untuk menghindari kerusakan detektor variasi tegangan untuk percobaan ini dioperasikan tidak melebihi 560 V. Laju cacah radiasi yang dipancarkan oleh suatu sumber radioaktif adalah bervariasi disekitar harga rata-rata. Radiasi sinar kosmis adalah radiasi sinar yang terkontaminasi dengan lingkungan sekitar termasuk juga radiasi dari angkasa luar. Frekuensi laju cacah bervariasi dari rendah sampai maksimum. Kurva dari Peluang P(m) sebagai fungsi hasil cacah m, membentuk kurva distribusi yang ternyata berupa distribusi Poisson.

( )

( )

Dimana P(m) adalah peluang hasil cacahan n adalah harga rata-rata pencacahan

5


P(m)

1

2

3

4

5

6

7

m

Rerata dari m adalah : ( )

Pada gambar dinyatakan distribusi Poisson untuk n = 3, dan distribusi Poisson akan diperoleh apabila pengamatan dilakukan sebanyak 50 kali dan n . Untuk n 10, maka distribusi itu mendekati pola distribusi Gauss.

6


VI.

LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN a. Untuk Menentukan Membuat Kurva Plateau & Menentukan Tegangan Operasi tabung GM ditempuh Langkah-Langkah Sebagai Berikut : 1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan dipakai. 2. Mengambil zat radioaktif dan mencatat nama unsur radioaktif yang digunakan. 3. Meletakkan zat radioaktif dalam tabung detektor GM dan mengukur jarak antara jendela tabung detector Geiger muller ke zat radioaktif yang digunakan. 4. Menyambung kabel detector GM ke sistem pencacah. 5. Menghidupkan tegangan listrik dengan menekan tombol ON pada amplifier sistem pencacah nuklir. 6. Memilih timer 10 detik dan 30 detik. 7. Mengatur tegangan ambang dengan variasi tegangan 40 Volt. 8. Mengamati pulsa keluaran yang dicacah kemudian mencatat laju cacahan yang terbaca untuk tiap selang variasi tegangan yang diberikan dalam waktu 10 detik dan 30 detik. 9. Mengambil data dalam 5 kali pengulangan pengamatan. 10. Mengolah dan menganalisis data yang sudah diperoleh. b. Untuk Pengamatan Radiasi Background Dapat ditempuh Langkah-Langkah sbb: 1. Pada pengamatan ini (Untuk mempelajari watak statistic radiasi nuklir) tidak digunakan sumber radioaktif. 2. Tabung Detektor Geiger Muller diarahkan ke arah sinar matahari ( Misalnya ; Tabung detektor Geiger Muller diarahkan ke Ventilasi) 3. Menyambung kabel detektor GM ke sistem pencacah 4. Menghidupkan tegangan listrik dengan menekan tombol ON pada amplifier sistem pencacah nuklir. 5. Memilih timer 10 detik 6. Tegangan dipasang tetap yaitu 440 Volt pada potensial operasi dari pengamatan sebelumnya . 7. Mencatat hasil cacahan dalam 100 kali pengulangan pengamatan 8. Mengolah dan menganalisis data yang sudah diperoleh. 9. Mengarahkan jendela tabung Geiger muller menghadap matahari atau celah dalam ruangan.

7


VII.

DATA HASIL PENGAMATAN

Tabel 1.1 : Data Hasil Cacahan Radiasi NuklirKeterangan : Nama Zat Radioaktif : ( ) Jarak antara Zat radioaktif dan jendela tabung detektor: Waktu cacahan : 10 sekon Jumlah Cacahan dalam 10 sekon I II III IV V 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 71 61 50 62 84 74 74 58 61 61 58 69 69 74 76 70 67 67 68 71 65 65 67 78 70 73 66 66 63 81 68 68 70 74 74 83 65 83 78 77 Jlh.rata-rata cacahan dalam 10 s 0 0 0 0 0 0 0 65.6 65.6 69.2 68.6 69 69.8 70.8 77.2

NO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15

TEGANGAN 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560

8


Tabel 1.2 : Data Hasil Cacahan Radiasi NuklirKeterangan : Nama Zat Radioaktif Jarak Waktu cacahan : ( ) : : 30 sekon Jlh.rata-rata cacahan dalam 30 s 0 0 0 0 0 0 186.8 195.8 195.6 198.8 199.4 203.8 205.4 216 242.4

Jumlah Cacahan dalam 30 sekon NO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. TEGANGAN 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 I 0 0 0 0 0 0 184 206 198 197 197 208 208 208 235 II 0 0 0 0 0 0 177 198 192 226 191 217 217 234 241 III 0 0 0 0 0 0 177 185 215 193 200 198 195 219 244 IV 0 0 0 0 0 0 197 191 183 191 203 198 196 205 242 V 0 0 0 0 0 0 199 199 190 184 206 198 211 214 250

9


Tabel 1.3 : Data Hasil Cacahan Radiasi Kosmis Keterangan : Tanpa Menggunakan Zat Radioaktif Waktu cacahan : 10 sekon Data Hasil cacahan untuk 100 kali pengamatan Tegangan Operasi : 440 VNo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Cacahan 2 3 4 4 1 2 3 1 3 1 2 2 1 1 3 2 0 2 1 2 1 4 2 2 0 No 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Cacahan 0 3 2 3 1 6 0 5 1 0 0 0 3 0 0 2 4 3 2 3 2 2 1 1 3 No 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Cacahan 1 4 2 1 2 1 3 0 4 1 4 2 0 0 1 2 2 2 2 1 5 2 2 1 2 No 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 Cacahan 1 2 2 2 3 5 1 3 0 1 2 4 3 1 1 2 4 0 2 4 1 2 5 0 0

10


VIII.

PENGOLAHAN DATA 1. Membuat Kurva Plateau

Kurva Plateau Hasil Cacahan (m) sebagai Fungsi Tegangan (V) untuk Waktu 10 s & 30 s300

250

242.4

Daerah Plateau216 200 HASIL CACAHAN (m) 186.8 195.8 195.6 198.8 199.4 203.8 205.4

150

100

Daerah Plateau65.6 50 65.6 69.2 68.6 69 69.8 70.8 77.2

0

0 40

0 80

0 120

0 160

0 200

0 240

280

320

360

400

440

480

520

560

TEGANGAN (V)

Keterangan: Garis Kurva Untuk Waktu Cacahan 10 detik Garis Kurva Untuk Waktu Cacahan 30 detik

11


2. Menentukan Tegangan Operasi Detektor Untuk pengamatan pada 10 detik dengan variasi tegangan kelipatan 40 V adalah : Lebar daerah plateau adalah 520-280 = 240 V Kemiringan kurva/koefisien arah grafik Tegangan Ambang adalah 240 volt Tegangan operasi berdasarkan hitungan daerah plateau : ( ) dari kurva plateau. Presentasi penaikan laju cacah

( )

Jadi tegangan operasi untuk waktu 10 s adalah 320 V 480 V

Untuk pengamatan pada 30 detik dengan variasi tegangan kelipatan 40 V adalah : Lebar daerah plateau adalah 480-280 = 200 V Kemiringan kurva/koefisien arah grafik Tegangan Ambang adalah 240 volt Tegangan operasi berdasarkan hitungan daerah plateau : ( )

dari kurva plateau.

Presentasi penaikan laju cacah

( )

Jadi tegangan operasi untuk waktu 30 s adalah 313,3 V 446,7 V

12


3. Pengolahan Data Hasil Cacahan Radiasi Kosmis Membuat Grafik Berdasarkan Data Hasil Cacahan Radiasi Kosmis NO 1. 2 3 4 5 6 7 Cacahan Radiasi Setiap 10 s (m) 0 1 2 3 4 5 6 Jumlah Frekuensi N (m) 16 24 31 14 10 4 1 ( )

( ) 0 24 62 42 40 20 6( )

Keterangan : Selang waktu pengamatan : 10 sekon Tegangan : 440 volt Peluang laju cacah diperoleh dari persamaan :

( )

( )

( ) ( )

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) ) ) (

( ) ( ) ( ( ( ( ) ) ) ) )

13


0.35

GRAFIK PELUANG P(m) SEBAGAI FUNGSI HASIL CACAHAN (m) dalam WAKTU 10 s

0.3 0.273 0.25 0.28

PLUANG (m)

0.2 0.17 0.15 0.141

0.1 0.08 0.05 0.032 0 0 1 2 3 4 5 hasil cacahan (m) / 30 sekon 0.01 6

Grafik distribusi Poisson, Peluang P(m) sebagai fungsi hasil cacahan m Selain itu, Peluang laju cacah juga dapat diperoleh dari persamaan

( ) 1) 2) 3) 4) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

5) 6) 7)

14


Grafik distribusi Poisson, Peluang P(m) sebagai fungsi hasil cacahan (m)

GRAFIK PELUANG P(m) SEBAGAI FUNGSI HASIL CACAHAN (m) dalam WAKTU 10 s0.35 0.31

0.3

0.25

0.24

PELUANG p(m)

0.2 0.16 0.14 0.1

0.15

0.1

0.05

0.04 0.01 0 1 2 3 4 5 6 7

0 HASIL CACAHAN (m)

15


XI.

PEMBAHASAN Dari pengolahan data jika kita membandingkan antara kurva plateau Hasil Cacahan sebagai fungsi tegangan untuk waktu pengamatan selama 10 detik dan 30 detik dapat kita lihat bahwa keduanya walaupun memiliki pola/bentuk yang hampir sama, namun pada kurva A (untuk waktu pengamatan 10 detik) tegangan ambangnya berada pada tegangan 280 V sedangkan pada kurva B (untuk waktu pengamatan 30 detik) tegangan ambangnya berada pada 240 V. Selain itu, kedua kurva memiliki jangkauan daerah plateau yang berbeda yaitu pada kurva A, daerah plateaunya dimulai pada tegangan 280 V sampai dengan 520 V.Sedangkan pada kurva B daerah plateaunya dimulai pada tegangan 280 V sampai dengan 480 V. Selain itu, pada hasil cacahan tampak bahwa hasil cacahan untuk Zat radioaktif (Co) yang digunakan relative kecil. Hal ini dikarenakan pada Zat Radioaktif yang digunakan memancarkan partikel yang memiliki daya ionisasi yang sangat kecil dibandingkan dengan . Grafik Peluang P (m) sebagai fungsi hasil cacahan untuk waktu 10 sekon dengan menggunakan rumus : ( )( )

bila dibandingkan dengan grafik ( )( )

peluang P(m) sebagai fungsi hasil yang menggunakan rumus :

memiliki bentuk/ pola yang hampir sama, yaitu puncak grafik berada pada interval pada nilai cacahan sama dengan m Jadi peluang munculnya angka cacahan yang paling banyak adalah angka 2. Selain itu, berdasarkan data menunjukkan bahwa watak statistic radiasi nuklir yang diamati melalui pengamatan sinar radiasi kosmis memenuhi syarat distribusi poisson karena dilakukan dalam 100 kali pengulangan pengamatan (K > 50 ) dan angka cacahan yang diperoleh memilki interval antara 1-6 (n 50 kali pengulangan ) dan angka cacahan yang muncul memiliki interval 1-6 ( n< 10).

17


Daftar Pustaka: Kanginan,Marthen,Fisika untuk SMA kelas XII.2007.Jakarta: Erlangga. Buku Fisika dasar II .

18


Laporan GEIGER MULLER

Documents

Transcript of Laporan GEIGER MULLER