PEMrnUATANTABUNGDETEKTOR - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File...
Transcript of PEMrnUATANTABUNGDETEKTOR - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File...
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007
PEMrnUATANTABUNGDETEKTORGEIGER MULLER TIPE SIDE-WINDOWS
Gunarwan PrayitnoPusat Rekayasa Perangkat Nuklir - BATAN
ISSN 1693-3346
ABSTRAK
Pembuatan tabung detektor tipe Geiger-Muller tipe end-windows telah dicoba dan
dilakukan di laboratorium PTAPB (Pusat Teknologi Akselerator Proses
Bahan)Yogyakarta. Metoda sederhana dikembangkan dan dicobadalam pembuatan tabung
detector. Tabung detector yang akan dibuat terbuat dari pipa kaca pyrex. Di bagian
permukaan dalam tabung dievaporasi dengan bahan tembaga Cu sebagai katoda, dan pada
bagian kedua ujung tabung dibuat kedudukan anoda. Setelah selesai proses pembuatan
katoda dan anoda tabung, detector dicuci dengan aquades dan disimpan pada ruang vakum.
ABSTRACK
A fabrication of Geiger-Muller detector ~as been done at PTAPB laboratory Yogyakarta.
The simple method was developed and tried"in detector tube fabrication, The detector
tube is made from glass pyrex pipe. The inside surface of the detector tube is evaporated
by metal Cu, I as cathode and both sides of the detector tube made as anode support. After
fabrication process of cathode and anode of detector tube, the detector is washing by
aquades and store in a vacuum room.
1. PENDAHULUAN.
Telah dicoba dengan metoda sederhana pembuatan detector tabung Geiger-muller di
laboratorioum elektronika Yogyakarta. Detektor Geiger-Muller tipe end-windows
merupakan detector tipe gas isian. Pembuatan tabung detector dilakukan menggunakan
bahan yang sedrhana dan cara yang sederhana.
Prinsip kerja detector tipe gas isian adalah, Partikel radiasi bermuatan yang masuk ke
dalam daerah aktif detektor akan mengionisasi gas yang ada didalam detektor. Akibat
ionisasi gas maka akan terbentuk ion positif dan ion negative. Dengan adanya beda
tegangan yang relative tinggi antara kedua elektroda (katoda dan anoda), maka kedua
pasangan ion yang terbentuk akan ditarik ke elektroda yang bersesuaian. Ion positif
92
Prosiding Pertcmuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
ditarik ke katoda dan ion negative akan ditarik ke anoda. Berdasarkan prinsip kerja yang
dijelaskan tersebut diatas, masalah yang timbul adalah bagaimana membuat kedua
elektroda tersebut dalam ukuran yang rel.ative kecil dan berada dalam tabung kaca pyrex.
2. KEBUTUHAN BAHAN.
Dalam proses pembuatan detector tipe side-windows dibutuhkan bahan-bahan sebagai
berikut :
• Pipa kaca tipe pyrex, ukuran diameter 2,5 cm, ketebalan 1,5 mm
• Kawat tungsten
• Kawat tembaga (Cu)
• Konektor
3. PROSEDUR PEMBUATAN.
Prosedur proses pembuatan detector OM tipe side-window dibagi beberapa tahapan
antara lain:
a). Tahap I. Pembuatan tabung deteCtor.
b). Tahap II. Evaporasi tembaga sebagai elektroda negatif.
c). Tahap III. Pembuatatn elektroda positif.
d). Tahap IV. Pemasangan elektroda positif
a). Tahap I. Pembuatan tabung detector.
Pada tahap ini kita potong sebuah pipa kaca pyrex dengan diameter berukuran 2,5 cm,
sepanjang ± 15 cm. kemudian pipa tersebut dibentuk seperti terlihat pada gambar 1.
diproses di laboratorium gelas. Pada bagian kedua ujung pipa dibentuk mengecil, lihat
gambar 2.
Oambar 1. Pipa tabunggelas
Gambar.2. Pipa gelas dengan kedua ujungmengecil
93
Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Kedua ujung tabung gelas dibentuk seperti tampak pada gambar 2 , kedua ujung tabung
mempunyai bentuk yang berbeda , satu dibuat rapat dan yang satu lagi dibuat diameter
pipa gelas mengecil ± 2.5 mm. pada bagian dinding luar bagian salah satu ujung tabung
dibuatkan lubang saluran untuk pemvakuman, Iihat gambar 3.
o ~2'51E ~~~~~:~murnn vakumGambar 3. Pipa gelas pyrex dengan salah satu ujung dibuat saluran pemvakuman.
Selanjutnya pada ujung yang lainnya dibuatkan kontak dengan konektor. Terbuat dari
kawat tembaga, yang salah satu ujungnya dibuat bentuk gepeng atau menipis. Seperti
terlihat di gambar 4. Setelah itu ditancapkan pada sisi ujung tabung lainnya dengan cara
pemanasan. Pada bagian yang gepeng harus benar-benar menempel pada bagian sisi
permukaan bagian dalam tabung kaca. Tujuannya adalah supaya saat evaporasi diding .
tabung bagian dalam dengan tembaga, antara kawat kontak dengan lapisan tembaga benar
benar menyatu atau berhubungan atau ada kontak.
", , ~ Kontak elektroda negatif,~ I
Oindingtabung
Gambar 4. Pipa tabung gelas dengan salahsatu ujung dibuat kontak negative
Kontak elektroda
negatif
Setelah tabung gelas pyrex terbentuk seperti pada gambar 4, maka siap dilakukan
evaporasi tembaga pada sisi permukaan bagian dalam tabung gelas. Sebaiknya sebelum
dilakukan eveporasi tabung gelas dicuci di bak ultrasonic selama 15 menit atau lebih,
gunanya membersihkan kotoran dan debu yang menempel pada dinding tabung bagian
dalam akibat pemrosesan dilaboratorium gelas. Kemudian disimpan dalam tabung vakum
(103 Torr).
94
~ Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat Nuklir~ Serpong,20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
Sebelum dilakukan evaporasi tembaga sebagai elektroda negative. Dipersiapkan
terlebih dahulu bahan yang akan dievaporasi. Bahan yang akan dievaporasi adalah kawat
tembaga berdiameter 0,5 mm, yang dililitkan dibeberapa titik dikawat tungsten.lihat
gambar 5. dibagian salah satu ujung kawat tungsten diberi sumbatan dari kaca, berbentuk
kerucut, dengan diameter 5 mm, dan diameter kawat tembaga 0,25 mm.
o ~ 5umb: k: r kawat tungsten
\: Lilitan kawat tombaga
Gambar 5. lilitan kawat tembaga di tungsten yang akan dievaporasi pada tabung gelas.
Bita lilitan kawat tembaga pada kawat tungsten yang akan dievaporasi telah siap,
ambit tabung gelas yang disimpan ditabung vakum. Kemudian kedua ujung tabung tersebut
. dipotong dengan diameter 4 mm. seperti terlihat pada gambar 6.
~ _ .•.~ ." -. -:;;-:._._._._._._._._._._._._._.~~ .-f'----7 ~. fpotong
Gambar 6. bentuk tabung gelas satu ujung dipotongdipotong.
Selanjutnya dilanjutkan dengn pemasangan Lilitan kawat tembaga yang akan
dievaporasi. Lilitan kawat dimasukkan kedalam tabung gelas, lihat gambar 7, hingga kawat
tungsten tembus pada bagian ujung yang lain.
Gambar 7a. pemasangan lilitan kawat ke dalam tabung gelas.
95
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopember 2007
HasHpemanasan kedua ujung tabung akan tampak seperti gambar 7b.
~ ... :5-. dipnnn,lean
Gambar 7b. pemanasan tabung gelas bagian ujung.
ISSN 1693-3346
Setelah tembus. Bagian ujung tabung yang mengecil dipanaskan sempai meleleh hingga
menyatu dengan kawat tungsten, yakinkan tidak terjadi kebocoran pada bagian tersebut.
Pada bagian yang ada sumbat kaca dipanaskan bersamaan dengan tabung gelas, hingga
meleleh dan menyatu dengan tabung gelas, seperti terlihat pada gambar 7b. Dengan
demikian tabung gelas siap dilanjutkan pada tahap berikutnya yaitu evaporasi tembaga
(Cu).
b). Tabap II. Evaporasi tembaga sebagai elektroda negatif.
Pada tahap ini akan dilakukan dua proses sekaligus yang berlangsung bersamaan, yaitu
proses pemvakuman tabung (104 Torr) dan proses pemanasan kawat tungsten secara
bertahap. Kedua ujung dari kawat tungsten yang ada kawat tembaga, gambar Th.
dihubungkan dengan sumber arus DC melalui pengatumya. lihat Gambar 8.
~
~ ...- ~
ke pengatur arus de
Ke sistim vakum
Gambar 8. proses pemanasan tabung gelas dengan sumber arus de.
Pada proses evporasi tabung gelas,ada 2 langkah yang harus dilakukan ; langkab
pertama, adalah pemvakuman tabung gelas. Hubungkan saluran untuk pemvakuman ke
sistim vakum. Lakukan hingga tekanan vakum mencapai 103 Torr. Setelah meneapai
tekanan vakum tersebut,
96
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
(SSN 1693-3346
panaskan saluran pemvakuman hingga tertutup rapat, sistim . Saat pemanasan atau
pengelasan sistim vakum tetap berjalan. Yakinkan bahwa tidak ada kebocoran saat
pengelasan atau perapatan saluran pemvakuman. Kemudian matikan sistim vakum.
Langkah kedua hubungkan kedua ujung kawat tungsten ke sumber arus de. Kemudian
naikan arus secara bertahap melalui sistim pengaturan arus. Naikan arus searah sampai
semua lilitan kawat tembaga meleleh hingga titik leleh. Naikan terus arus de sampai semua
lilitan kawat tembaga menguap ke permukaan dinding tabung bagian dalam. Saat
menaikkan arus dari proses meleleh ke penguapan harus hati-hati. Dijaga supaya lilitan
kawat yang telah berbentuk cairan jangan sampai menetes ke dindinding tabung. Hal ini
akan menyebabkan tabung akan peeah. Bila ini tejadi maka proses evaporasi dikatakan
gaga\. Proses pemvakuman dikatakan berhasil seperti terlihat pada gambar 8a. dan
dikatakan gagal, jika tabung retak atau pecah. Terlihat seperti gambar 8b.
---{,I !1! 1~Ir~ Ir~. peeah
Gambar 8a. Proses evoprasi tabung· Gambar 8b. proses evaporasi tabung
gelas yang benar gelas yang gagal
Bila evaporasi berjalan dengan sukses, tabung yang telah terevaporasi didiamkan
sampai temperature kamar. Kemudian tereapai tabung gelas dilepaskan dari instalasi
vakum dengan pengelasan, dan sumber arus de. Langkah selanjutnya kedua ujung tabung
yang telah terevaporasi elektroda negative dipotong, seperti tampak pada gambar 9.:t-~Potong potong
Gambar 9a. Pemotongan kedua ujungtabung.
97
1__5Gambar 9b. kedua ujung tabung telah
dipotong
Prosiding Pertemuan I1miah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
c). Tahap IT!. Pembuatatn elektroda positif.
Simpan tabung gelas yang telah dipotong dalam ruang vakum setelah dilakukan
pencucian dalam bak ultrasonic. Langkah berikut adalah persiapan pembuatan elektroda
positif. Potong kawat tungsten lebih pangjang sedikit dari tabung gelas. Pada salah satu
ujung kawat"diberi pentolan kaca, sebagai sumbat, dan dilas kaca. Dibagian depan sumbat
tersebut dibuat suatu lilitan yang menyerupai spiral atau per. Gunanya untuk supaya kawat
ttingsten kondisi tegang. Lihat gambar 10.
Bentuk spiral
Kawat tungsten
Pentolan kaca
Gambar 10. Pembuatan elektroda positif dari kawat tungsten.
d). Tahap IV. Pemasangan elektroda positif
Setelah selesai pembuatan elektroda positif, masukkan kedalam tabung gelas. Pada
bagian yang terdapat sum bat kaca dilas kaca, sehingga menyatu dengan tabung. Pastikan
tidak ada kebocoran. Pada ujung tabung yang lain dipanaskan,sehingga antara kawat
tungsten dan kaca menyatu, saat proses pengelasan kawat tungsten sedikit ditarik, supaya
kawat tungsten sedikit tegang. Kelebihan kawat yang ada dibagian ujung dipotong Lihat
gambar 11.
Dilas gelas
Gambar. 11. Pemasukan elektroda positif kedalam tabung gelas.
98
Prosiding Perternuan IIrniah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong,20 Nopernber 2007
ISSN 1693-3346
Setelah dipanaskanLubang mengecil
Ketebalan kaca
Dengan selesainya tahap IV, maka dapat dikatakan pembuatan tabung gelas
detector selesai. Untuk langkah berikutnya adalah pemvakuman tabung dan pengisian gas
isian yang akan dimasukkan kedalam tabung. Tahap pemvakuman dan pengisian gas isian
dapat dibicarakan atau dibahas dalam judul makalah yangberbeda.
4. PEMBAHASAN.
Dalam proses pembuatan tabung detector dari gelas kaca. Ada bagian proses yang perlu
mendapat perlakuan dengan hati-hati. Diantaranya :
a). proses memasang atau menempelkan kawat elektroda negative kedalam permukaan
tabung gelas bagian dalam. Seperti tampak dalam gambar 4. dalam proses ini
menyatukan antara tembaga dengan gelas, secara kimia tidak mungkin akan menyatu
dengan sempuma. Waktu proses memasukkan kawat kontak negative (electroda
negative), tabung gelas dipanaskan secara perlahan dan menyeluruh. Pada bagian yang
akan dimasukkan dipanaskanhingga titik leleh kaca. Kemudian masukkan kawat
tersebut kedalam permukaan bagian dalam tabung. Pastikan bagian kawat yang masuk
ke tabung benar-benar menempel pada dinding permukaan tabung dalam. Bagian
. kawat yang masuk tabung dibuat lebih tip is atau gepeng. Hal ini memungkinkan
kontak antara evaporasi tembaga dan kawat kontak negative akan lebih baik.
b). Pembuatan saluran vakum, cara ini dilakukan dengan pemanasan atau las kaca.
Pemanasan antara tabung gelas dengan pipa kaca kecil sebagai saluran vakum
diperkirakan mempunyai panas temperature yang sama. Bila hal ini tidak terjadi akan
menyebabkan keretakan atau pecah, pada saat pendinginan tabung. Setiap melakukan
pengelasan kaca saat pemotongan dilakukan pemanansan yang merata. Secara
perlahan lubang kaca akan mengecil dan pada akhimya akan tertutup atau merapat
dengan sendirinya, lihat gambar 12. dibawah ini,
~
~_. -.-. -.-.-.-. -. -. - .-. -. -. -. -. -. - V)-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.j,)i~ pipa kaca
dipanaskan
Gambar.12. Efek proses pemanasan tabung gelas kaca
99
Prosiding Pertemuan Ilmiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
ISSN 1693-3346
c). Proses evaporasi tembaga, pada proses ini seringkali gagal atau tabung gelas pecah.
Hal ini disebabkan karena pada saat penaikkan arus dc secara bertahap dari pengatur
arusnya tidak berhati-hati atau kenaikan arus tidak konstan. akibatnya lilitan tembaga
pada kawat ungsten akan cepat meleleh. Belum sempat lilitan kawat berubah menjadi
uap, arus dc terus dinaikkan, akhirnya menetes ke kaca tabung. Atau saat arus dc
dinaikkan, kawat tungsten menjadi panas dan akhimya memuai. Karena kedua
ujung kawat telah terikat mati dengan kaca, akibatnya kawat akan melengkung
kebawah. Pada kondisi kawat seperti ini atau melengkung biasanya lilitan tembaga
yang telah meleleh akan menjadi satu, akhimya membesar, dengan posisi letaknya
ditengah-tengah tabung kaca, seperti tampak pada g~mbar 13.
/f"4 tetesan tembaga menyatu
kawat tungsten melengkung
Gambar13. Tetesan tembaga pada tabung gelas detector ..
d). Langkah akhir dari proses pembuatan detector OM tabung gelas tipe side-windows
adalah pengujian vakum. Pasang detector tabung yang telah jadi pada instalasi vakum
pengujian. Atur tekanan vakum mencapai 103 Torr, proses pemvakuman didukung oleh
pompa rotary. Setelah divakum didiamkan beberapa hari, ± 2 hari, catat tinggi air raksa
pada instalasi vakum. Angka ini equivalent dengan tekanan vakum di alat ukur. Setelah
dua hari buka kran vakum yang terhubung dengan detector. Bila skala tinggi air raksa
turon, artinya ada kebocoran pada tabung detector. Bila hal ini terjadi perlu pengecekan
dari proses awal. Terutama pada titik-titik pengelasan.
100
Prosiding Pertemuan IImiah Nasional Rekayasa Perangkat NuklirSerpong, 20 Nopember 2007
5. KESIMPULAN.
ISSN 1693-3346
Proses pembuatan tabung detector tipe side-window sangat mudah, tetapi perlu hati-hati
dan secermat mungkin. Didalam melakukan proses evaporasi perlu hati-hati dalam
menaikkan arus melalui pengaturan arus dc. Saat awal terjadi penguapan dari lilitan kawat
ke tabung gelas, lilitan kawat tembaga sudah tidak dapat terlihat. Pengaturan arus harus
tetap dinaikkan hingga semua lilitan kawat tembaga benar-benar menguap atau
terevaporasi ke tabung gelas. Dengan tanpa melihat Iilitan didalam tabung pengatur arus
tetap harus dinaikkan. Proses ini dapat berhasil bila kenaikkan arus dari pengatur arus
benar-benar konstan.
Bila lilitan kawat tembaga tidak terevaporasi seluruhnya maka kontak antara elektroda
negative kurang sempurna. Atau dapat dikatakan sangat tipis dan kemungkinan tidak
terjadi kontak, hal ini sering terjadi. Proses evaporasi disertai feeling yang tepat, karena
tidak terlihat.
Proses lain yang perlu mendapat perhatian khusus sewaktu memasukkan dan
menempelkan kontak elektroda negative di permukaan tabung gelas bagian dalam. Apabila
kawat yang berfungsi sebagai elektroda negative tidak menempel dengan kaca dan rata
dengan .kaca tabung, maka tidak akan terjadi kontak dengan tembaga yang terevaporasi.
Bila hal ini terjadi maka dapat pula proses pembuatan tabung dikatakan gagal.
Pastikan semua pemutusan, penyambungan dan pengelasan tabung gelas tidak terjadi
kebocoran.
5. DAFfAR PUSTAKA
1. Bruno B. Rossi, and Hans H. Staub, " Ionization Chambers and Counters ", first
Edition,
McGraw-Hill, New York, 1949.
2. Glenn F. Knoll, "Radiation Detection and Measurment", Second Edition,
John Wiley
& Sons, , New York, 1989.
3. Glenn F. Knoll, "Principle Nuclear Detection ", third Edition, Willey & Sons,
New York, 1968.
101