Pencacah
Geiger muller
Pencacah Geiger, atau
disebut juga Pencacah Geiger-Müller adalah sebuah alat pengukur radiasi
ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan
beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-Müller, sebuah tabung yang diisi
oleh gas yang akan bersifat konduktor ketika partikel atau foton radiasi
menyebabkan gas (umumnya Argon) menjadi konduktif. Alat tersebut akan
membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bisa berupa jarum
penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel.
Pada kondisi tertentu, pencacah Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi
gamma, walaupun tingkat reliabilitasnya kurang. Pencacah geiger tidak bisa
digunakan untuk mendeteksi neutron.
Deskripsi
Geiger counter
digunakan untuk mendeteksi radiasi pengion, biasanya partikel beta dan sinar
gamma, tetapi model-model tertentu dapat mendeteksi partikel alfa. Sebuah
tabung gas diisi inert (biasanya helium, neon atau argon dengan halogen
ditambahkan) singkat melakukan listrik bila partikel atau foton radiasi
menyebabkan gas konduktif. Tabung menguatkan ini pengaliran dengan efek air
terjun dan output sebuah pulsa saat ini, yang kemudian sering ditampilkan oleh
jarum atau lampu dan / atau bunyi klik.
Instrumen modern dapat
memberikan pulsa radioaktivitas beberapa kali lipat. Beberapa penghitung Geiger
dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun sensitivitas dapat
lebih rendah untuk radiasi gamma energi tinggi dibandingkan dengan jenis
tertentu untuk detektor lainnya. Kepadatan gas dalam perangkat biasanya rendah,
sehingga energi foton gamma paling tinggi untuk melewati diketahui. Energy
Foton yang lebih rendah lebih mudah untuk mendeteksi, dan lebih baik diserap
oleh detektor. Contohnya adalah X-ray Tube Pancake Geiger. Counter kilau Bagus
alpha dan beta juga ada, tetapi Geiger detektor masih menarik sebagai tujuan
umum alpha / beta / gamma portabel kontaminasi dan instrumen laju dosis, karena
biaya rendah dan akal sehat. Sebuah variasi dari tabung Geiger digunakan untuk
mengukur neutron, mana gas yang digunakan adalah boron trifluorida dan
moderator plastik digunakan untuk memperlambat neutron. Hal ini menciptakan
partikel alpha di dalam detektor neutron dan dengan demikian dapat dihitung.
Klasifikasi
Alat Ukur Proteksi Radiasi
Alat ukur proteksi
radiasi merupakan suatu sistem yang terdiri dari detektor dan peralatan
penunjang, seperti sistem pengukur radiasi lainnya. Alat ukur ini dapat memberikan
informasi dosis radiasi seperti paparan dalam roentgen, dosis serap dalam rad
atau gray dan dosis ekivalen dalam rem atau sievert.
Besaran radiasi yang
diukur oleh peralatan ini sebenarnya adalah intensitas radiasi. Untuk keperluan
proteksi radiasi nilai intensitas tsb dikonversikan dan ditampilkan menjadi
besaran dosis radiasi. Alat proteksi radiasi ini dibedakan menjadi tiga yaitu
kelompok dosimeter personal, surveimeter dan monitor kontaminasi. Dosimeter
personal berfungsi untuk “mencatat” dosis radiasi yang telah mengenai seorang
pekerja radiasi secara akumulasi. Oleh karena itu, setiap orang yang bekerja di
suatu daerah radiasi harus selalu mengenakan dosimeter personal. Surveimeter
digunakan untuk melakukan pengukuran tingkat radiasi di suatu lokasi secara
langsung sedang monitor kontaminasi digunakan untuk mengukur tingkat
kontaminasi pada pekerja, alat maupun lingkungan.
Surveimeter
Surveimeter harus dapat
memberikan informasi laju dosis radiasi pada suatu area secara langsung. Jadi,
seorang pekerja radiasi dapat memperkirakan jumlah radiasi yang akan
diterimanya bila akan bekerja di suatu lokasi selama waktu tertentu. Dengan
informasi yang ditunjukkan surveimeter ini, setiap pekerja dapat menjaga diri
agar tidak terkena paparan radiasi yang melebihi batas ambang yang diizinkan.
Sebagaimana fungsinya, suatu survaimeter harus dapat memberikan hasil
pengukurannya pada saat itu juga, pada saat melakukan pengukuran, dan bersifat
portable meskipun tidak perlu sekecil sebuah dosimeter personal.
Model pengukuran yang
diterapkan disini adalah cara arus (current mode) sehingga alat peraga yang
digunakan adalah 'ratemeter'. Semua jenis detektor yang dapat memberikan hasil
secara langsung, seperti detektor isian gas, sintilasi dan semikonduktor, dapat
digunakan. Dari segi praktis dan ekonomis, detektor isian gas Geiger Muller
yang paling banyak digunakan. Detektor sintilasi juga banyak digunakan,
khususnya NaI(Tl) untuk radiasi gamma, karena mempunyai efisiensi yang tinggi.
Pada saat ini detektor semikonduktor masih jarang digunakan untuk survaimeter,
meskipun sudah ada di pasaran tetapi harganya relatif sangat mahal dibandingkan
dengan yang lain.
Cara pengukuran yang
diterapkan pada survaimeter adalah cara arus (current mode) sehingga nilai yang
ditampilkan merupakan nilai intensitas radiasi yang mengenai detektor. Secara
elektronik, nilai intensitas tersebut dikonversikan menjadi skala dosis,
misalnya dengan satuan roentgent/jam atau ada juga yang dikonversikan menjadi
skala kuantitas, misalnya cacah per menit (cpm). Tentu saja skala tersebut
harus dikalibrasi terlebih dulu terhadap nilai yang sebenarnya.
Jenis
Surveimeter
Terdapat beberapa jenis
survaimeter yang digunakan untuk jenis radiasi yang sesuai sebagai berikut.
Survaimeter
Gamma
Survaimeter gamma merupakan
survaimeter yang sering digunakan dan pada prinsipnya dapat digunakan untuk
mengukur radiasi sinar X. Hanya saja perlu diperhatikan faktor kalibrasinya,
apakah dikalibrasi untuk gamma atau sinar-X. Detektor yang sering digunakan
adalah detektor isian gas proporsional, GM atau detektor sintilasi NaI(Tl).
Survaimeter
Beta dan Gamma
Berbeda dengan
survaimeter gamma biasa, detektor dari survaimeter ini terletak di luar badan
survaimeter dan mempunyai “jendela” yang dapat dibuka atau tutup. Bila
digunakan untuk mengukur radiasi beta, maka jendelanya harus dibuka. Sebaliknya
untuk radiasi gamma, jendelanya ditutup. Juga perlu diperhatikan bahwa faktor
kalibrasi yang tercantum, biasanya hanya berlaku untuk radiasi gamma saja
sedangkan untuk radiasi beta perlu perhitungan tersendiri. Detektor yang sering
digunakan adalah detektor isian gas proporsional atau GM.
Survaimeter
Alpha
Sebagaimana survaimeter
beta, detektor dari survaimeter alpha juga terletak di luar badan survaimeter.
Perlu diperhatikan bahwa selalu terdapat satu permukaan detektor yang terbuat
dari lapisan film yang sangat tipis, biasanya terbuat dari berrilium, sehingga
mudah sobek bila tersentuh atau tergores benda tajam. Detektor yang digunakan
adalah detektor isian gas proporsional atau detektor sintilasi ZnS(Ag).
Survaimeter
neutron
Detektor yang digunakan
pada survaimeter neutron adalah detektor proporsional yang diisi dengan gas BF3
atau gas Helium. Karena yang dapat berinteraksi dengan unsur Boron atau Helium
adalah neutron termal saja, maka survaimeter neutron biasanya dilengkapi dengan
moderator yang terbuat dari parafin atau polietilen yang berfungsi untuk
menurunkan energi neutron cepat menjadi neutron termal. Moderator ini hanya
digunakan bila radiasi neutron yang akan diukur adalah neutron cepat.
Survaimeter
Multi Guna
Terdapat pula
survaimeter yang mempunyai dua jenis detektor di dalamnya sehingga dapat
mengukur beberapa jenis radiasi yang berbeda. Selain itu, ada juga survaimeter
yang menyediakan fasilitas konektor untuk detektor eksternal. Biasanya,
produsen survaimeter juga menjual secara terpisah (optional) jenis-jenis
detektor yang dapat dihubungkan ke survaimeter. Pada saat ini sudah mulai
dipasarkan jenis survaimeter yang serbaguna (multipurpose) karena selain dapat
mengukur intensitas radiasi secara langsung, sebagaimana survaimeter biasa,
juga dapat mengukur intensitas radiasi selama selang waktu tertentu, dapat
diatur, seperti sistem pencacah dan bahkan bisa menghasilkan spektrum
distribusi energi radiasi seperti sistem spektroskopi.
Bagian-bagian
detector Geiger muller :
·
Katoda yaitu dinding tabung logam yang merupakan elektroda negatif. Jika tabung terbuat dari gelas maka dinding tabung harus dilapisi logam tipis.
· Anoda yaitu kawat tipis atau wolfram
yang terbentang di tengah – tengah tabung. Anoda sebagai elektroda positif.
· Isi tabung yaitu gas bertekanan rendah,
biasanya gas beratom tunggal dicampur gas poliatom (gas yang banyak digunakan
Ar dan He).
Prinsip
kerja Detektor Geiger Muller :
Detektor Geiger Muller
meupakan salah satu detektor yang berisi gas. Selain Geiger muller masih ada
detektor lain yang merupakan detektor isiann gas yaitu detektor ionisasi dann
detektor proporsional. Ketiga macam detektor tersebut secara garis besar
prinsip kerjanya sama, yaitu sama-sama menggunakan medium gas. Perbedaannya
hanya terletak pada tegangan yang diberikan pada masing-masing detektor
tersebut.
Apabila ke dalam labung
masuk zarah radiasi maka radiasi akan mengionisasi gas isian. Banyaknya
pasangan eleklron-ion yang lerjadi pada deleklor Geiger-Muller tidak sebanding
dengan tenaga zarah radiasi yang datang. Hasil ionisasi ini disebul elektron
primer. Karena antara anode dan katode diberikan beda tegangan maka akan timbul
medan listrik di antara kedua eleklrode tersebut. Ion positif akan bergerak
kearah dinding tabung (katoda) dengan kecepatan yang relative lebih lambat bila
dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak kea rah anoda (+) dengan
cepat. Kecepatan geraknya tergantung pada besarnya tegangan V. sedangkan besarnya
tenaga yang diperlukan untuk membentukelektron dan ion tergantung pada macam
gas yang digunakan. Dengan tenaga yang relatif tinggi maka elektron akan mampu
mengionisasi atom-atom sekitarnya. sehingga menimbulkan pasangan elektron-ion
sekunder. Pasangan elektron-ion sekunder inipun masih dapat menimbulkan
pasangan elektron-ion tersier dan seterusnya. sehingga akan terjadi lucutan
yang terus-menerus (avalence).
Kalau tegangan V
dinaikkan lebih tinggi lagi maka peristiwa pelucutan elektron sekunder atau avalanche
makin besar dan elektron sekunder yang terbentuk makin banyak. Akibatnya, anoda
diselubungi serta dilindungi oleh muatan negative elektron, sehingga peristiwa
ionisasi akan terhenti. Karena gerak ion positif ke dinding tabung (katoda)
lambat, maka ion-ion ini dapat membentuk semacam lapisan pelindung positif pada
permukaan dinding tabung. Keadaan yang demikian tersebut dinamakan efek muatan
ruang atau space charge effect.
Tegangan yang
menimbulkan efek muatan ruang adalah tegangan maksimum yang membatasi
berkumpulnya elektron-elektron pada anoda. Dalam keadaan seperti ini detektor
tidak peka lagi terhadap datangnya zarah radiasi. Oleh karena itu efek muata
ruang harus dihindari dengan menambah tegangan V. penambahan tegangan V
dimaksudkan supaya terjadi pelepasan muatan pada anoda sehingga detektor dapat
bekerja normal kembali. Pelepasan muatan dapat terjadi karena elektron mendapat
tambahan tenaga kinetic akibat penambahan tegangan V.
Apabila tegangan
dinaikkan terus menerus, pelucutan alektron yang terjadi semakin banyak. Pada
suatu tegangan tertentu peristiwa avalanche elektron sekunder tidak bergantung
lagi oleh jenis radiasi maupun energi (tenaga) radiasi yang datang. Maka dari
itu pulsa yang dihasilkan mempunyai tinggi yang sama. Sehingga detektor Geiger
muller tidak bisa digunakan untuk mengitung energi dari zarah radiasi yang
datang.
Kalau tegangan V
tersebut dinaikkan lebih tinggi lagi dari tegangan kerja Geiger Muller, maka
detektor tersebut akan rusak, karena sususan molekul gas atau campuran gas
tidak pada perbandingan semula atau terjadi peristiwa pelucutan terus
menerusbyang disebut continous discharge. Hubungan antara besar tegangan yang
dipakai dan banyaknya ion yang dapat dikumpulkan dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
Pembagian daerah
tegangan kerja tersebut berdasarkan jumlah ion yang terbentuk akibat kenaikan
tegangan yang diberikan kepada detektor isian gas. Adapun pembagian tegangan
tersebut dimulai dari tegangan terendah adalah sebagai berikut:
I. = daerah rekombinasi
II. = daerah ionisasi
III. = daerah
proporsional
IV. = daerah
proporsioanl terbatas
V. = daerah Geiger
Muller
Kurva yang atas adalah
ionisasi Alpha, sedangkan kurva bawah adalah ionisasi oleh Beta. Kedua kurva
menunjukkan bahwa pada daerah tegangan kerja tersebut, detektor ionisasi dan
detektor proporsional masih dapat membedakan jenis radiasi dan energi radiasi
yang datang. Dengan demikian, detektor ionisasi dan detektor proporsional dapat
digunaknan pada analisis spectrum energi. Sedangkan detektor Geiger Muller tidak
dapat membedakan jenis radiasi dan energi radiasi.
Tampak dari gambar
tersebut bahwa daerah kerja detektor Geiger Muller terletak pada daerah V. pada
tegangan kerja Geiger Muller elektron primer dapat dipercepat membentuk
elektron sekunder dari ionisasi gas dalam tabung Geiger Muller. Dalam hal ini
peristiwa ionisasi tidak tergantung pada jenis radiasi dan besarnya energi
radiasi. Tabung Geiger Muller memanfaatkan ionisasi sekunder sehingga zarah
radiasi yang masuk ke detektor Geiger Muller akan menghasilkan pulsa yang
tinggi pulsanya sama. Atas dasar hal ini, detektor Geiger Muller tidak dapat
digunakan untuk melihat spectrum energi, tetapi hanya dapat digunakan untuk
melihat jumlah cacah radiasi saja. Maka detektor Geiger Muller sering disebut
dengan detektor Gross Beta gamma karena tidak bisa membedakan jenis radiasi
yang datang.
Besarnya sudut datang
dari sumber radiasi tidak mempengaruhi banyaknya cacah yang terukur karena
prinsip dari detektor Geiger Muller adalah mencacah zarah radiasi selama radiasi
tersebut masih bisa diukur. Berbeda dengan detektor lain misalnya detektor
sintilasi dimana besarnya sudut datang dari sumber radiasi akan mempengaruhi
banyaknya pulsa yang dihasilkan.
Kelebihan Detektor
Geiger Muller :
- Konstruksi simple dan Sederhana
- Biaya murah
- Operasional mudah
Kekurangan Detektor
Geiger Muller :
- Tidak dapat digunakan untuk spektroskopi karena semua tinggi pulsa sama.
- Efisiensi detektor lebih buruk jika dibandingkan dengan detektor jenis lain.
- Resolusi detektor lebih rendah.
- Waktu mati besar, terbatas untuk laju cacah yang rendah.
Referensi :
https://agusts.blog.uns.ac.id/2011/04/27/60/
