DETEKTOR RADIASI

Detektor radiasi merupakan tranducer (sensor) yang dapat mengenali adanya radiasi nuklir, baik alfa, beta, maupun gamma. Pendeteksian radiasi ionisasi di alam sekitar menjadi sangat penting karena tubuh manusia tidak mampu mengindera kehadiran radiasi ionisasi. Konsep dasar pendeteksian radiasi ionisasi didasarkan atas interaksi partikel radiasi dengan materi penyusun detektor, sehingga terjadi ionisasi.

Pengetahuan tentang inti isotop radioaktif dapat diperoleh dengan menganalisa partikel-partikel yang dipancarkan oleh inti tersebut. Analisa ini diantaranya digunakan untuk mengetahui informasi jenis partikel radiasi, arah gerak, kecepatan, momentum, muatan, massa dan spin. Dengan demikian, untuk mengetahui informasi tentang partikel radiasi diperlukan suatu eksperimen menggunakan peralatan deteksi radiasi. Namun sayangnya semua informasi ini tidak dapat diperoleh jika hanya menggunakan satu jenis peralatan deteksi.

Semua jenis peralatan deteksi partikel radiasi memiliki prinsip yang sangat mirip, yaitu partikel radiasi memasuki detektor dan terjadilah interaksi antara partikel radiasi dengan material detektor, sehingga terjadi proses eksitasi atau ionisasi molekul-molekul material detektor. Apabila material detektor tersebut terbuat dari gas, maka interaksi antara semua partikel radiasi alpha (α), beta positif (β+), beta negatif (β-), gamma (γ) dan netron dengan gas akan terjadi proses ionisasi yang menghasilkan ion positif dan elektron. Dengan demikian, diperlukan teknik untuk memisahkan dua jenis partikel tersebut dalam waktu yang sangat singkat, karena apabila kedua jenis partikel ini tetap berdekatan maka mereka akan bergabung kembali sehingga tidak menimbulkan sinyal listrik. Pemilihan material detektor sangat bergantung pada jenis partikel radiasi yang akan dideteksi serta tujuan yang ingin diperoleh dari pendeteksian. Partikel alpha (α) memiliki daya tembus kecil, sehingga detektor untuk partikel radiasi alpha (α) memiliki ukuran sangat tipis. Berdasarkan daya tembus partikel, maka biasanya detektor partikel beta (β) memiliki ketebalan sekitar 0,1 mm - 1 mm sedangkan detektor gamma (γ) memiliki ketebalan sekitar 5 cm.

Jenis Detektor Radiasi

1.                  Elektroskup (Electroscope)

2.                  Kamar Ionisasi (Ionization Chamber)

3.                  Pencacah Proporsional

4.                  Detektor NaI(Tl)

5.                  Detektor Isian Gas

1.                  Elektroskup

Elektroskup merupakan peralatan yang paling awal untuk mendeteksi ionisasi radiasi dari dua buah kepingan emas tipis. Bahan radioaktif ditempatkan di dalam wadah electroscope bermuatan. Radiasi yang dihasilkan oleh bahan radioaktif tersebut menyebabkan gas yang ada di dalam electroscope tersebut terionisasi.

Muatan-muatan yang terkumpul pada kepingan itu menyebabkan kepingan itu menyatu (converge). Laju konvergensi itu secara langsung sebanding dengan jumlah ionisasi dan juga sebanding dengan jumlah radiasi.

2.                  Kamar Ionisasi

Kamar ionisasi tersusun atas sejumlah volume gas kecil pada tekanan atmosfer dalam kamar, I dan di dalamnya terdapat dua elektroda, E dan E’, dipertahankan pada beta potensial tinggi menggunakan sumber tegangan, V.

Berkas radiasi masuk ke dalam chamber sehingga menyebabkan ionisasi. Ion yang dihasilkan pada ionisasi itu dikumpulkan pada elektroda + dan - . Tegangan dijaga tetap tinggi, sehingga tidak ada rekombinasi partikel.

a.                   Kamar Ionisasi untuk berkas partikel kontinue atau x-ray

b.                  Kamar Ionisasi dan rangkaian untuk deteksi berkas partikel tunggal

 

1.                  Pencacah Proporsional

Pencacah Proporsional merupakan bentuk modifikasi dari kamar ionisasi, perbedaannya terdapat pada dua aspek.

     i.         Pada pencacah proporsional salah satu elektroda berupa silinder berlubang (hollow cylinder),  dan satu elektroda lagi berupa kawat di dalam silinder sepanjang sumbu silinder itu.

   ii.         Tegangan yang terpasang pada pencacah proporsional lebih besar daripada kamar ionisasi. Ukuran pulsa akan meningkat sejalan dengan kenaikkan tegangan sampai dengan batas tegangan tertentu. Ukuran pulsa berbanding langsung dengan jumlah ionisasi primer partikel.

2.                  Detektor NaI(Tl)

Detektor NaI(Tl) merupakan detektor jenis sintilasi. Bahan sintilator berupa kristal tunggal Natrium Iodida yang didopping dengan sedikit  Tallium. Sinar gamma yang terdeteksi berinteraksi dengan atom-atom bahan sintilator berupa interaksi efek fotolistrik, hamburan Compton dan efek pembentukan pasangan. Elektron bebas hasil interaksi selanjutnya akan mengalami proses ionisasi dan penetralan (excitasi).

1.                  Detektor Isian Gas

Interaksi semua partikel radiasi dengan gas adalah proses ionisasi dan menimbulkan ion positif dan elektron. Untuk memisahkan kedua jenis partikel yang berlainan tersebut digunakan medan listrik yang ditimbulkan oleh dua buah elektroda yaitu anoda yang bermuatan listrik positif dan katoda yang bermuatan listrik negatif. Prinsip ionisasi gas oleh partikel radiasi dapat digunakan untuk mengembangkan detektor radiasi. Detektor dengan prinsip ionisasi gas ini disebut detektor isian gas (gas-filled detector) Bentuk fisik dari detektor isian gas terdiri dari tabung gas yang berisi gas yang akan terionisasi oleh kehadiran pertikel radiasi. Gas yang biasa digunakan adalah gas mulia dengan campuran gas poliatomik sebagai ‘quench gas’, tetapi ada juga yang hanya diisi dengan udara biasa dengan tekanan sedikit lebih rendah dari pada tekanan udara diluar. Tutup silinder yang terletak di bagian depan detektor terbuat dari material sejenis polimer tipis sedemikian sehingga partikel alpha (α) dapat menembusnya. Selongsong silinder berfungsi sebagai katoda dan kawat yang terletak di sumbu silinder dan terisolasi dengan dinding silinder sebagai anoda. Beda tegangan (V) dipasangkan antara dinding silinder dengan anoda melalui hambatan (R).

Prinsip Kerja Detektor Isian Gas

Detektor isian gas bekerja dengan memanfaatkan ionisasi yang dihasilkan oleh radiasi selama melewati suatu gas. Secara khas pencacah seperti ini terdiri dari dua buah elektrode yang diberi beda potensial listrik tertentu. Ruang antara dua elektrode itu diisi dengan suatu gas. Radiasi pengion, yang melewati ruang antara elektrode tersebut, akan melesapkan sebagian atau semua energinya dengan membangkitkan pasangan-pasangan elektron ion. Elektron dan ion ini merupakan pembawa muatan yang bergerak karena pengaruh medan listrik. Ketika radiasi memasuki detektor kemudian berinteraksi dengan atom-atom gas isian maka atom-atom tersebut akan mengeluarkan elektron dari orbitnya. Elektron-elektron ini kemudian dikumpulkan menggunakan medan listrik dan dibentuk menjadi pulsa tegangan atau arus listrik yang dapat dianalisa oleh suatu rangkaian elektronik. Dengan kata lain muatan yang dihasilkan oleh radiasi tersebut diubah menjadi pulsa oleh piranti elektronika dan partikel-partikel itu dicacah secara individual

 

Gambar 1. Skema Detektor Isian Gas

Misalkan antara anoda dan katoda terpasang beda potensial sebesar V volt dan radiasi memasuki detektor sehingga terbentuklah sejumlah elektron dan ion-ion positif. Amplitudo sinyal listrik yang terbentuk sebanding dengan jumlah elektron atau ion ( dengan demikian sebanding dengan tenaga radiasi yang memasuki detektor) dan tidak tergantung pada tegangan V. Beda tegangan antara katoda dan anoda hanyalah mempengaruhi laju gerak elektron menuju ke anoda dan ion positif menuju katoda. Detektor gas isian dengan tegangan V yang relatif rendah seperti ini dinamakan detektor ionisasi.

Siklus pembentukan sinyal listrik berakhir ketika ion sampai di katoda. Namun demikian, ion-ion ini dapat menumbuk katoda sehingga dapat menumbuk katoda sehingga dapat dihasilkan elektron dari katoda sehingga dapat memicu terjadinya proses ionisasi sekunder. Untuk menghindari agar proses ini tidak terjadi maka gas pengisi pada detektor adalah gas dengan struktur molekul sederhana misalnya gas argon dan gas dengan struktur molekul kompleks seperti ethanol.