DETEKTOR RADIASI

Ilustrasi Detektor Radiasi (Src : radongasdetectorreviews.com, klik untuk memperbesar)

Seperti yang telah diketahui, radiasi dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Namun demikian, kita tidak dapat memungkiri bahwa radiasi memiliki potensi bahaya yang juga harus selalu dimonitori untuk itulah diperlukan adanya detektor. Detektor merupakan suatu alat yang peka terhadap radiasi. Setiap jenis radiasi berinteraksi dengan cara yang berbeda karenanya, suatu bahan yang sensitif terhadap radiasi gamma, misalnya, belum tentu sensitif terhadap radiasi lainnya seperti beta.

Pada artikel ini kita akan membahas empat jenis detektor yang sering digunakan, yakni detektor sintilasi, detektor film, detektor semikonduktor dan detektor isian gas.

Detektor sintilasi

Kristal Sintilasi NaI(Tl) (Src : www.ost-photonics.com, klik untuk memperbesar)

Detektor sintilasi tentu saja terdiri dari bahan sintilator yang berfungsi menghasilkan percikan cahaya apabila dikenai radiasi pengion. Bahan sintilator ini dapat berupa gas, padat, maupun cair. Selain itu terdapat photomultiplier untuk mengubah percikan cahaya yang dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik.

Mekanisme pendeteksian detektor ini dimulai dengan proses pengubahan radiasi yang mengenai detektor menjadi percikan cahaya di dalam bahan sintilator dilanjutkan dengan pengubahan percikan cahaya menjadi pulsa listrik di dalam tabung photomultiplier.

Skema reaksi sintilasi (Src : dokumen pribadi, klik untuk memperbesar)

Pada kristal bahan sintilator terdapat pita valensi dan pita konduksi yang dipisahkan pada tingkat energi tertentu. Pada ground state, elektron berada pada pita valensi. Ketika radiasi memasuki kristal, energinya kan terserap oleh beberapa elektron di pita valensi sehingga elektron tersebut meloncat ke pita konduksi kemudian elektron-elektron tersebut akan kembali ke keadaan semula melalui pita energi bahan aktivator sambil memancarkan percikan cahaya.

Banyaknya percikan cahaya yang dihasilkan akan sebanding dengan energi radiasi yang diserap (semakin banyak energi radiasi, semakin banyak percikan cahaya) dan juga dipengaruhi oleh bahan sintilator yang digunakan. Percikan cahay ini yang kemudian akan ditangkap oleh photomultiplier.

Skema penguatan sinyal foton dari kristal sintilasi oleh Photo Multiplier Tube (Src : http://wanda.fiu.edu, klik untuk memperbesar)

Tabung photomultiplier terbuat dari tabung hampa yang kedap cahaya dan memiliki photokatoda yang berfungsi untuk sensor cahaya pada salah satu ujungnya. Photokatoda akan memancarkan elektron bila terkena percikan cahaya. Elektron ini diarahkan menuju dinode yang akan memancarkan beberapa elektron sekunder selanjutnya diarahkan menuju dinode kedua dan dilipatgandakan begitu seterusnya untuk dinode ketiga dan seterusnya hingga elektron yang dihasilkan cukup banyak.

Kumpulan elektron ini selanjutnya diubah menjadi pulsa listrik dengan kapasitor. Berikut adalah bebrapa jenis detektor sintilasi dan penggunaannya pada beberapa jenis radiasi.

Jenis Kristal Detektor Sintilasi
Jenis KristalJenis Radiasi
NaI(Tl)Gamma
Sinar x kuat
ZnS(Ag)Alpha
Beta
LiI(Eu)Neutron
Organik cairAlpha
Beta
Organik PlastikSinar X
Beta

Detektor film

Detektor film adalah detektor yang terdiri dari sebuah film tipis yang dibuat dari emulsi butiran-butiran perak halida, seperti AgBr, ditunjang oleh matrix gelatin dan dilapisi bahan asetat.

Cara kerja detektor ini adalah dengan berubahnya ion Ag+ menjadi Ag ketika dikenai radiasi. Semakin banyak radiasi yang mengenai, maka akan semakin banyak ion Ag+ yang berubah yang disebut bayangan latent. Hal ini menyebabkan cacat pada susunan kristal AgBr yang berupa celah sepanjang lintasan radiasi yang mengenainya dalam butirannya.

Sebelum dilakukan pembacaan radiasi, dilakukan proses pencucian dengan larutan senyawa kimia developer untuk mengubah Ag+ menjadi atom Ag yang berwarna hitam dan tetap melekat pada film sedangkan ion Br- menjadi atom Br dan larut. Selanjutnya stop bath digunakan untuk menghentikan proses developing, fixer untuk melarutkan molekul-molekul AgBr sisa sedangkan yang telah menjadi logam perak akan terikat kuat sebagai bayangan hitam, selanjutnya dilakukan pencucian dengan air.

Tingkat kehitaman film sebanding dengan energi radiasi yang mengenainya. Informasi yang dihasilkan oleh detektor film ini adalah nilai intensitas radiasi secara akumulasi karena selama film belum diproses maka intensitas radiasinya akan selalu di “simpan”.

Detektor semikonduktor

Skema detektor semikonduktor (Src : Texas A&M University / Nuclear Safeguards Education, klik untuk memperbesar)

Detektor semikonduktor terbuat dari silikon dan germanium. Detektor ini lebih effisien karena terbuat dari zat padat dan memiliki resolusi lebih baik daripada sintilasi. Pada detektor ini, energi radiasi diubah menjadi energi listrik.

Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor diserap oleh bahan sehingga beberapa elektronnya berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Bila diantara kedua ujung bahan semikonduktor tersebut terdapat beda potensial maka akan terjadi aliran arus listrik.

Detektor ini terbagi menjadi tipe N yang dihubungkan ke kutub negatif dari tegangan listrik dan tipe P yang dihubungkan ke kutub positif dari tegangan listrik. Hal ini menyebabkan pembawa muatan akan tertarik ke arah kutub yang berlawanan sehingga terbentuk lapisan kosong muatan pada sambungannya sehingga tidak ada aliran listrik.

Ketika radiasi memasuki daerah tersebut maka akan terbentuk ion-ion baru, elektron dan hole, yang akan bergerak ke kutub-kutub positif dan negatif. Tambahan hole dan elektron ini yang kemudian menyebabkan terbentuknya pulsa atau arus listrik.

Berikut ini penggunaan detektor semikonduktor untuk beberapa jenis radiasi.

Jenis Kristal Detektor Sintilasi
Jenis SemikonduktorJenis Radiasi
Surface BarrierAlpha
Beta
PIPSAlpha
Beta
HPGeGamma
LEGeSinar X
Gamma
SiLiSinar X

Detektor isian gas

Skema detektor isian gas Geiger-Muller (GM) (Src : onlinetuition.com.my, klik untuk memperbesar)

Detektor isian gas terdiri dari dua elektroda positif dan negatif dan gas di antara kedua elektrodanya. Detektor ini berbentuk silinder dengan sumbu yang berfungsi sebagai anoda dan dinding silinder sebagai katoda.

Radiasi yang memasuki detektor akan mengionisasi gas dan menghasilkan ion-ion positif dan ion-ion negatif. Jumlah ion yang dihasilkan sebanding dengan energi radiasi dan berbanding terbalik dengan daya ionisasi gas.

Daya ionisasi gas berkisar dari 25 eV hingga 40 eV. Ion-ion yang dihasilkan membentuk pulsa listrik ataupun arus listrik. Hal ini dapat terjadi jika terdapat cukup medan listrik diantara dua elektroda. Medan listrik ini dapat diatur melalui pengaturan tegangan kerja (HV) detektor.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *