Pengaruh Tingkat Penyinaran Sinar-X Terhadap Intensitas Photo-Stimulated Luminescence (PSI) Dari F-Center Pada Kristal NaCl - Universitas Negeri Padang Repository
LAPORAN PENELITIAN
PENGARUH TINGKAT PENYINARAN SINAR-X TERHADAP
INTENSITAS PHOTO-STIMULATED LUMINESCENCE (PSL)
DARI F-CENTER PADA KRTSTAL NaCI
Oleh :
LF$lrlK!.SI
.-
Dra. Ratnawulan, MSi
( K e c a Tim Peneliti)
Penelitian ini dibiayai oleh :
Dana Rutin Universitas Negeri Padang
Tahun Anggaran 2000
Surat perjanjian kerja Nomor : 14981K 12/KU/Rutin/2000
Tanggal 1 Mei 2000
UNIVERSITAS NEGEM PADANG
2000
PENGARUH TLVGKAT PENYINARAN SNAR-X TERHADAP
TED LIMNESCENC'E (PSL) DARI FIiVTEiVSITAS PHOTO-STIIMUL,~
, CENTER PADA KRISTAL NaCl
PERSONALIA PENELITLQN
Ketua: Dra. Ratnawulan, MSi
Anggota :Drs. Ahmad Fauzi, MSi
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh tingkat penyinaran
sinar-X terhadap intensitas Photo Stimulated Luminescence (PSL)dari F-center
pada kristal NaCl. F-center diperoleh dengan cara menyinari knstal NaCl dengan
radiasi sinar-X. Alat yang digunakan untuk menstimulasi F-center dari kristal
NaCl adalah laser He-Ne sedangkan untuk mencatat intensitas PSL adalah Lus
meter.
Intensitas PSL yang diperoleh dalam setiap tingkat penyinaran oleh sinar-
X, kemudian untuk memudahkan interpretasi dibuat grafik intensitas PSLterhadap
tingkat penyinaran sinar-X. Untuk melihat kecendrungan garis pada grafik
digunakan kurva fifting least-squares. Dari kurva di analisa tingkat penyinaran
sinar-X terhadap intensitas PSL dan kemudian disimpulkan pada tingkat
penyinaran berapa intensitas PSL maksimum.
Hasil penelitian ini menemukan intensitas relatif dari PSL adalah linear
terhadap tingkat penyinaran 200k-600k.Untuk tingkat penyinaran yang lebih
tinggi ketidaklinearan tidak dapat diabaikan.Tingkat penyinaran dimana intensitas
PSL dari F-center paling besar, belum bisa ditafsirkan, karena perlu dinaikkan
tingkat penyinaran selanjutnya.
PENGANTAR
Kegiatan penelitian merupakan bagian dari darma perguruan tinggi, di samping
pendidikan dan pengabdian kepada masyarakat. Kegiatan penelitian ini harus
dilaksanakan oleh Universitas Negeri Padang yang dikerjakan oleh staf akademikanya
ataupun tenaga fungsional laimya dalam rangka meningkatkan mutu pendidikan, melalui
peningkatan mutu staf akademik, baik sebagai dosen maupun peneliti.
Kegiatan penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalarn ha1
ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen untuk
melakukan penelitian sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari kegiatan mengajarnya,
baik yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari
surnber lain yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait. Oleh karena itu,
peningkatan mutu tenaga akademik peneliti dan hasil penelitiannya dilakukan sesuai
dengan tingkatan serta kewenangan akademik peneliti.
Kami menyambut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai
permasalahan pendidikan, baik yang bersifat interaksi berbagai faktor yang mempengaruhi
praktek kependidikan, penguasaan materi bidang studi, ataupun proses pengajaran dalam
kelas yang salah satunya muncul dalam kajian ini. Hasil penelitian seperti ini jelas
menarnbah wawasan dan pemahaman kita tentang proses pendidikan. Walaupun hasil
penelitian ini mungkin masih menunjukkan beberapa kelemahan, namun kami yakin
hasilnya &pat dipakai sebagai bagian dari upaya peningkatan mutu pendidikan pada
umumnya Kami mengharapkan di masa yang akan datang semakin banyak penelitian
yang hasilnya dapat langsung diterapkan dalam peningkatan dan pengembangan teori dan
praktek kependidikan.
-
H a i l penelitian ini telah ditelaah oleh tim pereviu usul dan laporan penelitian
Lembaga Penelitian Univmitas Negeri Padang, yang dilakukan secara "blind reviewing'.
Kemudian .untuk tujuan diserninasi, hasil penelitian ini telah diseminarkan yang melibatkan
dosenftenaga peneliti Universitas Negeri Padang sesuai dengan fakultas peneliti. Mudahmudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada umumnya, dan
. peningkatari mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.
,
. .
..
.
.
.
-,
: - . Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak
yang membantu terlaksananya penelitian ini, terutarna kepada pimpinan lembaga terkait
yang menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, tim pereviu
Lembaga Penelitian dan dosen senior pada setiap fakultas di lingkun& Universitas
Negeri Padang yang menjadi pembah& utarna dalam seminar peneliian. Secara khusus
kami menyampaikan terima kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah
berkenan memberi bantuan pendanaan bagi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi dan
kejasama yang tejalin selarna ini, penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan
sebagaimana yang diharapkan dan semoga kerjasama yang baik ini akan menjadi lebih
baik lagi di masa yang akan datang.
Terima kasih.
'
'. -
I
,
. ,
\
.
. .. ...
.
. Prof. Drs. Kumaidi, MA., Ph.D.
. ' - NIP 13060523 1
.-
-. -'
DAFTAR IS1
ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
......... .
PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTARISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTA!AGAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.....
DAFTARTABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB I
PENDAHLnUAN
A. Latar Belakang Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C. Pembatasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D. Kegunaan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . .
BAB 11
KGTlAN PUSTAKA
A. Ketidaksempurnaan dalam Kristal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. F-Center dan Faktor yang mempengaruhinya. . . . . . . . . . . . .
BAE3 m
METODOLOG1PErnLITLAN
A.Sampe1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. lnstrumentasi Penelitian.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - . .
C. Teknik Pengumpulan Data . . . . . . . . , . . . , . . . . . . . . . . . . . .
D. Teknik Analisis Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB IV
HASIL PENELITTAN DAN PEMBPLHPcSAN
A. Hasil Penelitian dan Pembahasan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A.Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTAR PUSTAKA
hai .
1
Cacat Frenkel dan cacat Schottky ....................4
Gambar 2
Cacat Ketidakmurnian Kimia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . YE,
Gambar 3
Fembentuk,ul Tingkat Elektronik pada k r i s t - a 1 fJaC1..
Gambar 4
F-Center Menurut Model de Boer ...................... 7
Gaabar 5
Pkkanisme Photo Stimulated Lriinescenc:e.
Gambar 6
Rangkaian Alat Untuk Mengukw I n t e n s i t a s d a r i PSL ...9
Ganlbar 7
Hasil Difraksi Laue k r i s t a l NaC1 ...................12
Gmbar 8
Hasil X-RD k r i s t a l NaC1 ............................13
Gambar 9
Grafik I n t e n s i t a s PSL terhadap Tingkat Penyinaran
Gabc
Sinu-X
..G
........... .S
............................................ 15
ha1 .
Tabel 1.
Hasil Pengarnatan Intensitas FSL ttrhadap
Tingkat Penyinaran sinar-X.......................14
BLABI
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Sebagai persiapan untuk menghadapi abad teknologi yang akan mewarnai
abad ke-21, penemuan dan perancangan detebor-detektor baru dari materialmaterial kristal merupakan salah satu peristiwa yang sangat penting. Dewasa ini
dalam bidang knstallografi tengah dikembangkan sejenis detektor baru yang
dikenal dengan nama pelat bayangan (imaging plate). Detektor tersebut terbuat
dari bahan knstal golongan alkali halida. Keunggulan detektor pelat bayangan
ialah marnpu merekam bayangan pada suhu yang sangat rendah dan dapat
menghasilkan foto tiga dimensi serta dapat ditampilkan di layar komputer.
Beberapa pemanfaatan pelat bayangan antara lain dibidang kedokteran
pelat bayangan digunakan sebagai pengganti film dalam pengambilan foto
Rontgen dirumah sakit (Arnemiya, dkk, 1988). Di bidang struktur bahan, pelat
bayangan digunakan untuk merekam pola-pola difraksi yang dihasilkan pada suhu
yang sangat rendah dimana detektor-detektor yang biasa tidak dapat merekarnnya
(Arnemiya, dkk, 1995). Dari beberapa keunggulan tadi, orang mulai melirik pelat
bayangan sebagai detektor masa depan.
Bahan dasar dari pelat bayangan ialah knstal garam alkali halida yang
dilapisi plastik fleksibel. Bila knstal alkali halida menyerap radiasi sinar-X yang
datang padanya, beberapa ion alkali terionisasi dan elektron-elektron akan
dibebaskan ke pita konduksi. Elektron-elektron tersebut terperangkap pada suatu
lapisan kuasistabel yang disebut F-center yaitu pusat-pusat warna pada knstal
disebabkan
adanya
lowongan-lowongan
(Ashroft,l976).
Karena
proses
luminescensi maka kristal tersebut akan benvama.
Bila kristal yang telah mengalami F-center disinari dengan cahaya tampak
seperti sinar laser He-Ne, maka elektron-elektron yang terperangkap pada Fcenter dibebaskan kembali ke pita konduksi dan kemudian transisi ke pita valensi
menjadi ion-ion alkali sambil memancarkan radiasi yang dinamakan '.pl~oro-
srimzilated luminescence fPSL)". Jika sinar-X yang diserap kristal alkali halida
tersebut merupakan hasil dari foto Rontgen maupun peristiwa difraksi maka
radiasi PSL yang dipancarkan kristal alkali halida akan mengandung seluruh
informasi dari sinar-X hasil dari foto Rontgen maupun dari peristiwa difraksi.
Untuk mengolah informasi yang dibawa oleh PSL ini maka intensitas dari
PSL ini haruslah sebesar mungkin agar mudah dianalisa. Hal ini merupakan
bidang penelitian yang terus dikembangkan dalam dunia kristalografi. Penelitianpenelitian yang telah dilakukan pada umurnnya diarahkan dalam merancang suatu
alat yang bisa memperkuat intensitas PSL yang keluar dari knstal alkali halida.
Adakalanya alat yang dihasilkan tersebut pemasangannya lebih rumit dari pada
desain dari pelat bayangan itu sendiri. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan
dicoba alternatif lain untuk meningkatkan intensitas PSL dari kristal alkali halida
yaitu dengan mencoba mengatur tingkat penyinaran dengan sinar-X sewaktu
membuat F-centers pada knstal alkali halida. Sebagai sarnpel dari kristal alkali
halida digunakan kristal NaCl (Natrium Clorida).
B. Rumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh tingkat penyinaran sinar-X terhadap intensitas PSL dari
F-center pada kristal NaCI.
2. Pada tingkat penyinaran berapakah diperoleh intensitas PSL dari F-center
paling besar.
C. Pembatasan Masalah
1 . Kristal NaCl dapat dibedakan atas kristal tunggal dan kristal Powder (bubuk).
Dalam penelitian ini dibatasi pada 'kristal tunggal.
2. Tingkat penyinaran sinar-X dibatasi pada jumlah foton sinar-X yang masuk ke
kristal NaCl persatuan luas.
D. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui pengaruh tingkat penyinaran sinar-X terhadap intensitas PSL dari
F-center pada kristal NaCI.
2. Mengetahui pada tingkat penyinaran berapa intensitas PSL dari F-center
paling besar.
E. Kegunaan Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan beragma antara lain :
1. Memberikan sumbangan pemikiran dalam kemajuan ilmu dan teknologi
khususnya dalarn bidang fotografi dan kristalografi.
2. Menggalakkan peneli tian-penelitian murni dalarn bidang fisika
3. Sebagai altematif bagi model pengembangan sliripsi mahasiswa jurusan Fisika
UNP khusuny a di bidang non-kependidkan.
BAB I1
U . J L A N PUSTAKA
A. Ketidaksempurnaan dalam Kristal
Dalam keadaan sesungguhnya tidak ada knstal dengan struktur sempurna,
didalam lmstal akan ditemukan tempat-tempat dimana tejadi diskontiniutas
didalam keberkalaan strukturnya. salah satu diskontiniutas adalah lowonganlowongan yang sebetulnya diisi dengan atom-atom yang membentuk kisi-kisi
knstal tersebut. Lowongan-lowongan semacam ini dalam kristal alkali halida
menimbulkan adanya tingkat-tingkat energi elektronik yang dapat diamati sebagai
s p e h ~ u mabsorbsi.
Kristal-kristal alkali halida memperlrhatkan konduktivitas elektrolit pada
suhu tinggi, ha1 ini ternyata juga dijumpai dalam kristal-kristal polar lainnya.
Frenkel adalah orang yang pertama mengemukakan bahwa konduktivitas dapat
terjadi bila ada gerak muatan ketidaksempurnaan dalam kristal yang sempurna
(Ashrofi, 1976). Bila kation dan anion karena suatu proses seperti penyinaran,
berpindah dari letak mereka yang biasa dalam kisi keposisi sisipan, maka
tejadilah lowongan dalam kisi. Ketidak sempurnaan yang terjadi dikenal sebagai
cacat Frenkel.
Lowongan dapat juga terbentuk secara lain dimana baik kation maupun
anion pindah dari posisinya di dalam kristal kesuatu posisi pada lapisan baru pada
permukaan knstal. kation dan anion tersebut membentuk lapisan baru pada
permukaan kristal. Ketidaksempurnaan yang terjadi seperti ini dikenal sebagai
cacat Schottky. Kedua cacat kristal diatas dapat dilihat pada Gambar 1.
Lowongan ion-ion dapat pula tejadi karena adanya ketidakmurnian kimia.
Contoh dari ha1 ini dapat ditunjukkan dalam Gambar 2,dimana tergambar suatu
kristal polar berdimensi dua, dengan ion-ion yang monoataom
Gambar 2. Cacat ketidakrnurnian kimia
Beberapa kation diganti secara sebarang oleh ion ketidakrnurnian positif
yang divalen. Dengan mensubstitusikan kation divalen untuk ion monovalen maka
terjadilah muatan yang berlebih didalam kristal. Dengan jumlah muatan listrik
tetap netral, maka ion-ion negatif yang berlebihan berkombinasi secara sisipan.
Kenetralan muatan listrilc total dapat juga dicapai bila lowongan-lowongan ion
positif terbentuk pada kisi.
Pada knstal terdapat beberapa macam cacat kisi seperti lowongan dan
sisipan. Cacat-cacat kisi ini merubah distribusi muatan listrik dan karena itu juga
tingkat-tingkat elektronik disekitar cacat tersebut. Sebagai contoh yang sederhana
dapat diambil lowongan ion positif (Na+) pada kisi kristal NaC1. Elektronelektron 3p dari ion yang letaknya berdekatan dengan lowongan-lowongan
tersebut tidak terikat kuat sebagaimana biasanya, karena sekarang lowongan ion
positif bertindak sebagai
"
muatan"
yang negatif karena itu elektron-elektron
tersebut lebih mudah terionisasi atau tereksitasi dibandingkan dengan elektronelektron 3p dari ion CI- yang normal, yaitu yang tidak berdekatan dengan suatu
lowongan. Dalam suatu skema pita energi electron terluar dari ion-ion C1- y a y
tidak normal terletak sedikit diatas batas atas pita valensi. Tingkat-tingkat ini
ditandai dengan garis-garis pendek, yang berarti itu hanya merupakan "localized
state". Disetiap lowongan ion positif ada enarn garis seperti itu, karena ada enam
ion Cl- yang mengelilingi setiap lowongan. Keadaan disekeliling ion C1- dapat
+ tidak
diterangkan dengan cara yang sama. Elektron terluar dari ion ~ a yang
normal terletak sedikit dibawah dari batas bawah pita konduksi (Gambar 3).
-
4-
-
4-
-
.
C
-
f
'a
P i t a kon u!rsi
+
-
f
4-
-
C
.-
-
+
-
C
+
-
C
..
f
-
.-
i
-
-
4-
A
B
A
F
- B U B E
.
I
(a>
Pita valemi
.
.-.,'
\,
-.,
,
(b)
Gambar 3. Pembentukan Tingkat Elektronik pada kristal NaCl
B. F-center dan Faktor yang Mempengaruhi
F-center adalah pusat warna yang sederhana. Model F-center yang sesuai
dengan pengamatan gejala fisis yang sudah diketahui dapat dilihat dalam Gambar
4. Model ini diusulkan oleh de Boer (Kittel, 1996). Dalam model ini gejala-gejala
fisis tersebut dihubungkan dengan elektron yang terikat pada lowongan yang
mempunyai muatan efektif yang positif. Elektron dari atom alkali yang tidak
terikat pada atom mengalami migrasi dalam kristal dan terperangkap pada
lowongan tempat ion negatif.
Gambar 4. F-center menurut Model de Boer
Pita absorbsi kristal alkali halida tanpa cacat terletak pada daerah ultra
violet. Kebanyakan h s t a l alkali halida tidak berwarna. Apabila ada cacat kisi
dalam kristal tersebut, tejadilah localized energy state yang baru, seperti
umpamanya pada F-center. Pita absorbsi dari F-center tejadi karena transisi
elektron F-center ketingkat eksitasi yang terletak dibawah pita konduksi.
F-center dapat diperoleh dengan beberapa cara, salah satunya adalah
pendedahan pada radiasi mengion. Radiasi mengion merupakan sumber yang
dapat mengenerasikan elektron dan hole bebas didalam kristal. Radiasi mengion
berbentuk foton mempunyai energi sekitar 10 eV, sinar-X lunak disekitar 10 KeV
sampai dengan 60 KeV dan sinar gamma mempunyai energi disekitar 1,25 MeV.
Surnber sinar-X mempunyai spektrum energi yang lebar, koefisien
absorbsi foton sangat tergantung pada energi foton tersebut. Tumbukan yang
tejadi secara langsung dapat menyisipkan ion dari tempatnya semula. Lowongan
inilah yang dapat berintegrasi dengan eksiton seperti yang dijelaskan sebelumnya.
Kristal alkali halida yang mempunyai F-center yang didapat dengan cara ini akan
benvarna tergantung dari jenis kristalnya. Warna yang tejadi pada kristal
disebabkan oleh proses luminesensi. Warna adalah sebanding dengan jumlah
lowongan yang ditimbulkan oleh sinar-X, dari warna dapat diamati bahwa
intensitas berkurang secara eksponensial terhadap jarak dari permukaan kristal.
Jadi dapat disimpulkan bahwa jumlah lowongan yang tejadi merupakan fungsi
eksponensial dari jarak terhadap pennukaan kristal. Pendedahan kristal alkali
halida terhadap radiasi mengion menghasilkan lebih dari satu pusat wama.
Ketika kristal alkali menyerap energi sinar-X, maka kristal dapat
menyimpan fraksi energi dalam bentuk pusat-pusat warna. Bila kemudian kristal
disinari dengan cahaya tampak, maka akan dipancarkan radiasi yang dikenal
sebagai "photo-stimulatied luminescence (PSL)".
Mekanisme dari PSL dapat diterangkan dengan bantuan diagram tingkat
energi yang diperlihatkan pada Gambar 5.
C
Pompa
i
-Kristal
Pusat Lurninesensi
Gambar 5. Mekanisme photostimulatied luminescence (PSL)
(Kuroiwa,dkk, 1995)
Ketika pelat bayangan menyerap radiasi sinar-X yang datang padanya, beberapa
dari ion pindah dari letak kisi periodik dan elektron-elektron yang dibebaskan ke
pita konduksi terperangkap pada lapisan kuasistabel dari F-centers (sejenis pusat
wama) yang disebabkan kekosongan ion-ion tadi . Dengan melakukan penyinaran
dengan cahaya tampak (sinar laser He-Ne), elektron-elektron yang terperangkap
pada F-centers dibebaskan dari pita konduksi dan kemudian tereksitasi kepita
valensi sambil memancarkan radiasi PSL. Radiasi PSL ini dipancarkan sebagai
sebagai konsekuensi dari transisi elektron dari pita konduksi ke pita valensi.
Bayangan sisa (residual) dapat dihapus dengan cara menyinari ulang pelat
bayangan dengan cahaya tampak dosis besar.
BAB ILI
METODE PENELITL48
A. Sampel
Sampel yang digunakan pada penelitian ini ialah kristal tunggal NaCl
(Natrium Clorida) benvarna bening. Ukuran kristal adalah 25x4 mm dan dipesan
di Belanda.
B. Instrumentasi Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1. Unit sinar-X yang terdiri dari:
a). Pesawat sinar-X
b). Transformator
2. Unit laser He-Ne 0,5 mW
3. Power Supplay
4. Lux meter
5. Jangka Sorong
Alat yang dipakai mengukur intensitas PSL adalah hasil gabungan antara
Power Suplay, Unit laser He-Ne dengan luxrneter seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 6
PLN
~ristal
-
Power
supply
-
Laser He Ne
-
Garnbar 6. Rangkaian alat untuk mengukur Intensitas dari PSL
Laser He-Ne dihubungkan dengan Power-Supplay untuk mendapatkan
penyinaran yang stabil. Kemudian sinar-laser yang merupakan cahaya tampak
ditembakkan pada kristal NaCl yang telah disinari dengan sinar-X. Akibatnya
kristal akan memancarkan radiasi PSL yang intensitasnya diukur dengan bantuan
Lux meter
C. Teknik Pengumpulan Data
Adapun langkah-langkah dalam pengumpulan data penelitian adalah
sebagai berikut :
1. Mencek Kristal NaCl apakah kristal tunggal atau bukan dengan
menggunakan Difraksi Laue. Tni perlu dilakukan untuk memilih teknik
pengambilan data selanjutnya, karena untuk kedua jenis knstal (tunggal
atau powder) akan berbeda teknik pengambilan datanya.
2. Membuat F-center pada kristal NaCl. Dalam penelitian ini, F-centers
didapat dengan meradiasikan kristal tunggal NaCl dengan sinar-X yang
tersedia dilaboratorium Fisika UNP Padang. Untuk menjamin agar
tegangan pada unit sinar-X berharga stabil maka digunakan transformator
yang langsung dihubungkan ketegangan PLN. Untuk mendapatkan
ketebalan rata-rata dan luas permukaan dari kristal tunggal NaCl
digunakan micrometer sekrup dengan ketelitian 0,05 mm. Sesuai dengan
tujuan penelitian yang menyelidiki pengaruh tingkat penyinaran sinar-X
terhadap intensitas PSL yang dipancarkan oleh kristal alkali halida, maka
penyinaran dengan sinar-X diatur sesuai dengan tingkat penyinaran yang
diingini. Untuk dapat menghasilkan F-center kita harus tahu dahulu berapa
intensitas minimum sinar-X yang dapat membuat cacat knstal dengan cara
menyinari kristal dengan sinar-X sampai dapat diamati intensitas puncak
hamburan
3. Pengukuran Intensitas PSL dari kristal alkali halida. Kristal alkali halida
yang sudah terbentuk F-centers didalamnya (ditandai dengan terjadinya
pewarnaan kristal tsb), bila kemudian disinari dengan cahaya tampak
Laser He-Ne, maka akan dipancarkan radiasi yang dikenal sebagai "photostimulatied luminescence (PSL)". Intensitas PSL ini diukur dengan
bantuan Lux meter.
r-
'
I.
Ti.'
!
1'.
i
[ !
I
'
..
.,-
L..:.. -
-
4. Penghapusan kembali F-centers yang ada didalam kristal alkali halida
dengan cara menqinari kristal tersebut dengan cahaya tampak dosis tinggi
dan knstal NaCl bisa dipergunakan kembali.
5. Mengulangi langkah (2) yaitu pembuatan F-centers dengan meningkatkan
taraf penyinaran dengan sinar-X kemudian disinari dengan cahaya tampak
laser He-Ne dan mengukur intensitas PSL yang dipancarkan knstal alkali
halida.
6. Mengulangi langkah (4) dan ( 5 ) , sampai 5 kali sehingga didapatkan taraf
penyinaran
dengan sinar-X dan men,oukur
intensitas PSL yang
dipancarkan setelah disinari dengan cahaya tampak.
D. Teknik Analisis Data
Intensitas PSL yang diperoleh dalam setiap tingkat penyinaran oleh sinar-
X, kemudian supaya mudah diinterpretasi data-data ditabelkan. Kemudian
berdasarkan tabel dibuat grafik intensitas PSLterhadap tingkat penyinaran sinar-
X. Untuk melihat kecendrungan garis pada grafik digunakan kurva fifting leastsquares. Dari kurva di analisa tingkat penyinaran sinar-X terhadap intensitas PSL
dan kemudian dicari pada tingkat penyinaran berapa intensitas PSL maksimum.
I. IFssil y:mg ciidnp3tl
PENGARUH TINGKAT PENYINARAN SINAR-X TERHADAP
INTENSITAS PHOTO-STIMULATED LUMINESCENCE (PSL)
DARI F-CENTER PADA KRTSTAL NaCI
Oleh :
LF$lrlK!.SI
.-
Dra. Ratnawulan, MSi
( K e c a Tim Peneliti)
Penelitian ini dibiayai oleh :
Dana Rutin Universitas Negeri Padang
Tahun Anggaran 2000
Surat perjanjian kerja Nomor : 14981K 12/KU/Rutin/2000
Tanggal 1 Mei 2000
UNIVERSITAS NEGEM PADANG
2000
PENGARUH TLVGKAT PENYINARAN SNAR-X TERHADAP
TED LIMNESCENC'E (PSL) DARI FIiVTEiVSITAS PHOTO-STIIMUL,~
, CENTER PADA KRISTAL NaCl
PERSONALIA PENELITLQN
Ketua: Dra. Ratnawulan, MSi
Anggota :Drs. Ahmad Fauzi, MSi
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh tingkat penyinaran
sinar-X terhadap intensitas Photo Stimulated Luminescence (PSL)dari F-center
pada kristal NaCl. F-center diperoleh dengan cara menyinari knstal NaCl dengan
radiasi sinar-X. Alat yang digunakan untuk menstimulasi F-center dari kristal
NaCl adalah laser He-Ne sedangkan untuk mencatat intensitas PSL adalah Lus
meter.
Intensitas PSL yang diperoleh dalam setiap tingkat penyinaran oleh sinar-
X, kemudian untuk memudahkan interpretasi dibuat grafik intensitas PSLterhadap
tingkat penyinaran sinar-X. Untuk melihat kecendrungan garis pada grafik
digunakan kurva fifting least-squares. Dari kurva di analisa tingkat penyinaran
sinar-X terhadap intensitas PSL dan kemudian disimpulkan pada tingkat
penyinaran berapa intensitas PSL maksimum.
Hasil penelitian ini menemukan intensitas relatif dari PSL adalah linear
terhadap tingkat penyinaran 200k-600k.Untuk tingkat penyinaran yang lebih
tinggi ketidaklinearan tidak dapat diabaikan.Tingkat penyinaran dimana intensitas
PSL dari F-center paling besar, belum bisa ditafsirkan, karena perlu dinaikkan
tingkat penyinaran selanjutnya.
PENGANTAR
Kegiatan penelitian merupakan bagian dari darma perguruan tinggi, di samping
pendidikan dan pengabdian kepada masyarakat. Kegiatan penelitian ini harus
dilaksanakan oleh Universitas Negeri Padang yang dikerjakan oleh staf akademikanya
ataupun tenaga fungsional laimya dalam rangka meningkatkan mutu pendidikan, melalui
peningkatan mutu staf akademik, baik sebagai dosen maupun peneliti.
Kegiatan penelitian mendukung pengembangan ilmu serta terapannya. Dalarn ha1
ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen untuk
melakukan penelitian sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari kegiatan mengajarnya,
baik yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang maupun dana dari
surnber lain yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait. Oleh karena itu,
peningkatan mutu tenaga akademik peneliti dan hasil penelitiannya dilakukan sesuai
dengan tingkatan serta kewenangan akademik peneliti.
Kami menyambut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai
permasalahan pendidikan, baik yang bersifat interaksi berbagai faktor yang mempengaruhi
praktek kependidikan, penguasaan materi bidang studi, ataupun proses pengajaran dalam
kelas yang salah satunya muncul dalam kajian ini. Hasil penelitian seperti ini jelas
menarnbah wawasan dan pemahaman kita tentang proses pendidikan. Walaupun hasil
penelitian ini mungkin masih menunjukkan beberapa kelemahan, namun kami yakin
hasilnya &pat dipakai sebagai bagian dari upaya peningkatan mutu pendidikan pada
umumnya Kami mengharapkan di masa yang akan datang semakin banyak penelitian
yang hasilnya dapat langsung diterapkan dalam peningkatan dan pengembangan teori dan
praktek kependidikan.
-
H a i l penelitian ini telah ditelaah oleh tim pereviu usul dan laporan penelitian
Lembaga Penelitian Univmitas Negeri Padang, yang dilakukan secara "blind reviewing'.
Kemudian .untuk tujuan diserninasi, hasil penelitian ini telah diseminarkan yang melibatkan
dosenftenaga peneliti Universitas Negeri Padang sesuai dengan fakultas peneliti. Mudahmudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada umumnya, dan
. peningkatari mutu staf akademik Universitas Negeri Padang.
,
. .
..
.
.
.
-,
: - . Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak
yang membantu terlaksananya penelitian ini, terutarna kepada pimpinan lembaga terkait
yang menjadi objek penelitian, responden yang menjadi sampel penelitian, tim pereviu
Lembaga Penelitian dan dosen senior pada setiap fakultas di lingkun& Universitas
Negeri Padang yang menjadi pembah& utarna dalam seminar peneliian. Secara khusus
kami menyampaikan terima kasih kepada Rektor Universitas Negeri Padang yang telah
berkenan memberi bantuan pendanaan bagi penelitian ini. Kami yakin tanpa dedikasi dan
kejasama yang tejalin selarna ini, penelitian ini tidak akan dapat diselesaikan
sebagaimana yang diharapkan dan semoga kerjasama yang baik ini akan menjadi lebih
baik lagi di masa yang akan datang.
Terima kasih.
'
'. -
I
,
. ,
\
.
. .. ...
.
. Prof. Drs. Kumaidi, MA., Ph.D.
. ' - NIP 13060523 1
.-
-. -'
DAFTAR IS1
ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
......... .
PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTARISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTA!AGAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.....
DAFTARTABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB I
PENDAHLnUAN
A. Latar Belakang Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C. Pembatasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D. Kegunaan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . .
BAB 11
KGTlAN PUSTAKA
A. Ketidaksempurnaan dalam Kristal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. F-Center dan Faktor yang mempengaruhinya. . . . . . . . . . . . .
BAE3 m
METODOLOG1PErnLITLAN
A.Sampe1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. lnstrumentasi Penelitian.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - . .
C. Teknik Pengumpulan Data . . . . . . . . , . . . , . . . . . . . . . . . . . .
D. Teknik Analisis Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB IV
HASIL PENELITTAN DAN PEMBPLHPcSAN
A. Hasil Penelitian dan Pembahasan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A.Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B.Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTAR PUSTAKA
hai .
1
Cacat Frenkel dan cacat Schottky ....................4
Gambar 2
Cacat Ketidakmurnian Kimia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . YE,
Gambar 3
Fembentuk,ul Tingkat Elektronik pada k r i s t - a 1 fJaC1..
Gambar 4
F-Center Menurut Model de Boer ...................... 7
Gaabar 5
Pkkanisme Photo Stimulated Lriinescenc:e.
Gambar 6
Rangkaian Alat Untuk Mengukw I n t e n s i t a s d a r i PSL ...9
Ganlbar 7
Hasil Difraksi Laue k r i s t a l NaC1 ...................12
Gmbar 8
Hasil X-RD k r i s t a l NaC1 ............................13
Gambar 9
Grafik I n t e n s i t a s PSL terhadap Tingkat Penyinaran
Gabc
Sinu-X
..G
........... .S
............................................ 15
ha1 .
Tabel 1.
Hasil Pengarnatan Intensitas FSL ttrhadap
Tingkat Penyinaran sinar-X.......................14
BLABI
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Sebagai persiapan untuk menghadapi abad teknologi yang akan mewarnai
abad ke-21, penemuan dan perancangan detebor-detektor baru dari materialmaterial kristal merupakan salah satu peristiwa yang sangat penting. Dewasa ini
dalam bidang knstallografi tengah dikembangkan sejenis detektor baru yang
dikenal dengan nama pelat bayangan (imaging plate). Detektor tersebut terbuat
dari bahan knstal golongan alkali halida. Keunggulan detektor pelat bayangan
ialah marnpu merekam bayangan pada suhu yang sangat rendah dan dapat
menghasilkan foto tiga dimensi serta dapat ditampilkan di layar komputer.
Beberapa pemanfaatan pelat bayangan antara lain dibidang kedokteran
pelat bayangan digunakan sebagai pengganti film dalam pengambilan foto
Rontgen dirumah sakit (Arnemiya, dkk, 1988). Di bidang struktur bahan, pelat
bayangan digunakan untuk merekam pola-pola difraksi yang dihasilkan pada suhu
yang sangat rendah dimana detektor-detektor yang biasa tidak dapat merekarnnya
(Arnemiya, dkk, 1995). Dari beberapa keunggulan tadi, orang mulai melirik pelat
bayangan sebagai detektor masa depan.
Bahan dasar dari pelat bayangan ialah knstal garam alkali halida yang
dilapisi plastik fleksibel. Bila knstal alkali halida menyerap radiasi sinar-X yang
datang padanya, beberapa ion alkali terionisasi dan elektron-elektron akan
dibebaskan ke pita konduksi. Elektron-elektron tersebut terperangkap pada suatu
lapisan kuasistabel yang disebut F-center yaitu pusat-pusat warna pada knstal
disebabkan
adanya
lowongan-lowongan
(Ashroft,l976).
Karena
proses
luminescensi maka kristal tersebut akan benvama.
Bila kristal yang telah mengalami F-center disinari dengan cahaya tampak
seperti sinar laser He-Ne, maka elektron-elektron yang terperangkap pada Fcenter dibebaskan kembali ke pita konduksi dan kemudian transisi ke pita valensi
menjadi ion-ion alkali sambil memancarkan radiasi yang dinamakan '.pl~oro-
srimzilated luminescence fPSL)". Jika sinar-X yang diserap kristal alkali halida
tersebut merupakan hasil dari foto Rontgen maupun peristiwa difraksi maka
radiasi PSL yang dipancarkan kristal alkali halida akan mengandung seluruh
informasi dari sinar-X hasil dari foto Rontgen maupun dari peristiwa difraksi.
Untuk mengolah informasi yang dibawa oleh PSL ini maka intensitas dari
PSL ini haruslah sebesar mungkin agar mudah dianalisa. Hal ini merupakan
bidang penelitian yang terus dikembangkan dalam dunia kristalografi. Penelitianpenelitian yang telah dilakukan pada umurnnya diarahkan dalam merancang suatu
alat yang bisa memperkuat intensitas PSL yang keluar dari knstal alkali halida.
Adakalanya alat yang dihasilkan tersebut pemasangannya lebih rumit dari pada
desain dari pelat bayangan itu sendiri. Oleh karena itu dalam penelitian ini akan
dicoba alternatif lain untuk meningkatkan intensitas PSL dari kristal alkali halida
yaitu dengan mencoba mengatur tingkat penyinaran dengan sinar-X sewaktu
membuat F-centers pada knstal alkali halida. Sebagai sarnpel dari kristal alkali
halida digunakan kristal NaCl (Natrium Clorida).
B. Rumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh tingkat penyinaran sinar-X terhadap intensitas PSL dari
F-center pada kristal NaCI.
2. Pada tingkat penyinaran berapakah diperoleh intensitas PSL dari F-center
paling besar.
C. Pembatasan Masalah
1 . Kristal NaCl dapat dibedakan atas kristal tunggal dan kristal Powder (bubuk).
Dalam penelitian ini dibatasi pada 'kristal tunggal.
2. Tingkat penyinaran sinar-X dibatasi pada jumlah foton sinar-X yang masuk ke
kristal NaCl persatuan luas.
D. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui pengaruh tingkat penyinaran sinar-X terhadap intensitas PSL dari
F-center pada kristal NaCI.
2. Mengetahui pada tingkat penyinaran berapa intensitas PSL dari F-center
paling besar.
E. Kegunaan Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan beragma antara lain :
1. Memberikan sumbangan pemikiran dalam kemajuan ilmu dan teknologi
khususnya dalarn bidang fotografi dan kristalografi.
2. Menggalakkan peneli tian-penelitian murni dalarn bidang fisika
3. Sebagai altematif bagi model pengembangan sliripsi mahasiswa jurusan Fisika
UNP khusuny a di bidang non-kependidkan.
BAB I1
U . J L A N PUSTAKA
A. Ketidaksempurnaan dalam Kristal
Dalam keadaan sesungguhnya tidak ada knstal dengan struktur sempurna,
didalam lmstal akan ditemukan tempat-tempat dimana tejadi diskontiniutas
didalam keberkalaan strukturnya. salah satu diskontiniutas adalah lowonganlowongan yang sebetulnya diisi dengan atom-atom yang membentuk kisi-kisi
knstal tersebut. Lowongan-lowongan semacam ini dalam kristal alkali halida
menimbulkan adanya tingkat-tingkat energi elektronik yang dapat diamati sebagai
s p e h ~ u mabsorbsi.
Kristal-kristal alkali halida memperlrhatkan konduktivitas elektrolit pada
suhu tinggi, ha1 ini ternyata juga dijumpai dalam kristal-kristal polar lainnya.
Frenkel adalah orang yang pertama mengemukakan bahwa konduktivitas dapat
terjadi bila ada gerak muatan ketidaksempurnaan dalam kristal yang sempurna
(Ashrofi, 1976). Bila kation dan anion karena suatu proses seperti penyinaran,
berpindah dari letak mereka yang biasa dalam kisi keposisi sisipan, maka
tejadilah lowongan dalam kisi. Ketidak sempurnaan yang terjadi dikenal sebagai
cacat Frenkel.
Lowongan dapat juga terbentuk secara lain dimana baik kation maupun
anion pindah dari posisinya di dalam kristal kesuatu posisi pada lapisan baru pada
permukaan knstal. kation dan anion tersebut membentuk lapisan baru pada
permukaan kristal. Ketidaksempurnaan yang terjadi seperti ini dikenal sebagai
cacat Schottky. Kedua cacat kristal diatas dapat dilihat pada Gambar 1.
Lowongan ion-ion dapat pula tejadi karena adanya ketidakmurnian kimia.
Contoh dari ha1 ini dapat ditunjukkan dalam Gambar 2,dimana tergambar suatu
kristal polar berdimensi dua, dengan ion-ion yang monoataom
Gambar 2. Cacat ketidakrnurnian kimia
Beberapa kation diganti secara sebarang oleh ion ketidakrnurnian positif
yang divalen. Dengan mensubstitusikan kation divalen untuk ion monovalen maka
terjadilah muatan yang berlebih didalam kristal. Dengan jumlah muatan listrik
tetap netral, maka ion-ion negatif yang berlebihan berkombinasi secara sisipan.
Kenetralan muatan listrilc total dapat juga dicapai bila lowongan-lowongan ion
positif terbentuk pada kisi.
Pada knstal terdapat beberapa macam cacat kisi seperti lowongan dan
sisipan. Cacat-cacat kisi ini merubah distribusi muatan listrik dan karena itu juga
tingkat-tingkat elektronik disekitar cacat tersebut. Sebagai contoh yang sederhana
dapat diambil lowongan ion positif (Na+) pada kisi kristal NaC1. Elektronelektron 3p dari ion yang letaknya berdekatan dengan lowongan-lowongan
tersebut tidak terikat kuat sebagaimana biasanya, karena sekarang lowongan ion
positif bertindak sebagai
"
muatan"
yang negatif karena itu elektron-elektron
tersebut lebih mudah terionisasi atau tereksitasi dibandingkan dengan elektronelektron 3p dari ion CI- yang normal, yaitu yang tidak berdekatan dengan suatu
lowongan. Dalam suatu skema pita energi electron terluar dari ion-ion C1- y a y
tidak normal terletak sedikit diatas batas atas pita valensi. Tingkat-tingkat ini
ditandai dengan garis-garis pendek, yang berarti itu hanya merupakan "localized
state". Disetiap lowongan ion positif ada enarn garis seperti itu, karena ada enam
ion Cl- yang mengelilingi setiap lowongan. Keadaan disekeliling ion C1- dapat
+ tidak
diterangkan dengan cara yang sama. Elektron terluar dari ion ~ a yang
normal terletak sedikit dibawah dari batas bawah pita konduksi (Gambar 3).
-
4-
-
4-
-
.
C
-
f
'a
P i t a kon u!rsi
+
-
f
4-
-
C
.-
-
+
-
C
+
-
C
..
f
-
.-
i
-
-
4-
A
B
A
F
- B U B E
.
I
(a>
Pita valemi
.
.-.,'
\,
-.,
,
(b)
Gambar 3. Pembentukan Tingkat Elektronik pada kristal NaCl
B. F-center dan Faktor yang Mempengaruhi
F-center adalah pusat warna yang sederhana. Model F-center yang sesuai
dengan pengamatan gejala fisis yang sudah diketahui dapat dilihat dalam Gambar
4. Model ini diusulkan oleh de Boer (Kittel, 1996). Dalam model ini gejala-gejala
fisis tersebut dihubungkan dengan elektron yang terikat pada lowongan yang
mempunyai muatan efektif yang positif. Elektron dari atom alkali yang tidak
terikat pada atom mengalami migrasi dalam kristal dan terperangkap pada
lowongan tempat ion negatif.
Gambar 4. F-center menurut Model de Boer
Pita absorbsi kristal alkali halida tanpa cacat terletak pada daerah ultra
violet. Kebanyakan h s t a l alkali halida tidak berwarna. Apabila ada cacat kisi
dalam kristal tersebut, tejadilah localized energy state yang baru, seperti
umpamanya pada F-center. Pita absorbsi dari F-center tejadi karena transisi
elektron F-center ketingkat eksitasi yang terletak dibawah pita konduksi.
F-center dapat diperoleh dengan beberapa cara, salah satunya adalah
pendedahan pada radiasi mengion. Radiasi mengion merupakan sumber yang
dapat mengenerasikan elektron dan hole bebas didalam kristal. Radiasi mengion
berbentuk foton mempunyai energi sekitar 10 eV, sinar-X lunak disekitar 10 KeV
sampai dengan 60 KeV dan sinar gamma mempunyai energi disekitar 1,25 MeV.
Surnber sinar-X mempunyai spektrum energi yang lebar, koefisien
absorbsi foton sangat tergantung pada energi foton tersebut. Tumbukan yang
tejadi secara langsung dapat menyisipkan ion dari tempatnya semula. Lowongan
inilah yang dapat berintegrasi dengan eksiton seperti yang dijelaskan sebelumnya.
Kristal alkali halida yang mempunyai F-center yang didapat dengan cara ini akan
benvarna tergantung dari jenis kristalnya. Warna yang tejadi pada kristal
disebabkan oleh proses luminesensi. Warna adalah sebanding dengan jumlah
lowongan yang ditimbulkan oleh sinar-X, dari warna dapat diamati bahwa
intensitas berkurang secara eksponensial terhadap jarak dari permukaan kristal.
Jadi dapat disimpulkan bahwa jumlah lowongan yang tejadi merupakan fungsi
eksponensial dari jarak terhadap pennukaan kristal. Pendedahan kristal alkali
halida terhadap radiasi mengion menghasilkan lebih dari satu pusat wama.
Ketika kristal alkali menyerap energi sinar-X, maka kristal dapat
menyimpan fraksi energi dalam bentuk pusat-pusat warna. Bila kemudian kristal
disinari dengan cahaya tampak, maka akan dipancarkan radiasi yang dikenal
sebagai "photo-stimulatied luminescence (PSL)".
Mekanisme dari PSL dapat diterangkan dengan bantuan diagram tingkat
energi yang diperlihatkan pada Gambar 5.
C
Pompa
i
-Kristal
Pusat Lurninesensi
Gambar 5. Mekanisme photostimulatied luminescence (PSL)
(Kuroiwa,dkk, 1995)
Ketika pelat bayangan menyerap radiasi sinar-X yang datang padanya, beberapa
dari ion pindah dari letak kisi periodik dan elektron-elektron yang dibebaskan ke
pita konduksi terperangkap pada lapisan kuasistabel dari F-centers (sejenis pusat
wama) yang disebabkan kekosongan ion-ion tadi . Dengan melakukan penyinaran
dengan cahaya tampak (sinar laser He-Ne), elektron-elektron yang terperangkap
pada F-centers dibebaskan dari pita konduksi dan kemudian tereksitasi kepita
valensi sambil memancarkan radiasi PSL. Radiasi PSL ini dipancarkan sebagai
sebagai konsekuensi dari transisi elektron dari pita konduksi ke pita valensi.
Bayangan sisa (residual) dapat dihapus dengan cara menyinari ulang pelat
bayangan dengan cahaya tampak dosis besar.
BAB ILI
METODE PENELITL48
A. Sampel
Sampel yang digunakan pada penelitian ini ialah kristal tunggal NaCl
(Natrium Clorida) benvarna bening. Ukuran kristal adalah 25x4 mm dan dipesan
di Belanda.
B. Instrumentasi Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1. Unit sinar-X yang terdiri dari:
a). Pesawat sinar-X
b). Transformator
2. Unit laser He-Ne 0,5 mW
3. Power Supplay
4. Lux meter
5. Jangka Sorong
Alat yang dipakai mengukur intensitas PSL adalah hasil gabungan antara
Power Suplay, Unit laser He-Ne dengan luxrneter seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 6
PLN
~ristal
-
Power
supply
-
Laser He Ne
-
Garnbar 6. Rangkaian alat untuk mengukur Intensitas dari PSL
Laser He-Ne dihubungkan dengan Power-Supplay untuk mendapatkan
penyinaran yang stabil. Kemudian sinar-laser yang merupakan cahaya tampak
ditembakkan pada kristal NaCl yang telah disinari dengan sinar-X. Akibatnya
kristal akan memancarkan radiasi PSL yang intensitasnya diukur dengan bantuan
Lux meter
C. Teknik Pengumpulan Data
Adapun langkah-langkah dalam pengumpulan data penelitian adalah
sebagai berikut :
1. Mencek Kristal NaCl apakah kristal tunggal atau bukan dengan
menggunakan Difraksi Laue. Tni perlu dilakukan untuk memilih teknik
pengambilan data selanjutnya, karena untuk kedua jenis knstal (tunggal
atau powder) akan berbeda teknik pengambilan datanya.
2. Membuat F-center pada kristal NaCl. Dalam penelitian ini, F-centers
didapat dengan meradiasikan kristal tunggal NaCl dengan sinar-X yang
tersedia dilaboratorium Fisika UNP Padang. Untuk menjamin agar
tegangan pada unit sinar-X berharga stabil maka digunakan transformator
yang langsung dihubungkan ketegangan PLN. Untuk mendapatkan
ketebalan rata-rata dan luas permukaan dari kristal tunggal NaCl
digunakan micrometer sekrup dengan ketelitian 0,05 mm. Sesuai dengan
tujuan penelitian yang menyelidiki pengaruh tingkat penyinaran sinar-X
terhadap intensitas PSL yang dipancarkan oleh kristal alkali halida, maka
penyinaran dengan sinar-X diatur sesuai dengan tingkat penyinaran yang
diingini. Untuk dapat menghasilkan F-center kita harus tahu dahulu berapa
intensitas minimum sinar-X yang dapat membuat cacat knstal dengan cara
menyinari kristal dengan sinar-X sampai dapat diamati intensitas puncak
hamburan
3. Pengukuran Intensitas PSL dari kristal alkali halida. Kristal alkali halida
yang sudah terbentuk F-centers didalamnya (ditandai dengan terjadinya
pewarnaan kristal tsb), bila kemudian disinari dengan cahaya tampak
Laser He-Ne, maka akan dipancarkan radiasi yang dikenal sebagai "photostimulatied luminescence (PSL)". Intensitas PSL ini diukur dengan
bantuan Lux meter.
r-
'
I.
Ti.'
!
1'.
i
[ !
I
'
..
.,-
L..:.. -
-
4. Penghapusan kembali F-centers yang ada didalam kristal alkali halida
dengan cara menqinari kristal tersebut dengan cahaya tampak dosis tinggi
dan knstal NaCl bisa dipergunakan kembali.
5. Mengulangi langkah (2) yaitu pembuatan F-centers dengan meningkatkan
taraf penyinaran dengan sinar-X kemudian disinari dengan cahaya tampak
laser He-Ne dan mengukur intensitas PSL yang dipancarkan knstal alkali
halida.
6. Mengulangi langkah (4) dan ( 5 ) , sampai 5 kali sehingga didapatkan taraf
penyinaran
dengan sinar-X dan men,oukur
intensitas PSL yang
dipancarkan setelah disinari dengan cahaya tampak.
D. Teknik Analisis Data
Intensitas PSL yang diperoleh dalam setiap tingkat penyinaran oleh sinar-
X, kemudian supaya mudah diinterpretasi data-data ditabelkan. Kemudian
berdasarkan tabel dibuat grafik intensitas PSLterhadap tingkat penyinaran sinar-
X. Untuk melihat kecendrungan garis pada grafik digunakan kurva fifting leastsquares. Dari kurva di analisa tingkat penyinaran sinar-X terhadap intensitas PSL
dan kemudian dicari pada tingkat penyinaran berapa intensitas PSL maksimum.
I. IFssil y:mg ciidnp3tl