PRO SIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
PRO SIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan
~
batan
Yogyakarta, 11 September 2013
KARAKTERISASI SISTEM PENCACAH DIFRAKTOMETER
NEUTRON SERBUK RESOLUSI TINGGI (HRPD-DN3)
Berry Mugirahardjo, Andon Insani, Bharoto, Rifai Muslih, Edi Santoso
Pusat Teknologi Bahan lndustri Nuklir-BATAN
mugirahardjo@gmail.com
ABSTRAK
KARAKTERISASI
SISTEM PENCACAH DIFRAKTOMETER
NEUTRON SERBUK
RESOLUSI TlNGGI (HRPD-DN3). Telah dilakukan karakterisasi terhadap sistem
pencacah HRPD yang meliputi modul pencacah, amplifier dan detektor. Pengujian
pencacahan
dilakukan
dengan sumber AmBe (Americium
Berilium), pulser,
pengecekan tegangan kerja detektor utama, pengukuran efisiensi detektor dan
pengukuran sampel standar. Karakterisasi dilakukan karena adanya penggantian
modul pencacah HRPD yang rusak dengan modul pencacah TEDIA PCT-7424C.
Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa kinerja TEDIA PCT-7424C sistem pencacah
cukup handal digunakan sebagai peralatan pencacah dengan kesalahan 0.64%.
Secara umum hasil karakterisasi menunjukkan kinerja HRPD telah kembali seperti
semula dan sudah dapat digunakan untuk pengukuran sampel.
Kata kunci : sistem pencacah, karakterisasi, neutron
ABTRACT
CHARACTERIZA TION OF COUNTING SYSTEM OF THE HIGH RESOLUTION
NEUTRON POWDER DIFRACTOMETER (HRPD-DN3). Characterization of counting
system of the HRPD including the counting modules, amplifier and detektor has been
done by examining the counting perfomance using the portable neutron source of
americium berilium and pulser as well as examination of the operating voltage of the
main detektor, measurement of the detektor efficiency and standard sample. The
characterization was carried out due to the replacement of the defective modules of
the HRPD with the new counting system TEDtA PCT-7424C. The result show that the
perfomance of the TEDIA PCT-7424C is reliable with the margin error of 0.64 %. In
general, it is indicated that the perfomance of the HRPD has been restrored and ready
to be used for measurement of sample.
Keywords: counting systems, characterization, neutron
PENDAHULUAN
Difraktometer
Resolusi Tinggi
adalah salah Neutron
peralatanSerbuk
Difraktometer
yang
dimiliki oleh Pusat Teknologi Bahan Industri
Nuklir-BATAN. Peralatan ini berfungsi untuk
mengetahui
struktur kristal material dengan
metode difraksi neutron. Prinsip kerja HRPD
adalah mencacah neutron terhambur dari sampel
(29s) dengan detektor utama yang berjumlah 32
buah. Sumber berkas neutron berasal dari reaktor
GA Siwabessy yang masih bersifat polikromatis.
Oleh monokromator
berkas tersebut diubah
menjadi berkas monokromatis,
yaitu berkas
Heri Mugiraharjo, dkk.
neutron yang mempunyai satu macam panjang
gelombang.
Sistem pencacahan neutron terhambur dari
sampel menggunakan 32 detektor utama, yang
masing-masing detektor dilengkapi dengan pre
amplifier, amplifier, discriminator
level dan
kolimator [I]. Beberapa waktu yang lalu peralatan
pencacah HRPD mengalami kerusakan pada
modul pencacahnya. Untuk itu telah dilakukan
penggantian modul pencacah yang rusak dengan
TEDIA
PCT-7424C.
Sebelum
dilakukan
pengukuran, perlu dilakukan karakterisasi pad a
modul pencacah TEDIA PCT -7 424C untuk
ISSN 1410 - 8178
Buku II hal. 261
PRO SIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi
Akselerator
dan Proses Bahan
Yogyakarta, 11 September 2013
mengetahui kinerja modul pencacah tersebut.
Gambar 1 dan 2 masing-masing menunjukkan foto
alat dan prinsip kerja HRPD, spesifikasi teknis dari
sistem pencacah baru HRPD ditunjukkan pada
Tabel!.
.","
-
moookrDmalOr
.. 'w"
I•I
••,,"~
mlfim"tnr1.
colrmaor 2
,
!
be am n"rower
$amJle
neutron
SC3!L;nng
cohmator 3
ma;n
detecter -
Gambar 2. Prinsip kerja HRPD
Tabel
counter
Buatan
Bus+ alamatMEM
Jumlah
inputdiqital
Dimensi
110
Jumlah
inputkontra
1.
Specifikasi teknis modul pencacah
TEDIA PCT-74245C
PCIPnP
BIOS
16
hekoslovakia
CT7424C
~OIw)X130m
mm2Hz,5
4EDIA/
x 32 P
bit,maks2
MHz
PCI(32bit,33M
V dan 3,3 V
Merkltipe
Jumlahoutputdiqital
DASAR TEORI
Prinsip kerja HRPD adalah mengetahui
pola difraksi sampel dengan mengukur hamburan
neutron sampel dengan detektor utama. Hubungan
intensitas dan sudut hamburan sampel dinyatakan
dengan persamaan :
Buku II hal. 262
(1 )
dimana 8hkl, Ihkl dan c5 masing-masing adalah sudut
Bragg, intensitas neutron pada bidang hkl dan
perbedaan sudut Bragg [21• Intensitas neutron yang
dihamburkan oleh sampel (IhJ
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi
batan
melakukan pencacahan direct beam pada setiap
detektor. Posisi dan nilai intensitas masksimum
masing-masing detektor utama didapatkan dengan
analisis Gaussian fitting. Intensitas maksimum
setiap detektor
dibandingkan
dengan
nilai
intensitas tertinggi pada detektor.
Tabel 3. Tabel hasil cacahan pembangkit
oleh TEDIA PCT-7424C
1-
s=
1
%
225
229
227
229
232
231
227
230
228
0.64
%%
228
0.35
230
0.50
226.67(C2)
226
226
228
227
-0.23
0.20%
-0.09
-0.38
228.00
227.00
225
ke-1
Cacahan
-0.82
229.67
-0.67
228.33
226.33
227.33
228.67
0.06
227.67
229
229.33
~ke-3
If=1
Cacahan
ke-2
(C2) Ci~X100
Akselerator
dan Proses Bahan
Yogyakarta, 11 September 2013
CS
Cd=
227,80
pulsa
Apabila 11, Inmax dan I max berturut-turut adalah
efisiensi detektor, Intensitas maksimum nomor n
dan intensitas tertinggi, maka efisiensi detektor
dapat dinyatakan dengan persamaan [4]:
1nmax
1]
=
(2)
Imax
Hasil pengukuran efisiensi salah satu
detektor dan nilai efisiensi untuk semua detektor
disajikan pad a Gambar 7 dan Gambar 8. Hasil
perhitungan nilai efisiensi dimasukkan dalam
parameter
program
pengukuran
yang akan
digunakan untuk mengkoreksi data pengukuran.
Data hasil pengukuran terdapat 2 file, yaitu data
asli pengukuran (raw data) dan data setelah
dikoreksi dengan efisiensi (corrected data). Data
yang diberikan kepada pengguna HRPD adalah
data setelah dikoreksi.
Adanya kolimator 3 sangat berpengaruh
terhadap performa sistem pencacah. Hal ini
terlihat dengan adanya penurunan efisiensi pad a
sebagian besar detektor utama seperti yang
diperlihatkan pada Gambar 8. Hal ini disebabkan
oleh kondisi kolimator 3 sudah tidak lurus
(kendor). Gadolinium sheets yang digunakan
sebagai
pembatas
kolimasi
sudah
kendor,
sehingga hamburan neutron dari sampel ke arah
detektor
terserap
oleh
gadolinium
yang
menyebabkan intensitas yang diterima detektor
berkurang. Untuk meningkatkan perform a sistem
pencacah perlu dilakukan penggantian gadolinium
sheets pad a detektor utama nom or 19 sampai
dengan nomor 32.
2000
w
11500
w
11000
-
500
·10.4
·10.2
·10.0
·9.8
·9.6
2 Theta (derajal)
Gambar 7. Hasil uji efisiensi
Untuk mengetahui
kinerja peralatan
HRPD dilakukan pengukuran-pengukuran derau
elektronik, cacahan latar, sam pel standar Ti02 dan
Nikel. Pad a pengukuran derau elektronik yang
profil difraksinya diperlihatkan pad a Gambar 9
tampak intensitas derau elektronik rata. Artinya
secara elektronik karakter sistem pencacah pad a
semua detektor relatif sarna, begitu pula dengan
profil difraksi cacahan latar yang profilnya
disajikan pada Gambar 10. Kontribusi cacahan
latar terhadap cacahan sarnpel relatif sarna pada
Heri Mugiraharjo, dkk.
ISSN 1410 - 8178
Buku II hal. 265
PROSIDING SEl\1INAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi
Akselerator
@>
dan Proses Bahan
batan
Yogyakarta, 11 September 2013
semua detektor, sehingga akan
dalam analisis struktur bahan .
memudahkan
-
2IlOO
-t
i.
1:-··r·T·"
-r-'-r-r--r·= ...
-r--1
Juli2012
: r- ..
j
-··-l--Hasil pengukuran sampel standar......
Ti02
dan Nikel yang dibandingkan
dengan data
pengukuran sebelumnya, posisi puncak saling
berimpit. Hal ini menunjukkan bahwa karakter
sisitem pencacah dan sistem pembacaan posisi 28
tidak ada perubahan. Peralatan HRPD telah
berfungsi kembali seperti semula. Perbedaan
intensitas
dengan
pengukuran
sebelumnya
dikarenakan adanya perbedaan waktu pencacahan.
...••...Desember 2011
.......•...•
.••.•__. .. ___._m"._
,,_u ____
-- .. .......
2500
!
·'1
111
~1500
211
40
110
80
2~(deg
100
••••)
1211
140
1110
Gambar 12. Profil difraksi Nikel
KESIMPULAN
10
15
20
30
25
Detectornumber
Gambar 8. Efisiensi detektor tanpa kolimator 3
dan efgisiensi dengan kolimator 3
,
I
;
!
:=25
I: ----t---·-t
~:
~
I
:
... :
i ------t----t-=
3)
i= 10:[!
.~
15
3D
;-
~.
211
40
110
110
2~(dI9'eeI
1001211140
DAFT AR PUST AKA
Gambar 9. Profil derau elektronik
~ 1---.-.----
-..--
-.-.--.-
-.-
__
_
_ _
1. ANONYMOUS,
1992,
Equipment
Specification of HRPD for MPR-30, NKK
Co.,Tokyo, 1992 .
2. Manual
Operasi
HRPD,
Sumitomo
Corporation, Tokyo, Japan
3. F.Izumi, 1993, " The Rietveld Method," ed.
By R.A. Young, Oxford University Press,
Oxford
4. ANONYMOUS,
Katalog
PCT
7424C
counting system, TEDIA. Cekoslovakia
5. Herry
Mugirahardjo,
dkk,
Juli
2011
Kalibrasi Peralatan Difraktometer Neutron
Serb uk Resolusi Tinggi, Prosiding Seminar
Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir,
Yogyakarta.
4D
:::311
=31
211
40
81
110
100
2~(degIee)
1211
140
181
Gambar 10. Profil cacahan latar
l1OOO
~
..•.. , ..•... _ •.. _'_
...• h •••••
_ ••••••••••••••••••••••••••
- •••
-e-
j-_ .._j
5OOII1- ..••
Juli 2011
-
batan
PENELITIAN
PRO SIDING SEMINAR
DAN PENGELOLAAN
PERANGKAT
NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 11 September 2013
lebih besar 1050 V, count-nya
menurun. Mohon penjelasan!
cenderung
Heri Mugiraharjo
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan
~
batan
Yogyakarta, 11 September 2013
KARAKTERISASI SISTEM PENCACAH DIFRAKTOMETER
NEUTRON SERBUK RESOLUSI TINGGI (HRPD-DN3)
Berry Mugirahardjo, Andon Insani, Bharoto, Rifai Muslih, Edi Santoso
Pusat Teknologi Bahan lndustri Nuklir-BATAN
mugirahardjo@gmail.com
ABSTRAK
KARAKTERISASI
SISTEM PENCACAH DIFRAKTOMETER
NEUTRON SERBUK
RESOLUSI TlNGGI (HRPD-DN3). Telah dilakukan karakterisasi terhadap sistem
pencacah HRPD yang meliputi modul pencacah, amplifier dan detektor. Pengujian
pencacahan
dilakukan
dengan sumber AmBe (Americium
Berilium), pulser,
pengecekan tegangan kerja detektor utama, pengukuran efisiensi detektor dan
pengukuran sampel standar. Karakterisasi dilakukan karena adanya penggantian
modul pencacah HRPD yang rusak dengan modul pencacah TEDIA PCT-7424C.
Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa kinerja TEDIA PCT-7424C sistem pencacah
cukup handal digunakan sebagai peralatan pencacah dengan kesalahan 0.64%.
Secara umum hasil karakterisasi menunjukkan kinerja HRPD telah kembali seperti
semula dan sudah dapat digunakan untuk pengukuran sampel.
Kata kunci : sistem pencacah, karakterisasi, neutron
ABTRACT
CHARACTERIZA TION OF COUNTING SYSTEM OF THE HIGH RESOLUTION
NEUTRON POWDER DIFRACTOMETER (HRPD-DN3). Characterization of counting
system of the HRPD including the counting modules, amplifier and detektor has been
done by examining the counting perfomance using the portable neutron source of
americium berilium and pulser as well as examination of the operating voltage of the
main detektor, measurement of the detektor efficiency and standard sample. The
characterization was carried out due to the replacement of the defective modules of
the HRPD with the new counting system TEDtA PCT-7424C. The result show that the
perfomance of the TEDIA PCT-7424C is reliable with the margin error of 0.64 %. In
general, it is indicated that the perfomance of the HRPD has been restrored and ready
to be used for measurement of sample.
Keywords: counting systems, characterization, neutron
PENDAHULUAN
Difraktometer
Resolusi Tinggi
adalah salah Neutron
peralatanSerbuk
Difraktometer
yang
dimiliki oleh Pusat Teknologi Bahan Industri
Nuklir-BATAN. Peralatan ini berfungsi untuk
mengetahui
struktur kristal material dengan
metode difraksi neutron. Prinsip kerja HRPD
adalah mencacah neutron terhambur dari sampel
(29s) dengan detektor utama yang berjumlah 32
buah. Sumber berkas neutron berasal dari reaktor
GA Siwabessy yang masih bersifat polikromatis.
Oleh monokromator
berkas tersebut diubah
menjadi berkas monokromatis,
yaitu berkas
Heri Mugiraharjo, dkk.
neutron yang mempunyai satu macam panjang
gelombang.
Sistem pencacahan neutron terhambur dari
sampel menggunakan 32 detektor utama, yang
masing-masing detektor dilengkapi dengan pre
amplifier, amplifier, discriminator
level dan
kolimator [I]. Beberapa waktu yang lalu peralatan
pencacah HRPD mengalami kerusakan pada
modul pencacahnya. Untuk itu telah dilakukan
penggantian modul pencacah yang rusak dengan
TEDIA
PCT-7424C.
Sebelum
dilakukan
pengukuran, perlu dilakukan karakterisasi pad a
modul pencacah TEDIA PCT -7 424C untuk
ISSN 1410 - 8178
Buku II hal. 261
PRO SIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi
Akselerator
dan Proses Bahan
Yogyakarta, 11 September 2013
mengetahui kinerja modul pencacah tersebut.
Gambar 1 dan 2 masing-masing menunjukkan foto
alat dan prinsip kerja HRPD, spesifikasi teknis dari
sistem pencacah baru HRPD ditunjukkan pada
Tabel!.
.","
-
moookrDmalOr
.. 'w"
I•I
••,,"~
mlfim"tnr1.
colrmaor 2
,
!
be am n"rower
$amJle
neutron
SC3!L;nng
cohmator 3
ma;n
detecter -
Gambar 2. Prinsip kerja HRPD
Tabel
counter
Buatan
Bus+ alamatMEM
Jumlah
inputdiqital
Dimensi
110
Jumlah
inputkontra
1.
Specifikasi teknis modul pencacah
TEDIA PCT-74245C
PCIPnP
BIOS
16
hekoslovakia
CT7424C
~OIw)X130m
mm2Hz,5
4EDIA/
x 32 P
bit,maks2
MHz
PCI(32bit,33M
V dan 3,3 V
Merkltipe
Jumlahoutputdiqital
DASAR TEORI
Prinsip kerja HRPD adalah mengetahui
pola difraksi sampel dengan mengukur hamburan
neutron sampel dengan detektor utama. Hubungan
intensitas dan sudut hamburan sampel dinyatakan
dengan persamaan :
Buku II hal. 262
(1 )
dimana 8hkl, Ihkl dan c5 masing-masing adalah sudut
Bragg, intensitas neutron pada bidang hkl dan
perbedaan sudut Bragg [21• Intensitas neutron yang
dihamburkan oleh sampel (IhJ
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi
batan
melakukan pencacahan direct beam pada setiap
detektor. Posisi dan nilai intensitas masksimum
masing-masing detektor utama didapatkan dengan
analisis Gaussian fitting. Intensitas maksimum
setiap detektor
dibandingkan
dengan
nilai
intensitas tertinggi pada detektor.
Tabel 3. Tabel hasil cacahan pembangkit
oleh TEDIA PCT-7424C
1-
s=
1
%
225
229
227
229
232
231
227
230
228
0.64
%%
228
0.35
230
0.50
226.67(C2)
226
226
228
227
-0.23
0.20%
-0.09
-0.38
228.00
227.00
225
ke-1
Cacahan
-0.82
229.67
-0.67
228.33
226.33
227.33
228.67
0.06
227.67
229
229.33
~ke-3
If=1
Cacahan
ke-2
(C2) Ci~X100
Akselerator
dan Proses Bahan
Yogyakarta, 11 September 2013
CS
Cd=
227,80
pulsa
Apabila 11, Inmax dan I max berturut-turut adalah
efisiensi detektor, Intensitas maksimum nomor n
dan intensitas tertinggi, maka efisiensi detektor
dapat dinyatakan dengan persamaan [4]:
1nmax
1]
=
(2)
Imax
Hasil pengukuran efisiensi salah satu
detektor dan nilai efisiensi untuk semua detektor
disajikan pad a Gambar 7 dan Gambar 8. Hasil
perhitungan nilai efisiensi dimasukkan dalam
parameter
program
pengukuran
yang akan
digunakan untuk mengkoreksi data pengukuran.
Data hasil pengukuran terdapat 2 file, yaitu data
asli pengukuran (raw data) dan data setelah
dikoreksi dengan efisiensi (corrected data). Data
yang diberikan kepada pengguna HRPD adalah
data setelah dikoreksi.
Adanya kolimator 3 sangat berpengaruh
terhadap performa sistem pencacah. Hal ini
terlihat dengan adanya penurunan efisiensi pad a
sebagian besar detektor utama seperti yang
diperlihatkan pada Gambar 8. Hal ini disebabkan
oleh kondisi kolimator 3 sudah tidak lurus
(kendor). Gadolinium sheets yang digunakan
sebagai
pembatas
kolimasi
sudah
kendor,
sehingga hamburan neutron dari sampel ke arah
detektor
terserap
oleh
gadolinium
yang
menyebabkan intensitas yang diterima detektor
berkurang. Untuk meningkatkan perform a sistem
pencacah perlu dilakukan penggantian gadolinium
sheets pad a detektor utama nom or 19 sampai
dengan nomor 32.
2000
w
11500
w
11000
-
500
·10.4
·10.2
·10.0
·9.8
·9.6
2 Theta (derajal)
Gambar 7. Hasil uji efisiensi
Untuk mengetahui
kinerja peralatan
HRPD dilakukan pengukuran-pengukuran derau
elektronik, cacahan latar, sam pel standar Ti02 dan
Nikel. Pad a pengukuran derau elektronik yang
profil difraksinya diperlihatkan pad a Gambar 9
tampak intensitas derau elektronik rata. Artinya
secara elektronik karakter sistem pencacah pad a
semua detektor relatif sarna, begitu pula dengan
profil difraksi cacahan latar yang profilnya
disajikan pada Gambar 10. Kontribusi cacahan
latar terhadap cacahan sarnpel relatif sarna pada
Heri Mugiraharjo, dkk.
ISSN 1410 - 8178
Buku II hal. 265
PROSIDING SEl\1INAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi
Akselerator
@>
dan Proses Bahan
batan
Yogyakarta, 11 September 2013
semua detektor, sehingga akan
dalam analisis struktur bahan .
memudahkan
-
2IlOO
-t
i.
1:-··r·T·"
-r-'-r-r--r·= ...
-r--1
Juli2012
: r- ..
j
-··-l--Hasil pengukuran sampel standar......
Ti02
dan Nikel yang dibandingkan
dengan data
pengukuran sebelumnya, posisi puncak saling
berimpit. Hal ini menunjukkan bahwa karakter
sisitem pencacah dan sistem pembacaan posisi 28
tidak ada perubahan. Peralatan HRPD telah
berfungsi kembali seperti semula. Perbedaan
intensitas
dengan
pengukuran
sebelumnya
dikarenakan adanya perbedaan waktu pencacahan.
...••...Desember 2011
.......•...•
.••.•__. .. ___._m"._
,,_u ____
-- .. .......
2500
!
·'1
111
~1500
211
40
110
80
2~(deg
100
••••)
1211
140
1110
Gambar 12. Profil difraksi Nikel
KESIMPULAN
10
15
20
30
25
Detectornumber
Gambar 8. Efisiensi detektor tanpa kolimator 3
dan efgisiensi dengan kolimator 3
,
I
;
!
:=25
I: ----t---·-t
~:
~
I
:
... :
i ------t----t-=
3)
i= 10:[!
.~
15
3D
;-
~.
211
40
110
110
2~(dI9'eeI
1001211140
DAFT AR PUST AKA
Gambar 9. Profil derau elektronik
~ 1---.-.----
-..--
-.-.--.-
-.-
__
_
_ _
1. ANONYMOUS,
1992,
Equipment
Specification of HRPD for MPR-30, NKK
Co.,Tokyo, 1992 .
2. Manual
Operasi
HRPD,
Sumitomo
Corporation, Tokyo, Japan
3. F.Izumi, 1993, " The Rietveld Method," ed.
By R.A. Young, Oxford University Press,
Oxford
4. ANONYMOUS,
Katalog
PCT
7424C
counting system, TEDIA. Cekoslovakia
5. Herry
Mugirahardjo,
dkk,
Juli
2011
Kalibrasi Peralatan Difraktometer Neutron
Serb uk Resolusi Tinggi, Prosiding Seminar
Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir,
Yogyakarta.
4D
:::311
=31
211
40
81
110
100
2~(degIee)
1211
140
181
Gambar 10. Profil cacahan latar
l1OOO
~
..•.. , ..•... _ •.. _'_
...• h •••••
_ ••••••••••••••••••••••••••
- •••
-e-
j-_ .._j
5OOII1- ..••
Juli 2011
-
batan
PENELITIAN
PRO SIDING SEMINAR
DAN PENGELOLAAN
PERANGKAT
NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 11 September 2013
lebih besar 1050 V, count-nya
menurun. Mohon penjelasan!
cenderung
Heri Mugiraharjo